2017.04.04.
A szaglás és az ízérzékelés élettana
Sántha Péter 2017.04.07.
Kemoszenzitivitás - prokarióták
E. Coli baktériumok kemotaxisa (glükóz)
1
2017.04.04.
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 cm2 felületű Kb.107 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
2017.04.04.
A szaglóhám szövettani szerveződése lamina cribrosa
(intranazális drog applikáció!) Izolált szagló sejt
A bulbus olfactorius sejttípusai és szinaptikus szerveződése szaglósejt axonok
Glomerulus: funkcionális egység konvergencia: ~ 1:1000 (egér: 1:25000) (jelfelerősítés!) periglomeruláris sejt
Periglomeruláris sejtek:
gátló interneuronok (laterális gátlás) Mitrális sejt: projekciós neuronok (ecsetsejtek)
mitrális sejt
mitrális sejt
Szemcsesejtek:
gátló interneuronok (dendro-dendritikus szinapszisok) Efferens axonok: a szenzoros működések efferens kontrollja
Szemcsesejt
efferens axonok
3
2017.04.04.
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
2017.04.04.
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: 1-0.001 ppm (pars pro million) – anyag függő detektálási küszöb ≠ identifikációs küszöb! A szagok/illatok kvalitatív leírása – szag/illat osztályok 10.000 – 100.000 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
2017.04.04.
„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 2010.05.10. 19:59
Különböző szaganyagok detektálási küszöbe emberben
6
2017.04.04.
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
2017.04.04.
4
Nobel lecture – R. Axel 2004.
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 http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2004/
8
2017.04.04.
1991
9
2017.04.04.
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, 2004
10
2017.04.04.
A szaganyagok kombinatórikus kódolása a receptor szintjén
„Molecular receptive range” Egy receptor sejt – egy receptor típust expresszál Nobel lecture – L. Bucks, 2004
Kölönböző identitású szaglósejtek véletlenszerűen helyezkednek el a szaglóhámban
Egy szaglósejt egy szaganyag receptort expresszál
Analógia: lymphocytaklónok
11
2017.04.04.
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
2017.04.04.
Nobel lecture of R. Axel
Optical imaging: a bulbus olfactorius regionális aktiválodása amylacetát expozíciót követően patkányban
From Rubin and Katz, 1999. From: The Olfactory Bulb
13
2017.04.04.
„Chemotópia”
Nobel lecture of R. Axel
Modell: a kortikális neuronok koincidencia receptoroknak tekinthetők – ezek térbeli mintázata kódolja a szignál identitását „across fibre pattern”
14
2017.04.04.
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
2017.04.04.
16
2017.04.04.
National Geographic, 2015. ápr.
Frans Snyders: Still Life with Fruit, Wan-Li Porcelain, and Squirrel 1616
17
2017.04.04.
Ízérzés – perifériás recpetorok
-Az ízlelés receptorai elsősorban a nyelv nyálkahártya kitüremkedésein, a papillák hámrétegében vannak Jellegzetes topográfiai eloszlás: papillae fungiformes : nyelv elülső 2/3 (200-400) papillae circumvallatae: sulcus terminális előtt (7-12) papillae foliatae: nyelv posterolateralis szélén (15-20)
A nyelv dorzális felszínének topográfiája:
18
2017.04.04.
Az ízlelőbimbók elhelyezkedés a papillák felszínén
Egyéb lokalizációk: fogíny, bukkális nyh., garat, gégefő, nyelőcső felső része
Az ízlelőbimbók felépítése Emberben kb. 2000-4000 ízlelőbimbó található sejttípusok: ízlelő sejtek – másodlagos érzékhámsejtek támasztó sejtek bazális sejtek Beidegzés: érző ganglion sejtek perifériás nyúlványai (C és Aδ rostok)
19
2017.04.04.
α-Gustducin
H-Blutgruppeantigen
Az ízlelőbimbók beidegzés a nyelvben N. Facialis (VII.) - Chorda tympani N. Glossopharyngeus (IX.) (N. Vagus, N. Trigeminus)
20
2017.04.04.
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
2017.04.04.
Sichuan pepper
Alapízek - különböző ízanyagok detektálási küszöbe (M) keserű savanyú
sósav citromsav
édes
sós
Egyéb ízek: umami – Na-glutamát; fémes, csípős, stb.
22
2017.04.04.
Ízlelőbimbó afferensek válasz karakterisztikája különböző ízingerek adásakor
Thal. VPM
NTS
23
2017.04.04.
Az egyes alap íz kvalitások feltételezett receptor molekulái és szignalizációs mechanizmusai
Az egyes sejttípusok közötti feladat megosztás – a sejtek közötti parakrin kommunikáció szerepe
24
2017.04.04.
Biol Pharm Bull. 2010;33(11):1772-7. Gustatory signaling in the periphery: detection, transmission, and modulation of taste information. Niki M, Yoshida R, Takai S, Ninomiya Y.
25
2017.04.04.
Bearnaise szósz effektus
Az ízérzés és a szaglás komplex szenzoros élményt alakít ki
26
2017.04.04.
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
2017.04.04.
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
2017.04.04.
A sós és a savanyú íz érzékelésének celluláris mechanizmusa
III. Típusú preszinaptikus s. ENaC: Epithéliális Na+ csatorna amilorid-érzékeny (ld. vese!)
29
2017.04.04.
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
