Fyziologie smyslových orgánů

Prezentace na téma: "Fyziologie smyslových orgánů"— Transkript prezentace:

1 Fyziologie smyslových orgánů
2009

2 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

3 Fysiologie smyslů jedovatí přástevníci zacvrčí netopýru odpověď na znamení, že jsou jedovatí jiné můry, jedlé, se to v rámci batesiánskýh mimiker naučily napodobovat

4 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

5 Sonar u delfínů

6 Fysiologie smyslů prokaryota se umí pohybovat k nebo od určité chemikálie

7 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!

8 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

9 Fysiologie smyslů smysly jsou transformátory
oko nevidí, oko je transformátor, který světelnou energii přeměňuje v energii akčních potenciálů

10 Reception, Transduction, Transmission, Perception

11 Sensorické receptory Při podráždění se logicky jedná o depolarizaci.
a. receptor hlídající natažení svalu u raka

12 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

13 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.

14 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

15 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

16 Amplifikace impuls se během své cesty může amplifikovat (zmnohonásobit) akční potenciály vedoucí z oka do mozku mají cca x 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

17 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

18 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

19 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

20 Typy sensorických receptorů
mechanoreceptory termoreceptory nocireceptory elektromagnetické receptory chemoreceptory

21 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

22 Sensorické receptory v kůži člověka

23 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

24 Chemoreceptory u mouchy

25 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

26 Typy sensorických receptorů
elektromagnetické receptory vnímají světlo, elektřinu, magnetismus fotoreceptory jsou lokalizovány v orgánech, které pro mnohé možná nepřekvapivě nazýváme oči

27 Elektromagnetické receptory
někteří hadi mají velmi citlivé receptory pro infračervené záření – „vidí teplo“ a dokáží tak vidět i hlodavce na chladnějším pozadí

28 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

29 Elektromagnetické receptory
Běluhy se na svých tazích zřejmě alespoň částečně orientují pomocí magnetického pole Země

30 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.)

31 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

32 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!

33 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

34 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

35 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

36 The Statocyst of an Invertebrate
Pokud se statolity dotýkají vlásků na spodu komory a ohýbají je , poskytují tak mozku informaci o směru působění gravitace

37 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

38 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.)

39

40 Slyšení a rovnováha u savců

41 Fysiologie sluchu Člověka

42                                                                                                              Vnitřní ucho Vnější ucho Střední ucho

43

44

45

46 člověk slyší zvuky v rozmezí 20 – 20 000 Hz
pes až do Hz netopýr až Hz

47 Cochlea

48 Obrázek ukazuje cochleární kanál (1) obsahující endolymfu
Obrázek ukazuje cochleární kanál (1) obsahující endolymfu. Scala vestibuli (2) a scala tympani (3) obsahují perilymfu. Červené šipky vedou od oválného okénka, modré šipky vedou k okrouhlému okénku.

49 Cochlea

50 Cortiho orgán Cortiho orgán leží ve středním oddílu hlemýždě. Obsahuje tisíce smyslových buněk s vlásky. Tyto buňky jsou vlastními receptory zvuku.

51 pro jednoduchost je v tomto obrázku cochlea nakreslena rozvinutá

52

53 endolymfa (uvnitř scala media) má vysoký obsah draslíku a nízký sodíku
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

54 Ucho (auris)                                                         

55 Ušní bubínek (4) odděluje prostor vnějšího ucha od středního ucha.
Střední ucho komunikuje s ústní dutinou skrze eustachovu trubici (6). Oválné okénko, které je nyní skryto třmínkem (3) a okrouhlé okénko (5) oddělují střední ucho od vnitřního ucha

56 Sluchové kůstky malleus, incus a stapes
Sluchové kůstky: kladívko (1), kovadlinka (2) a třmínek (3) spojují ušní bubínek  s oválným okénkem. Poměr jejich povrchů (20:1) umožňuje optimální přenos energie zvukových vln mezi vzduchem a tekutinou vnitřního ucha.

57 Ušní bubínek Pohled na ušní bubínek prasete. Díváme se z vnitřku středního ucha •v centru fotografie je dobře vidět rameno kladívka, které je v těsném kontaktu s ušním bubínkem

58 Sluch úkolem sluchu je zachytit mechanické vibrace vzduchu kterým říkáme zvuk
Zvukové vlny •přechází přes vnější zvukovod vnějšího ucha •naráží na bubínek, který rozkmitají •tyto vibrace přechází skrze střední ucho díky třem malým, navzájem se dotýkajících kůstkám: kladívo (malleus) kovadlinka (incus) třmínek (stapes) •tyto kůstky rovněž zesilují amplitudu vibrací

59

60   Střední ucho je vyplněno vzduchem a je spojeno s vnějším prostředím díky Eustachově trubici, které se otevírá do nosohltanu. Otevření této trubice - při polykání nebo zívání - vyrovnává tlak mezi středním uchem a okolním prostředím.

61 Alergie nebo nachlazení mohou způsobit zánět stěn eustachovy trubice a tak mohou znesnadnit otevírání eustachovy trubice. V těchto případech může být náhlá změna tlaku - například při letu letadlem nebo při potápění - velmi bolestivá.

62 Cochlea (hlemýžď) je trubice asi 3,5 cm dlouhá, zatočená podobně jako ulita hlemýždě a je vyplněna tekutinou zvanou perilymfa. Perilymfa má na rozdíl od tělní lymfy vysoký obsah K+ iontů •skrze celou délku hlemýždě běží kostěná trubice nazývaná cochleární kanál s dutinou, ve které je rovněž tekutina, endolymfa. Tento útvar rozděluje hlemýždě na dvě od sebe oddělené oblasti.

63    Protože tekutiny jsou prakticky nestlačitelné, je třeba nějakým způsobem odstranit tlak způsobený pohybem třmínku na oválné okénko. Tento úkol na sebe bere okrouhlé okénko, které se pohybuje v opačném směru.

64 Část kosti byla odstraněna aby bylo možno vidět vestibul (1), VIII
Část kosti byla odstraněna aby bylo možno vidět vestibul (1), VIII. nerv (2) a basální část cochleárního kanálku (3) s Cortiho orgánem. Zbytek hlemýždě je kryt kostí.

65 Hlemýžď (cochlea) lidského plodu (stáří 5 měsíců)
Bylo odstraněno kostěné pouzdro hlemýždě. Oválné a okrouhlé okénko jsou vyznačeny šipkami

66 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.

67 •Možná jste si všimli že na rozdíl od obvyklých neuronů používají tyto smyslové buňky k depolarizaci nikoli vpádu sodných iontů, nýbrž draselných iontů. :-))

68 Mnoho lidí, zejména v mladším věku, je schopno  slyšet zvuky o frekvenci Hz. Zachycení výšky zvuku je dáno poměry  v Cortiho orgánu v hlemýždi. Nejvyšší frekvence jsou zachytávány v blízkosti třmínku, zatímco nízké rozkmitají bazální membránu daleko od třmínku.

69 Modré čárky znázorňují frekvence pro které je daná část membrány nejvíce citlivá. •Všimněte si že od báze ( Hz) až po vrchol (50 Hz) se bazilární membrána postupně rozšiřuje

70 Vnímání hlasitosti čím je zvuk silnější, tím více se chvěje basilární membrána čím je zvuk silnější, tím více hair cells je stimulováno, čímžto vzniká spatial summation, prostorová sumace (VIZ seminář nervová soustava) 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

71 Různé uspořádání sluchových buněk s dobře patrnými „vlásky“

72                                                                   

73 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

74 Poruchy sluchu „nerve deafness“ porucha sluchového nervu nebo porucha cochlei „conduction deafness“ nesprávná funkce fyzických struktur sluchu sluchové kůstky mohou „zamrznout“ kalcifikací či fibrózou

75 4. Sacculus •5. Cochleární kanál •10. Oválné okénko •12
4. Sacculus •5. Cochleární kanál •10. Oválné okénko •12. Vestibulární kanál (scala vestibuli) •13. Tympanální kanál (scala tympani) •14. Utriculus

76 Fysiologie zraku

77

78

79

80 zrak zřejmě u různých skupin vznikl v evoluci až 40x nezávisle na sobě!

81 Informace je předávána do nervové soustavy prostřednictvím nervových impulsů - tzv. akčních potenciálů - které se předávají na principu vše nebo nic. Akční potenciál spuštěný dopadem fotonu na sítnici oka je tentýž jako akční potenciál spuštěný vlněním vzduchu, které je  zachycené sluchem. Schopnost rozlišit typ podnětu, jako je světlo nebo zvuk, závisí na části mozku která přijímá signál. To co je důležité tedy je kam impulsy putují a ne co je spouští.

82 Počitek a vjem •počitek = proces při kterém stimulace receptorových buněk vysílá nervové impulsy do mozku vjem = proces při kterém mozek interpretuje počitky, dává jim řád a význam. Vjemy jako jsou barvy, vůně, zvuky a chutě jsou konstrukce mozku a neexistují mimo něj

83 Podněty, jako je světlo nebo zvuk představují vlastně jistou formu energie a základní funkcí receptorových buněk je   přeměnit tuto energii  ve změnu v membránovém potenciálu nervové buňky a tak předat signál do nervové soustavy. Tento úkol se sestává ze čtyř hlavních funkcí: •přeměna energie podnětu do energie akčních potenciálů •zesílení signálu •přenos •integrace (zejména v CNS)

84 Sensorický práh = nejmenší vnímaná změna některé charakteristiky podnětu •Rozeznáváme intenzitní, prostorový a časový práh •velikost prahové hodnoty někdy závisí na okolnostech. Například citlivost receptorů pro glukózu v lidských ústech se může měnit až o několik řádů podle toho, v jakém nutričním stavu se organismus nachází a rovněž na množství glukózy v potravě při změně jídelníčku

85 Sensorická adaptace Všechny smyslové soustavy vykazují po delší a stálé stimulaci sníženou citlivost •bez této adaptace bychom vnímali každý úder srdce nebo pohyb šatů po těle •tato adaptace téměř neexistuje pro vnímání bolesti

86 Zrakové ústrojí: příklad komplexní smyslové soustavy

87 Orgány citlivé na světlo
1. Jednoduché buňky citlivé na světlo (přítomné dokonce v naší kůži!) 2. Buňky schopné rozpoznat směr světla 3. Komorové oko

88 Anatomie oka Oko (oculus, oftalmos) •je uloženo v očnici (orbitě). Stěna oční koule má tři vrstvy: •bělima (sclera) - vnější vrstva •cévnatka (chorioidea) - střední vrstva •sítnice (retina) - vnitřní vrstva

89 Bělima (sclera) vnější vrstva
•vpředu přechází v rohovku (cornea) •rohovka je čirá, bez cév •hodně nervových zakončení •více vyklenutá

90 Cévnatka (chorioidea) střední vrstva
vpředu přechází v    duhovku (iris) - její hladké svaly rozšiřují a zužují otvor v duhovce - zornice (zřítelnice, panenka, pupila) a regulují tak jako clona vstup světla do oka •duhovka obsahuje pigment, na jehož množství a umístění závisí barva oka

91 Cévnatka (chorioidea) střední vrstva
  řasnaté těleso (corpus ciliare)      obsahuje akomodační sval - jeho stažení uvolní závěs čočky a ta se vlastní pružností víc vyklene

92 Sítnice (retina) •složena z 10 vrstev buněk (pigmentové, tyčinky, čípky, propojovací neurony atd.) •světločivné buňky (vlastní receptory) obsahují světločivná barviva, zejména rodopsin

93 Světločivné buňky •tyčinky - protáhlý tvar, černobílé vidění, citlivější na světlo; v sítnici člověka asi 125 miliónů •čípky - širší tvar, 3 typy (červené, zelené a modré) lišící se citlivostí v různé oblasti světelného spektra, barevné vidění; v sítnici člověka asi 6 miliónů •tyčinky a čípky tvoří asi 70% všech receptorových buněk v těle člověka Ü důležitost zraku

94

95 Světločivné buňky (fotoreceptory) v sítnici oka obratlovců tyčinky čípky

96

97 •tyčinky a čípky chybějí v místě, kde ze sítnice vystupuje zrakový nerv - slepá skvrna •žlutá skvrna - místo nejostřejšího vidění (jen čípky - asi na mm2)

98

99

100

101

102

103 Lomná prostředí oka jimi prochází a láme se světelný paprsek
•čočka (lens)    závěsným aparátem upevněna na řasnaté těleso; tužší pouzdro, 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 a duhovkou) a zadní komoru oční (mezi duhovkou a čočkou)

104 Zaostření •chobotnice, sépie, některé ryby - pohybem čočky vpřed a vzad (jako u fotoaparátu) •savci - změnou tvaru čočky

105 Typy čoček

106 Krátkozrakost a dalekozrakost

107

108

109 Rodopsin Retinal + bílkovina opsin = rodopsin •při osvětlení molekula retinalu mění svůj tvar

110

111

112

113

114

115

116

117

118 Proces vidění •Z optického hlediska je oko složitá lomná soustava, tvořící na sítnici převrácený, skutečný, zmenšený obraz okolí •celé lomné prostředí oka má při pohledu do dálky optickou mohutnost 60 D (1 dioptrie = optická mohutnost čočky s ohniskovou vzdáleností f = 1 m) •oko je normálně zaostřeno do dálky

119 K zaostření na bližší předměty je nutná akomodace (změna opt
K zaostření na bližší předměty je nutná akomodace (změna opt. mohutnosti čočky jejím vyklenutím)

120

121

122 Dívejte se upřeně 30 vteřin na levý snímek a pak na pravý

123

124 Amesův prostor

125

126

127

128

129

130

131

132