Fyziologie smyslů Ing. Hana Holcova Polanská, Ph.D. Created in BioRender.com bit) Jak to funguje? podnět biologický signál receptory/ receptorové buňky pjilililjilililililiuiiililiiilii |)iuihi»ii ijiuiiiiiiii • — C reste d in BioRender.com bio Podnět intenzita = amplituda akčního potenciálu dlouhodobé působení = ADAPTACE modalita podnětu = výběr specifických receptorů + specifické dostředivé neurony 3 Receptory obecně —> membránové receptory (z vnějšího prostředí) —> cytosolové receptory (pronikne-li signál membránou) —> jaderné receptory (pronikne-li signál membránou) 4 Created in BioRender.com bío Receptory obecně í T CNS zmena akčního potenciálu Created in BioRender.com bio 5 Receptory obecně Receptorové buňky v membráně specializované bílkoviny —» funkční jednotka = SENZOR senzory Created in BioRender.com bito • • ^ J zmena vlastnosti proteinů změna prostupnosti iontových kanálů zmena membránového potenciálu Created in BioRender.com bio 8 Změna membránového potenciálu 0 12 čas (ms) Signál nervové dráhy zpracování informace + přepojení do jiných systémů (oko a okohybné svaly) RECEPTOR nespecifické senzorické dráhy mozková kůra 10 Druhy receptoru • 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 11 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 Mechanoreceptory převod mechanických podnětů na bioenergetický sig nejčastější —> kůže (tlak) —> svaly, šlachy, klouby (hluboké čití) —> močový měchýř (tlak) + receptory sluchu, polohy hlavy Mechanoreceptory = mechanicky řízené iontové kanály —>> záklopky připojeny vláknem k cytoskelety —> deformace buňky —> vlákno —> otevření/uzavření iontového kanálu 14 Mechanoreceptory Mechanoreceptory Sluchové a vestibulární ústrojí buňky se STEREOCILIEMI —>> napojeny na iontové kanály na membráně ■» změna prostupnosti iontových kanálů —» výpustem transmiteru = přenos signálu Termoreceptory termoaktivní Ca2+ kanál 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 t zmena teploty 17 Created in BioRender.com bito 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 —vypuštění transmiterů = přenos signálu 18 Fotoreceptory = tyčinky a čípky (3 části) (vrstvy/disky plazmatické membrány zevni segment se sv^locitnou látkou) vnitřní segment (bunečné organely) synaptické zakončení (spojení s dalšími bunkami sítnice) 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 (440 nm, 535 nm, 565 nm) = vnímání barev modrá zelená červená 20 Fotoreceptory - rodopsin TMA H3C CH3 - membrána v klidovém stavu (~ -40 mV), rodopsin (-cis forma) 11-cis-retinal světlo O^H enzym SVĚTLO - rodopsin: all-trans forma H3C CH3 CH3 O CH all-trans-retinal 21 Fotoreceptory - rodopsin SVĚTLO - rodopsin: -cis forma —>> all-trans forma —> uvolnění opsinu —> změna membránového potenciálu (akční potenciál) —> přenos signálu na neuron (—>► do mozku a zpracování obrazu) 22 Click with the mouse or tablet to draw with pen 3 How Rods Respon httos ://www. voutube .com/watch ?v= Fm45A4vi mvo InteractiveBiology ►--- Making Biology Fun Senzorické vjemy 24 Senzorické vjemy = vstup aferentní informace do vědomí Není odrazem podnětu ale je výsledkem procesu výběru informací! (Za všechno může mozek!) 25 Sluch • nepřetržitě monitoruje okolí i vlastní zvukové projevy • výška tónu dána frekvencí (jak rychle kmitá) • síla zvuku dána amplitudou (ä) , Vlnová délka , • <-► • ■ i '< -4-► Jeden kmit (frekvence je počet kmitů za sekundu) Sluch — zesílení signálu Crested in BioRender.com bib Sluch Created in BioRender.com bito Sluch - pncný rez hlemyzdem scala media (endolymfa) sluchový nerv (součást VIII. hlavového nervu) Created in BiDRender.com bío Sluch - prícny rez hlemyzdem tektoriální membrána sca/a meč/Za (endolymfa) vláskové buňky sluchový nerv (součást VIII. hlavového nervu) bazilární membrána Created in BioRender.com bío Sluch Oválné okénko (= místo, za které „tahají" kosti středního ucha) —> tekutina (perilymfa) ve scala vestibuli —>► tekutina (endolymfa) ve scala media —>> rozkmitání bazilární membrány* —> tekutina (perilymfa) ve scala tympani —>> okrouhlé okénko (= místo vyrovnávání tlakových změn) Sluch * vibrace bazilární membrány - posun receptorových vláskových buněk proti tektoriální membráně —>► pohyb mechanicky řízených iontových kanálu —> změna prostupnosti membrány —>► bazálni pól vláskové buňky —>► akční potenciál —> vlákna nervus cochlearis —> CNS 38 C reste d in BioRender.com bito Sluch tektoriální membrána vláskové buňky bazilární membrána Sluch nervová vlákna zachovávají ve sluchové dráze prostorovou orientaci —>► projekce do sluchové kůry (komplexní podnět) —> prostorová orientace zvuku 40 Rovnováha VESTIBULÁRNÍ SYSTÉM = STATOKINETICKÝ APARÁT • mechanoreceptory • vláskové buňky - v ampulách polokruhovitých kanálků - ve váčcích otolitového orgánu • aktivovány - poloha hlavy - lineární a úhlové zrychlení Crested in BioRender.com bib Rovnováha Polokruhovité kanálky • 3 na sebe kolmé roviny • rozšířeny V ampuly (vláskové receptorové bu • uvnitř endolymfa, okolo perilymfa • tzv. statické čidlo (úhlové zrychlení) Rovnováha Úhlové zrychlení • otočení hlavy —>► pohyb stěn kanálku vůči endolymfě - na začátku opoždění endolymfy - na konci její setrvačnost • největší pohyb v kanálku s nejpodobnější rovinou pohybu klid i Rovnováha capula vláskové buňky pohyb hlavy tok endolymfy 46 Created in BioRender.com bio Rovnováha Lineární zrychlení a změna polohy vůči gravitaci • otolitový orgán (saculus, utriculus) - utriculus - horizontálně (jízda vlakem) + gravitace - saculus - vertikálně (jízda výtahem) + gravitace —> vláskové buňky (na povrchu krystalky uhličitanu vápenatého = otolit) 47 klidový stav Rovnováha otolitová membrána pohyb hlavy/ gravitace oto li ty vláskové buňky Created in BioRender.com bito 48 Dotek a tlak • Mechanoreceptory 1) rychle se adaptující (odpověď na začátek a konec podnětu) = fázické receptory 2) 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) Ruffiniho tělísko stočené nemyelinizované nervové zakončení je opouzdřeno kolagenní tkání ve škáře kůže, kloubních pouzdrech a vazech pomalá adaptace Meissnerovo tělísko Dotek a tlak Krauseho tělísko zapouzdřené nemyelinizované nervové zakončení pro hmat na prstech a rtech zapojeno do vnímání pocitů lehkých a povrchových vibrací rychlá adaptace podobné Meissnerovu tělísku, ale leží hlouběji Vaterovo-Paciniho tělísko v podkožním vazivu pod škárou zaznamenává dotyk a tlak (i vibrace) jedno z nejsložitějších tělísek (stavbou) rychlá adaptace volné nervové zakončení vnímání bolesti nespecifické nervové zakončení nejčastější forma zakončení neuronu nejčastěji v kůži (proniká epidermis a končí ve stratum granulosum 50 Crested in BioRender.com bib Dotek a tlak umožňuje vnímat • jemné/silné tlakové změny • rozlišit tvrdé/měkké • určit tvar, vlastnosti povrchu 51 Bolest reakce na podnět, který by mohl zničit tkáň = obranný reflex receptory ve všech tkáních (mozek výjimka) = zakončení nemyelinizovaných (volná) nervových vláken (Aô^ a C-vlákna) - citlivost lOOOkrát nižší jak u tlakových čidel Bolest • informace z A5 vláken —>► specifickými drahami^ thalamus a somato-senzorická oblast kůry = ostrá, lokalizovaná, „rychlá bolest" • informace z C-vláken - pomalejší —>► nespecifické dráhy retikulární formace = tupá, hůře lokalizovatelná bolest —>► emoční motiv k odstranění podnětu+ lymbický systém (emoce) Bolest EMOCE ■ IX ■ . ■ V V / XI ■ XV X X XXI I . ■ • silný pozitivně emoční náboj - sníženi vnímaní bolesti • negativní emoční náboj - zvýšení vnímání bolesti 54 Bolest z vnitřních orgánů špatně lokalizovatelná často projekce do kůže —> nervová vlákna ze stejného nervového segmentu x z vnitřních orgánů • dermatomy = pásy kůže, oblasti útrob a svalů, i nervované senzitivně stejnými I V ■ /V X I v zadními míšními kořeny 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 —> VII. = n. facialis (lícní nerv) —>• IX. = n. glossopharingeus (jazykohltanový nerv) —>• X. = n. vagus (bloudivý nerv) —» chuťová centra mozkového kmene projekce i do talamu a mozkové kůry + retikulární formace mozkového kmene a lymbický systém (hypotalamus) = emoce 60 Cich • nej vyšší 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 bulbus olfactoríus podpůrné a lenové buňka - bipolární neuron Cich kôrové čichové centrum čichová dráha • vn -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 C reste d in BioRender.com bio 71 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 • paprsčitý a kruhovitý sval = změna velikosti zornice ZORNICE • spánek - zúžená, bezvědomí - rozšířená 73 SÍTNICE vnitřní vrstva • tyčinky • čípky • bipolární neurony • gangliové buňky < lf6 ^ zraková dráha tyčinky + čípky Zrak bipolární neurony gangliové neurony zrakový nerv —talamus —> týl n ľ 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 C reste d in BioRender.com bio 75 Zrak • axony gangliových buněk - křížení = chiasma opticum - každá mozková hemisféra -informace ze stejnolehlé poloviny oka C reste d in BioRender.com bio Zrak čípky - v centrálních partiích sítnice V/ X ■ / i I I I /\ O I - prime spojeni do vyssich oddílu mozku - 3 druhy - barevné vidění - 1 čípek = 1 bipolární neuron tyčinky - citlivější -vidění v horších světelných podmínkách - konvergence = neurony své dráhy sdílejí —>► sčítání signálu —> vyšší citlivost 78 Šedý zákal - katarakta Zelený zákal - glaukom neuropatie zrakového nervu KRATKOZRAKOST Krátkozrakost - myopie Přední komora Bělima Rohovka Cévnatka Dalekokozrakost - hyperopie Barvoslepost normální vidění, achromatomalie a achromazie Barvoslepost - anomální trichromazie a) protanopie - chybí senzory pro červenou barvu b) deuteranopie - chybí senzory pro zelenou barvu c) tritanopie - chybí senzory pro modrou barvu PROTANOPIA TRITANOPIA Barvoslepost Simulace různých tipů poruch barvocitu Able-bodied Deuteraiiooe simulation ProtanojDcsimulation Děkuji za pozornost! 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 vydaní. 4. české vydaní. Praha: Grada Publishing, 2016. ISBN 978-80-247-4271-7. MOUREK, Jindřich. Fyziologie: učebnice pro studenty zdravotnických oborů. 2., dopl. vyd. Praha: Grada, 2012. Sestra (Grada). ISBN 978-80-247-3918-2. ROKYTA, Richard. Fyziologie. Třetí, přepracované vydání (první vydání v nakladatelství Galén). Praha: Galén, 2016. ISBN 978-80-7492-238-1. CrashCourse: Anatomy & Physiology [online], [cit. 2021-09-20]. Dostupné z: https://thecrashcourse.tumblr.com/downloads/anatomyphvsiologv Interactive Biology: 031 How Rods and Cones respond to Light. In: Youtube [online], [cit. 2019-10-15]. Dostupné z https://www.voutube.com/watch?v=Fm45A4vimvo&list=PL25AE732D9E27096D&index=31&ab channel=lnt eractiveBiology Paroc: Obecné informace o zvuku. In: Paroccz [online], [cit. 2018-09-17]. Dostupné z: https://www.paroc.cz/knowhow/zvuk/obecne-informace-o-zvuku Obrázky zpracované v https://BioRender.com/ Crested in BioRender.com bito 89