Upload
gavivi
View
69
Download
4
Embed Size (px)
DESCRIPTION
2009. Fyziologie smyslových orgánů. Fysiologie smyslů. netopýři se orientují sonarem můry ovšem netopýry slyší na vzdálenost cca 30 m což je 10x více, než netopýr registruje můru netopýr ovšem letí podstatně rychleji než můra - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
2009
Fysiologie smyslů
netopýři se orientují sonarem
můry ovšem netopýry slyší na vzdálenost cca 30 m což je 10x více, než netopýr
registruje můru netopýr ovšem letí podstatně
rychleji než můra je-li daleko, nastaví křídla
tak, aby byla k netopýru obrácena co nejmenší plochou a letí rychle pryč
je-li blízko, zkusí rychlé nepravidelné spirály a snaží se dostat k zemi
Fysiologie smyslů
jedovatí přástevníci zacvrčí netopýru odpověď na znamení, že jsou jedovatí
jiné můry, jedlé, se to v rámci batesiánskýh mimiker naučily napodobovat
Sonar u netopýrů
můry jsou schopny detekovat netopýří sonar až na 30 m. Netopýr detekuje můru jen na tři metry, ale jeho výhodou je mnohem rychlejší let
Sonar u delfínů
Fysiologie smyslů
prokaryota se umí pohybovat k nebo od určité chemikálie
Sensations a percepce
Sensations = netroufám si přeložit Sensations = akční potenciály, které skrze
aferentní dráhy doputují do mozku percepce = mozek vyhodnotí sensations.
Barvy, vůně, zvuky, chutě neexistují mimo mozek, je to konstrukt našeho mozku
když v osamělém pralese spadne strom a nikdo to neuslyší, jednalo se o zvuk? padající strom jistě nějak rozechvěje zvuk, ale
praskot lámaných větví je již konstrukt našeho mozku!
sensorické receptory = sensorické buňky v našich „smyslech“ jedná se o specializované neurony, vyskytující se
buď osaměle nebo ve skupinách
exteroreceptory – podávají informace o vnějším prostředí
interoreceptory – podávají nečekaně informace o vnitřním prostředí, jako je krevní tlak a poloha těla
Fysiologie smyslů
smysly jsou transformátory oko nevidí, oko je transformátor, který
světelnou energii přeměňuje v energii akčních potenciálů
Reception, Transduction, Transmission, Perception
Sensorické receptory
Při podráždění se logicky jedná o depolarizaci.a. receptor hlídající natažení svalu u raka
Sensorické receptory
receptorové potenciály jsou graduované, až do chvíle, než se dostaneme na prahový potenciál a spustí se potenciál akční
všechny potenciály vyústí v otevření iontových kanálů čím větší sensorický stimul závislost je ovšem logaritmická – desetkrát větší
stimul znamená produkuje akční potenciály ve dvojnásobné frekvenci než původní…
…což umožňuje mozku zpětně vyhodnotit sílu původního stimulu
Sensorické receptory
b. buňka s „vlásky“ u obratlovců. Ohyb vlásků jedním směrem způsobí vylití neurotransmitterů a velké množství akčních potenciálů. Ohyb opačným směrem má opačný účinek. Frekvence AP tak naznačí směr, sílu a rychlost podnětu.
Sensorické receptory
ze dvou minulých obrázků jest si uvědomit: sensorický receptor je někdy neuron schopný vyvolat
akční potenciál jindy musí receptorová buňka vylít neurotransmittery,
a teprve postsynaptická buňka vyvolá akční potenciály
mnoho sensorických buněk vysílá i v klidu akční potenciály v určitém poklidném rytmu
stimul tak nefunguje tak, že „zapne“ tvorbu akčních potenciálů, spíše jen moduluje jejich frekvenci
Sensorické receptory
udivující je neobyčejná citlivost sensorických receptorů většina světelných receptorů je schopna zaznamenat
i jediný foton světla! chemické receptory zaznamenají jedinou molekulu
dané látky! vlasové buňky vnitřního ucha zachytí pohyb o jeden
nanometr! sensitivita receptorů se rovněž mění s
podmínkami – citlivost receptorů pro cukr se může změnit až o několik řádů v závislosti na nutričním stavu a množství cukru v potravě
Amplifikace
impuls se během své cesty může amplifikovat (zmnohonásobit)
akční potenciály vedoucí z oka do mozku mají cca 100 000x víc energie než fotony, které je vyvolaly
ve vnitřním uchu se jedná asi o 20-ti násobné zesílení než jak je u akustických vln, které impuls vyvolaly
Amplifikace
amplituda pohybu stapes je asi je ¾ amplitudy pohybu rukojeti malleus
systém kůstek středního ucha tedy nezvětšuje amplitudu pohybu stapes, jak se často chybně myslí, dochází ovšem ke zvýšení síly pohybu stapes a to asi o 1,3x
povrch tympanální membrány (=ušního bubínku) je asi 55 mm2, zatímco povrch konce stapes je 3,2 mm2
tento 17-ti násobný rozdíl x 1,3 zvýšení síly dá 22-ti násobné zvětšení totální síly působící na cochleu
Amplifikace
pokud bychom odtsranili tympanální membránu (=ušní bubínek) a sluchové kůstky, stále bychom byli schopni slyšet pomocí oválného okénka
citlivost pro slyšení by však byla 15 – 20 decibelů menší
zvuk, který nyní slyšíme středně silný by byl na hranici rozlišitelnosti
Integrace
sensorická adaptace = během opakovaných stimulací dochází ke snížení odpovědivosti
některé receptory se adaptují na stimuly mnohem rychleji než jiné
bez sensorické adaptace bychom vnímali každý úder srdce a každý dotek oblečení
Typy sensorických receptorů
mechanoreceptory termoreceptory nocireceptory elektromagnetické receptory chemoreceptory
Typy sensorických receptorů
mechanoreceptory – vnímají doteky, tlak, zvuky, pohyb, natažení – všechny typy mechanického podráždění mechanickým podrážděním se poněkud
natáhne plasmatická membrána příslušných neuronů, a tím dojde k otevření kanálů pro sodík a draslík a dojde k depolarizace
Sensorické receptory v kůži člověka
Typy sensorických receptorů
chemoreceptory udávají jak informaci o celkové koncentraci
roztoku (např. krve) tak i údaje o koncentraci konkrétní chemické látky osmoreceptory v hypotalamu tak kontrolují krev a
při vysoké koncentraci vyvolávají pocit žízně receptory pro vnímání vlhkosti jsou v muších
nohou a moucha tak vnímá nejen vlhkost, ale i koncentraci v podstatě libovolné látky
jiní živočichové mají chemoreceptory pro vnímání glukosy, kyslíku, oxidu uhličitého, aminokyselin
Chemoreceptory u mouchy
Chemoreceptory
chemoreceptory v tykadlech samečka bource morušového (Bombyx mori) jsou zvláště citlivé na samičí pohlavní feromon.
jedná se o dvě chemikálie, které se naváží na specifické místo v plasmatické membráně buněk tykadel
Typy sensorických receptorů
elektromagnetické receptory vnímají světlo, elektřinu, magnetismus fotoreceptory jsou lokalizovány v orgánech, které pro
mnohé možná nepřekvapivě nazýváme oči
Elektromagnetické receptory
někteří hadi mají velmi citlivé receptory pro infračervené záření – „vidí teplo“ a dokáží tak vidět i hlodavce na chladnějším pozadí
Elektromagnetické receptory
ptakopysk má na „zobáku“ elektroreceptory, kterými je schopen vnímat slabé elektrické pole, vytvářené pohybem svalů korýšů, žab, malých rybek a další kořisti
podobně žraloci dovedou vnímat takovéto elektrické pole
některé ryby elektrické pole samy vytváří a vnímají jeho narušení pohybem kořisti
Elektromagnetické receptory
Běluhy se na svých tazích zřejmě alespoň částečně orientují pomocí magnetického pole Země
Elektromagnetické receptory
v lebkách mnohých obratlovců, jako je losos, holubi, mořské želvy a člověk, v abdomenu včel, v zubech některých měkkýšů se nachází hemetit, železná ruda
hematit se dokonce nachází i u některých protis a prokaryot
železo snad funguje jako kompas a slouží těmto organismům k určování směru (ale nic není jisté – pozn. M.V.)
Termoreceptory
reagují na změnu teploty a pomáhají tak udržovat stálou tělní teplotu
tělní termostat se nachází v hypotalamu spory se vedou o to, jaké receptory v kůži
vlastně odpovídají za vnímání tepla a zimy jsou to možná zapouzdřená dendritická
zakončení nebo dendrity zcela nahé, volně ložené v kůži
Thermoreceptors
cayenne peppers taste „hot“ because they contain a natural product called capsaicin
in turns out that exposing sensory neurons to capsaicin triggers an influx of calcium ions
…but the recptor responds not only toi capsaicin but also to hot temperatures (42oC or higher)
in essence, we describe spicy foods as „hot“ because they activate the same sensory receptors as do hot soups or coffee!
Thermoreceptors
the capsaicin receptor belong to TRP (transient receptor potential) family of ion channel
TRP-type receptor specific for temperatures below 28oC can be activated by menthol, a plant product that we perceive to have a „cool“ flavour
Receptory bolesti = nocireceptory
nocere = zranit = nahé dendrity v epidermis nocireceptory jsou neobyčejně užitečné, neboť
chrání před poškozením těla, a stažením živočicha z nepříznivé situace
občas se narodí člověk bez vnímání bolesti – může pak zemřít např. na prasklý appendix, neboť jej nic nevaruje
histamin další látky navozují vjem bolesti prostaglandiny rovněž navozují pocit bolesti, neboť
snižují práh citlivosti pro příslušné receptory aspirin a ibuprofen zabraňují syntéze prostaglandinů
Slyšení a rovnováha
jedná se vlastně o mechanoreceptory řada bezobratlých má statocystu, pomocí které vnímá
polohu těla a udržuje rovnováhu statocysta je vrstva obrvených buněk, obklépující
komůrku, ve které se skrývají statolity – obvykle zrnka písku
pokud rakovi experimentálně vložíme jako statolity kovové piliny, můžeme jej velmi účinně mást
The Statocyst of an Invertebrate
Pokud se statolity dotýkají vlásků na spodu komory a ohýbají je , poskytují tak mozku informaci o směru působění gravitace
Slyšení a rovnováha
u raků se statocysty nachází u báze antenul mnoho medúz má statocysty na okraji zvonu, a má tak
vjem o poloze těla slyšení je zřejmě všeobecně o něco méně rozšířeno než
vnímání gravitace u mnoha druhů hmyzu jsou po těle vlásky schopné
vnímání různých vibrací různé typy vlásků (podle velkosti a tuhosti) se chvěje v
závislosti na různých typech zvuků – především těch, co vydávají predátoři nebo jsou jinak zajímaví
samci komárů má na svých tykadlech speciální vlásky, které se rozechvějí při „slyšení“ zvuku vydávaných křídly samičky – komáří samečci se tak orientují v letu směrem k samičkám
Slyšení a rovnováha
tělní vlásky na housenkách některých motýlů vnímají bzučení křídel nepřátelských vos, což housenky varuje před nebezpečím
cvrček (a mnozí další) mají tzv. tympanální membránu, což je v podstatě ušní bubínek, který zakrývá dutinku
tympanální membrána se zvukem rozechvěje, což stimuluje receptorové buňky v dutince (viz další obr.)
Slyšení a rovnováha u savců
Vnější ucho Vnitřní ucho
Střední ucho
člověk slyší zvuky v rozmezí 20 – 20 000 Hz
pes až do 40 000 Hz netopýr až 100 000 Hz
Cochlea
Obrázek ukazujecochleární kanál (1)obsahující endolymfu.Scala vestibuli (2) ascala tympani (3)obsahují perilymfu.Červené šipky vedouod oválného okénka,modré šipky vedou kokrouhlému okénku.
Cochlea
Cortiho orgán
Cortiho orgán leží ve středním oddílu hlemýždě. Obsahuje tisíce smyslových buněk s vlásky. Tyto buňky jsou vlastními receptory zvuku.
pro jednoduchost je v tomto obrázku cochlea nakreslena rozvinutá
perilymfa (uvnitř sacala vestibulari a scala tymapni) má obdobné složení jako omozkomíšní mok
endolymfa (uvnitř scala media) má vysoký obsah draslíku a nízký sodíku uvnitř scala media je + 80 mV náboj vzhledem k
perilymfě hair cells mají negativní intracelulární potenciál –
70 mV vzhledem k perilymfě avšak – mínus150 mV vzhledem k endolymfě
předpokládá se, že tento vysoký potenciál nějkak zvyšuje citlivost buněk i k těm nejslabším zvukům
Ucho (auris)
Ušní bubínek (4) oddělujeprostor vnějšího ucha odstředního ucha.
Střední ucho komunikuje s ústní dutinou skrzeeustachovu trubici (6).
Oválné okénko, které jenyní skryto třmínkem (3) a
okrouhlé okénko (5)oddělují střední ucho odvnitřního ucha
Sluchové kůstky malleus, incus a stapes
Sluchové kůstky:kladívko (1), kovadlinka(2) a třmínek (3) spojujíušní bubínek s oválnýmokénkem. Poměr jejichpovrchů (20:1) umožňujeoptimální přenos energiezvukových vln mezivzduchem a tekutinouvnitřního ucha.
Ušní bubínek
Pohled na ušníbubínek prasete.Díváme se z vnitřkustředního ucha•v centru fotografie jedobře vidět ramenokladívka, které je vtěsném kontaktu sušním bubínkem
Sluchúkolem sluchu je zachytit mechanické vibrace vzduchukterým říkáme zvuk Zvukové vlny
•přechází přes vnější zvukovodvnějšího ucha•naráží na bubínek, kterýrozkmitají•tyto vibrace přechází skrzestřední ucho díky třem malým,navzájem se dotýkajícíchkůstkám:kladívo (malleus)kovadlinka (incus)třmínek (stapes)•tyto kůstky rovněž zesilujíamplitudu vibrací
Střední ucho jevyplněno vzduchem aje spojeno s vnějšímprostředím díkyEustachově trubici,které se otevírá donosohltanu. Otevřenítéto trubice - připolykání nebo zívání -vyrovnává tlak mezistředním uchem aokolním prostředím.
Alergie nebo nachlazení mohou způsobit zánět stěn eustachovytrubice a tak mohou znesnadnit otevírání eustachovy trubice. Vtěchto případech může být náhlá změna tlaku - například při letuletadlem nebo při potápění - velmi bolestivá.
Cochlea (hlemýžď) je trubice asi 3,5 cmdlouhá, zatočená podobně jako ulitahlemýždě a je vyplněna tekutinou zvanouperilymfa. Perilymfa má na rozdíl od tělnílymfy vysoký obsah K+ iontů•skrze celou délku hlemýždě běží kostěnátrubice nazývaná cochleární kanál sdutinou, ve které je rovněž tekutina,endolymfa. Tento útvar rozděluje hlemýžděna dvě od sebe oddělené oblasti.
Protože tekutiny jsoupraktickynestlačitelné, je třebanějakým způsobemodstranit tlakzpůsobený pohybemtřmínku na oválnéokénko. Tento úkol nasebe bere okrouhléokénko, které sepohybuje v opačnémsměru.
Část kosti bylaodstraněna aby bylomožno vidět vestibul(1), VIII. nerv (2) abasální částcochleárního kanálku(3) s Cortiho orgánem.Zbytek hlemýždě jekryt kostí.
Hlemýžď (cochlea) lidského plodu(stáří 5 měsíců)
Bylo odstraněnokostěné pouzdrohlemýždě. Oválné aokrouhlé okénko jsouvyznačeny šipkami
Cortiho orgán
Tyto smyslové buňky jsou umístěny mezi basilární a tektoriální membránu. Vibrace endolymfy způsobují vibrace basilární membrány. Tyto vibrace způsobí tření vlásků smyslových buněk proti tektoriální membráně. Toto mechanické ohýbání vlásků způsobí otevření draselných kanálů smyslových buněk. Následuje průnik draselných iontů do buňky a její depolarizace.
•Možná jste si všimli že na rozdíl od obvyklých neuronů používají tyto smyslové buňky kdepolarizaci nikoli vpádu sodných iontů, nýbrž draselných iontů. :-))
Mnoho lidí, zejména v mladším věku,je schopno slyšet zvuky o frekvenci 16 - 20 000Hz. Zachycení výšky zvuku je dánopoměry v Cortiho orgánu v hlemýždi.Nejvyšší frekvence jsou zachytávány vblízkosti třmínku, zatímco nízkérozkmitají bazální membránu dalekood třmínku.
Modré čárkyznázorňují frekvencepro které je daná částmembrány nejvícecitlivá.•Všimněte si že od báze(20 000 Hz) až povrchol (50 Hz) sebazilární membránapostupně rozšiřuje
Vnímání hlasitosti
1. čím je zvuk silnější, tím více se chvěje basilární membrána
2. čím je zvuk silnější, tím více hair cells je stimulováno, čímžto vzniká spatial summation, prostorová sumace (VIZ seminář nervová soustava)
3. tzv. outer hair cells (na rozdíl od inner hair cells) nejsou stimulovány dokud zvuk není opravdu silný; stimulace těchto buněk dá mozku najevo, že zvuk je skutečně silný
Různé uspořádání sluchových buněk s dobře patrnými „vlásky“
Směr zvuku
směr zvuku vnímáme časovým posunem mezi zaznamenáním
zvuku jedním uchem a druhým uchem odlišnou intenzitou zvuku vnímaného oběma
sluchovými orgány
ušní boltce napomáhají rozpoznání, zda zvuk přichází shora nebo zdola
Poruchy sluchu
„nerve deafness“ porucha sluchového nervu nebo porucha cochlei
„conduction deafness“ nesprávná funkce fyzických struktur sluchu sluchové kůstky mohou „zamrznout“ kalcifikací
či fibrózou
4. Sacculus•5. Cochleární kanál•10. Oválné okénko•12. Vestibulární kanál(scala vestibuli)•13. Tympanální kanál(scala tympani)•14. Utriculus
zrak zřejmě u různých skupin vznikl v evoluci až 40x nezávisle na sobě!
Informace je předávána do nervové soustavyprostřednictvím nervových impulsů - tzv. akčníchpotenciálů - které se předávají na principu všenebo nic. Akční potenciál spuštěný dopademfotonu na sítnici oka je tentýž jako akční potenciálspuštěný vlněním vzduchu, které je zachycenésluchem. Schopnost rozlišit typ podnětu, jako jesvětlo nebo zvuk, závisí na části mozku kterápřijímá signál. To co je důležité tedy je kamimpulsy putují a ne co je spouští.
Počitek a vjem
•počitek = proces přikterém stimulacereceptorových buněkvysílá nervovéimpulsy do mozku
vjem = proces přikterém mozekinterpretuje počitky,dává jim řád avýznam. Vjemy jakojsou barvy, vůně,zvuky a chutě jsoukonstrukce mozku aneexistují mimo něj
Podněty, jako je světlo nebo zvuk představují vlastnějistou formu energie a základní funkcí receptorovýchbuněk je přeměnit tuto energii ve změnu vmembránovém potenciálu nervové buňky a tak předatsignál do nervové soustavy. Tento úkol se sestává zečtyř hlavních funkcí: •přeměna energie podnětu do energie akčních potenciálů•zesílení signálu•přenos•integrace (zejména v CNS)
Sensorický práh
= nejmenší vnímaná změna některécharakteristiky podnětu•Rozeznáváme intenzitní, prostorový a časový práh•velikost prahové hodnoty někdy závisí na okolnostech.Například citlivost receptorů pro glukózu v lidských ústechse může měnit až o několik řádů podle toho, v jakémnutričním stavu se organismus nachází a rovněž namnožství glukózy v potravě při změně jídelníčku
Sensorická adaptace
Všechny smyslové soustavy vykazují po delší astálé stimulaci sníženou citlivost•bez této adaptace bychom vnímali každý údersrdce nebo pohyb šatů po těle•tato adaptace téměř neexistuje pro vnímání bolesti
Zrakové ústrojí: příkladkomplexní smyslové soustavy
Orgány citlivé na světlo
1. Jednoduché buňky citlivé na světlo(přítomné dokonce v naší kůži!)2. Buňky schopné rozpoznat směr světla3. Komorové oko
Anatomie oka
Oko (oculus, oftalmos)•je uloženo v očnici (orbitě). Stěna oční koule mátři vrstvy:•bělima (sclera) - vnější vrstva•cévnatka (chorioidea) - střední vrstva•sítnice (retina) - vnitřní vrstva
Bělima (sclera) vnější vrstva
•vpředu přechází v rohovku (cornea)•rohovka je čirá, bez cév•hodně nervových zakončení•více vyklenutá
Cévnatka (chorioidea) střední vrstva
vpředu přechází v duhovku (iris) - jejíhladké svaly rozšiřujía zužují otvor vduhovce - zornice(zřítelnice, panenka,pupila) a regulují takjako clona vstupsvětla do oka•duhovka obsahujepigment, na jehožmnožství a umístěnízávisí barva oka
Cévnatka (chorioidea) střední vrstva
řasnaté těleso(corpus ciliare) obsahuje akomodačnísval - jeho staženíuvolní závěs čočky ata se vlastní pružnostívíc vyklene
Sítnice (retina)
•složena z 10 vrstevbuněk (pigmentové,tyčinky, čípky,propojovací neuronyatd.)•světločivné buňky(vlastní receptory)obsahují světločivnábarviva, zejménarodopsin
Světločivné buňky
•tyčinky - protáhlý tvar, černobílé vidění, citlivějšína světlo; v sítnici člověka asi 125 miliónů•čípky - širší tvar, 3 typy (červené, zelené a modré)lišící se citlivostí v různé oblasti světelnéhospektra, barevné vidění; v sítnici člověka asi 6miliónů•tyčinky a čípky tvoří asi 70% všech receptorovýchbuněk v těle člověka Ü důležitost zraku
Světločivné buňky (fotoreceptory) v sítnici oka obratlovcůtyčinky čípky
•tyčinky a čípky chybějí v místě, kde ze sítnicevystupuje zrakový nerv - slepá skvrna•žlutá skvrna - místo nejostřejšího vidění (jenčípky - asi 150 000 na mm2)
Lomná prostředí okajimi prochází a láme se světelný paprsek
•čočka (lens) závěsným aparátem upevněna na řasnaté těleso; tužšípouzdro, uvnitř rosolovitá hmota•sklivec (corpus vitreum) řídká rosolovitá hmota mezi čočkou a sítnicí•Dalším lomným prostředím jsou rohovka a oční mok: vyplňuje přední komoru oční (mezi rohovkou aduhovkou) a zadní komoru oční (mezi duhovkou a čočkou)
Zaostření
•chobotnice, sépie, některé ryby - pohybemčočky vpřed a vzad (jako u fotoaparátu)•savci - změnou tvaru čočky
Typy čoček
Krátkozrakost a dalekozrakost
Rodopsin
Retinal + bílkovina opsin = rodopsin•při osvětlení molekula retinalu mění svůjtvar
Proces vidění
•Z optického hlediska je oko složitá lomnásoustava, tvořící na sítnici převrácený, skutečný,zmenšený obraz okolí•celé lomné prostředí oka má při pohledu do dálkyoptickou mohutnost 60 D (1 dioptrie = optickámohutnost čočky s ohniskovou vzdáleností f = 1 m)•oko je normálně zaostřeno do dálky
K zaostření na bližší předměty je nutná akomodace(změna opt. mohutnosti čočky jejím vyklenutím)
Dívejte se upřeně 30 vteřin na levý snímek a pak na pravý
Amesův prostor