Fyziologie smyslů
Ing. Hana Polanská, Ph.D.
i
Receptory
2
Receptory
podnět
Receptory
» membránové receptory (z vnějšího prostředí)
> cytosolové receptory (pronikne-li signál membránou)
> jaderné receptory (pronikne-li signál membránou)
Receptory
zmena akčního potenciálu
5
Receptory
NITIAL THRESHOLD
TIME (ms)
7
Receptory
Receptory
Receptory
TIME (ms)
Receptorové buňky
membráně specializované bílkoviny —> funkční jednotka = SENZOR
Přídatné struktury receptoru
= optický systém oka
= orgány středního a vnitřního ucha
= hlenová vrstva na povrchu čichového epitelu
f u n kce
—> ochranná
—> transformace/koncentrace signálu
—> převod do/k/na citlivé části receptorových buněk
Receptory
14
Receptory
15
Receptor
• FOTORECEPTORY
-detekce světelného vlnění
• MECHANORECEPTORY
-detekce zvukových vln a tlaku na kůži a vnitřním uchu
• CHEMORECEPTORY
-detekce molekul v jídle, ve vnějším a vnitřním prostředí
16
Receptory
Receptory
18
Receptory
Receptory
20
Receptory
v
Receptory
22
Receptory
TIME (ms)
Podnět
intenzita = amplituda akčního potenciálu
• relativně nižší pri vyšší intenzitě podnětu
dlouhodobé působení = ADAPTACE
modalita podnětu = výběr specifických receptoru
+ specifické dostředivé neurony
Podnět
intenzita = amplituda akčního potenciálu
(A)
, Vlnová délka , • <-► •
<-;-► '
Jeden kmit (frekvence je počet kmitů za sekundu)
25
Akční potenciál podnětu
receptorová buňka (čichové buňky, taktilní buňky)
—> dosažení prahové hodnoty
—> synaptický přenos
—> mediátor
—>> následný neuron
26
Signál
RECEPTOR
nervové dráhy
zpracování informace
+ přepojení do jiných systémů
(oko a okohybné svaly)
nespecifické senzorické dráhy
mozková kůra
27
Fotoreceptory
• buňky = tyčinky a čípky (3 části)
zevní segment
(vrstvy/disky plazmatické membrány se světlocitnou látkou)
vnitřní segment
(buněčné organely)
synaptické zakončení   (spojení s dalšími buňkami sítnice)
28
Fotoreceptory - rodopsin
• světlocitná látka
• bílkovina OPSIN + izomer vit. A: 11-cis retinal
. tyčinky - 1 druh opsinu = intenzita světla
. čípky - 3 druhy opsinu - citlivost k různým vlnovým délkám (= vnímání barev)
29
Fotoreceptory - rodopsin
• TMA - membrána DEpolarizována (= -40 mV)
- otevřené Na+ kanály díky cGMP
- tok K+ vnitřním segmentem
- presynaptický útvar - aktivace a otevření Ca2+ kanálů
- rodopsin (-cis forma) —> světlo —> -trans forma —> aktivace cGMP-fosfodiesterázy (pomocí aktivované GTP podjednotky Transducinu)—)►
Fotoreceptory - rodopsin
—» štěpení cG M P na GMP —> uzavření Na+ kanálů —» HYPERpolarizace —>* snížení výdeje transmiteru —> změna membránového potenciálu další buňky zrakové dráhy —> -trans forma pomocí rodopsinkináza —>> konverze na -cis formu —> vazba na opsin
31
Fotoreceptory - rodopsin
Video z Youtube
https://www.youtube.com/watch?v=Fm45A4yjmvo&list=PL25AE7 32 D9E27096D&mdex=31
Od 1:39 do 7:56
32
Mechanoreceptora
• převod mechanických podnětů na bioenergetický signál
• nejčastější —> kůže (tlak)
—> svaly, šlachy klouby (hluboké čití)
—> močový měchýř (tlak)
+ receptory sluchu, polohy hlavy
= mechanicky řízené iontové kanály
—» záklopky připojeny vláknem k cytoskelety
—» deformace buňky —> vlákno —> otevření/uzavření iontového kanálu
Mechanoreceptora
Sluchové a vestibulární ústrojí
buňky se STEREOCILIEMI —> napojeny na iontové kan —>► DEpolarizace - HYPERpolarizace membrány —> vypuštění transmiterů = přenos signálu
Chemoreceptory
chuť, čich, složení vnitřního prostředí
odpověď na přítomnost látek v okolí (specifické receptory v membráně) —> nervový signál - specializovaný senzorický receptor
chemická látka —> senzor
—změna prostupnosti iontových kanálů na membráně
—> receptorový potenciál (DEpoiarizace - HYPERpoiarizace) —> presynaptický oddíl buňky —>> změna výdeje mediátoru
35
Termoreceptory
pomalá adaptace —» termocitlivé iontové kanály pro Ca2+ —» vznik receptorového potenciálu
• lepší lokalizace při působení i tlakového podnětu
Dva druhy
• chladové - aktivita při 23-28 °C
• tepelné - aktivita při 38-43 °C
- rychlá změna - rozezná 0,1 °C
- pomalá - větší rozdíl teplot a víc receptoru
• pod 10 °C = zástava tvorby a šíření vzruchů —^znecitlivení
Senzorické vjemy
37
Senzorické vjemy
= vstup aferentní informace do vědomí
Není odrazem podnětu ale je výsledkem procesu výběru informací!
38
Chuť
chemoreceptory
jazyk, patro, hltan, horní část jícnu
chuťové pohárky - buňky žijí jen cca 2 týdny (receptorové buňky, podpůrné buňky)
pouze u látek rozpustných ve vodě
sladká - molekuly na bílkovinné senzory membrány slaná - prostup Na+ do buněk kyselá a hořká - prostup H+ iontů membránou dlouhodobé působení podnětu —> adaptace
Chuť
• aferentní vlákna chuťových pohárků = výběžky VIL, IX. a X. hlavového nervu
—> chuťová centra mozkového kmene projekce i do talamu a mozkové kůry + retikulární formace mozkového kmene a lymbický systém (hypotalamus) = emoce
Chuť
• aferentní vlákna chuťových pohárků = výběžky VIL, IX. a X. hlavového nervu
—> VII. = n. facialis (lícní nerv)
—>• IX. = n. glossopharingeus (jazykohltanový nerv)
—>• X. = n. vagus (bloudivý nerv)
—» chuťová centra mozkového kmene projekce i do ta la mu a mozkové kůry + retikulární formace mozkového kmene a lymbický systém (hypotalamus) = emoce
43
Cich
nejvyšší senzorický vstup (potrava, rozmnožování) čichový epitel - velmi malá plocha
receptorové buňky (bipolární neuron schopný regenerace) + podpůrné buňky + hlenové buňky
čichové dráhy z bul bus olfactorius —>► různé oddíly mozku
• korová projekce + projekce do lymbického systému
= emoční zabarvení čichových vjemů
Cich
OLFACTORY TRACT
Zrak
• vnímání
-elektromagnetického záření 400-750 nm -jasu
-kontrastu (rozdíl barevného odstínu sousedních ploch)
• vznik vjemu = podráždění receptoru sítnice
• obraz na sítnici - převrácený, zmenšený
Zrak
optický aparát oka
V       V I
- cocka
- duhovka, zornice
sítnice
přídatné orgány oka
- ocni vička
- slzné žlázy
- okohybné svaly, ochranný tukový polštá
Zrak
ČOČKA
• výživa difúzne z komorové tekutiny —> centrální část stárne (ztráta pružnosti) -> vznik PRESBYOPIE (brýle „na blízko")
• schopnost akomodace (úprava lomivosti) - ciliární svaly (stah řízen parasympatikem)
vady čočky
• myopie = obraz vzniká před sítnicí - brýle s rozptylkou (čočka)
• hypermetropie = obraz vzniká za sítnicí - brýle se spojkou
• katarakta = šedý zákal, ztráta průhlednosti čočky
Zrak
DUHOVKA
• pigment = neprostupná pro světlo ZORNICE
• paprsčitý a kruhovitý sval = změna velikosti
• spánek - zúžená, bezvědomí - rozšířená
58
SÍTNICE
vnitřní vrstva
• čípky
• tyčinky
• bipolární neurony
• gangliové buňky
Zrak
zraková dráha
tyčinky + čípky
—^ bipolární neurony —> gangliové neurony —>> zrakový nerv —)> talamus
—> týlní Oblast mozkové kůry (+ vlákna do jader mozkového kmene, mozečku, retikulární formace)
• axony gangliových buněk - křížení = chiasma opticum
- každá mozková hemisféra - informace ze stejnolehlé poloviny oka
60
Zrak
čípky
- v centrálních partiích sítnice
- přímé spojení do vyšších oddílů mozku
- 3 druhy - barevné vidění
- 1 čípek = 1 bipolární neuron
tyčinky
- citlivejší
-vidění v horších světelných podmínkách
- konvergence = neurony své dráhy sdílejí —> sčítání signálu —> vyšší citlivost
64
Sluch
nepřetržitě monitoruje okolí i vlastní zvukové projevy výška tónu dána frekvencí (jak rychle kmitá) síla zvuku dána amplitudou (A)
,    Vlnová délka ,
• 4-► «
• -4-
Jeden kmit (frekvence je počet kmitů za sekundu)
Amplituda (výkon) v
Čas
67
Sluch
—r tekutina ve sea la vestibularis —tekutina v ductus cochlearis (scala media)
—>► rozkmitání bazilární membrány*
—> tekutina ve scala tympan i
—> okrouhlé okénko (= místo vyrovnávání tlakových změn)
Sluch
* vibrace bazilární membrány - posun receptorových vláskových buněk proti tektoriální membráně
—>► pohyb mechanicky řízených iontových kanálů
—>► změna prostupnosti membrány
—>► bazálni pól vláskové buňky —>► potenciál
—>► vlákna nervus cochlearis —>► C N S
Sluch
nervová vlákna zachovávají ve sluchové dráze prostorovou orientaci
—>► projekce do sluchové kůry (komplexní podnět) —>► prostorová orientace zvuku
Sluch
sluchový vjem —>► podráždění vláskových buněk Cortiho orgánu chvěním bazilární membrány (vnitřní vláskové buňky spojeny synapsis axony prvního nervu sluchové dráhy)
—stereocilie —>► ohyb —> cytoskelet spojen s mechanicky řízenými iontovými kanály
—> změna permeability membrány
—> změna membránového potenciálu —> ...
80
Rovnováha
VESTIBULÁRNÍ SYSTÉM
• mechanoreceptory
• vláskové buňky
- v ampulách polokruhovitých kanálků
- ve váčcích otolitového orgánu
• aktivovány
- poloha hlavy
- lineární a úhlové zrychlení
Rovnováha
Polokruhovité kanálky
• 3 na sebe kolmé roviny
• rozšířeny V ampulu (vláskové receptorové buňky)
• vyplněny endolymfou
• propojeny společným prostorem saculu a utriculu
Rovnováha
Úhlové zrychlení
• otočení hlavy —>► pohyb stěn kanálku vůči endolymfě
- na začátku opoždění endolymfy
- na konci setrvačnost
• největší pohyb v kanálku s nejpodobnější rovinou pohybu
Rovnováha
Lineární zrychlení a změna polohy vůči gravitaci
• otolitový orgán (saculus, utriculus)
- utriculus - hrizontálně
- saculus- vertikálně, sagitálně
• vláskové buňky
- krystalky uhličitanu vápenatého (otolit)
Rovnováha
buňky utriculu
• gravitační vlivy
• úklon hlavy dopředu, dozadu, ke stranám buňky saculu
• gravitační vlivy
• pohyb nahoru, dolu
Dotek a tlak
M ec h a n o rece pto ry
- rychle se adaptující (odpověď na začátek a konec podnětu) fázické receptory
- pomalu adaptující (odpovídá trvalou aktivitou)
= tonické receptory
různé typy - liší se stavbou přídatných struktur
(Meissnerovo tělísko, Merkelův disk, Paciniho tělísko, receptor chlupového folikulu, Ruffiniho tělísko, volná nervová zakončení)
87
Dotek a tlak
umožňuje vnímat
• jemné/silné tlakové změny
• rozlišit tvrdé/měkké
• určit tvar, vlastnosti povrchu
88
Bolest
• reakce na podnět, který by mohl zničit tkáň = obranný reflex
• receptory ve všech tkáních (mozek výjimka)
= zakončení nemyelinizovaných (volná) nervových vláken (A5 a C-vlákna)
- citlivost lOOOkrát nižší jak u tlakových čidel
89
Bolest
• informace z A5 vláken —>► specifickými drahami —> thalamus a somatosenzorická oblast kůry = ostrá, lokalizvaná, „rychlá bolest"
• informace z C-vláken - pommalejší —>► nespecifické dráhy retikulární formace = tupá, hůře lokalizovatelná bolest —>► emoční motiv k odstranění podnětu+ lymbický systém
(emoce)
90
Bolest
EMOCE
■ IX ■ .   ■ V V        X XI ■ XV X X XXI I . ■
silný pozitivně emoční náboj - sníženi vnímaní bolesti negativní emoční náboj - zvýšení vnímání bolesti
Bolest
z vnitřních orgánů
• špatně lokalizovatelná
• často projekce do kůže —nervová vlákna ze stejného nervového segmentu
92
Zdroje
. LANGMEIER, Miloš. Základy lékařské fyziologie. 1. vyd. Praha: Grada, 2009. ISBN 978-80-247-2526-0.
. SILBERNAGL, Stefan a Agamemnon DESPOPOULOS. Atlas fyziologie člověka: překlad 8. německého vydáni. 4. české vydáni. Praha: Grada Publishing, 2016. ISBN 978-80-247-4271-7.
• CrashCourse: Anatomy & Physiology. In: Youtube [online], [cit. 2016-10-12]. Dostupné z: https://www.voutube.com/channel/UCX6bl7PVsYBQ0ip5Gyeme-Q
• Interactive Biology: 031 How Rods and Cones respond to Light. In: Youtube [online], [cit. 2019-10-15]. Dostupné z:
https://www.youtube.com/watch?v=Fm45A4yjmvo<^list=PL25AE732D9E27096D&iindex=31
• Paroc: Obecné informace o zvuku. In: Paroccz [online], [cit. 2018-09-17]. Dostupné z: https://www.paroc.cz/knowhow/zvuk/obecne-informace-o-zvuku
93