Мозг человека постоянно принимает и перерабатывает сигналы, поступающие из внешнего мира с помощью специальных систем, называемых анализаторами. Их строение и особенности работы были детально изучены гениальным российским ученым И. П. Павловым. Оказалось, что в состав всех сенсорных систем входят три структуры: периферический отдел, проводниковый и корковый.
Например, в анализаторе, воспринимающем запахи, первая часть представлена обонятельными рецепторами, затем следуют нервы, и, наконец, последняя часть включает в себя участок в коре большого мозга. Нервные клетки, первыми воспринимающие раздражители (различные запахи), находятся в слизистой оболочке полости носа, а рецепторы, различающие вкус – на поверхности слизистой оболочки рта и языка. Причем горький, сладкий, соленый и кислый вкус мы ощущаем различными их участками.
В нашей статье мы выясним, что представляют собой вкусовые и обонятельные рецепторы, а также определим физиологический механизм возникновения соответствующих ощущений в организме человека.
Что такое рецептор?
Данный термин, используемый в физиологии высшей нервной деятельности, начиная с исследований П. Эрлиха и П. Анохина, имеет несколько значений. Наиболее информативным является следующее: рецептор - это элемент нервной или эндокринной системы, способный присоединять и связывать биологические вещества-медиаторы, имеющие химическую или нейрогенную природу. Согласно теории нервных окончаний, это образование пространственно совпадает с молекулой пахучего или вкусового вещества, как ключ и замок. Это является сигналом для возникновения в обонятельных рецепторах, расположенных в периферическом отделе анализатора, процесса возбуждения. Оно передается далее в следующие части обонятельной воспринимающей системы, в которых и происходит анализ поступившей информации.
Строение нервной клетки
Нейроцит имеет не только тело, но и два вида отростков. Аксон – очень длинное окончание, которое служит для передачи уже возникших в коротких веточках (дендритах) нервных импульсов. Их комплекс с опорными клетками эпителиального происхождения и межклеточным веществом, глией, и будет иметь вид рецепторного образования. Принцип действия различных их видов, например, нервных окончаний, воспринимающих химические вещества, к которым относятся обонятельные рецепторы, сводится в конечном итоге к передаче возбуждения в корковый отдел головного мозга. Рассмотрим его далее.
Механизм рецепторной активности
Его можно представить в следующем виде: вначале происходит восприятие раздражений и изменение под их действием поляризации своей мембраны. Возможна также и модификация пространственной конфигурации сигнальных белков, расположенных на поверхности дендритов. Все это вызывает генерацию потенциалов действия и, как следствие, появление в нейроне нервных импульсов. Как выяснилось, обонятельные рецепторы способны улавливать мизерное количество молекул различных газообразных веществ, т. е. они имеют низкий порог чувствительности. Как же влияет восприятие этих соединений на состояние нашего организма?
Мир запахов
В произведении В. Пикуля "Душистая симфония жизни" бедный парфюмер безуспешно добивался руки и сердца главной героини. Чтобы досадить своему сопернику (известному певцу), он придумал следующее. Юноша принес на концерт большую корзину душистых фиалок и водрузил ее на крышку рояля. Артисту не удалось взять ни одной высокой ноты, и его премьера провалилась. Парфюмер, оказывается, точно знал, что обонятельные рецепторы человека, улавливающие запах фиалки, влияют на голосовые связки, нарушая их работу.
Действительно, обонятельный анализатор – один из наиболее чувствительных и недостаточно изученных видов сенсорных систем. Его деятельность тесно связана с восприятием вкуса и сильно влияет на эмоциональное и физическое состояние организма человека. На этом свойстве обоняния возникла такая отрасль медицины, как ароматерапия. Известно, что запахи лаванды и розмарина, которые воспринимают обонятельные рецепторы, успокаивают нервную систему и снимают стресс. Аромат лимона способствует концентрации внимания, а эвкалипт и жасмин повышают работоспособность.
Хеморецепторные сенсорные системы
Обонятельный анализатор трансформирует раздражения, вызванные частицами химических веществ, в ощущения запаха. Он помогает человеку улавливать в воздухе токсичные, опасные для здоровья соединения или определять непригодные к еде пищевые продукты. Это жизненно необходимо и является защитным приспособительным свойством организма. Так, едкий, раздражающий слизистые оболочки дыхательных путей и легких запах аммиака обонятельный рецептор воспринимает в дозе всего 70 молекул в 1 мл воды. Являясь хеморецептором, он передает возбуждение в обонятельный нерв. Оттуда нервные импульсы поступают в глубину височной доли коры головного мозга, где локализуется обонятельная зона. Отметим также, что ворсинки рецепторов, воспринимающих запахи, способны реагировать на минимальные концентрации химических веществ: от 2 до 8 молекул в 1 мл воздуха.
Нос как орган обоняния
В слизистой оболочке верхних и частично средних носовых ходов, на площади от 2,6 до 5 см2, располагаются нейроциты, группами по 8-10 клеток. Они связаны с опорными клеточными элементами и имеют волоски, содержащие внутри фибриллы. Обонятельные клетки содержат в цитоплазме большое количество молекул РНК. Это связано с высоким обменом веществ и активно протекающими реакциями биосинтеза белка. Отростки-дендриты непосредственно контактируют с молекулами пахучих газообразных веществ. Это обонятельные рецепторы. Химические соединения играют роль раздражителей, под действием которых мембраны нервных клеток деполяризуются. Этот процесс может замедляться из-за воспалительных реакций, возникающих вследствие респираторных или аллергических заболеваний верхних дыхательных путей. Эпителиальная оболочка носа набухает, секретируя избыточное количество слизи. Это приводит к снижению чувствительности нервных окончаний и ухудшению различения запахов, вплоть до полной потери обонятельных, а также вкусовых ощущений.
От чего зависит чувствительность рецепторов?
Обонятельные рецепторы находятся в слизистой оболочке верхних дыхательных путей, поэтому на возникновение определенных ощущений запаха влияет прежде всего концентрация пахучего вещества, находящегося во вдыхаемом воздухе. Так, густое масло, выжатое из лепестков розы, имеет малоприятный, трудно определяемый запах. Тонкий аромат роз появляется только при сильном разбавлении масляного концентрата.
Специалисты выделяют шесть базовых ощущений. К ним относятся запахи: смолистый, цветочный, пряный, гнилостный, фруктовый, горелый. По физиологическим характеристикам восприятия выявляют чистые, раздражающие и смешанные запахи. Чувствительность нервных окончаний к ним снижается, если человек является курильщиком или злоупотребляет алкоголем.
Научные теории возникновения обоняния
Среди ученых нет единого взгляда на сущность механизма восприятия запахов. Наиболее признанной можно считать стереохимическую теорию, согласно которой главная роль в определении химического раздражителя принадлежит нервным окончаниям нейронов. Обонятельные рецепторы – это своеобразные антенны, улавливающие молекулы запаха и изменяющие структуру собственных мембранных белков в соответствии с пространственной конфигурацией частиц химических соединений. Вследствие этого процесса мембрана нейрона поляризуется, и возникает нервный импульс, т. е. возникновение запаха имеет двойственную природу: химическую и нейрогенную.
Отметим также, что в объяснении возникновения запаха ученые применяют понятие обонятельного пигмента. Это вещество имеет такой же принцип действия, как родопсин и йодопсин – соединения, входящие в состав зрительных рецепторов сетчатки глаза: палочек и колбочек. Активные молекулы обонятельного пигмента содержат электроны в возбужденном состоянии, так как пахучие вещества вызывают и переход заряженных частиц на более высокие энергетические уровни. Возвращаясь на стационарные орбиты, электроны излучают квант энергии, обеспечивающий возникновение возбуждения в нервном окончании обонятельного нейрона.
Методы определения остроты обоняния
Некоторые профессии (например, парфюмера или дегустатора) требуют повышенной чувствительности органов обоняния и вкуса. Сильная чувствительность рецепторов обонятельного анализатора к запахам часто является врожденным свойством организма человека, однако она может развиться и после длительных тренировок. Существует тест, который проводят прибором – ольфактометром. Он определяет порог восприятия: минимальное количество вещества, способное вызвать соответствующее обонятельное ощущение.
Его используют в постановке диагноза аносмии, для вычисления предельно допустимых концентраций токсичных летучих веществ в выбросах промышленного производства. Необходимо применение ольфактометрии в работе санитарно-эпидемиологических лабораторий для установления причин возникновения массовых отравлений на предприятиях, в местах общественного питания, в школах.
