Fyziologie smyslů Ing. Hana Holcová Polanská, Ph.D. 1 Jak to funguje? 2 podnět biologický signál receptory/ receptorové buňky Podnět intenzita = amplituda akčního potenciálu 3 Podnět intenzita = amplituda akčního potenciálu podnětu dlouhodobé působení = ADAPTACE modalita podnětu = výběr specifických receptorů + specifické dostředivé neurony 4 Receptory obecně → membránové receptory (z vnějšího prostředí) → cytosolové receptory (pronikne-li signál membránou) → jaderné receptory (pronikne-li signál membránou) 5 Receptory obecně 6 změna akčního potenciálu CNS Receptory obecně Receptorové buňky v membráně specializované bílkoviny → funkční jednotka = SENZOR 8 senzory 9 podnět (energie) změna vlastnosti proteinů druhý posel změna prostupnosti iontových kanálů změna membránového potenciálu 10 Změna membránového potenciálu Signál nespecifické senzorické dráhy nervové dráhy zpracování informace + přepojení do jiných systémů (oko a okohybné svaly) mozková kůra RECEPTOR 11 Druhy receptorů • 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 12 Přídatné struktury receptorů = optický systém oka = orgány středního a vnitřního ucha = hlenová vrstva na povrchu čichového epitelu funkce → ochranná → transformace/koncentrace signálu → převod do/k/na citlivé části receptorových buněk 13 Mechanoreceptory ⚫ převod mechanických podnětů na bioenergetický signál ⚫ nejčastější → kůže (tlak) → svaly, šlachy, klouby (hluboké čití) → močový měchýř (tlak) + receptory sluchu, polohy hlavy 14 Mechanoreceptory = mechanicky řízené iontové kanály → záklopky připojeny vláknem k cytoskelety → deformace buňky → vlákno → otevření/uzavření iontového kanálu 15 působení deformačních sil Mechanoreceptory Sluchové a vestibulární ústrojí buňky se STEREOCILIEMI → napojeny na iontové kanály na membráně → změna prostupnosti iontových kanálů → vypuštění transmiterů = přenos signálu 16 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 receptorů ⚫ pod 10 °C = zástava tvorby a šíření vzruchů →znecitlivění 17 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 • buňky = tyčinky a čípky (3 části) zevní segment vnitřní segment synaptické zakončení (vrstvy/disky plazmatické membrány se světlocitnou látkou) (buněčné organely) (spojení s dalšími buňkami sítnice) 19 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 20 modrá zelená červená Fotoreceptory - rodopsin TMA – membrána v klidovém stavu (~ -40 mV), rodopsin (-cis forma) SVĚTLO – rodopsin: all-trans forma 21 světlo enzym 11-cis-retinal all-trans-retinal 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 Fotoreceptory - rodopsin 23 https://www.youtube.com/watch?v=Fm45A4yjmvo 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 26 Sluch – zachycení signálu ušní boltec vnější zvukovod 27 Sluch bubínek 28 tympanická dutina 29 Sluch 30 kladívko kovadlinka třmínek Sluch 31 kladívko kovadlinka třmínek Sluch – zesílení signálu 32 Sluch oválné okénko (fenestra ovalis) 33 Sluch blanitý labyrint kostěný labyrint 34 Sluch 35 Sluch scala vestibuli (perilymfa) scala tympani (perilymfa) – příčný řez hlemýžděm scala media (endolymfa) sluchový nerv (součást VIII. hlavového nervu) 36 Sluch scala vestibuli (perilymfa) scala tympani (perilymfa) – příčný řez hlemýžděm sluchový nerv (součást VIII. hlavového nervu) Cortiho orgán bazilární membrána scala media (endolymfa) vláskové buňky tektoriální membrána 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) 37 Sluch * vibrace bazilární membrány – posun receptorových vláskových buněk proti tektoriální membráně → pohyb mechanicky řízených iontových kanálů → změna prostupnosti membrány → bazální pól vláskové buňky → akční potenciál → vlákna nervus cochlearis → CNS 38 Sluch 39 bazilární membrána vláskové buňky tektoriální membrána Sluch nervová vlákna zachovávají ve sluchové dráze prostorovou orientaci → projekce do sluchové kůry (komplexní podnět) → prostorová orientace zvuku 40 41 Sluch sluchová kůra sluchová dráha sluchový nerv (součást VIII. hlavového nervu) Rovnováha VESTIBULÁRNÍ SYSTÉM = STATOKINETICKÝ APARÁT ⚫ mechanoreceptory ⚫ vláskové buňky - v ampulách polokruhovitých kanálků - ve váčcích otolitového orgánu ⚫ aktivovány - poloha hlavy - lineární a úhlové zrychlení 42 Rovnováha 43 polokruhovité kanálka ampuly saculus utriculus Rovnováha Polokruhovité kanálky ⚫ 3 na sebe kolmé roviny ⚫ rozšířeny v ampuly (vláskové receptorové buňky) ⚫ uvnitř endolymfa, okolo perilymfa ⚫ tzv. statické čidlo (úhlové zrychlení) 44 ampuly 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 45 Rovnováha 46 klid pohyb hlavy vláskové buňky cupula tok endolymfy Rovnováha Lineární zrychlení a změna polohy vůči gravitaci ⚫ otolitový orgán (saculus, utriculus) - utriculus – horizontálně (jízda autem) + gravitace - saculus – vertikálně (jízda výtahem) + gravitace → vláskové buňky (na povrchu krystalky uhličitanu vápenatého = otolit) 47 saculus utriculus Rovnováha 48 klidový stav pohyb hlavy/ gravitace vláskové buňky otolitová membrána otolity 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) 49 Dotek a tlak 50 Ruffiniho tělísko Meissnerovo tělísko Krauseho tělísko volné nervové zakončení Vaterovo– Paciniho tělísko • stočené nemyelinizované nervové zakončení • je opouzdřeno kolagenní tkání • ve škáře kůže, kloubních pouzdrech a vazech • pomalá adaptace • 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 • v podkožním vazivu pod škárou • zaznamenává dotyk a tlak (i vibrace) • jedno z nejsložitějších tělísek (stavbou) • rychlá adaptace • vnímání bolesti • nespecifické nervové zakončení • nejčastější forma zakončení neuronu • nejčastěji v kůži (proniká epidermis a končí ve stratum granulosum 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 (Aδ(delta) a C-vlákna) - citlivost 1000× nižší jak u tlakových čidel 52 Bolest ⚫ informace z Aδ 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) 53 Bolest 54 EMOCE ⚫ silný pozitivně emoční náboj – snížení vnímání bolesti ⚫ negativní emoční náboj – zvýšení vnímání bolesti Bolest 55 ⚫ z vnitřních orgánů ⚫ špatně lokalizovatelná ⚫ často projekce do kůže → nervová vlákna ze stejného nervového segmentu Bolest 56 ⚫ z vnitřních orgánů ⚫ dermatomy = pásy kůže, oblasti útrob a svalů, inervované senzitivně stejnými 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 57 papila s chuťovými pohárky jednotlivé receptorové pohárky Chuť 58 chuťový pohárek chuťové (receptorové) buňky podpůrné buňky Chuť 59 Chuť • aferentní vlákna chuťových pohárků = výběžky VII., 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 lícní nerv jazykohltanový nerv bloudivý nerv Chuť 61 korové centrum chuti Chuť 62 Čich ⚫ nejvyšší senzorický vstup (potrava, rozmnožování) ⚫ čichový epitel – velmi malá plocha = receptorové buňky (bipolární neuron schopný regenerace) + podpůrné buňky + hlenové buňky čichové dráhy z bulbus olfactorius → různé oddíly mozku ⚫ korová projekce + projekce do lymbického systému = emoční zabarvení čichových vjemů 63 64 Čich bipolární neuron podpůrné a hlenové buňka bulbus olfactorius 65 Čich 66 Čich čichová dráha korové čichové centrum Zrak ⚫ vnímání − elektromagnetického vlnění 400-750 nm − jasu − kontrastu (rozdíl barevného odstínu sousedních ploch) ⚫ vznik vjemu = podráždění receptorů sítnice ⚫ obraz na sítnici – převrácený, zmenšený 67 Zrak ⚫ optický aparát oka − čočka − duhovka, zornice ⚫ sítnice ⚫ přídatné orgány oka − oční víčka − slzné žlázy − okohybné svaly, ochranný tukový polštář 68 slzná žláza oční víčko slzný bod slzný kanálek slzný vak 69 Zrak 70 Zrak ochranný tuk okohybné svaly Zrak ČOČKA ⚫ výživa difuzně z komorové tekutiny → centrální část stárne (ztráta pružnosti) → vznik PRESBYOPIE (brýle „na blízko“) ⚫ schopnost akomodace (úprava lomivosti) - ciliární svaly (stah řízen parasympatikem) 71 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 72 Zrak SÍTNICE vnitřní vrstva ⚫ tyčinky ⚫ čípky ⚫ bipolární neurony ⚫ gangliové buňky 73 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 74 75 Zrak zrakový nerv 76 Zrak ⚫ axony gangliových buněk – křížení = chiasma opticum − každá mozková hemisféra – informace ze stejnolehlé poloviny oka Zrak čípky − v centrálních partiích sítnice − přímé spojení do vyšších oddílů 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 77 78 Zrak čípek bipolární neuron gangliová buňka 79 Zrak tyčinky bipolární neurony gangliová buňka Šedý zákal - katarakta • zakalení čočky Zelený zákal - glaukom • Neuropatie zrakového nervu Krátkozrakost - myopie 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 Barvoslepost Simulace různých tipů poruch barvocitu Barvoslepost pseudoizochromatické tabulky • čísla Barvoslepost pseudoizochromatické tabulky • najděte všechna zvířátka Děkuji za pozornost! Zdroje 90 ⚫ 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/anatomyphysiology ⚫ 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&index=31&ab_channel=Interactiv eBiology ⚫ 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/