Fyziologie smyslových orgánů

1. 2009 Fyziologie smyslových orgánů

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 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

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 • cayennepeppers taste „hot“ because they contain a natural product calledcapsaicin • in turns out that exposingsensoryneurons to capsaicintriggers an influx of calciumions • …but the recptorresponds not only toicapsaicin but also to hottemperatures (42oC or higher) • in essence, we describespicyfoods as „hot“ because they activate the same sensoryreceptors as do hotsoups 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.)

40. Slyšení a rovnováha u savců

41. Fysiologie sluchu Člověka

46. člověk slyší zvuky v rozmezí 20 – 20 000 Hz • pes až do 40 000 Hz • netopýr až 100 000 Hz

47. Cochlea

48. Obrázek ukazujecochleární kanál (1)obsahující endolymfu.Scala vestibuli (2) ascala tympani (3)obsahují perilymfu.Červené šipky vedouod oválného okénka,modré šipky vedou kokrouhlému 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.