10 тем лекций по физе

заканчивается зрительное восприятие принятием высшими корковыми отделами этой системы решения о зрительном образе.

Используя зрение, наш мозг создает ЦЕЛОСТНУЮ и НЕПРЕРЫВНУЮ картину окружающего мира, из последовательности дискретных изображений на сетчатке, которые имеют различия в левом и правом глазах изменяются от одного момента фиксации взгляда к другому.

Диоптрический аппарат глаза.

Оптическая система глаза представляет собой неточно центрированную сложную систему линз, формирующую на сетчатке перевернутое и уменьшенное изображение внешнего мира.

Диоптрический аппарат состоит:

-из прозрачной роговицы;

-передней и задней камер, заполненных водянистой влагой;

-радужной оболочки, окружающей зрачок;

-хрусталика, окруженного прозрачной сумкой;

-стекловидного тела, занимающего большую часть глазного яблока.

Величина кривизны и показателя преломления роговицы и хрусталика определяют преломление световых лучей внутри глаза.

Преломляющую силу оптической системы выражают в диоптриях (D). Одна диоптрия равна преломляющей силе линзы с фокусным расстоянием 100 см. Преломляющая сила глаза при рассматривании дальних предметов составляет 59 диоптрий, и 70,5 диоптрий при рассматривании близких предметов.

Аккомодация - приспособление глаза к ясному видению объектов, удаленных на разное расстояние.

Главную роль в аккомодации играет хрусталик, изменяющий свою кривизну и, следовательно, преломляющую силу. Механизмом аккомодации является сокращение ресничных мышц, которые изменяют выпуклость хрусталика. Например, при рассмотрении близких предметов хрусталик делается более выпуклым.

Аккомодация проявляется при смещении фокусного расстояния с дальних предметов на ближние и наоборот резкость изображения нарушается.

Введение в глаз атропина нарушает передачу возбуждения к ресничным мышцам и тем самым создается ограничение аккомодации при рассмотрении близких предметов. Наоборот пилокарпин и эзерин вызывают сокращение этой мышцы.

Оптические недостатки глаза.

Миопия – близорукость. Фокус перед сетчаткой. Компенсация (коррекция)– двояковогнутые линзы.

Гипермиопия (гиперопия) – дальнозоркость. Фокус за сетчаткой. Коррекция – двояковыпуклые линзы.

Астигматизм (астигмия) – неодинаковое преломление лучей в разных направлениях (поверхность роговицы не симметрична относительно оптической оси).

Сферическая аберрация – фокусное расстояние больше в центральной ямке, через которую проходит оптическая ось, и меньше на периферии. Изображение становится нерезким. Чем меньше диаметр зрачка, тем меньше участие периферических частей диоптрической системы в построении изображения, тем меньше искажения, вызванные сферической аберрацией.

Миоз – суженный зрачок. Мидриаз – расширенный зрачок.

Хроматическая аберрация – синие предметы кажутся более удаленными, чем красные, находящиеся на том же самом расстоянии от наблюдателя.

Зрачковый рефлекс.

Зрачок – отверстие в центре радужной оболочки. Повышает четкость изображения, увеличивая глубину резкости, устраняет сферическую аберрацию.

81

Если прикрыть глаз от света, а затем открыть его, то расширившийся при затемнении зрачок быстро сужается.

Структура и функции сетчатки.

Внутренняя светочувствительная оболочка глаза. Имеет сложную многослойную структуру. Здесь расположены 2 вида вторичночувствующих фоторецепторов, различных по своему функциональному назначению (палочковые и колбочковые). Возбуждение фоторецепторов активирует первую нервную клетку сетчатки (биполярный нейрон). Возбуждение биполярных нейронов активирует ганглиозные клетки сетчатки, передающие свои импульсы в подкорковые зрительные центры. В процессах передачи и обработки информации участвуют горизонтальные и амакриновые клетки.

Место выхода зрительного нерва из глазного яблока – «слепое пятно», т.к. не содержит фоторецепторов.

Пигментный слой образован рядом эпителиальных клеток, содержащих внутриклеточные органеллы, включая меланосомы, придающие черный свет. Пигмент препятствует отражению и рассеиванию света. Играет решаюшую роль в регенерации зрительного пигмента после обесцвечивания, в фагоцитозе обломков наружных сегментов палочек и колбочек, в защете зрительных клеток от светового повреждения, в переносе кислорода и др. веществ. Контакт между клетками пигментного эпителия и фоторецепторами достаточно слабый. Именно в этом месте происходит отслойка сетчатки, приводящая не только к смещению оптического фокусирования изображения, но и к дегенервции рецепторов.

Фоторецепторы - 6-7 миллионов колбочек и 110-123 миллионов палочек. Распределены неравномерно. Центральная ямка содержит только колбочки (до 140 тыс. на 1 мм). По направлению к периферии их число уменьшается, а число палочек возрастает, на дальней периферии – только палочки. Колбочки функционируют в условиях больших освещенностей, обеспечивают дневное и цветовое зрение; палочки намного более сеточувствительны и ответственны за сумеречное зрение. Палочку может возбудить 1 квант света, для активации колбочки требуется больше сотни квантов.

Палочки и колбочки своими светочувствительными наружными сегментами обращены к пигментному эпителию, т.е. в сторону, противоположную свету. Наружный сегмент содержит около тысячи фоторецепторных дисков, в мембраны которых включены зрительные пигменты. Верхушка наружного сегмента со старыми дисками обламывается и фагоцитируется клетками пигментного эпителия.

Зрительные пигменты. В палочках – родопсин, максимум спектра поглощения в области 500 нм. В колбочках содержится три типа зрительных пигментов, максимумы спектров поглощения которых находятся в синей (420 нм), зеленой (531 нм) и красной (558 нм) частях спектра. Красный пигмент – «йодопсин».

При поглощении кванта света молекулой пигмента запускается последовательность изменений молекул в наружном сегменте полочки, приводящая к закрытию ионных каналов в мембране наружного сегмента. В темноте каналы были открыты для Na и Ca . Уменьшение или прекращение входа внутрь натрия приводит к гиперполяризации и возникновению генераторного потенциала.

Гиперполяризационный рецепторный потенциал, возникший на мембране наружного сегмента, распространяется вдоль клетки до ее пресинаптического окончания и приводит к уменьшению скорости выделения медиатора – глутамата.

Передача сигнала как с фоторецептора на биполярный нейрон, так и с биполярного нейрона (в силу малого расстояния) на ганглиозную клетку происходит безимпульсным путем.

На 130 миллионов фоторецепторных клеток приходится 1 миллион 250 тысяч ганглиозных клеток, аксоны которых образуют зрительный нерв. Т.е. присходит конвергенция информации от многих фоторецепторов через биполярные нейроны к одной ганглиозной клетке. Лишь в центре сетчатки, в районе центральной ямки, каждая

82

колбочка соединена с одной, карликовой биполярной клеткой, с которой соединена также всего одна гангиозная клетка (это обеспечивает высркое пространственное разрешение, но уменьшает световую чувствительность).

Взаимодействие соседних нейронов сетчатки обеспечивается горизонтальными и амакриновыми клетками, через отростки которых распространяются сигналы, меняющие синаптическую передачу. Горизонтальные клетки регулируют взаимодействие между фоторецепторами и биполярными нейронами, а амакриновые – между биполярными и ганглиозными клетками, торможение между соседними ганглиозными клетками.

Взрительном нерве, кроме афферентных волокон, есть эфферентные волокна. Полагают, что они действуют на синапсы между биполярными и ганглиозными клетками, регулируя проведение возбуждения.

Нервные пути и связи в зрительной системе.

Информация от сетчатки идет по волокнам зрительного нерва. Зрительные нервы от каждого глаза встречаются у основания мозга, где формируется их частичный перекрест (хиазма). Часть волокон каждого зрительного нерва переходит на противоположную сторону. Эти проекции организованы так, что в затылочную долю правого полушария поступают сигналы от правых половин каждой сетчатки, а в левое полушарие – от левых половин сетчаток.

После перекреста зрительные нервы называются зрительными трактами. Проецируются в ряд мозговых структур. Основное число волокон - в таламический подкорковый центр – наружное коленчатое тело, откуда в первичную проекционную область зрительной зоны КБП.

Теория двойственности зрения.

Всумерках и ночью работают палочки. Они обеспечивают скотопическое зрение. Колбочки обеспечивают зрение при нормальном дневном свете. Такое зрение называется фотопическим. При скотопическом зрении цвета не различаются, а при фотопическом зрении различимы как яркость, так и цвет предметов.

Теоретические концепции цветоощущения.

Наибольшим признанием пользуется трехкомпонентная теория Гельмгольца, согласно которой цветовое восприятие обеспечивается тремя типами колбочек с разной цветовой чувствительностью: к красному, к зеленому и синему. Микроспектрофотометрические измерения поглощения излучений у колбочек подтверждают это явление.

Согласно другой теории, предложенной Герингом, в колбочках есть вещества, чувствительные к бело-черному, красно-зеленому и желто-синему излучениям. С помощью микроэлектродов были обнаружены колбочки-доминаторы, реагирующие на действие любого цвета и колбочки-модуляторы, реагирующие на действие одного цвета. Выявлено 7 типов модуляторов, оптимально реагирующих на свет с разной длинной (от

400 до 600 нм).

Всетчатке и зрительных центрах найдены цветооппонентные нейроны. Действие на глаз излучений в какой-то части спектра их возбуждает, а в других частях спектра – тормозит.

Последовательные цветовые образы. Проявляются в случае долгой фиксации взгляда на окрашенном предмете и последующем переводе взгляда на белую бумагу. Предмет становится окрашенным в дополнительный цвет. Причина – цветовая адоптация.

Цветовая слепота.

Частичная цветовая слепота была описана Дальтоном. Соответственно анамалии цветовосприятия назвали дальтонизмом. Дальтонизм встречается у 8% мужчин и намного реже у женщин.

Для диагностики дальтонизма используют полихроматические таблицы. Существует разновидности частичной цветовой слепоты:

83

-протанопия – (краснослепые) полное отсутствие восприятия красного цвета, сине-голубые лучи кажутся бесцветными;

-дейтеранопия – (зеленослепые) не отличают зеленые цвета от темно-красных и голубых;

-тританопия – отсутствие восприятия синего и фиолетового цвета.

-ахромазия – встречается при поражениях колбочкового аппарата – эта полная цветовая слепота, человек видит все предметы лишь в разных оттенках серого цвета.

-никталопия – «куриная слепота», развивается при наличии аномалий палочковой системы, у человека ограничена способность к темновой адаптации, плохое зрение в темное время суток.

Инструмент для выявления дефицита цветного зрения называется аномалоскопом.

Восприятие пространства. Острота зрения.

Максимальная способность различать отдельные детали объектов. Определяют по наименьшему расстоянию между 2-мя точками, которые глаз различает, т.е. видит раздельно, а не слитно. Нормальный глаз различает 2 точки, видимые под углом в 1 секунду. Максимальная острота у желтого пятна, к периферии ниже.

Поле зрения – это пространство, видимое глазом (периферическое зрение) при фиксации взгляда в одной точке (центральное зрение). Измерение поля зрения осуществляется периметром, а сам метод получил название периметрии. Поля зрения для различных цветов неодинаковы и меньше, чем для черно-белых предметов.

Оценка расстояния.

Некоторое значение при монокулярном зрении в оценке близких расстояний имеет явление аккомодации. Также важно то, что образ на сетчатке тем больше, чем он ближе.

При бинокулярном зрении оценка точнее.

Изображения всех предметов попадают на корреспондирующие участки 2-х сетчаток. Надавливание слегка на один глаз сбоку: двоится в глазах из-за нарушения соответствия сетчаток. Если смотреть на близкий предмет, конвергируя глаза, то изображение отдаленной точки попадает на неидентичные (диспаратные) точки сетчаток. Диспарация играет большую роль в оценке расстояния и в видении глубины.

Оценка величины объекта.

Осуществляется как функция величины изображения на сетчатке и расстояния предмета от глаза.

Роль движения глаз при зрении.

Для непрерывного получения мозгом зрительной информации необходимо движение изображения на сетчатке. Импульсы в зрительном нерве возникают в момент включения и выключения светового изображения. При длящемся действии света на одни и те же фоторецепторы импульсация в волокнах зрительного нерва прекращается и зрительное ощущение при неподвижных глазах и объектах исчезает через 1-2 с.

Временные характеристики и динамика движений глаз.

Глаз человека приводится в движение шестью наружными глазными мышцами, которые иннервируются тремя черепномозговыми нервами – глазодвигательным, блоковым и отводящим.

Классы движений глаз.

Содружественные движения глаз: движения глаз в системе координат внешнего пространства – одновременно вверх, вниз, влево или вправо.

Вергентные движения: движения одного глаза примерно зеркально симметрично движению другого относительно координат головы.

Если точка фиксации взгляда издали все ближе и ближе, то два глаза совершают конвергентные движения (схождение).

При переводе взгляда с ближнего предмета на дальний предмет, глаза совершают дивиргентные движения (расхождение).

84

Циклоторсионные движения: при наклоне головы вбок происходят симметричные движения глаз в одном и том же направлении – во фронтальнопараллельной плоскости.

Саккады: скачкообразные движения глаз между точками фиксации взгляда. Длительность саккад в среднем составляет 10-80 мс.

Если человек смотрит прямо перед собой, смещение взгляда из этого положения покоя менее чем на 10 град. Обеспечивается главным образом движениями глаз. При больших углах смещения саккады сопровождаются поворотом головы.

При осмотре окружающей обстановки саккады разделяются периодами фиксации длительностью 0,2 – 0,6 с. Всегда присутствует некоторый тремор глаз – непроизвольные микросаккады частотой 20 – 120 Гц.

Оптический нистагм – периодическое чередование медленных следящих движений и саккад. Нистагм возникает, например, когда едущий в поезде человек фиксирует объект за окном.

То, что воспринимается зрением, есть результат взаимодействия сенсорных и двигательных механизмов глаза и ЦНС, поскольку как произвольные, так и непроизвольные движения глаз, головы и тела заставляют изображение окружающего мира на сетчатке смещаться каждые 200-600 мс.

3.3 СЛУХ

Звук – это колебания, распространяющиеся в воздушной среде (или другой среде) в виде продольной волны давления со скоростью 335 м/с. Анатомические особенности слуховой системы человека позволяют воспринимать звуковые колебания внешней среды. Действие амплитуды звуковых колебаний называется уровнем звукового давления и измеряется в децибелах. Сила звука измеряется в вт/м2, а частота колебаний в Гц.

Звуковые колебания возбуждают слуховые рецепторы, находящиеся в улитке внутреннего уха. Рецепторы активируют первые слуховые нейроны, после чего сенсорная информация через ряд последовательных отделов передается в слуховую область коры большого мозга.

Наружное ухо. Наружный слуховой проход проводит звуковые колебания к барабанной перепонке, отделяющей наружное ухо от среднего.

Среднее ухо. Молоточек, наковальня и стремечко последовательно передают колебания барабанной перепонки на мембрану овального окна внутреннего уха. Благодаря геометрии косточек стремечку передаются колебания барабанной перепонки уменьшенной амплитуды, но увеличенной силы. Поверхность стремечка в 22 раза меньше поверхности барабанной перепонки, что во столько же раз увеличивает его давление на мембрану овального окна.

В среднем ухе расположены 2 мышцы: напрягающая барабанную перепонку (ограничивает амплитуду ее колебаний при сильных звуках), и стременная, фиксирующая стремечко. Рефлекторное сокращение этих мышц наступает через 10 мс после начала сильного звука и зависит от его амплитуды.

Внутреннее ухо.

Улитка - костный спиральный канал, образующий 2,5 витка. Диаметр костного канала у основания улитки 0.04 мм, а на вершине – 0.5 мм. По всей длине, почти до самого конца, костный канал разделен 2-мя перепонками: более тонкой – преддверной мембраной (вестибулярной, мембраной Рейсснера) и более плотной и упругой – основной мембраной. На вершине улитки эти мембраны соединяются, и в них имеется овальное отверстие.

Вестибулярная и основная мембраны разделяют костный канал улитки на 3 хода: верхний, средний и нижний. Верхний канал (лестница преддверия) через овальное отверстие сообщается с нижним каналом (барабанной лестницей). Эти каналы заполнены перилимфой, напоминающей цереброспинальную жидкость. Полость среднего канала не сообщается с полостью других каналов и заполнена эндолимфой, в составе которой в 100

85

раз больше калия и в 10 раз меньше натрия, чем в перилимфе (она заряжена положительно по отношению к перилимфе).

Внутри среднего канала на основной мембране расположен спиральный (кортиев) орган, содержащий рецепторные волосковые клетки (вторичночувствующие механорецепторы), 2-х видов. Внутренние и наружные, отделенные друг от друга кортиевыми дугами. Внутренние располагаются в один ряд, их общее число 3500. Наружные в 3-4 ряда; их общее число 12000-20000.

Каждая волосковая клетка имеет удлиненную форму, один полюс фиксирован на основной мембране, второй – находится в полости перепончатого канала. На конце этого полюса находятся стереоцилии (волоски), которые омываются эндолимфой и контактируют с покровной (текториальной) мембраной.

Передача звуковых колебаний происходит по каналам улитки. Колебания мембраны овального окна преддверия вызывают колебания перилимфы в верхнем и нижнем каналах улитки, которые доходят до круглого окна улитки.

Звуковые колебания, распространяются по перилимфе и эндолимфе верхнего и среднего каналов в виде бегущей волны, приводят в движение основную мембрану и через нее передаются на перилимфу нижнего канала.

Слуховая рецепция.

При колебаниях основной мембраны, наиболее длинные волоски касаются покровной мембраны и наклоняются. Отклонение волоска на несколько градусов приводит к натяжению тончайших нитей (микрофиламент), связывающих верхушки соседних волосков клетки. Это натяжение открывает от 1 до 5 ионных каналов в мембране стереоцилии. Через открытый канал начинает течь калиевый ток.

Электрический ответ слухового рецептора достигает максимума уже через 100-500 мкс после действия звука.

Важным механизмом усиления сигнала на рецепторном уровне слуховой системы, является механическое взаимодействие всех стереоцилий (около 100) каждой волосковой клетки. Они связаны между собой в пучок тонкими поперечными нитями. Когда сгибается 1 или несколько длинных волосков, они тянут за собой все остальные. В результате открываются ионные каналы всех волосков, обеспечивая достаточную величину рецепторного потенциала.

Деполяризация пресинаптического окончания волосковой клетки приводит к выходу в синаптическую щель нейромедиатора (глутамата или аспартата). Медиатор вызывает ВПСП на ПСМ афферентного волокна, и далее генерацию распространяющихся импульсов.

Электрические явления в улитке.

Два явления - мембранный потенциал слуховой рецепторной клетки и потенциал эндолимфы не связаны с действием звука.

Под влиянием звука возникают: микрофонный потенциал улитки, суммационный потенциал и потенциалы слухового нерва.

Микрофонный потенциал улитки.

Если ввести в улитку электроды, соединить их через усилитель с динамиком и подействовать на ухо звуком, динамик точно воспроизведет этот звук. Регистрируемый здесь электрический потенциал назван кохлеарным микрофонным потенциалом. Доказано, что он генерируется на мембране волосковой клетки в результате деформации волосков.

В ответ на сильные звуки большой частоты происходит стойкий сдвиг исходной разности потенциалов – суммационный потенциал (СП). Различают положительный и отрицательный СП. Их интенсивности пропорциональны силе звукового давления (силе прижатия волосков к покровной мембране).

Отрицательный СП генерируется внутренними волосковыми клетками, а микрофонный и положительный СП – наружными.

86

Врезультате возбуждения рецепторов, происходит генерация импульсного сигнала

вволокнах слухового нерва.

Анализ частоты звука (высоты тона). Способность человека различать высоты последовательно слышимых тонов. Например, в оптимальной области звук 1 кГц ПОРОГ РАЗЛИЧЕНИЯ ЧАСТОТ составляет 0,3%, т.е. около 3 Гц.

Звуковые колебания разной частоты вовлекают в колебательный процесс основную мембрану не одинаково на всем ее протяжении. Локализация амплитудного максимума бегущей волны на основной мембране зависит от частоты. Т.е. при действии звуков разной частоты в процесс возбуждения вовлекаются разные рецепторные клетки (пространственное кодирование).

При действии низких и средних частот осуществляется и временное кодирование: частота следования импульсов в слуховом нерве повторяет частоту звуковых колебаний.

На всех уровнях слуховой системы у отдельных нейронов существует настройка на определенную частоту: т.е. существует оптимальная (или характеристическая) частота звука, на которую порог реакции нейрона минимален.

Анализ интенсивности звука. Сила звука кодируется частотой импульсации и числом возбужденных нейронов. При слабом стимуле в реакцию вовлекаются наиболее чувствительные нейроны, при усилении звука – нейроны с более высокими порогами реакций. Пороги возбуждения внутренних и наружных рецепторных клеток также неодинаковы: возбуждение внутренних клеток возникает при большей силе звука.

Слуховые ощущения частоты. Определяются частотной полосой ощущения – от 16 до 20 000 Гц. Ниже 16 Гц – это инфразвуки, выше 20000 Гц – ультразвуки.

Слуховая чувствительность. Пороги слышимости зависят от частоты звука. Слух человека максимально чувствителен в области главного речевого поля, а именно в полосе частот 1000-4000 Гц. Ниже и выше чувствительность звукового восприятия значительно ниже.

Громкость звука.

Кажущаяся громкость отличается от физической силы. Бел – десятичный логарифм отношения действующей интенсивности звука к пороговой интенсивности (lg I/I0). Децибел (дБ) – 0.1 бела.

Дифференциальный порог громкости в диапазоне 1000 Гц – 0,59 дБ, а на краях шкалы доходит до 3 дБ.

Максимальный уровень громкости звука, вызывающий болевое ощущение, - 130140 дБ над порогом слышимости.

На частоте 1кГц оптимальный УЗД (уровень звукового давления) составляет 70 дб. При резком увеличении звука до 130 дб возможно вызвать ЗВУКОВУЮ ТРАВМУ, которая характеризуется ощущениями боли в ушах и обратимой утратой слуха. Это явление можно получить при длительном воздействии звука 90 дб.

Адаптация. Длительное действие звука на ухо приводит к значительному снижению чувствительности к нему. Нейронные механизмы типа латерального и возвратного торможения.

Бинауральный (пространственный) слух – способность определять положение источника звука в пространстве. Это свойство основано на слушании двумя ушами, т.е. на способности оценивать различия времени прихода звука на правое и левое ухо и интенсивности звука на каждом ухе. Острота бинаурального слуха у человека очень высока. Источник звука определяется с точностью до 1 углового градуса, а задержка звука дифференцируется в 11мкс.

3.4. ВЕСТИБУЛЯРНАЯ СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА

Получает, передает и анализирует информацию об ускорениях или замедлениях, возникающих в процессе движений, а также при изменении положения головы в пространстве. При равномерном движении или в условиях покоя рецепторы

87

вестибулярной сенсорной системы не возбуждаются. Вестибулярная система (ВС), наряду со зрительной и соматосенсорной, играет ведущую роль в пространственной ориентировке.

Импульсы от вестибулорецепторов вызывают перераспределение тонуса скелетной мускулатуры, обеспечивая сохранение равновесия тела. Эти влияния осуществляются рефлекторно через ряд отделов ЦНС.

Периферическим отделом ВС является вестибулярный аппарат (ВА), расположенный в лабиринте пирамиды височной кости. Он состоит из преддверия и 3-х полукружных каналов. Кроме ВА в лабиринт входит и улитка со слуховыми рецепторами.

Полукружные каналы располагаются в 3-х взаимно перпендикулярных плоскостях: верхний – во фронтальной, задний – в сагиттальной и латеральный – в горизонтальной. 1 из концов каждого канала расширен (ампула).

ВА включает в себя 2 мешочка преддверия: сферический (расположен ближе к улитке); и эллиптический, или маточку (ближе к полукружным каналам). В мешочках находится отолитовый аппарат: скопления на возвышениях рецепторных клеток (вторичночувствующих механорецепторов). Выступающая в полость мешочка часть рецепторной клетки оканчивается одним более длинным подвижным волоском и 60-80 склеенными неподвижными волосками. Эти волоски пронизывают желеобразную мембрану, содержащую кристаллики карбоната кальция – отолиты. Возбуждение волосковых клеток происходит вследствие скольжения отолитовой мембраны по волоскам, т.е. их сгибания.

В полукружных каналах, заполненных, как и весь лабиринт, эндолимфой (плотность в 2-3 раза больше воды), рецепторные волосковые клетки сконцентрированы только в ампулах в виде крист. Они также снабжены волосками. Когда волоски сгибаются в одну сторону (при движении эндолимфы во время угловых ускорений), волосковые клетки возбуждаются, а при противоположно направленном движении – тормозятся. Т.е. механическое управление ионными каналами мембраны волоска с помощью микрофиламентов зависит от направления сгибания волоска: отклонение в одну сторону приводит к открыванию каналов и деполяризации волосковой клетки, а отклонение в противоположном направлении вызывает закрытие каналов и гиперполяризацию рецептора.

При сгибании волосковых клеток генерируется рецепторный потенциал, который усиливает выделение ацетилхолина и через синапсы активирует окончания волокон вестибулярного нерва.

Волокна вестибулярного нерва (отростки биполярных нейцронов) направляются в продолговатый мозг. Их импульсы активируют нейроны бульбарного вестибулярного комплекса: преддверное верхнее ядро (Бехтерева), преддверное латеральное (Дейтерса), Швальбе и др. Отсюда сигналы направляются во многие отделы ЦНС: СМ, мозжечок, глазодвигательные ядра, КБМ, РФ, ганглии АНС.

Даже в полном покое в вестибулярном нерве регистрируется спонтанная импульсация. При поворотах головы в одну сторону частота разрядов увеличивается, при поворотах в другую – уменьшается (детекция направления движения). Реже частота повышается, или, наоборот, уменьшается при любом движении. У 2/3 волокон есть эффект адаптации (уменьшение частоты импульсации во время длящегося действия углового ускорения). Нейроны вестибулярных ядер обладают способностью реагировать на изменение положения конечностей, повороты тела, сигналы от внутренних органов, т.е. осуществлять синтез информации из разных источников.

Комплексные рефлексы, связанные с ВС.

Вестибулоспинальные - через вестибуло-, ретикуло- и руброспинальные тракты изменяют импульсацию нейронов сегментарных уровней СМ. Динамическое перераспределение тонуса скелетной мускулатуры и рефлекторные реакции сохранения

88

равновесия. Мозжечок ответствен за фазический характер этих реакций. Во время произвольных движений вестибулярные влияния на СМ ослабляются.

Вестибуловегетативные - вовлекаются внутренние органы (ССС, ЖКТ и др.). При сильных и длительных нагрузках – патологический симптомокомплекс – болезнь движения, напр. морская болезнь.

Вестибулоглазодвигательные (глазной нистагм) - медленное движение глаз в сторону противоположную вращению, сменяющееся скачком глаз обратно.

Афферентные пути и проекции.

2 основных пути поступления вестибулярных сигналов в КБМ: прямой – через дорсомедиальную часть вентрального постлатерального ядра и непрямой вестибулоцеребеллоталамический путь через медиальную часть вентролатерального ядра.

В КБП основные прекции ВА локализованы в задней части постцентральной извилины. В моторной зоне спереди от нижней части центральной борозды обнаружена 2- я вестибулярная зона.

Чувствительность ВС высока: ускорение прямолинейного движения (отолитовый аппарат) – 2 см/с2 ; наклон головы в сторону – около 1 град., а вперед и назад – 1,5-2 град., ускорение вращения (рецепторы полукружных каналов) - 2-3 град. * с2 .

3.5 ОБОНЯНИЕ

Рецепторы обонятельной системы расположены в области верхних носовых ходов. Обонятельный эпителий находится в стороне от главного дыхательного пути, имеет толщину 100-150 мкм и содержит рецепторные клетки диаметром 5-10 мкм, расположенные между опорными клетками. Число обонятельных рецепторов – около 10 млн. На поверхности каждой обонятельной клетки находится сферическое утолщение – обонятельная булава, из которой выступает по 6-12 тончайших (0,3 мкм) ресничек длиной до 10 мкм. Обонятельные реснички погружены в жидкую среду, вырабатываемую обонятельными (боуменовыми) железами. Наличие ресничек в десятки раз увеличивает площадь контакта рецептора с молекулами пахучих веществ.

Обонятельные клетки постоянно обновляются. Продолжительность жизни обонятельной клетки около 2 мес.

Молекулы пахучих веществ попадают в слизь, вырабатываемую обонятельными железами, с постоянным током воздуха или из ротовой полости во время еды. Принюхивание ускоряет приток пахучих веществ.

В слизи молекулы пахучих веществ на короткое время связываются с обонятельными нерецепторными белками. Молекулы, достигшие ресничек обонятельного рецептора, взаимодействуют с находящимся в них рецепторным белком. Запускается цепь биохимических реакций, приводящая к увеличению в цитоплазме концентрации цАМФ, что в свою очередь приводит к открыванию натриевых каналов в плазматической мембране рецепторной клетки и генерации деполяризационного рецепторного потенциала. Это приводит к импульсному разряду в аксоне рецептора (волокне обонятельного нерва).

Обонятельная рецепторная клетка – биполярная клетка, на апикальном полюсе которой находятся реснички, а от ее базальной части отходит немиелинизированный аксон. Аксоны рецепторов образуют обонятельный нерв, который пронизывает основание черепа и вступает в обонятельную луковицу.

Каждая рецепторная клетка способна ответить возбуждением на характерный для нее, хотя и широкий, спектр пахучих веществ. Эти спектры у разных клеток схожи, т.е. более 50% пахухих веществ оказываются общими для любых 2 обонятельных клеток.

Каждая отдельная обонятельная клетка имеет только один тип мембранного рецептора. Сам этот белок способен связывать множество пахучих веществ различной пространственной конфигурации.

89

Каждый обонятельный рецептор отвечает не на один, а на многие пахучие вещества, отдавая «предпочтение» некоторым из них.

Частота импульсации одиночного рецептора зависит как от интенсивности, так и от качества стимула.

В электрофизиологических исследованиях обонятельной луковицы выявлено, что регистрируемый в ней при действии запаха электрический ответ зависит от пахучего вещества: при разных запахах меняется пространственная мозаика возбужденных и заторможенных участков луковицы.

Центральные проекции обонятельной системы.

Ее афферентные волокна не переключаются в таламусе и не переходят на противоположную сторону большого мозга. Выходящий из луковицы обонятельный тракт состоит из нескольких пучков, направляющихся в разные отделы переднего мозга: переднее обонятельное ядро, обонятельный бугорок, препириформную кору, периамигдалярную кору и часть ядер миндалевидного комплекса. Связь обонятельной луковицы с гиппокампом и пириформной корой и другими отделами обонятельного мозга осуществляется через несколько переключений.

Показано, что наличие значительного числа центров обонятельного мозга не является необходимым для опознания запахов, а большинство нервных центров, в которые проецируется обонятельный тракт, можно рассматривать как ассоциативные центры, обеспечивающие связь обонятельной сенсорной системы с другими сенсорными системами и организацию сложных форм поведения – пищевой, оборонительной, половой и т.д.

Эфферентная регуляция активности обонятельной луковицы изучена недостаточно.

Чувствительность.

1обонятельный рецептор может быть возбужден 1 молекулой ПВ, а возбуждение небольшого числа рецепторов приводит к возникновению ощущения. Однако, изменение интенсивности действия веществ (порог различения) оценивается людьми довольно грубо

– 30-60 % от исходной концентрации. У собак эта оценка в 3-6 раз точнее.

Адаптация происходит сравнительно медленно (десятки секунд и минуты) и зависит от скорости потока воздуха над обонятельным эпителием и концентрации пахучих веществ.

3.6. ВКУС

Как и обоняние, вкус основан на хеморецепции. Рецепторы вкуса – вкусовые почки (10000) – расположены на языке, задней стенке глотки, мягком небе, миндалинах и надгортаннике. Больше всего их на кончике, краях и задней части языка. Каждая вкусовая почка (ВП) человека состоит из нескольких (2-6) рецепторных клеток и из опорных клеток. ВП имеет колбовидную форму, длина и ширина около 70 мкм. Не достигает поверхности слизистой оболочки языка и соединени с полостью рта через вкусовую пору.

Вкусовые клетки – наиболее короткоживущие эпителиальные клетки организма. Через каждые 250 часов, старые клетки сменяются новыми клетками, движущимися к центру ВП от ее периферии. Рецепторная клетка длиной 10-20 мкм и шириной 3-4 мкм имеет на конце, обращенном в просвет поры, 30-40 тончайших микроворсинок толщиной 0,1- 0,2 мкм и длиной 1-2 мкм. Считают, что они играют важную роль в возбуждении рецепторной клетки, воспринимая те или иные химические вещества, адсорбированные в канале почки. Предполагают, что в области микроворсинок расположены активные центры – стереоспецифические участки рецептора, избирательно воспринимающие адсорбированные вещества.

Суммарный потенциал рецепторных клеток (измеряемый введением микроэлектрода) изменяется при раздражении языка разными веществами (сахар, соль, кислота). Этот потенциал развивается довольно медленно: максимум достигается к 10-15 с

90