A szaglás és az ízérzékelés élettana

Átírás

1 A szaglás és az ízérzékelés élettana Sántha Péter Kemoszenzitivitás - prokarióták E. Coli baktériumok kemotaxisa (glükóz) 1

2 A szaglás és az ízérzékelés biológiai jelentősége emberben Táplálék felvétel táplálék válogatás: kellemetlen szag/ízingerek védekező reakciókat váltanak ki (öklendezés, hányás) A gyomor-bél rendszer szekretoros és motoros működésének befolyásolása (pl. gyomor szekréció kephalikus fázisa) Nemi működések (párválasztás); szociális kapcsolatok (anya-csecsemő kötődés, rokon-idegen elkülönítés) Érzelmi élet, érzelmi reakciók (hedonikus vs. averzív ingerek); memória funkciók Szaglás perifériás szagló apparátus Regio olfactoria - specializálódott nyálkahártya A szaglóhám emberben kb. 5 cm 2 felületű Kb.10 7 receptorsejtet tartalmaz elsődleges szenzoros neuronok (élettartam csak 4-8 hét!) támasztósejtek, bazális sejtek (őssejtek, regeneráció!) nyugalmi légzés - szimatolás A szaglósejtek axonja a bulbus olfactorius-ba futnak Tractus olfactorius: I. agyideg. Más idegek aktivitása is részt vesz az érzet kialakulásában: (pl. irritáns gázok): V., IX., X. agyidegek kemoreceptorai az orr-garat nyh.-ban 2

3 A szaglóhám szövettani szerveződése lamina cribrosa (intranazális drog applikáció!) Izolált szagló sejt A bulbus olfactorius sejttípusai és szinaptikus szerveződése Glomerulus: funkcionális egység konvergencia: ~ 1:1000 (egér: 1:25000) (jelfelerősítés!) Periglomeruláris sejtek: gátló interneuronok (laterális gátlás) Mitrális sejt: projekciós neuronok (ecsetsejtek) Szemcsesejtek: gátló interneuronok (dendro-dendritikus szinapszisok) Efferens axonok: a szenzoros működések efferens kontrollja mitrális sejt szaglósejt axonok periglomeruláris sejt Szemcsesejt efferens axonok mitrális sejt 3

4 A retina ás a bulbus olfactorius szinaptikus szerveződése közötti hasonlóság (a laterális gátlás jelentősége) Retina - kontraszt fokozás: Két pont diszkriminációs küszöb (látásélesség) Szaglórendszer - kontraszt fokozás: Egyes szaganyagok szubjektív elkülönítésének, azonosításának elősegítése TC: Tuffted cells (ecsetsejtek) VNO: Vomeronasal Organ (főemlősökben rudimentális) AON: nucl. ofactorius anterior AOB: bulbus olfactorius accessorius 4

5 A szagló rendszer relatív arányának csökkenése A szagingerek KIR-i feldolgozásában résztvevő agyi területek elhelyezkedése Legfelső reprezentáció: Orbitofrontális kéreg (sérülése esetén csökken/megszűnik a szagok felismerése) KAKOZMIA temporális epilepsia tü. A szaglórendszer érzékenysége: (makrozmia mikrozmia) Abszolút köszüb: ppm (pars pro million) anyag függő detektálási küszöb identifikációs küszöb! A szagok/illatok kvalitatív leírása szag/illat osztályok különböző szagot tudunk megkülönböztetni (függ: genetkai háttér, életkor, tapasztalat (parfümör), orrnyálkahártya betegsége) Subjektív osztályozás: (John Amoore, 1950) Szúrós, virág, mosusz, föld, éter, kámfor, menta, putrid szagok Egyes parciális anozmiák gyakorisága a népességen belül (%) Parciális anozmia jelensége (a szagló rendszer színvaksága ) Keresztadaptáció jelensége 5

6 Hány illatot tudsz megkülönböztetni? Erre nincs számszerű válasz. Egy átlagembernek három-négy illat után elfárad az orra. Én olyan száz után kezdek fáradni. Zólyomi Zsolt az SZTE GYPK stíluskommunikátor szakos hallgatóinak tartott előadást. Délmagyar :59 Különböző szaganyagok detektálási küszöbe emberben 6

7 Jázmin virág A szaglósejtek receptor funkciója a transzdukció folyamata (B): expozíció a szagingerrel: Elektrotónusos receptor potenciál Axon eredési kúp AP generálás! (A) Odorant (szaganyag) receptorok (OR): G-fehérje kapcsolt 7 transzmembrán domén receptorok Szignál amplifikáció: Second-messenger kaszkádok adenilate-cikláz camp camp érzékeny ioncsatornák (CNG-channels) Adaptáció lehetősége 7

8 4 Nobel lecture R. Axel The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2004 "for their discoveries of odorant receptors and the organization of the olfactory system" Richard Axel Linda B. Buck See the video of the Nobel lectures at 8

9 1991 9

10 A szaganyagokat a szaganyag receptorok kombinációja ismeri fel Molecular receptive range Nobel lecture L. Bucks, 2004 A receptor specificitás koncentráció függése Nobel lecture L. Bucks,

11 A szaganyagok kombinatórikus kódolása a receptor szintjén Molecular receptive range Egy receptor sejt egy receptor típust expresszál Nobel lecture L. Bucks, 2004 Egy szaglósejt egy szaganyag receptort expresszál Kölönböző identitású szaglósejtek véletlenszerűen helyezkednek el a szaglóhámban Analógia: lymphocytaklónok 11

12 Az azonos identitású szaglósejtek axonjai a bulbus olfactorius meghatározott glomerulusaihoz konvergálnak Galaktozidáz-szaganyag receptor expressziós rendszer Nobel lecture of R. Axel, 2004 A szaglósejtek glomerulusok mitrális sejtek specifikus kapcsolatai 12

13 Nobel lecture of R. Axel Optical imaging: a bulbus olfactorius regionális aktiválodása amylacetát expozíciót követően patkányban From Rubin and Katz, From: The Olfactory Bulb 13

14 Chemotópia Nobel lecture of R. Axel Modell: a kortikális neuronok koincidencia receptoroknak tekinthetők ezek térbeli mintázata kódolja a szignál identitását across fibre pattern 14

15 A szag- és az ízkvalitások centrális reprezentációjának problémája Labeled line hipotézis: A jelölt pálya hipotézis feltételezi, hogy egy neuron (axon) aktivitása egyszerre szükséges és elégséges egy konkrét szenzoros tulajdonság reprezentálására Pl. szomatoszenzoros rsz.: hő (hideg/meleg) receptorok; n. acusticus rostok frekvencia kódolás (tonotópia) Ensemble vagy across-neuron/fibre hipotézis: Az across neuron hipotézis feltételezi, hogy a stimulus által aktivált összes neuron együttes aktivitás mintázata a döntő a szenzoros információ reprezentálásában (populáció kód) Pl.: szaglás, ízérzékelés centrális reprezentációja + Időzítés kódolás (timing pattern code) A vomeronazális szerv és centrális projekciói - egérben Jacobson szerv 15

16 16

17 National Geographic, ápr. Frans Snyders: Still Life with Fruit, Wan-Li Porcelain, and Squirrel

18 Ízérzés perifériás recpetorok -Az ízlelés receptorai elsősorban a nyelv nyálkahártya kitüremkedésein, a papillák hámrétegében vannak Jellegzetes topográfiai eloszlás: papillae fungiformes : nyelv elülső 2/3 ( ) papillae circumvallatae: sulcus terminális előtt (7-12) papillae foliatae: nyelv posterolateralis szélén (15-20) A nyelv dorzális felszínének topográfiája: 18

19 Az ízlelőbimbók elhelyezkedés a papillák felszínén Egyéb lokalizációk: fogíny, bukkális nyh., garat, gégefő, nyelőcső felső része Az ízlelőbimbók felépítése Emberben kb ízlelőbimbó található sejttípusok: ízlelő sejtek másodlagos érzékhámsejtek támasztó sejtek bazális sejtek Beidegzés: érző ganglion sejtek perifériás nyúlványai (C és Aδ rostok) 19

20 α-gustducin H-Blutgruppeantigen Az ízlelőbimbók beidegzés a nyelvben N. Facialis (VII.) - Chorda tympani N. Glossopharyngeus (IX.) (N. Vagus, N. Trigeminus) 20

21 A n. facialis rendszer differenciáldiagnosztikai jelentősége - A perifériás faciális károsodás (bénulás) lokalizációja Proximális vs. Distális sérülés ageusia Az ízérzés pályái a KIR-ben n. tractus solitarii (gustatory nucl.) Specifikus rendszer : lemniscus medialis (lemniscus trigeminalis) thalamus (VPM) anterior insula (temp. lebeny) operculum (parietális lebeny) Aspecifikus rendszer (trigeminális kemoszenzitív afferensek): n. parabrachialis amygdala hypothalamus 21

22 Sichuan pepper Alapízek - különböző ízanyagok detektálási küszöbe (M) keserű savanyú édes sósav citromsav sós Egyéb ízek: umami Na-glutamát; fémes, csípős, stb. 22

23 Ízlelőbimbó afferensek válasz karakterisztikája különböző ízingerek adásakor Thal. VPM NTS 23

24 Az egyes alap íz kvalitások feltételezett receptor molekulái és szignalizációs mechanizmusai Az egyes sejttípusok közötti feladat megosztás a sejtek közötti parakrin kommunikáció szerepe 24

25 Biol Pharm Bull. 2010;33(11): Gustatory signaling in the periphery: detection, transmission, and modulation of taste information. Niki M, Yoshida R, Takai S, Ninomiya Y. 25

26 Bearnaise szósz effektus Az ízérzés és a szaglás komplex szenzoros élményt alakít ki 26

27 H.f.:Az ízérzés és a szaglás élettani jellemzőinek összehasonlítása Ízérzés Szaglás Receptor sejtek, receptor molekulák Receptorok lokalizációja Ingerületet közvetítő idegek Centrális pályák, reprezentáció Adekvát stimulus Szenzoros kvalitások száma Abszolút küszöb Biológiai jelentőség Az édes íz érzékelése Glükóz: G-fehérje kapcsolt fehérje (T1R2+T1R3 dimer) camp szint emelkedik PKA-gátolja a K+ csatornák permeabilitását 27

28 Keserű íz Különböző G-fehérje kapcsolt receptorok (T2Rs, 4-12 típus) az IP3/DAG rendszer aktiválása vagy, camp PKA (gustducin) rendszer vagy, K+-csatornák gátlása Umami íz (japánul édes, fenséges) A Na-glutamát íze T1R1+T1R3 dimer Nukleotidok: IMP, GMP Alternatív lehetőségek: Ionotróp Glut receptor non-szelektív metabotróp glutamát receptor 4 típus (mglur4) G-protein kapcsolt receptor camp increases 28

29 A sós és a savanyú íz érzékelésének celluláris mechanizmusa III. Típusú preszinaptikus s. ENaC: Epithéliális Na+ csatorna amilorid-érzékeny (ld. vese!) 29

30 A szaglórendszer és központi idegrendszeri kapcsolatai 1. Szaglóhám 2. Bulbus olfactorius 3. Tractus olfactorius (cn. I) 4. Nucleus olphactorius ant. 5. Thalamus 6. Hypothalamus 7. Hippocampus és amygdala 30