Hmat, mechanorecepce, bolest, somato-senzorický systém

Prezentace na téma: "Hmat, mechanorecepce, bolest, somato-senzorický systém"— Transkript prezentace:

1 Hmat, mechanorecepce, bolest, somato-senzorický systém
Petr Maršálek přednáška 3 * 45 min

2 Reakce (R) je funkce intenzity stimulu (S), R=f(S)

3 (1) Somato-sensorický systém

4 Mechanorecepce – receptorové orgány (vybrané obrázky)

5 Mechanorecepce – receptorové orgány (seznam )
I. Mechanoreceptors Skin tactile sensibilities (epidermis and dermis) Free nerve endings Expanded tip endings Merkel’s discs Plus several other variants Spray endings Ruffini’s endings Encapsulated endings Meissner’s corpuscles Krause’s corpuscles Hair end-organs (Deep tissue sensibilities, Free nerve endings, Expanded tip endings, Spray endings, Ruffini’s endings, Encapsulated endings) Pacinian corpuscles Plus a few other variants Muscle endings Muscle spindles Golgi tendon receptors Hearing Sound receptors of cochlea Equilibrium Vestibular receptors Arterial pressure Baroreceptors of carotid sinuses and aorta II. Thermoreceptors Cold Cold receptors Warmth Warm receptors III. Nociceptors Pain Mechanorecepce – receptorové orgány (seznam )

6 Kožní receptory hmatu

7 Kožní receptory hmatu

8 Kožní receptory hmatu RA = Rapid Adaptation SA = Slow Adaptation

9 P = proporcionální sensor
D = derivační (diferenční sensor) [D2 = akcelerační (sensor druhé diference)] I = integrační sensor PD , PDI, atd = smíšený sensor RA = Rapid Adaptation SA = Slow Adaptation

10 P = proporcionální sensor
D = derivační (diferenční sensor) [D2 = akcelerační (sensor druhé diference)] I = integrační sensor PD , PDI, atd = smíšený sensor

11 Šlachová tělíska a kloubní receptory

12 Šlachová tělíska a kloubní receptory

13 Termoreceptory Chladové, < 36 st. C Tepelné > 36 st. C
Na horké > 45 st. C ( = VR1, vaniloidové, kapsaicinové receptory)

14 Extempore č. 1 (celkem kolem 5 obrázků): Psychofyzika aplikovaná v praxi, aneb o Scovillově stupnici pálivosti papriček

15 Design pokusu vedoucího ke konstrukci Scovillovy stupnice pálivosti čili papriček

16 Scovilův žebříček papriček příklady
Pepřový sprej Trinidad Moruga Scorpion Chocolate 7-Pot Dorset Naga Trinidad Scorpion Butch Taylor Naga Viper, Trinidad 7 Pot Jonah Satan's Strain Trinidad Scorpion Moruga Naga Morich, Infinity Chilli Bhut Jolokia Trinidad 7 Pot CARDI Strain – Red Savina Habanero – Habanero – Paprička Birds Eye, Piri Piri – Tabasco paprička 5 000 – Serrano 5 000 – Chipotle 2 500 – Jalapeño, Tabasco omáčka 1 000 – Poblano 100 – Pimento

17 Scovillovy jednotky pálivosti účinná látka (Scoville heat units)
16,000,000,000 Resiniferatoxin 5,300,000,000 Tinyatoxin 16,000,000 Capsaicin 15,000,000 Dihydrocapsaicin 9,200,000 Nonivamide 9,100,000 Nordihydrocapsaicin 8,600,000 Homocapsaicin 160,000 Shogaol (dehydr. zázv. olej) 100,000 Piperine (pepřový alkaloid) 60,000 Gingerol (zázvorový olej) 16,000 Capsiate

18 Kdo byl W.L. Scoville ? W.S. byli totiž dva: W. L. S. a W. B. S., a pak byl ješte pacient H. M.: Wilbur Lincoln Scoville, americký farmaceut, (1865 – 1942) William Beecher Scoville, americký neurochirurg, ( ) Brenda Milner, kanadská psycholožka, (1918 – dosud), 15. července 2017 bude mít 99 let (nar. tentýž den jako Vernon Benjamin Mountcastle, ) William Beecher Scoville and Brenda Milner (1957). "Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions". Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry 20, (1): 11–21. Pacient H. M. - Henry Gustav Molaison (1926 – 2008), neboli „Padesátiletá kariéra nechtěného lidského pokusného subjektu s poruchou konsolidace paměti“

19 Zlaté časy psychofyziky (= druhá polovina 19. století)
1. viz: Weber-Fechnerův zákon, 2. Ernst Heinrich Weber, ([*] 1795 – [+] 1878) 3. Gustav Theodor Fechner, ([*]1801, Polsko - [+]1887, Leipzig, Německo,) 1850 – došel k náhlému osvícení směrem k exaktnímu popisu smyslového vnímání Elemente der Psychophysik (1860), 1878 – definice mediánu (= je to hodnota, dělící distribuční funkci na polovinu)

20 Reakce (R) je funkce intenzity stimulu (S), R=f(S)

21 Ke hmatu a somato-senzorickému systému je třeba ještě doplnit popis nervových drah - viz anatomie…

22

23

24 (2) Bolest (úvod)

25 CGRP (Calcitonin-gene related peptide), SP (Peptide substance)

26 Poškození tkáně většinou vyvolá bolestivou senzaci Bolest:
1 je varovný signál, varuje před poškozením tkáně 2 může napomoci diagnostice a lokalizaci patologií 3 může být patologická, obtěžuje Části bolesti Algothymická složka je emocionální doprovod bolesti Algognostická složka říká, kde a „co“ a jak nás bolí Je více druhů bolesti, které již nemají účel varování, postrádají hodnotu signálu, neurologické vyšetření bývá v normě, to jsou …neuralgie Psychofyzikálně: - není vztah mezi intenzitou podnětu a intenzitou vjemu -je plynulý přechod mezi různým typy hmatové a bolestivé stimulace šimrání, ostrý dotek, teplo, chlad svědění, píchnutí, opaření, omrznutí co svědí, musí se škrábat (?), … [Fenistil – antihistaminikum, antipruriginosum]

27 -viz např. VŠ prof., malíř, Vladimír Franz
Jak lidé demonstrují schopnost snášet bolest? Extempore, č. 2, politicky nekorektní -viz např. VŠ prof., malíř, Vladimír Franz -piercing -tetování

28 …Politicky nekorektní extempore používá motivy z přednášky Mandyama Veerambudi Srinivasana kolem r. 2009 Hledejme poučení o bolesti u klasiků fyziologie Ivan Petrovič Pavlov ( ), Nobelova cena z. r. 1904, čtvrtý ročník,… a jedna dětská anekdota: (kterou všichni určitě známe) I. P. Pavlov dělá pokusy na bleše… …a to nás přivádí k otázce

29 Cítí hmyz bolest podobně jako lidé?
…a to nás přivádí k otázce č.1 Cítí hmyz bolest podobně jako lidé? 29 z 11 29

30 CZ: bělásek zelný LT: Pieris brassicae DE: Kohl-weißling EN: cabbage
white butterfly Cítí bělásek zelný bolest? z 11

31 LT: Mantis religiosa CZ: kudlanka nábožná
DE: Gottes-Anbeterin, EN: praying mantis Cítí sameček kudlanky nábožné bolest? z 11

32 …a jak je to s tou dětskou anekdotou správně
…a jak je to s tou dětskou anekdotou správně? …musíme si správně vybrat druh pokusného zvířete…

33 LT: Locusta migratoria
CZ: saranče stěhovavá LT: Locusta migratoria DE: (Wander)-heu-schrecke EN: migratory locust z 11

34 politicky nekorektní extempore č. 2
Upozornění: zde končí politicky nekorektní extempore č. 2 Pokračujeme molekulárními mechanismy mechanorecepce a dále bolestí… 34 z 11 34

35 Mechanorecepce/ hmat u CZ: octomilky obecné, EN: fruit fly, DE: die Frucht-fliege LT: Drosophila Melanogaster

36 Jak je to s bolestí u dospělé octomilky?
…a to nás přivádí k otázce č.2 Jak je to s bolestí u dospělé octomilky? 36 z 11 36

37 …a to nás přivádí k otázce č. 3
Jak je to s mechanorecepcí u octomilky?, výzkumné otázky, molekulární mechanismy… 37 z 11 37

38 Various Sensilla A) B) C)
A) Bristle structure B) Bristle schematics C) Campaniform sensillum schematics Bristle - a short stiff coarse hair, a mechanoreceptor with bristle. Campaniform sensillum - (campana = bell in Latin) bell shaped mechanoreceptor.

39 Mechanoreceptor current in response to mechanical stimulation
B [Walker et al, 2000]

40 Molecular Devices [Howard and Bechstedt, 2004]
In year 2010: Most of the molecular structure of mechanically gated ion channels is unknown [Howard and Bechstedt, 2004] [Gillespie and Walker, 2001]

41 Model: Introduction of Leaky Integrator (= RC circuit with threshold)

42 Model: Leaky Integrator and Spring Equations

43 Model: Reordered Equations
1. Although leaky integrator and spring equations are linear, threshold, adaptation and mechanoreceptor currents are nonlinear, making the whole DE set nonlinear. 2. Spring equation is rewritten to its normal form to be fed into a custom written fixed step Runge-Kutta numerical DE solver (in Matlab).

44 (2) Bolest (pokračování)

45 Bolest je modifikována
předchozí zkušeností sugescí emocemi, speciálně strachem současnou aktivací dalších smyslových vstupů zaměřením pozornosti

46 Bolest vyvolá aktivaci
sympatického nervstva vazokonstrikce, hypertenze, tachykardie, pocení, zblednutí, husí kůže, mydriáza parasympatiku hypotenze, bradykardie, nausea/ zvracení motorickou odpověď a alteraci vědomí Bolest vyvolá aktivaci

47 Typy bolesti, fenomenologie
Akutní bolest -je vyvolána identifikovatelnými podněty -je krátkodobá -přestává, když je zhojeno poranění tkání, které ji způsobilo -většinou se neopakuje Chronická bolest -trvá déle než 6 měsíců -příčiny nemusí být vždy identifikovatelné -intenzita bolesti je vždy vyšší než odpovídá intenzitě stimulace -způsobuje velké tělesné i duševní utrpení -zhoršuje kvalitu života klasifikace bolesti podle příčiny •Nociceptorová (nociceptivní) •Periferní neurogenní (neuropatická) •Centrální neurogenní •Bolest dysautonomní – z dysfunkce sympatiku •Viscerální •Psychogenní

48 Nociceptory, bolestivé receptory = dedikované receptory, iontové kanály a volná nervová zakončení
They are sensitive on the pH changes (pH in acute abscess, phlegmona reaches 5,8 = pain, pH in chronic abscess is normal, without pain) Nociceptors register the ratio K+:Ca2+ (treshold for pain is lower in the lower Ca2+ level in ECV) evoking inflammation are (permeability of vessel wall, oedema) histamin, bradykinin, serotonin direct influence of free-nerve endings: potassium, histamin, bradykinin, serotonin sensitisation of nociceptors: prostaglandins, esp. PgE2, interleukin-1, interleukin-6, cyclooxygenases (COX-1, COX-2) From activated free nerve endings P-substance is released. It influences vessel wall (vasodilation, permeability of vessel wall, oedema) and mast cells (release of histamin after degranulation).

49 Typy vláken vedoucích bolest
C-fibres – without myelin sheets, action potentials are convected slowly, fibres convect deep, nonaccurate localized, diffuse pain Aδ-fibres – with thin myelin sheet, fibres mediate fast conduction of sharp, accurate localized pain Aα/Aβ-fibres – large myelinated. Fibres do not convect nociceptive stimuli, they mediate tactile stimuli Afferent fibres enter dorsal spinal roots. In this region exist excitatory and inhibitory interneurons. Inhibitory interneurons gate the passage of information into thalamus and cortex.

50 Podněty vyvolávající bolest
-chemické -endogenní mediátory zánětu (bradykinin, prostaglandiny, serotonin, histamin, K+, H+, Il-1=Interleukin) -exogenní látky (kapsaicin, formalín) -tepelné -poškozující teplota nad 42°C -mechanické

51 Co se děje při bolestivé stimulaci
aktivují se tetrodotoxin rezistentní (TTX-R) kanály uvolňuje se z poškozených buněk ATP a působí jako mediátor bolesti. Receptory ATP jsou purinové receptory (P2X) aktivují se vaniloidové receptory (VR1),- receptory pro kapsaicin, které se aktivují i při poškozující teplotě nad 42°C a pH < 6.5 aktivují se ASIC kanály - acid sensing ion channels, které se uplatňují zejména při poklesu pH < 6.5 upregulují se postsynaptické receptory pro excitační transmitery - glutamát (NMDA) a substance P (NK1)

52 Vaniloidové receptory a bolest
Poznámky o (možných) souvislostech Ptáci versus savci... (Versus hmyz...) Konzumace pálivých papriček vede ke zvýšení prahu pro bolest Pálivé papričky a vnímání pocitu tepla Kapsaicinové náplasti, „prohřívací“ masážní emulze, atd, atd.

53 Vrátková teorie bolesti – míšní úroveň
Substantia gelatinosa II. a III. Rexedova zóna rychlá pomalá

54 Opioidní systém nigrostriatální a mezolimbický dopaminergní
ovlivnění motoriky a systému odměny hypotalamo-hypofyzární modulace hormonální sekrece ascendentní a descendentní dráhy modulace bolesti ascendentní – mícha, talamus descendentní – PAG, rafeální jádra

55 Endogenní kanabinoidy
ZOO receptorů… Endogenní opioidy Endogenní kanabinoidy -endorfin (31 aminokyselin) -  Endomorfin (4 aminokyseliny) -  Leu-enkefalin (5 aminokyselin) -  Met-enkefalin (5 aminokyselin) -  Dynorfin (A 1-8, B 1-17) -  nociceptin/ orfanin nocistatin amidy a estery mastných kyselin anandamid palmitoyl-etanolamid PEA Receptory CB1 a CB2 CB1 v PAG a RVM senzorický neuron CB2 ve strukturách imunitního systému FAAH – hydroláza amidů MK uplatňují se také ve vnitřním uchu a ve sluchové dráze presynaptické receptory inhibice uvolňování neurotransmiterů  Ca2+ postsynaptické receptory  K+ vodivost – hyperpolarizace membrány

56 Typy bolesti, fenomenologie lokalizace

57 Headovy zóny, Přenesená bolest

58 Přenesená a patologická bolest
Další patologické „senzace“ …, bolesti hlavy, neuralgia n. trigemini, migréna,…

59 Lokalizace vedení bolesti v rámci drah CNS

60 Přibližná lokalizace senzorických, afektivních a kognitivních složek bolesti

61 Možnosti boje proti bolesti

62 (3) Somato-senzorický systém a poranění míchy.

63 Míšní šok u člověka In both meningeal irritation and spinal shock
extensor systems take over flexor systems

64 Poranění CNS versus poranění periferního nervu

65 Progression of CNS injury (Spinal Cord Injury, SCI as a model)
local swelling at the site of injury which pinches off blood perfusion  ischemia Excessive release of glutamate and excitotoxicity of neurons and oligodendrocytes at the site of injury Infiltration by immune cells (microglia, neutrophils) Free radical toxicity Apoptosis/necrosis

66 Poranění míchy podle míšních segmentů, viz fyziologické základy patofyziologie

67

68

69 Types of incomplete spinal cord injury

70 Central cord syndrome Characterized by:
disproportionately greater motor impairment in upper compared to lower extremities, and variable degree of sensory loss below the level of injury in combination with bladder dysfunction and urinary retention.

71

72

73 Podklad Brown-Sequardova syndromu

74

75 Automatické vyprazdňování močového měchýře u paraplegie

76

77 To je dnes vše…

78

79 Text