Fizjologia człowieka: Czucie i percepcja - notes

Podstawy czucia i percepcji

• Analiza odbioru bodźców odbywa się na trzech kluczowych poziomach:

  • Transdukcji sensorycznej.
  • Przewodzenia informacji od receptora do Ośrodkowego Układu Nerwowego (OUN).
  • Ośrodkowego układu nerwowego (OUN).

• Definicja Czucia:

  • Związane jest z wykrywaniem zmiany w środowisku i przewodzeniem informacji o jej charakterze do OUN.
  • Ma charakter monomodalny, co oznacza, że w procesie czucia skupiamy się na jednej konkretnej modalności bodźca.
  • Czucie bez analizy multimodalnej jest niepełną metodą analizy, ponieważ bodźce o jednej modalności mogą dostarczać niejednoznacznych informacji.

• Definicja Percepcji:

  • Jest to analiza bodźców środowiskowych na wyższym poziomie, wiążąca się z ich interpretacją.
  • Z reguły jest procesem multimodalnym, integrującym bodźce o różnej modalności.
  • Jest procesem interpretacji informacji reprezentowanych w korze mózgowej.
  • Celem percepcji jest precyzyjne odzwierciedlenie zjawisk zachodzących w środowisku (np. percepcja ruchu wykorzystująca jednocześnie bodźce wzrokowe i mechaniczne z kanałów półkolistych pozwala na lepszą ocenę sytuacji).

Atrybuty bodźców i typy receptorów

• Atrybuty bodźców:

  1. Modalność: Typ energii związany z danym rodzajem bodźca.
  2. Intensywność: Zależna od ilości energii niesionej przez bodziec.
  3. Czas trwania: Kodowany na poziomie komórek receptorowych (tonicznie – wolno, fazowo – szybko).
  4. Lokalizacja: Związana z umiejscowieniem komórek receptorowych oraz organizacją somatosensoryczną kory mózgowej.

• Klasyfikacja receptorów ze względu na charakter bodźca:

  • Chemoreceptory: Rozróżniają substancje chemiczne (np. receptory smaku i węchu, neurony smakowe, kubki smakowe).
  • Termoreceptory: Reagują na temperaturę lub jej zmianę.
  • Nocyceptory: Receptory wrażeń bólowych.
  • Mechanoreceptory: Reagują na bodźce mechaniczne (np. ciałko blaszkowate Vatera-Paciniego – dotyk; narząd ślimakowy – dźwięk).
  • Fotoreceptory: Receptory światła (białka: opsyny, rodopsyna; komórki: czopki, pręciki; narząd: oko).
  • Magnetoreceptory: Reagują na pole magnetyczne.
  • Elektroreceptory: Reagują na pole elektryczne.
  • Osmoreceptory: Reagują na ciśnienie osmotyczne.
  • Proprioreceptory: Receptory ruchu, pozycji i równowagi (receptory czucia głębokiego).
  • Baroreceptory (presoreceptory): Receptory ciśnienia.
  • Statoreceptory: Informują OUN o położeniu ciała i jego ruchach.

• Klasyfikacja ze względu na lokalizację:

  • Eksteroreceptory: Na zewnątrz ciała.
  • Interoreceptory (enteroceptory): Wewnątrz ciała (narządy wewnętrzne, ciśnienie krwi).
  • Angioreceptory: Stan środowiska w naczyniach.

• Klasyfikacja ze względu na styczność z bodźcem:

  • Telereceptory (odległościowe): Odbiór z odległości (wzrok, węch, słuch, równowaga).
  • Kontaktoreceptory: Bezpośredni kontakt (dotyk, ból, smak, temperatura).

Zmysły somatyczne i mechanoreceptory skóry

• Zmysły somatyczne:

  • Obejmują grupę bodźców takich jak: ucisk, wibracje, ciepło, zimno, ból.
  • Komórki receptorowe są rozproszone w skórze i nie stanowią elementów złożonych narządów zmysłów.
  • Część receptorową stanowią nagie zakończenia nerwowe (nocyceptory, termoreceptory) lub komórki pokryte kapsułami (ciałka Paciniego, dyski Merkela).

• Typy mechanoreceptorów:

  • Ciałka Meissnera: Szybkoadaptujące; wibracje o niskiej częstotliwości, dotyk, ruch po powierzchni ciała.
  • Dyski Merkela: Wolnoadaptujące; recepcja ucisku.
  • Ciałka Pacciniego (Vatera-Paciniego): Wrażliwe na wibracje o dużej częstotliwości i głęboki ucisk.
  • Ciałka Ruffiniego: Wolnoadaptujące; aktywowane rozciąganiem skóry (również receptory ciepła).
  • Kolby końcowe Krausego: Receptory zimna (wolnoadaptujące).
  • Wolne zakończenia nerwowe: Ból, temperatura, zgrubny dotyk.
  • Receptory mieszków włosowych: Szybkoadaptujące.

Nocycepcja i termorecepcja

• Nocyceptory (receptory bólu):

  • Występują w dwóch typach: mechanicznym i polimodalnym.
  • Mają charakter nagich zakończeń nerwowych w skórze, rogówce, mięśniach, jelitach.
  • W momencie uszkodzenia tkanek wydzielane są enzymy proteolityczne, indukujące powstawanie kinin i prostaglandyn.
  • Intensywność bólu reguluje układ przeciwbólowy, ograniczający impulsację do ośrodków w mózgu.

• Termoreceptory:

  • Dwa główne rodzaje: ciałka Ruffiniego (ciepło) i kolby Krausego (zimno).
  • Nie mierzą temperatury bezwzględnej, lecz zmianę temperatury i różnicę temperatur.
  • Przykład: Ręka przyzwyczajona do zimnej wody odbierze letnią wodę jako parzącą; ręka przyzwyczajona do gorącej wody odbierze letnią jako lodowatą.

Zmysł smaku (Gustacja)

• Budowa i mechanizm:

  • Komórki receptorowe znajdują się w kubkach smakowych (ok. $250$ kubków na jednej brodawce).
  • Bodźcem są związki chemiczne rozpuszczone w ślinie, powodujące depolaryzację.
  • Kubki smakowe składają się z centralnych komórek smakowych (wrzecionowatych) z mikrokosmkami oraz komórek podporowych.
  • Cykl życiowy komórki smakowej trwa kilka dni.

• Unerwienie:

  • Przednie $2/3$ języka: Nerw twarzowy ($VII$ para).
  • Tylna $1/3$ języka: Nerw językowo-gardłowy ($IX$ para).
  • Krtań, gardło, głośnia: Nerw błędny ($X$ para).

• Transdukcja sensoryczna smaku:

  • Słony i Kwaśny: Mechanizmy jonotropowe. Kwaśny działa poprzez wzrost stężenia jonów $H^+$ i blokowanie kanałów $K^+$.
  • Słodki i Umami: Mechanizmy metabotropowe (białka G). Słodki: aktywacja cyklazy adenylowej, wzrost $cAMP$, zamykanie kanałów $K^+$, otwieranie kanałów dla jonów $Na^+$.
  • Gorzki: Mechanizmy zróżnicowane (jonotropowe i metabotropowe). Wzmaga wytwarzanie trójfosforanu inozytolu ($IP3$) i wzrost stężenia $Ca^{2+}$, co uwalnia neurotransmitter.

Zmysł węchu (Olfakcja)

• Budowa:

  • Nabłonek węchowy: komórki węchowe (neurony z rzęskami), komórki podstawowe i podporowe.
  • Komórka węchowa jest chemoreceptorem i jednocześnie przewodzi impulsy.

• Droga węchowa:

  • I neuron: Komórka węchowa.
  • II neuron: Komórki mitralne i pędzelkowate w opuszce węchowej.
  • III neuron: W obrębie trójkąta węchowego.
  • Impulsacja trafia do kory przyśrodkowej (świadoma percepcja) oraz do układu limbicznego (zachowanie behawioralne, orientacja przestrzenna, karmienie).

• Charakterystyka:

  • Człowiek odróżnia od $2000$ do $4000$ zapachów.
  • Receptory ulegają szybkiej adaptacji.
  • Hiposmia: Zmniejszenie zdolności wyczuwania zapachów.
  • Anosmia: Całkowity zanik powonienia.
  • Urządzenie do badania: Olfaktometr.

Zmysł słuchu (Audycja)

• Układ ucha:

  • Ucho zewnętrzne: Małżowina, przewód słuchowy, błona bębenkowa.
  • Ucho środkowe: Kosteczki słuchowe (młoteczek, kowadełko, strzemiączko). Mięśnie: napinacz błony bębenkowej i mięsień strzemiączkowy (odruch obronny przy dźwiękach pow. $90\,dB$).
  • Ucho wewnętrzne: Ślimak (schody przedsionka, schody bębenka – wypełnione przychłonką; schody środkowe – śródchłonka).

• Narząd Cortiego (spiralny):

  • Komórki rzęsate wewnętrzne (ok. $3000$) i zewnętrzne (ok. $30000$).
  • Teoria fali biegnącej Békésy'ego: Drgania błony podstawnej powodują wychylenie rzęsków względem błony siatkowatej.
  • Depolaryzacja: otwieranie kanałów $K^+$ i $Ca^{2+}$ (odchylenie rzęsków na zewnątrz).
  • Hiperpolaryzacja: zamykanie kanałów $K^+$ (odchylenie w kierunku rąbka).

• Właściwości fal akustycznych:

  • Intensywność: Amplituda fali; skala logarytmiczna: bele $(B)$ i decybele $(dB)$. Mowa: $60\,dB$, odrzutowiec: $140\,dB$.
  • Wysokość: Częstotliwość fali $(Hz)$.
  • Zakresy sygnałów:
    • Infradźwięki: $< 16\,Hz$.
    • Dźwięki słyszalne: $16\,Hz$ do $20\,kHz$.
    • Ultradźwięki: $> 20\,kHz$.
    • Hiperdźwięki: $> 10^{10}\,Hz$.

• Prędkość rozchodzenia się dźwięku ($m/s$):

  • Tlen ($0^{\circ}C$): $317.2$.
  • Powietrze ($0^{\circ}C$): $331.3$.
  • Woda ($15^{\circ}C$): $1450$.
  • Żelazo ($20^{\circ}C$): $5130$.

• Droga słuchowa (czteroneuronowa):

  1. I neuron: Zwój spiralny Cortiego.
  2. II neuron: Jądra ślimakowe w moście.
  3. III neuron: Jądra ciała czworobocznego (tworzą wstęgę boczną).
  4. IV neuron: Wzgórek dolny blaszki czworaczej.
  • Reprezentacja korowa jest obustronna dzięki skrzyżowaniom włókien.

Zmysł równowagi

• Struktura anatomiczna:

  • Układ przedsionkowy: $2$ narządy otolitowe (łagiewka i woreczek) oraz $3$ kanały półkoliste.
  • Łagiewka: Wykrywanie przyspieszenia liniowego i położenia głowy.
  • Woreczek: Wykrywanie ruchów o niskiej częstotliwości (kinetoza – choroba lokomocyjna).
  • Kanały półkoliste: Przyspieszenie kątowe.

• Mechanizm:

  • Przepływ śródchłonki (endolimfy) przechyla osklepek.
  • Odchylenie w kierunku przedsionka: Depolaryzacja i wzrost impulsów w $I$ neuronie (zwój przedsionkowy).
  • W woreczku znajdują się otolity (kamyczki błędnikowe – sole wapnia), które drażnią włoski receptorowe pod wpływem bezwładności przy zmianach liniowych.

Zmysł wzroku

• Podstawy fizyczne:

  • Odbiór fal świetlnych w zakresie $400$ – $800\,nm$.
  • Oczy odbierają ok. $80\%$ informacji z otoczenia, a $10\%$ kory mózgowej odpowiada za ich interpretację.

• Fotoreceptory (neuron I):

  • Pręciki: Widzenie skotopowe (nocne), duża wrażliwość na światło, brak rozróżniania barw, na obwodzie siatkówki.
  • Czopki: Widzenie fotopowe (dzienne), rozróżnianie barw i szczegółów, w centrum siatkówki. Typy opsyny: niebieski, czerwony, zielony.

• Fizjologia widzenia (Transdukcja):

  • Rodopsyna: Zbudowana z białka opsyny i 11-cis-retinalu (analog witaminy A).
  • Proces:
    1. Fotoizomeryzacja: $11\text{-cis-retinal} \rightarrow 11\text{-trans-retinal}$.
    2. Powstanie metarodopsyny II (forma aktywna).
    3. Aktywacja białka G (transducyny).
    4. Aktywacja fosfodiesterazy $cGMP$.
    5. Hydroliza $cGMP \rightarrow GMP$.
    6. Spadek $cGMP$ powoduje zamknięcie kanałów sodowych and hiperpolaryzację komórki.
  • W ciemności: Błona jest zdepolaryzowana, kanały $Na^+$ są otwarte przez $cGMP$.
  • Regeneracja: Trans-retinol (wit. A) pod wpływem izomerazy zmienia się z powrotem w 11-cis-retinal i łączy z opsyną.

Questions & Discussion

• Pytanie o złudzenie termiczne: Dlaczego lewa ręka w tej samej letniej wodzie raz wydaje się odczuwać zimno, a raz gorąco?

  • Odpowiedź: Termoreceptory nie działają jak bezwzględne termometry. Mierzą one jedynie zmianę i różnicę temperatur. Jeśli ręka była wcześniej w wodzie gorącej, letnia woda odbierana jest jako zimna (oddawanie ciepła). Jeśli była w lodowatej, ta sama letni woda zdaje się parzyć.

• Zależność genetyczna widzenia barw: Dlaczego ślepota na barwę czerwoną i zieloną jest związana z płcią?

  • Odpowiedź: Geny kodujące opsynę w czopkach znajdują się na chromosomie X.

• Funkcja pęczka oliwkowo-ślimakowego:

  • Służy do zwiększania zdolności różnicującej ucha w zakresie dźwięków o różnej częstotliwości. Jego uszkodzenie utrudnia odróżnienie wysokości dźwięków.

• Wpływ uszkodzenia unerwienia mięśni ucha środkowego:

  • Prowadzi do patologicznej nadwrażliwości na dźwięki, ponieważ tracona jest kontrola nad amplitudą drgań kosteczek słuchowych.