Тема 1. Общая физиология сенсорных систем. Соматосенсорный, вкусовой и обонятельный анализаторы

Аннотация

Все живые организмы, в том числе и человек, нуждаются в информации об окружающей среде. Эту возможность им обеспечивают сенсорные системы. Деятельность любой сенсорной системы начинается с восприятия рецепторами энергии раздражителя, трансформации ее в нервные импульсы и передачи их через цепь нейронов в мозг, в котором нервные импульсы преобразуются в специфические ощущения - зрительные, обонятельные, слуховые и др.

Предлагаемая структура и объем данных методических указаний позволяет полностью реализовать поставленные курсом нормальной физиологии цели и задачи по теме «Анализаторы», в том числе, усвоение теоретического материала, овладение приемами физиологических экспериментальных исследований и применения их на практике.

Тема 1. Общая физиология сенсорных систем. Соматосенсорный, вкусовой и обонятельный анализаторы

Необходимо знать:

1. Учение И.П. Павлова об анализаторах. Классификация анализаторов и значение их в познании внешнего мира (теория Мюллера, Гельмгольца). Основные этапы познания внешнего мира.

2. Рецепторный отдел анализаторов. Классификация, функциональные свойства и особенности рецепторов. Адаптация рецепторов.

. Механизм возбуждения рецепторов. Рецепторный и генераторный потенциалы.

. Закон Вебера-Фехнера в его современной трактовке.

. Адаптация анализаторов, ее периферические и центральные механизмы. Координирование информации в сенсорной системе.

. Соматосенсорный анализатор. Виды кожной рецепции. Роль тактильного и температурного анализаторов в адаптации организма к окружающей среде.

. Соматосенсорный анализатор. Болевая рецепция. Биологическое значение боли. Современные представления о ноцицепции и центральны механизмы боли. Нейрохимические механизмы антиноцицепции.

. Физиологическая характеристика обонятельного анализатора. Классификация запахов, механизм их восприятия. Адаптация обонятельного анализатора к различным пахучим веществам.

. Характеристика вкусового анализатора. Механизм генерирования рецепторного потенциала при действии вкусовых раздражителей различной модальности. Функциональная мобильность вкусовых рецепторов.

Ключевые понятия и определения

Сенсорные системы человека являются частью его нервной системы, способной воспринимать внешнюю для мозга информацию, передавать ее в ЦНС и анализировать. В качестве синонима сенсорной системы применяется предложенное И. П. Павловым понятие «анализатор», указывающее на функцию сенсорной системы. Каждый анализатор состоит из трех отделов: периферического, проводникового и центрального.

Периферический отдел представлен рецепторами - чувствительными нервными окончаниями, обладающими избирательной чувствительностью только к определенному виду раздражителя. Рецепторы входят в состав соответствующих органов чувств. В сложных органах чувств (зрения, слуха, вкуса) кроме рецепторов есть и вспомогательные структуры, которые обеспечивают лучшее восприятие раздражителя, а также выполняют защитную, опорную и другие функции. Например, вспомогательные структуры зрительного анализатора представлены глазом, а зрительные рецепторы - лишь чувствительными клетками (палочки и колбочки). Рецепторы бывают наружные, расположенные на поверхности тела и воспринимающие раздражения из внешней среды, и внутренние, которые воспринимают раздражения из внутренних органов и внутренней среды организма.

Проводниковый отдел анализатора представлен нервными волокнами, проводящими нервные импульсы от рецептора в центральную нервную систему (например, зрительный, слуховой, обонятельный нерв и т. п.).

Центральный отдел анализатора - это определенный участок коры головного мозга, где происходит анализ и синтез поступившей сенсорной информации и преобразование ее в специфическое ощущение (зрительное, обонятельное и т. д.).

Обязательным условием нормального функционирования анализатора является целостность каждого из его трех отделов.

Сенсорные системы человека обеспечивают: 1) формирование ощущений и восприятие действующих стимулов; 2) контроль произвольных движений; 3) контроль деятельности внутренних органов; 4) необходимый для бодрствования человека уровень активности мозга.

Ощущение представляет собой субъективную чувственную реакцию на действующий сенсорный стимул (например, ощущение света, тепла или холода, прикосновения и т. п.). Однородные сенсорные стимулы активируют одну из сенсорных систем и вызывают субъективно одинаковые ощущения, совокупность которых обозначается термином модальность. Самостоятельными модальностями являются осязание, зрение, слух, обоняние, вкус, чувство холода или тепла, боли, вибрации, ощущение положения конечностей и мышечной нагрузки. Внутри модальностей могут существовать разные качества, или субмодальности; например, во вкусовой модальности различают сладкий, соленый, кислый и горький вкус. На основе совокупности ощущений формируется чувственное восприятие, т. е. осмысление ощущений и готовность их описать. Восприятие не является простым отражением действующего стимула, оно зависит от распределения внимания в момент его действия, памяти о прошлом сенсорном опыте и субъективного отношения к происходящему, выражающегося в эмоциональных переживаниях.

Сенсорное восприятие включает следующие этапы: 1) действие раздражителя на периферические рецепторы; 2) преобразование энергии стимула в электрические сигналы - потенциалы действия, возникающие в первичном сенсорном нейроне; 3) последующую переработку передаваемых сигналов на всех иерархических уровнях сенсорной системы; 4) возникновение субъективной реакции на раздражитель, представляющей собой восприятие или внутреннее представительство действующего стимула в виде образов или словесных символов.

Указанная последовательность соблюдается во всех сенсорных системах, отражая иерархический принцип их организации.

Соматосенсорный анализатор

В соматосенсорную анализаторную систему включают систему кожной чувствительности и чувствительную систему скелетно-мышечного аппарата, главная роль в которой принадлежит проприорецепции.

Кожная рецепция

Кожные рецепторы. Рецепторная поверхность кожной чувствительной системы огромна - от 1, 4 до 2, 1 м2. В коже сосредоточено большое количество чувствительных к прикосновению, давлению, вибрации, теплу и холоду, а также к болевым раздражениям нервных окончаний. Они весьма различны по структуре, локализуются на разной глубине кожи и распределены неравномерно по ее поверхности. Больше всего их в коже пальцев рук, ладоней, подошв, губ и половых органов.

У человека в коже с волосяным покровом (90 % всей кожной поверхности) основным типом рецепторов являются свободные нервные окончания ветвящихся нервных волокон, идущих вдоль мелких сосудов, а также более глубоко локализованные разветвления тонких нервных волокон, оплетающих волосяную сумку. Эти окончания обеспечивают высокую чувствительность волос к прикосновению. Рецепторами прикосновения считают также осязательные мениски (диски Меркеля), образованные в нижней части эпидермиса контактом свободных нервных окончаний с модифицированными эпителиальными структурами. Их особенно много в коже пальцев рук.

Работа №3. Опыт Аристотеля

Цель работы: выявить в эксперименте, что локализация ощущений вырабатывается под контролем других органов чувств (зрения и мышечного чувства).

Необходимо для работы: испытуемый, парафиновый шарик или горошина.

Проведение работы:

1. Поместить между средним и указательным пальцами горошину. Последняя обычно прикасается к внутренней (ульнарной) поверхности указательного пальца и наружной (радиальной) среднего. Катать горошину по столу. Перекрестить указательный и средний пальцы, поместить между ними горошину и продолжать катать ее по столу.

2. Повторить тот же опыт, прикасаясь скрещенными пальцами к кончику носа (глаза должны быть закрыты).

. В протоколах кратко описать ход проведения эксперимента и характер ощущений. В выводах отметить, в какой мере характер ощущения зависит от деятельности других анализаторов.

Слуховой анализатор

Орган слуха. К органу слуха относятся наружное ухо, среднее и часть внутреннего (рис. 2).

Рис. 2 . Схема строения органа слуха: 1 - наружный слуховой проход; 2 - барабанная перепонка; 3 - полость среднего уха; 4-молоточек; 5 - наковальня; 6 - стремечко; 7 - полукружные каналы; 8 -улитка; 9 - евстахиева труба.

Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода, который заканчивается барабанной перепонкой. Ушная раковина напоминает по форме воронку и состоит из хряща и фиброзной ткани, покрытых кожей. Наружный слуховой канал имеет длину от 2 до 5 см. Особые железы канала выделяют вязкую серную жидкость, задерживающую пыль и микроорганизмы. Тонкая (0, 1 мм) и упругая барабанная перепонка отделяет наружное ухо от барабанной полости и участвует в передаче звуковых колебаний слуховым косточкам. Среднее ухо расположено за барабанной перепонкой в височной кости черепа. В его барабанной полости объемом около 1 см³ имеются три слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко. Барабанная полость через слуховую (евстахиеву) трубу сообщается с носоглоткой. Благодаря слуховой трубе выравнивается давление по обе стороны барабанной перепонки и сохраняется ее целостность. Слуховые косточки очень малы по размерам и образуют друг с другом подвижную цепочку. Самая наружная косточка - молоточек - своей рукояткой соединена с барабанной перепонкой, а головка молоточка с помощью сустава соединена с наковальней. В свою очередь, наковальня подвижно прикреплена к стремечку, а стремечко - к мембране овального окна. Функцией слуховых косточек является передача и усиление (в 20 раз) звуковой волны от барабанной перепонки к внутреннему уху. На внутренней стенке барабанной полости, отделяющей среднее ухо от внутреннего, имеется два отверстия (окна) - круглое и овальное, затянутые мембранной перепонкой. Стремечко упирается в перепонку овального окна.

Внутреннее ухо расположено в височной кости и представляет собой систему полостей и каналов, называемую лабиринтом. В совокупности они формируют костный лабиринт, внутри которого находится перепончатый лабиринт. Пространство между костным и перепончатым лабиринтами заполнено жидкостью - перилимфой. Изнутри перепончатый лабиринт также заполнен жидкостью - эндолимфой. Во внутреннем ухе выделяют три отдела: преддверие, полукружные каналы и улитку. К органу слуха относится только улитка - спирально закрученный в 2, 5 оборота костный канал. Полость костного канала разделена двумя перепонками на три канала. Одна из перепонок, называемая основной мембраной, состоит из соединительной ткани, которая включает около 24 тыс. тонких волокон различной длины, расположенных поперек хода улитки. У вершины улитки находятся самые длинные волокна, а у ее основания - самые короткие. На этих волокнах в пять рядов располагаются звукочувствительные волосковые клетки с нависающим над ними выростом основной мембраны, называемой кроющей мембраной. В совокупности эти элементы образуют рецепторный аппарат слухового анализатора - кортиевый орган.

Механизм восприятия звука. Колебания стремечка, упирающегося в мембрану овального окна, передаются жидкостям каналов улитки, что приводит к резонансным колебаниям волокон определенной длины основной мембраны. При этом звуки высокого тона вызывают колебания коротких волокон, расположенных у основания улитки, а звуки низкого тона - колебания длинных волокон, находящихся на ее вершине. При этом волосковые клетки касаются кроющей мембраны и изменяют свою форму, что приводит к возникновению возбуждения, которое в виде нервных импульсов по волокнам слухового нерва передается в средний мозг, а затем в слуховую зону височной доли коры больших полушарий, где оно преобразуется в слуховое ощущение. Ухо человека способно воспринимать звуки в диапазоне частот от 20 до 20 000 Гц.

Гигиена органа слуха. Дня сохранения слуха следует избегать механических повреждений барабанной перепонки. Ушные раковины и наружный слуховой проход следует поддерживать в чистоте. При скоплении в ушах серы необходимо обращаться к врачу. Вредное действие на орган слуха оказывают сильные, длительно действующие шумы. Важно своевременно лечить респираторные заболевания, так как через евстахиеву трубу в барабанную полость могут проникнуть патогенные бактерии и вызывать воспаление.

Необходимо уметь:

1. Установить явление сферической аберрации;

. Осуществлять зрачковый рефлекс;

. Овладеть методикой определения остроты зрения;

. Определять размеры слепого пятна;

. Определять поля зрения;

. Наблюдать костную и воздушную проводимость звука;

. Наблюдать в эксперименте, что часть звуковой энергии теряется через наружный слуховой проход в пространство;

. Выявить некоторые особенности и механизм определения локализации звука при бинаунарном слухе;

. Определять остроту слуха по способу Воячика;

. Доказать роль вестибулярного анализатора в психомоторных реакциях.

Ситуационные задачи

Задача №1. Перед операцией анестезиолог для премедикации назначил больному атропина сульфат, через 10 минут пациент почувствовал сильную боль в глазах, резко снизилась острота зрения - до светоощущения, появились рвота и головокружение. Больному выставлен диагноз: глаукома (заболевание при котором происходит повышение внутриглазного давления). Каким образом атропин спровоцировал приступ глаукомы?

Задача №2. Мужчина 45 лет обратился к офтальмологу с жалобами на ухудшение зрения, при чтении в течение последнего года, при этом практически полностью сохранено зрение вдаль. Что случилось с больным, чем объяснить снижение зрения?

Задача №3. При страхе происходит расширение зрачка, что отражено в крылатом выражении - «у страха глаза велики». Объясните физиологический механизм данного феномена.

Задача № 4. К врачу обратился молодой мужчина с жалобами на резкое снижение зрения в сумерки и ночью, при этом днем нарушения зрения нет. Что случилось с больным и как ему помочь?

Задача №5. Мальчик 15 лет в течение последних 3 месяцев постепенно теряет зрение. Сначала выпало правое височное и левое назальное поля зрения. Светопроводящий аппарат глаза не изменен, в сетчатке грубой патологии не выявлено. Где располагается патологический процесс?

Задача № 6. Мальчик 7 лет на медицинском осмотре не смог различить изображения в фиолетовом цвете, на показанных ему таблицах он указывает различные оттенки красного и зеленого цветов. Такая же патология у его отца, а мать и сестра здоровы. Чем объяснить выше названную клинику?

Задача №7. Мальчик 2 г. 3 мес., со слов матери заболел три дня назад когда появился кашель, слизистые выделения из носа, сегодня ребенок отказался от еды, плачет, пальпация козелка левого уха резко болезненна. Мать ребенка обратилась к врачу, поставлен диагноз: острый средний левосторонний отит. Каким образом инфекция попала в среднее ухо?

Задача № 8. Женщина 35 л. плывшая на корабле по Средиземному морю, внезапно, почувствовала запах черемухи, через 5 мин у нее начался приступ типичных тонико-клонических судорог. В прошлом неоднократно получала травмы головы. Учитывая физиологию обонятельного анализатора определите локализацию очага в головном мозге.

Задача № 10. Ели опустить руку в очень горячую воду, вначале она воспринимается как холодная. Объясните данный феномен с точки зрения физиологии?

Сергей Казаков

Задача №11. Женщина 54 г. сбита машиной при падении ударилась головой об асфальт, в сознании, на вопросы отвечает, рвота головокружение, потливость, нистагм направленный вправо, при ходьбе заваливается влево. Укажите локализацию поражения.