Будова і функції рецептора сенсорних систем. Основні функції рецепторів клітини

Нервова система людини здійснює складні аналітико-синтетичні процеси, забезпечують швидку адаптацію органів і систем до змін зовнішнього і внутрішнього середовища. Сприйняття подразників з навколишнього світу відбувається завдяки структурі, що включає в себе відростки аферентних нейронів, що містять гліальні клітини-олігодендроцити, або леммоцити. Вони перетворюють зовнішні або внутрішні подразники в біоелектричні явища, звані збудженням або нервовим імпульсом. Такі структури називаються рецепторами. У даній статті ми вивчимо будову і функції рецепторів різних сенсорних систем людини.

Види нервових закінчень

В анатомії існує кілька систем їх класифікації. Найбільш поширена ділить рецептори на прості (складаються з відростків одного нейрона) і складні (група нейроцитов і допоміжних клітин глії у складі вузькоспеціалізованого органу почуттів). Виходячи з будови сенсорних відростків. їх поділяють на первинні і вторинні закінчення доцентрового нейроцита. До таким відносять різні рецептори шкіри: ноцицептори, механорецептори, барорецептори, терморецептори, а також нервові відростки, що іннервують внутрішні органи. Вторинні є похідними епітелію, що створюють потенціал дії у відповідь на подразнення (рецептори смаку, слуху, рівноваги). Палички і колбочки світлочутливої оболонки ока – сітківка – займають проміжне положення між первинно - і вторичночувствительними нервовими закінченнями. Ще одна система класифікації побудована на такому відміну, як вид подразника. Якщо подразнення виходить із зовнішнього середовища, то воно сприймається екстерорецепторами (наприклад, звуки, запахи). А роздратування факторами внутрішнього середовища аналізується интерорецепторами: вісцеральними, пропріорецепторами, волоськовимі клітинами вестибулярного апарату. Таким чином, функції рецепторів сенсорних систем обумовлені їх будовою і місцем розташування в органах почуттів.

Поняття про аналізаторах

Для того, щоб диференціювати і розрізняти умови зовнішнього середовища і пристосовуватися до неї, у людини існують спеціальні анатомо-фізіологічні структури, звані аналізаторами, або сенсорними системами. Російський вчений В. П. Павлов запропонував наступну схему їх будови. Перший відділ був названий периферичним (рецепторних). Другий – провідникові, а третій – центральним, або кірковим. Так, наприклад, зорова сенсорна система включає в себе чутливі клітини сітківки – палички і колбочки, два зорових нерва, а також зону кори головного мозку, розташовану в її потиличної частини. Деякі аналізатори, такі як уже згадувані зоровий і слуховий, включають в себе дорецепторний рівень – певні анатомічні структури, що поліпшують сприйняття адекватних подразників. Для слухової це зовнішнє та середнє вухо, для зорової системи – светопреломляющая частину ока, що включає склеру, водянисту вологу передньої камери ока, кришталик, склоподібне тіло. Ми зупинимося на периферичної частини аналізатора і відповімо на питання про те, яка функція рецепторів, що входять в нього.

Як клітини сприймають подразники

У їх мембранах (або в цитозолі) знаходяться спеціальні молекули, що складаються з білків, а також складні комплекси – гликопротеиди. Під впливом факторів зовнішнього середовища ці речовини змінюють свою просторову конфігурацію, що служить сигналом для самої клітини і змушує її реагувати адекватно. Деякі хімічні речовини, названі лігандами, можуть впливати на сенсорні відростки клітини, внаслідок чого в ній виникають трансмембранні іонні струми. Білки плазмалеми, які мають рецептивними властивостями, разом з молекулами вуглеводів (тобто рецептори) виконують функції аннтен – сприймають і диференціюють ліганди.

Ионотропние канали

Ще один вид клітинних рецепторів – ионотропние канали, розташовані в мембрані, здатні відкриватися або блокуватися під впливом сигнальних хімічних весществ, наприклад Н-холинорецептор, рецептори вазопресину та інсуліну. До внутрішньоклітинним сприймає структурам відносяться фактори транскрипції, які з'єднуються з лігандом і потім проникають в ядро. Утворюються їх з'єднання з ДНК, які посилюють або пригнічують транскрипцію одного або декількох генів. Таким чином, основні функції рецепторів клітини – це сприйняття сигналів зовнішнього середовища і регуляція реакцій пластичного обміну.

Палички і колбочки: будова і функції

Ці рецептори сітківки ока реагують на світлові подразники – фотони, які викликають в нервових закінченнях процес збудження. Вони містять спеціальні пігменти: йодопсин (колбочки) і родопсин (палички). Палички дратуються сутінковим світлом і не здатні розрізняти кольори. Колбочки відповідають за колірний зір і поділяються на три види, кожен з яких містить окремий фотопигмент. Таким чином, функція рецептора очі залежить від того, які світлочутливі білки в нього входять. Палички обумовлюють зорове сприйняття при слабкому освітленні, а колбочки відповідають за гостроту зору та сприйняття кольору.

Шкіра – орган почуттів

Нервові закінчення нейронів, що входять в дерму, розрізняються своєю будовою і реагують на різні подразники зовнішнього середовища: температуру, тиск, форму поверхні. Функції рецепторів шкіри – сприймати і трансформувати подразники в електричні імпульси (процес збудження). До рецепторів тиску відносяться тільця Мейснера, розташовані в середньому шарі шкіри - дермі, здатні до тонкого розрізнення подразників (мають низький поріг чутливості). До барорецепторам відносяться тільця Пачіно. Вони розташовуються в підшкірно-жировій клітковині. Функції рецептора – ноцицептора болю – це захист від патогенних подразників. Крім шкіри такі нервові закінчення, розташовані у всіх внутрішніх органах і мають вигляд гіллястих аферентних відростків. Терморецептори можуть знаходитися як в шкірі, так і у внутрішніх органах – кровоносних судинах, відділах центральної нервової системи. Вони класифікуються на теплові та холодові. Активність цих сенсорних закінчень може збільшуватись та залежить від того, в якому напрямку і з якою швидкістю змінюється температура поверхні шкіри. Отже, функції рецепторів шкіри різноманітні і залежать від їх будови.

Механізм сприйняття слухових подразників

Екстерорецептори – волоскові клітини, які мають високу чутливість до адекватних подразників – звуковим хвилям. Вони називаються мономодальними і є вторичночувствительними. Розташовуються в кортиевого органі внутрішнього вуха, входячи до складу равлики. По своєму пристрою кортиев орган схожий на арфу. Слухові рецептори занурені в перилимфу і мають на своїх кінцях групи мікроворсинок. Коливання рідини викликають роздратування волоскових клітин, що переходять у біоелектричні явища – нервові імпульси, тобто функції рецептора слуху – це сприйняття сигналів, що мають вигляд звукових хвиль, і трансформація їх в процес збудження.

Контактні рецептори смаку

Кожен з нас має перевагу в їжі та напоях. Смакову гаму продуктів харчування ми сприймаємо за допомогою органу смаку – мови. Він містить чотири типи нервових закінчень, локалізованих наступним чином: на кінчику язика – смакові сосочки, различающие солодке, на його корені – гірке, а солоне і кисле розрізняють рецептори бічних стінок. Подразниками для всіх типів рецепторних закінчень служать молекули хімічних речовин, що сприймаються микроворсинками смакових цибулин, що виконують функції антен. Функції рецептори смаку – декодувати хімічний подразник і перевести його в електричний імпульс, що надходить по нервах у смакову зону кори головного мозку. Потрібно відзначити, що сосочки працюють в парі з нервовими закінченнями нюхового аналізатора, розташованими в слизовій оболонці носової порожнини. Спільна дія двох сенсорних систем посилює і збагачує смакові відчуття людини.

Загадка нюху

Так само, як і смаковий, нюховий аналізатор реагує своїми нервовими закінченнями на молекули різних хімічних речовин. Сам механізм, завдяки якому пахучі з'єднання дратують нюхові цибулини, поки до кінця не вивчений. Вчені припускають, що сигнальні молекули запаху взаємодіють з різними сенсорними нейронами слизової оболонки носа. Інші дослідники пов'язують роздратування нюхових рецепторів з тим, що сигнальні молекули мають загальні функціональні групи (наприклад, альдегидную або фенольную) з речовинами, що входять в сенсорний нейрон. Функції рецептора нюху полягають у сприйнятті подразнення, його диференціювання і в перекладі в процес збудження. Загальна кількість нюхових цибулин, у слизовій оболонці носової порожнини досягає 60 млн, причому кожна з них забезпечена великою кількістю вій, завдяки яким збільшується загальна площа дотику рецепторного поля з молекулами хімічних речовин – запахів.

Нервові закінчення вестибулярного апарату

У внутрішньому вусі розташований орган, відповідальний за координацію і узгодженість рухових актів, підтримка тіла в стані рівноваги, а також бере участь у орієнтовні рефлекси. Він має вигляд півколових каналів, називається лабіринтом і анатомічно пов'язана з кортиевим органом. У трьох кісткових каналах знаходяться нервові закінчення, занурені в ендолимфу. При нахилах голови і тулуба вона коливається, що викликає роздратування на кінцях нервових закінчень. Самі вестибулярні рецептори – волоскові клітини контактують з мембраною. До її складу входять дрібні кристали карбонату кальцію – отоліти. Разом з ендолімфою вони також починають переміщатися, що служить подразником для нервових відростків. Основні функції рецептори півколових каналів залежать від його місця розташування: в мішечках він реагує на гравітацію і контролює рівновагу голови і тіла у стані спокою. Сенсорні закінчення, що знаходяться в ампулах органу рівноваги, контролюють зміна рухів частин тіла (динамічна гравітація).

Роль рецепторів у формуванні рефлекторних дуг

Все вчення про рефлекси, починаючи від досліджень Р. Декарта і до фундаментальних відкриттів В. П. Павлова і В. М. Сєченова, базується на уявленні про нервової діяльності як адекватну відповідь організму на вплив подразників зовнішнього і внутрішнього середовища, що здійснюються з участю центральної нервової системи (головного та спинного мозку. Яким би не був відповідь, простим, наприклад, колінний рефлекс, або таким надскладним, як мова, пам'ять або мислення, його першою ланкою є рецепція – сприйняття і розрізнення подразників по їх силі, амплітуді, інтенсивності. Така диференціювання здійснюється сенсорними системами, які І. П. Павлов назвав «щупальцями мозку». У кожному аналізаторі рецептор виконує функції антени, що вловлюють і зондувальних подразники зовнішнього середовища: світлові або звукові хвилі, молекули хімічних речовин, фізичні фактори. Фізіологічно нормальна діяльність усіх без винятку сенсорних систем залежить від роботи першого відділу, званого периферичним, або рецепторних. Від нього беруть початок усі без винятку рефлекторні дуги (рефлекси).

Медіатори

Це біологічно активні речовини, що здійснюють передачу збудження від одного нейрона до іншого в спеціальних структурах – синапсах. Вони секретуються аксоном першого нейроцита і, виступаючи в ролі подразника, викликають нервові імпульси в рецепторних закінченнях наступній нервової клітини. Тому будова і функції медіаторів і рецепторів тісно взаємопов'язані. Більш того, деякі нейроцити здатні виділяти два і більше трансмітера, наприклад, глутамінової та аспарагінову кислоти, адреналін і ГАМК.