CNS + SINNESFYSIOLOGI Detta bör du behärska

Transkript

1 Litteratur Silverthorn 4:e upplagan: s CNS + SINNESFYSIOLOGI Detta bör du behärska Allmänt Begreppet receptor Afferent del av PNS - vägen från receptor till CNS Olika typer av sinnesreceptorer (uppbyggnaden) klassificering av sinnesreceptorer efter modalitet, intero-/exteroreceptorer, transduktion adaptation receptiva fält lateral inhibering Somatic and Special senes Thalamus roll för sinnesreception Synen receptorer vertebratögat; uppbyggnad ögats olika delar och delarnas funktion näthinnans uppbyggnad tappar och stavar; egenskaper och placering i näthinnan synens kemi; hur ett ljusstimulus blir en nervimpuls rhodopsinets funktion och uppbyggnad ljus- och mörkeradaptation mörkerseende accomodation Hörsel och Balans receptorer: hårceller (mekanoreceptorer) uppbyggnad hos däggdjursörat; funktionen hos de olika delarna uppbyggnad av snäckans inre; hur går stimuleringen av hårcellerna till Cortiska organets roll och byggnad basilarmembranets roll tectorialmembranets roll balansorganens uppbyggnad statisk och dynamisk jämvikt vad mer än jämviktsorganen spelar roll för vår balansförmåga Smak och lukt Sinnesreceptorerna och deras funktion SINNESFYSIOLOGI

2 SINNESRECEPTION- via en afferent nervbana Hjälp till föreläsningsanteckningar Våra sinnen är nervsystemets första utpost. Det är de som tar emot information om förändringar i miljön inom och utanför organismen och som sedan för informationen vidare till ryggmärgen eller hjärnan. Stimuli - Receptor - Nervbana - Speciell region i Hjärnan - Medvetet sinnesintryck En transformator som gör olika energier till elektriska signaler; begripliga för CNS sk transduktion. HUR KORREKT ÄR VÅR VÄRLDSBILD? Vår uppfattning om världen omkring oss är begränsad till registrering av de stimuli som våra receptorer är känsliga för. Vi har inga receptorer för ultraviolett eller polariserat ljus (det finns hos honungsbiet) Vi saknar receptorer för ultraljud (finns hos t ex fladdermöss) Vi saknar speciella värmereceptorer som gör att man kan känna var ett varmblodigt bytesdjurfinns i mörker (vissa ormar har den typen av receptorer). Vi saknar receptorer för olika typer av strålning Det är svårt att föreställa sig att det runt omkring oss hela tiden finns företeelser som vi inte har en aning om eftersom vi saknar receptorer med rätt känslighet. mm mm HUR ÖVERSÄTTER RECEPTORN OLIKA STIMULI TILL ELEKTRISKA SIGNALER Ett stimulus ändrar sinnesreceptorns membranpermeabilitet varvid en graderad receptorpotential bildas. Om stimulit är intensivt nog kommer receptorpotentialen att bli tillräckligt stor så att en aktionspotential skall initieras i det afferenta neuronet. Transduktion Mekanisk, termisk eller ljusenergi är olika energier för vilka olika receptorer har olika känslighet. Denna energi måste omvandlas till en energi som kan sändas vidare via nervsystemet. Typ 1.Om "rätt" stimuli träffar en receptor så kommer jonkanaler att öppnas i receptorns membran. En graderad potential bildas (generatorpotential). Om denna är tillräckligt stark (retningströskeln nås) kan en aktionspotential genereras. Typ 2.Om sinnesreceptorn är en speciell cell som har kontakt med det sensoriska neuronet via en transmittor så kommer mängden transmittor att vara proportionell mot stimulistyrkan. DET FINNS MÅNGA SÄTT ATT KLASSIFICERA RECEPTORER Somatiska och specifika sinnen Man kan dela in våra sinnen i två huvudgrupper; generella och specifika i Somatiska: Är specialicerade sensoriska neuron som kan finnas på många olika ställen i kroppen (tryck, beröring, temperatur, smärta, muskelsinnet ). Typ 1

3 Specifika: Specialicerade celler (kan vara omformade nerv- eller epitelceller) som har kontakt med ett sensoriskt neuron via en synaps. Är oftast lokaliserade till ett särskilt organ (smak, (lukt), syn, balans, hörsel). Typ 2 Silverthorn: tabell 10:1 (sid328), figur 10-1 (s 329) Receptortyper De flesta receptorerna har ett stimulus de är extra känsliga för. Denna egenskap kan användas för klassificering Kemoreceptorer: Är känsliga för specifika substanser som är lösta i den omgivande vätskan. Exempel: smak, lukt Mekanoreceptorer: Är känsliga för olika former av mekanisk energi (tryck, läge). Exempel: tryck, beröring, hörsel, balans, sträckreceptorer i muskler., baroreceptorer för BT. Fotoreceptorer: Är känsliga för ljus av olika våglängd (fotoner). Exempel: syn Termoreceptorer: Är känsliga för värme och kyla. Exempel: värme och köldreceptorer i huden Nociceptorer: Är känsliga för skadad vävnad (smärtreceptorer). Exempel: fria nervändar i huden; smärta Elektroreceptorer Exteroreceptorer känsliga för elektriska fält Magnetoreceptorer Känsliga för magnetfält en annan klassificering är om sinnesreceptorerna riktar sig mot förändringar i miljön utanför organismen eller inuti. Interoreceptorer: Viktiga för upprätthållandet av homeostasis. Exempelvis övervakning av blodtryck, ph, syrereceptorer. Exteroreceptorer: Exempelvis; ljus, ljudvågor, kemikalier, beröring, temperatur. Proprioceptorer: Receptorer som informerar om läge hos och rörelse av organismen. Detekterar även rörelse av extremiteter. receptorer i muskler, leder, innerörat. En receptor kan alltså platsa i flera av dessa grupper samtidigt. Ex: en beröringsreceptor i huden är även en exteroreceptor samt en del av ett somatiskt sinnesorgan. HUR FÖRMEDLAS STIMULISTYRKAN TILL CNS OM AKTIONSPOTENTIALEN ALLTID ÄR LIKA STOR allt eller intet * Genom frekvensen av aktionspotentialer. Ett starkt stimulus åstadkommer en hög frekvens av aktionspotentialer, ett svagare stimulus åstad kommer en lägre frekvens av aktionspotentialer. * Genom antalet påverkade receptorer. Ett starkt stimulus påverkar fler receptorer än vad ett svagt stimulus gör. ADAPTATION - ANPASSNING kan ske på olika nivåer; hos receptorn eller i CNS Om ett stimulus fortsätter och fortsätter kan receptorn efter ett tag sluta att skicka signaler till CNS

4 Tonisk receptor Phasisk receptor adapteras långsamt och fortsätter att skicka signaler så länge ett stimulus finns kvar adapteras snabbt och slutar skicka signaler RECEPTIVA FÄLT Är det grundläggande sättet för att precisera var (på kroppen/organismen) ett stimulus har verkat. Hur precist eller diffust ett stimulus uppfattas, beror på hur stort Receptivt fält det stimulerade neuronet har, hur många receptiva fält det finns, hur många överlapp mellan fälten det finns samt ett fenomen som kallas lateral inhibering. Storlek på de receptiva fälten varierar. Överlapp mellan receptiva fält förbättrar möjligheten till precis lägesbestämning pga att två afferenta neuron aktiveras i stället för ett. LATERAL INHIBERING Det neuron som nås av ett starkare stimulus kan inhibera närliggande neuron som mottagit ett stimulus med lägre intensitet. Detta skapar en bättre kontrastverkan (vanligt när det gäller synen). Silverthorn: fig 10:2, 10:3, 10:6 SMÄRTA * En skyddsmekanism för att förhindra allvarligare skada. * Olikt de andra sinnena är smärtan kopplad till olika svar (undanryckning av kroppsdel) motoriska såväl som emotionella (rädsla, skräck, gråt). * Olikt de andra sinnena kan smärtan också vara subjektivt påverkad (det gör ondare hos tandläkaren om man också ÄR rädd för att vara där). Kategorier av smärtreceptorer mekaniska nociceptorer: stimuleras av mekanisk skada skärsår, krosskador, nyp, slag thermala nociceptorer: stimuleras av extrema temperaturer, särskilt värme polymodala nociceptorer: stimuleras lika mycket av alla skadande stimuli inkluderat de kemikalier som utsöndras av skadad vävnad. Alla nociceptorer är nakna nervändar. På grund av sitt överlevnadsvärde kan nociceptorerna inte adapteras till följd av konstant eller upprepad stimulering. Alla nociceptorer kan känsliggöras genom närvaro av Prostaglandiner (förstärker receptorsvaret på ett givet stimulus). Prostaglandiner är en speciell grupp av fettsyraderivat som bryts loss från lipidlagret i plasmamembran. Lokalt verkande. Aspirinliknande droger hämmar prostaglandinsyntesen, vilket åtminstone till en del utgör aspirinets analgetiska (smärtlindrande) effekt. Aukupunktur, där nålar sticks in i huden på vissa nyckelpunkter, har praktiserats i Kina i mer än 2000 år. En hypotes är att nålarna aktiverar speciella afferenta nervfibrer som skickar impulser till CNS. Där aktiveras i sin tur speciella områden vilket leder till analgetiska effekter. Förnimmelsen av ett stimulus

5 Hur vi skall uppfatta ett stimulus är beroende av vilken del av hjärnan som nås av meddelandet. Det är således hjärnan som ser, hör, känner beröring inte den aktuella receptorn/sinnesorganet. Vad händer? När ett stimulus påverkar cellmembranet på receptorn så kommer jonkanaler i membranet att påverkas. Joner kommer då exempelvis att, lokalt, strömma igenom denna kanal. Denna påverkan på membranet har åstadkommit en potential som är olika stor eller liten beroende på stimulistyrkan. Denna potential sprider sig inte utan stannar i närheten av stimuleringsstället. Om ett stimulus är tillräckligt kraftigt eller återkommer med tillräcklig hög frekvens kan receptorns retningströskel passeras och en receptorpotential bildas. Denna potential överförs till det afferenta neuronet och till CNS. Vad händer när signalen når CNS? * Koordination av inre aktiviteter för att bibehålla Homeostasis och få organismen att leva vidare (dessa stimuli når inte alltid vårt medvetande). * Behandling av sensorisk stimulering i RAS (Retikulära formationen) ger upphov till vakenhet och medvetande. * Central behandling av sensorisk information gör oss medvetna om världen runt omkring oss. Thalamus spelar stor roll när det gäller att rikta vår uppmärksamhet mot ett stimulus av stort intresse för oss. * Utvald information kommer att lagras i CNS för användning som referens. Silverthorn: fig 10:9 och 10:10 SYNEN Vertebrater Kameraögon Receptortyper tappar och stavar som omvandlar ljusenergi till nervimpulser Tappar: 1) är känsliga för färgat ljus 2) har en högre retningströskel än stavar, behöver mer ljus 3) finns olika typer som är känsliga för olika våglängdsintervall 4) finns i hög täthet i ögats bakre vägg och i fovean gula fläckens centrum hos människa: /mm 2. 5) återger bilder med stor skärpa Stavar: 1) återger i vitt och svart 2) har en lägre retningströskel än tappar, behöver bara lite ljus 3) finns i högst täthet i näthinnans periferi 4) saknas helt i gula fläcken Gula fläcken (fovea): Det område rakt bak på näthinnan där ljuset faller från det objekt man fokuserar med blicken. Det enda stället på näthinnan där neuronlagret inte ligger för utan viker undan och bildar en grop, fovea (gula fläckens centrum). Här har varje receptor ett eget sensoriskt neuron, mycket hög upplösning av bilden.

6 Näthinnans periferi: Hög täthet med stavar, vilka konvergerar (många receptorer stimulerar samma sensoriska neuron). Detta skapar en hög ljuskänslighet men sämre upplösning. Blinda fläcken: Det ställe där gangliecellernas axoner buntas ihop och bildar synnerven som går ut från ögat. I denna punkt finns inga tappar eller stavar. Ackomodation: Förändring av linsens ljusbrytande förmåga så att objekt både nära och långt från ögat kan ses skarpt. Däggdjur, fåglar, reptiler (ej orm): Ändrar form på linsen vid ackomodation. Denna jämförelse behöver ni inte läsa in till examinationen:jämförelse; Benfisk: Linsen relaxerad-syn på nära håll. Linsen flyttas bakåt för syn på långt håll. Amfibier, broskfisk, orm: Relax-syn på långt håll, linsen flyttas framåt för syn på nära håll.) Synens kemi; eller hur ett ljusstimulus bli en nervimpuls 1) En fotoreceptor i ett kameraöga består av 3 delar; ett yttre segment, närmast åderhinnan, där de ljuskänsliga synpigmenten Rodopsinerna (över 1 miljard/receptor) är placerade. 2) Ett inre segment som utgörs av receptorns mittendel som innehåller receptorns metaboliska del (kärna + övriga organeller) 3) Synapsen, närmast ögats mitt, ligger mot de bipolära neuronen och överför till dessa den signal som uppstått i receptorn som svar på ett ljusstimulus. Rodopsin Hos människan har man hittat 4 olika rodopsintyper. Stavarna har en sort och de tre olika typerna av tappar har var sin sort. Dessa fotopigmentmolekyler är uppbyggda av 2 enheter; ett Opsin (ett enzym) och en Retinal (vitamin A derivat). Rhodopsinet faller omedelbart sönder i opsin och retinal då det utsätts för ljus sk Blekning. Detta aktiverar enzymet Opsin som via en serie av reaktioner påverkar frisättningen av transmittorsubstans (glutamat) från den aktuella receptorns synaptiska terminal negativt. Transmittorsubstansen överförs via ett sk Bipolarneuron (det finns 2 typer av bipolarneuron; light-on och light-off) till en ganglie-cell (sensoriskt neuron). Light-on bipolarneuron inhiberas av transmittorfrisättningen i mörker och aktiveras i ljus (när transmittorsubstansen är frånvarande och inte inhiberar). Light-off bipolarceller stimuleras av glutamatfrisättning i mörker och inhiberas då det är ljust. Gangliecellernas axon samlar ihop sig och lämnar ögat i form av synnerven. Rhodipsinet är endast stimuleringsbart i sin sammansatta form. Det tar ca 30 min (hos människan) för ett sönderfallet rhodopsin att bli sensitiviserat igen. Hur mycket intakt rhodopsin det finns i en receptor beror på hur stort sönderfallet är just då. Mörkeradaptation: Det mörkeradapterade ögat (som har vistats i mörker mer än 1/2 tim) har mycket intakt rhodopsin och är mycket känsligt även för mycket svagt ljus. Ljusadaptation: I det ljusadapterade ögat har mycket rhodopsin brutits ner och det krävs mer ljus för att nå receptorernas retningströskel. Det krävs att man vistas i mörker ca 1/2 tim innan mängden rhodopsin långsamt

7 byggts upp tills det blir tillräckligt för att receptorns retningströskel kan nås och vi kan se någonting i mörker igen. Vi människor kan se både i ljus och i mörker (hjälpligt) det är vi ganska ensamma om de flesta djurarter är anpassade till någotdera. Att se i mörker anpassningar i djurvärlden Stora ögon med stora pupiller och en större näthinna kan samla upp mer av det befintliga ljuset Tätt med stavar som har en lägre retningströskel ökar ljuskänsligheten men leder till ett sämre färgseende eller inget alls samt en sämre upplösning. Tapetum lucidum Ett reflekterande lager bakom näthinnan som kastar tillbaka ljuset genom receptorlagret en gång till. Färgseende Stavar är känsliga för alla synliga våglängder av ljus därför återger stavarna bilder i en gråskala enbart beroende av olika intensitet, inte färger. Det finns olika typer av tappar, som står för färgseendet). Människan har 3 olika typer. Dessa brukar kallas röda, gröna och blå tappar. De röda absorberar mest ljus vid en våglängd på 575nm, de blå mest vid 430 nm och de gröna mest vid 540 nm. Vilken färg vi upplever avgörs då en jämförelse görs mellan hur stor del av de olika typerna av tappar som stimulerats av det aktuella ljuset. Denna jämförelse görs både av nervcellerna i näthinnan och i hjärnans syncentrum. Denna jämförelse behöver ni inte läsa in till examinationen: Vilka djur har färgseende? Färgseende finns hos några arter inom alla vertebratgrupper utom amfibierna. Benfiskar och fåglar har mycket bra färgseende, de flesta däggdjur är däremot färgblinda med undantag av primaterna och en del andra arter t.ex ekorrar. HÖRSEL och BALANS Båda dessa sinnen är hos vertebrater lokaliserade till samma organ; ÖRAT, båda baserade på funktionen hos speciella hårceller. Vissa strukturer i örat ger signaler om djurets position i förhållande till gravitationen och signaler om acceleration. Andra strukturer, hörselorganet, ger information om vibrerande stimuli i omgivningen, det som vi i dagligt tal kallar för ljud om de rör sig inom ett särskilt frekvensintervall. Evolutionärt utvecklades det vertebrata örat först till ett balansorgan sk labyrinten, bestående av 2 rum (saccule + utricle) samt 3 halvcirkelformade gångar. Det ena av rummen (saccule) blev hos fiskarna förlängt till en fickliknande bildning (lagena) som under evolutionens gång blev till ett hörselorgan hos tetrapoderna och fortsatte att utvecklas och förlängas hos fåglar och däggdjur. Vi har nu fått snäckan. Hörselorganets uppbyggnad hos däggdjur Ytteröra - Mellanöra Inneröra Ytteröra

8 Ljudvågor samlas upp av ytterörat och fortsätter in i hörselgången och fram till trumhinnan (här börjar mellanörat) i form av luftledda ljudvågor. Trumhinnan sötts i svängning av ljudvågorna Mellanörat Svängningarna fortplantar sig från trumhinnan till de tre hörselbenen: hammaren, städet och stigbygeln i nämnd ordning. Dessa ben är ordnade så att svängningarna förstärks (ca 90 ggr) innan stigbygeln som står i kontakt med ovala fönstret, ingången till innerörat. I mellanörat finns också den sk örontrumpeten som står i förbindelse med svalget och utjämnar tryckskillnader som uppstår mellanörats inre delar och omgivningen. Innerörat Består av benformationer som innehåller vätskefyllda kanaler. Den här vätskan rör sig av ljudvågor som fortplantats via mellanörat och ovala fönstret eller när huvudet rör sig i förhållande till gravitationen. Snäckan : Är den delen av innerörat som är engagerad i hörseln. Den består av en vätskefylld ihoprullad gång. Gången består av 3 rum: Scala vestibuli (övre kanalen), Scala media (snäckgången och Scala tympani (nedre kanalen). I scala media finns det Cortiska organet som innehåller de hårceller som fungerar som receptorer i hörselorganet. Det Cortiska organet vilar på Basilarmembranet, som är golvet i Scala media. När ljudvågorna når det membran som kallas för ovala fönstret så sätts det i svängning. Ljudvågorna fortplantas vidare i innerörat men nu i den vätskefyllda (perilymfa) scala vestibuli (övre kanalen). Här kommer ljudvågorna att ta en genväg genom "taket på scala media, genom cortiska organet och basilar membranet till scala tympani (nedre kanalen). Här kommer vibrationerna att jämnas ut tack vare ytterligare ett buktbart membran, det runda fönstret. Hur kan det då bli ljud av det här? Jo, då vibrationerna passerar scala media sätter de basilarmembranet i svängning. Basilarmembranet som har olika beskaffenhet i olika delar av kanalen kommer att vibrera maximalt på olika ställen vid olika våglängder. stelt och smalt närmast ingången böjligare och bredare längre in i scala media Då basilarmembranet når ett vibrationsmaximum så kommer hårcellerna i det cortiska organet att böjas mot ett tak som kallas Tectorialmembran. Det membranet är stelare och vibrerar inte med basilarmembranet. Detta vibrationsmaximum uppkommer på olika ställen på basilarmembranet vid olika våglängder pga av att membranet har varierande tjocklek och böjlighet. Detta ger oss möjlighet att uppfatta olika toner Hz Hz längst ut längst in När hårcellerna böjs mot taket kommer den mekaniska energin att påverka permeabiliteten i membranet hos receptorn och en receptorpotential kan genereras.

9 BALANSEN-jämviktsorganet eller vestibulära apparaten Båggångarna: Bengångar fyllda med endolymfa. Känner av rotation och acceleration. Varje öra innehåller 3 båggångar som är tredimensionellt arrangerade.vid basen av varje kanal finns Ampullan, en bildning där hårcellerna är samlade och inbäddade i en gelatinös bildning; Cupula. Cupulan svajar när endolymfan rör sig i båggångarna då huvudet roterar. Otolitiska organet: Känner av huvudets position i förhållande till gravitationen (lutning av huvudet) samt linjär förflyttning. UTRICLE och SACCULE är hinnsäckar som ligger i benkamrar mellan snäckan och båggångarna. Även här är hårcellerna inbäddade i ett gelatinöst lager vars rörelse framkallar potentialförändringar hos hårcellerna. Otoliter: små stenar av kalciumkarbonat som är inbäddade i det gelatinösa lagret gör detta avsevärt mycket tyngre än den omgivande endolymfan. Proprioceptorer: Ett sjätte sinne som låter dig veta var du har armar och ben även med stängda ögon (fritt översatt från Sherwood). Hit räknas de receptorer som finns i muskler, senor och leder som skickar signaler till CNS (cerebellum) om kontraktionsgrad hos en muskel, muskellängd mm. Samordning i cerebellum gör koordination av rörelser möjlig. SMAK & LUKT Kemoreceptorer delvis med syftet att kvalitetsbedöma födan innan den äts. Ämnena som skall reagera med receptorerna måste vara lösta i vätska eller saliv för att kunna komma åt receptorn. Receptormenbranets permeabilitet påverkas när en speciell ligand binder till receptorn som nyckeln i ett lås. Smak Receptorerna är packade i "smaklökar" som finns över tungans yta, i svalget och i munhålan (hos terrestra vertebrater). De allra flesta finns på tungans ovansida. Varje smaklök innehåller ca 50 receptorer. Människa ca 9000 smaklökar totalt Gris ca Ödlor ca 550 Höns ca 24 Hos vattenlevande organismer finner man ofta kemoreceptorer över hela kroppsytan men även i munhåla svalg och på gälbågar. Varje receptor är ytförstorad med hjälp av mikrovilli som sticker ut ur smaklöken och på så vis blir bättre exponerad för lösta ämnen. Smakreceptorer har en livslängd på ca 10 dygn och ersätts sedan av nya. Varje receptor är som regel mest känslig för en av följande smaker; SÖTT SURT SALT BESKT UMAMI Salt: Natriumjoner går in i cellen --- minskning av neg laddning i cellen --- receptorpotential Surt: Fria vätejoner blockerar det passiva kaliumjonutflödet fån cellen --- receptorpotential

10 Sött: Glukos blockering av kaliumjonkanalen --- receptorpotential Beskt: Varierande vägar till receptorpotential Umami: Känsligt för aminosyror, små peptider och nukleotider. De olika receptortypernas placering kan variera från individ till individ men verkar vara spridda över hela tungan Kan påverka smaksinet Lukt Mattemperatur Konsistens Psykologiska faktorer Nyfödd: smaklökar minskar drastiskt efter 50-års åldern LUKT: Sinnesreceptorerna är placerade i taket på näshålan. Tillsammans med den finns stödjeceller som producerar slem samt basalceller från vilka nya receptorceller bildas (ersätts varannan månad). Olikt de andra speciella sinnena så ÄR luktsinnets sinnesreceptorer sensoriska neuron med en specialiserad funktion hos ändarna. Receptorerna är försedda med cilier längst ut. Här finns doftmolekylernas bindningsställen. Vi har ca st luktreceptorer Vi har olika typer av doftreceptorer. Ersättningshastigheten av gamla receptorer minskar med åldern. En doftmolekyl kan stimulera olika receptorer på olika sätt och doftvariationen blir därför mycket stor. Luktsinnet är det av sinnena som är starkast kopplat till minnet. Adapteras snabbt (inte receptorerna, de adapteras långsamt), förmodligen huvudsakligen inom CNS. VNO: Vomeronasala organet. Ytterligare ett sinnesorgan i näshålan hos mammalier och reptiler. Feromoner (kemiska signaler mellan individer av samma art) stimulerar dessa sinnesreceptorer. Detta sinne har förmodligen betydelse för reproduktion och sociala beteenden (kanske även hos människan). Dessa funderingar behöver ni inte läsa in till examinationen Funderingar:Kan kanske ligga bakom mänskliga känslor såsom "Dåliga vibbar" -från någon man just mött eller detta sinne kanske ligger bakom "kärlek vid första ögonkastet".