Органы чувств (физиология, строения, норма, регуляция)

Введение в физиологию органов чувств

Люди и животные могут воспринимать различные типы ощущений, и с помощью этой информации определяется механизм наших движений. Мы познаем мир посредством ощущений. Ощущения также могут быть защитными для организма, например, при регистрации холодной или теплой окружающей среды, или болезненного укола иглой. От мягкого прикосновения ребенка до болезненного удара боксера, все ежедневные действия связаны с ощущениями. [1]

Физиология чувствительной системы

В целом эти ощущения можно разделить на две категории. Во-первых, общие ощущения, которые включают осязание, боль, температуру, проприоцепцию (мышечное чувство) и давление. Зрение, слух, вкус и обоняние — это особые чувства, которые передают ощущения в мозг через черепные нервы. В этой статье обсуждение будет ограничено общими ощущениями.

Телесное прикосновение может быть слабым или сильным; дифференцирующим фактором являются рецепторы, возбуждаемые прикосновением. Длительное сидение или надавливание на любую часть тела можно назвать ощущением давления. Высокочастотные вибрации могут восприниматься нашими телами, поэтому мы можем ходить и совершать тонкие движения. Когда кто-то идет в жаркое или холодное место или меняется температура окружающей среды, мы ощущаем температуру благодаря терморецепторам. Они необходимы для защиты от очень высоких или очень низких температур, т.к. в это время нервная система регистрирует боль. Чтобы ходить или двигаться, мозг должен знать о положении различных суставов и мышц, воспринимаемых через проприоцепцию. Мы все знаем о чувстве боли. Хоть это и «негативное» восприятие, оно жизненно важно; лишь осознав негативную реакцию, мы сможем устранить исходную причину.

Все эти ощущения начинаются с кожных рецепторов и передаются через спинномозговые нейроны в мозг.

Клеточное строение органов чувств

Рецепторы органов чувств

Чувствительные рецепторы активируются стимулами окружающей среды путем получения сигналов. Передача любого сигнала в нейронах нашего организма требует, чтобы он был в форме потенциала действия; ощущение должно преобразоваться в электрические сигналы. Структуры, которые преобразуют механические сигналы в электрические, являются рецепторами. Рецепторы классифицируются по типу активирующего их стимула. Ниже приведены распространенные типы рецепторов.

Механорецепторы органов чувств
Активируются изменениями давления
Включают обычные механорецепторы
Тельца Пачини в подкожной ткани
Тельца Мейснера в безволосой коже
Барорецепторы в каротидном синусе
Волосковые клетки в Кортиевом органе и в полукружных каналах
Фоторецепторы органов чувств
Активируются светом
Палочки и колбочки (расположены в сетчатке)
Палочки чувствительны к свету низкой интенсивности и лучше функционируют в темноте
Колбочки имеют лучший порог для света, поэтому хорошо функционируют при дневном свете. Они также участвуют в цветовосприятии.
Хеморецепторы
Активируются веществами
Они служат для обоняния и вкуса
Терморецепторы
Расположены в коже и включают в себя рецепторы холода и тепла. Они присутствуют в коже.
Ноцицепторы
Они активируются под действием экстремального давления, температуры или вредных химических веществ. Они также находятся в коже. Существуют различные типы рецепторов, присутствующих в коже или в мышцах для всех разновидностей чувств. [2]

Прикосновение

Человеческая кожа делится на волосатую и безволосую или голую кожу. Эта классификация связана с различными рецепторами прикосновения внутри кожи. Существует 4 типа рецепторов прикосновения. Те, которые медленно адаптируются, называются клетки Меркеля (медленно адаптирующийся тип 1) и тельцами Руффини (медленно адаптирующийся тип 2). Те, у которых есть афференты Пачини, называются тельцами Пачини, а быстроадаптирующиеся - тельцами Мейснера. [3]

Диски Меркеля

Структурно простейшими среди всех являются клетки Меркеля, которые присутствуют в базальном слое эпидермиса. Они расположены в безволосой коже. Присутствующие в большом количестве на кончиках пальцев, они избирательно чувствительны к конкретному компоненту напряжения или деформации, и благодаря этому они более избирательны в определении углов, краев и искривлений; это полезно для чтения шрифта Брайля и т. д.

Нервные окончания Руффини

Эти типы рецепторов расположены менее плотно и поэтому имеют меньшую чувствительность. Эти рецепторы расположены в волосатой коже. Они более чувствительны к растяжению, поэтому возбуждаются во время растяжения кожи. Примером является растяжение во время движения и для определения направления силы, а также мышечное веретено для определения формы руки и положения пальца и т. д.

Тельца Пачини

Расположенные по всей ладони и на пальцах, тельца Пачини являются наиболее чувствительным типом рецепторов. Это крупные, похожие на луковицы слоистые структуры, которые покрывают одно нервное окончание. Тельца Пачини действуют как механический фильтр для защиты от очень больших низкочастотных нагрузок во время ручного труда.

Тельца Мейснера

Они наиболее чувствительны к динамическим изменениям кожи и относительно нечувствительны к статическим изменениям. Одной из отличительных характеристик каждого рецептора является степень адаптации. «Очень быстро приспосабливающиеся», такие как тельца Пачини. «Быстро приспосабливающиеся», такие как тельца Мейснера и волосяные фолликулы. «Медленно приспосабливающиеся» включают в себя тельца Руффини, рецепторы Меркеля и тактильные диски.

Тепловые рецепторы органов чувств

Это медленно адаптирующиеся рецепторы, которые могут регистрировать изменения температуры кожи. Они могут быть холодными или тепловыми. Эти рецепторы имеют некоторый базовый порог возбуждения. Рецепторы холода чувствительны к температуре от 10 до 32 градусов Цельсия. В то время как базовый порог возбуждения находится в пределах 30-35 градусов Цельсия, он увеличивается при холоде, а при повышении температуры уменьшается. Точно так же тепловые рецепторы имеют базовый порог возбуждения около 38 градусов по Цельсию, и он увеличивается с повышением температуры. [4]

Вибрация

Ощущение вибрации полезно при выполнении задач, связанных с балансировкой, наряду с проприоцепцией. Чувственное восприятие вибрации осуществляется тельцами Пачини и Мейснера, поскольку оба эти рецептора чувствительны к низкочастотным вибрациям. [5]

Боль

Негативная стимуляция преобразуется в электрический сигнал неинкапсулированными нервными окончаниями, которые заканчиваются в дерме и эпидермисе. Негативные раздражители, такие как сильный жар, холод или длительное давление, вызывают активацию свободных нервных окончаний; это требует пороговой стимуляции для активации окончаний, но после активации сигналы передаются непрерывно. [6]

Проприоцепция

Сухожильный орган Гольджи определяет положение суставов и движение суставов вблизи прикрепленных мышечных сухожилий и через мышечные веретена, находящиеся внутри экстрафузальных мышечных волокон. Они запускают сигналы при растяжении.

Участие систем органов в физиологии органов чувств

Типы волокон. После восприятия соответствующими рецепторами ощущения распространяются по нервным волокнам, чтобы достичь чувствительной зоны коры больших полушарий. Различные ощущения путешествуют по разным нервным волокнам. Эрлангер и Гассер классифицировали эти нервы, за что получили Нобелевскую премию. Они дифференцировали нервные волокна в соответствии с их диаметром и скоростью проводимости в классификацию, известную как классификация Эрлангера Гассера. [7]

Волокна группы I или A-альфа: I-a - из первичных окончаний мышечных веретен (проприоцепция); I-b - из сухожильных органов Гольджи (проприоцепция) Волокна группы II или А-бета: из вторичных окончаний мышечных веретен (проприоцепция); из специализированных рецепторов в коже и в глубоких тканях (прикосновение, давление) Волокна группы III или A-дельта: из свободных и специализированных окончаний в мышцах и суставах (боль); со стороны кожи (резкая боль, жара, холод, некоторые прикосновения и давление); висцеральные афференты Волокна группы IV или C: из кожи и мышц (медленная жгучая боль); висцеральная боль После получения изменений в чувствительных рецепторах ощущения разносятся чувствительными нервами вышеуказанного типа. Эти чувствительные нервы отходят от ганглия дорсального корешка, который передает ощущения от периферической нервной системы к центральной. Это псевдоуниполярные клетки, которые имеют одно полярное волокно, делящееся на две части; одна получает изменения от чувствительных рецепторов, а другая входит в спинной мозг, оканчиваясь в спинном сегменте или в мозговом веществе.

Механизм регуляции функции органов чувств

Подготовка. Спинные чувствительные нервы, несущие сигналы от рецепторов к чувствительной части коры полушарий, имеют особое расположение в спинном мозге. Они передают сигналы двумя путями; это спиноталамический путь и путь дорсального столба. [8]

Спиноталамический путь

Это чувствительный путь, переносящий ощущения боли, температуры, осязания и давления. Он делится на передний и латеральный отделы спиноталамуса. Передний спиноталамический тракт переносит грубые ощущения прикосновения и давления. Латеральный спиноталамический тракт связан с болевыми и температурными ощущениями. Периферические чувствительные волокна являются нейронами первого порядка. После получения сигналов они входят в спинной мозг и заканчиваются над соответствующим сегментом позвоночника на той же стороне. Нейроны второго порядка пересекают спинной мозг и затем поднимаются по противоположной стороне, заканчиваясь таламусом.

Путь дорсального столба

Чувства осязания, вибрации и проприоцепции, которые переносятся соответствующим чувствительным нервом, поднимаются по пути дорсального столба от спинного мозга к таламусу. В отличие от спиноталамического пути, путь дорсального столба не заканчивается над соответствующим сегментом позвоночника. После входа в сегмент позвоночника нейроны первого порядка поднимаются по той же стороне до медиальной петли, где пересекают срединную линию и заканчиваются в мозговом веществе. Нейроны второго порядка отходят от продолговатого мозга и заканчиваются таламусом. Поскольку они пересекают медиальную петлю, этот путь также называют путем медиальной петли.

Чувствительная часть коры

Чувствительные сигналы от таламуса переносятся нейронами третьего порядка, которые выходят из внутренней капсулы и заканчиваются в чувствительной коре в 4-м слое. Он находится в теменной доле в постцентральной извилине в полях Бродмана 3,1 и 2. Область 3 далее подразделяется на 3a и 3b. Как и в случае с моторной корой, сенсорная информация также топографически представлена в чувствительной коре, где ступня, нога, туловище, передние конечности и лицо представлены последовательно от медиальной до латеральной. В исследованиях на животных область 3b и область 1 связаны с кожными раздражителями, а область 3а связана с проприоцепцией.

Тестирование органов чувств

Применение. Обследование чувствительной системы необходимо, если у пациента есть хроническое заболевание, которое может привести к невропатии или любой травме позвоночника, или несчастному случаю, сопровождающемуся жалобами на снижение чувствительности.

Клиническое значение нарушений функций органов чувств

Чувствительная система - очень важная часть физиологии человека, связанная с очень своеобразными механизмами. Знание этой системы имеет важное значение для дифференцирования различных типов ощущений. Нарушение этих волокон может быть связано с широким спектром заболеваний. Несмотря на то, что система сложна, важно иметь практические знания о структуре и работе чувствительной системы, чтобы улучшить уход за пациентами всех видов.

Литература по физиологии органов чувств

Abraira VE, Ginty DD. The sensory neurons of touch. Neuron. 2013 Aug 21;79(4):618-39.
Johnson KO. The roles and functions of cutaneous mechanoreceptors. Curr. Opin. Neurobiol. 2001 Aug;11(4):455-61.
Zimmerman A, Bai L, Ginty DD. The gentle touch receptors of mammalian skin. Science. 2014 Nov 21;346(6212):950-4.
Jänig W. Peripheral thermoreceptors in innocuous temperature detection. Handb Clin Neurol. 2018;156:47-56.
Ehsani H, Mohler J, Marlinski V, Rashedi E, Toosizadeh N. The influence of mechanical vibration on local and central balance control. J Biomech. 2018 Apr 11;71:59-66
Dubin AE, Patapoutian A. Nociceptors: the sensors of the pain pathway. J. Clin. Invest. 2010 Nov;120(11):3760-72
Catala M, Kubis N. Gross anatomy and development of the peripheral nervous system. Handb Clin Neurol. 2013;115:29-41
Bishop B. Pain: its physiology and rationale for management. Part I. Neuroanatomical substrate of pain. Phys Ther. 1980 Jan;60(1):13-20.

^Наверх