動物生理學(xué)9感覺器官的功能課件

1、Chapter 9 Function of Sense Organs感覺的產(chǎn)生是由感受器(receptor)或感覺器官(sense organ)、神經(jīng)傳導(dǎo)通路和皮層中樞（包括部分皮層下結(jié)構(gòu)）三部分的整體活動來完成的。并不是所有從感受器發(fā)出的信息都可以到達(dá)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的高級部位并引起感覺. 如血壓、pH等Human life would be very different without the ability to sense and perceive external stimuliImagine your world without the ability to see, hear, sm

2、ell, touch, and feel第1頁，共74頁。9.1 General properties of receptor and sense organ 9.1.1 Definition and classification of receptor and sense organReceptor 是指分布在體表或組織內(nèi)部的專門感受機(jī)體、外環(huán)境變化的結(jié)構(gòu)。Sense organ 高等動物體內(nèi)有一些在結(jié)構(gòu)和功能上都高度分化了的感受細(xì)胞，如視網(wǎng)膜中的感光細(xì)胞，耳蝸中的毛細(xì)胞等這些感受器連同它們的附屬結(jié)構(gòu)，構(gòu)成復(fù)雜的感覺器官。高等動物最重要的感覺器官有眼、耳、前庭、嗅上皮、味蕾等第2頁，共74頁

3、。Receptor classification根據(jù)分布部位內(nèi)感受器 interoceptor，包括本體感受器和內(nèi)臟感受器外感受器 exteroceptor, 包括遠(yuǎn)距離感受器和接觸感受器根據(jù)所接受的刺激的性質(zhì)機(jī)械感受器 mechanoreceptor溫度感受器 thermoreceptor光感受器 phtoreceptor化學(xué)感受器 chemoreceptor傷害性感受器 nociceptor第3頁，共74頁。Adequate stimulus for receptorsTransduction of receptorsCoding function of receptorAdaptatio

4、n of receptor9.1.2 General physiological properties of receptors第4頁，共74頁。9.1.2.1 Adequate stimulus for receptors某種感受器只對一定的刺激高度敏感，而對其它性質(zhì)的刺激不敏感或根本不感受。感受器的這種特性稱為特異敏感性。每種感受器都有一定的適宜刺激adequate stimulus 。 感覺閾值sensory threshold感覺辨別閾discrimination threshold第5頁，共74頁。9.1.2.2 Transduction of Receptors換能作用Transd

5、ucer function各種感受器在功能上的一個共同特征，就是能夠把作用于它們的各種形式的刺激的能量最后轉(zhuǎn)換為傳入神經(jīng)的動作電位，這種能量轉(zhuǎn)換過程稱為感受的換能作用(transduction)。因此可以把感受器看成生物換能器。在換能過程中，感受器一般不能直接把刺激的能量轉(zhuǎn)換為神經(jīng)沖動，而是先在感受器細(xì)胞或感覺神經(jīng)末梢引起相應(yīng)的電位變化，前者稱為receptor potential，后者稱為generator potential。電位的產(chǎn)生與離子通道有關(guān)感受器電位或發(fā)生器電位不是“全或無”的第6頁，共74頁。感受器把外界刺激轉(zhuǎn)換成神經(jīng)動作電位時，不僅僅是發(fā)生了能量形式的轉(zhuǎn)換，更重要的是把刺激所

6、包含的各種環(huán)境變化的信息也轉(zhuǎn)換到了動作電位的序列之中，這就是感受器的編碼功能。感覺的性質(zhì)決定于傳入沖動所到達(dá)的高級中樞的部位，而不是取決于動作電位的的波形或序列特性的差別。動作電位的頻率與感受器電位的幅度密切相關(guān)。刺激強(qiáng)度除了可以通過單一神經(jīng)纖維上動物電位的頻率高低來編碼外，還通過參與信息傳輸?shù)纳窠?jīng)纖維的數(shù)目的多少進(jìn)行編碼。9.1.2.3 Coding function of Receptor第7頁，共74頁。蛙肌梭中刺激強(qiáng)度的編碼模式圖A 在過程中記錄到的感受器電位和傳入放電B 用河豚毒阻遏動作電位后，傳入放電消失，但仍可看到在動靜式過程中的感受器電位C 示動靜牽拉第8頁，共74頁。第9頁，

7、共74頁。當(dāng)刺激持續(xù)作用于感受器時，一個常見的現(xiàn)象是，雖然刺激繼續(xù)存在，但由其所誘發(fā)的傳入神經(jīng)纖維上的沖動頻率逐漸下降，這一現(xiàn)象稱為感受器的適應(yīng)。快適應(yīng)感受器也叫速率感受器或位相感受器，如負(fù)責(zé)皮膚觸覺的環(huán)層小體。慢適應(yīng)感受器也叫緊張性感受器，如肌梭、血壓感受器痛覺末梢沒有適應(yīng)現(xiàn)象機(jī)制比較復(fù)雜感覺的適應(yīng)9.1.2.4 Adaptation of Receptor第10頁，共74頁。第11頁，共74頁。Eye functions like a cameraIris allows light into eyeCornea, Lens & humors focus light onto retinaL

8、ight striking retina is converted into action potentials relayed to brain9.2 Visual function of the eyes 第12頁，共74頁。The Structure of a human eye第13頁，共74頁。第14頁，共74頁。第15頁，共74頁。第16頁，共74頁。9.2.1.1 Optic Characteristics of Refractive System The refractive system of the human eye is composed of the cornea,

9、aqueous humor(房水）, crystalline lens, and vitreous humor（玻璃體）.The image of distant object (6 m away) will be focused on the retina。9.2.1 The Refractive system in human eye and its regulation第17頁，共74頁。9.2.1.2 The refraction of light and reduced eye第18頁，共74頁。9.2.1.3 Accommodation of eye 看6m以外的物體不需調(diào)節(jié)，由看

10、外物到看近物時需要調(diào)節(jié)，人眼的調(diào)節(jié)也就是折光能力的改變，主要是靠晶狀體形狀的改變來實(shí)現(xiàn)。The visual accommodation is mainly through increasing curvature of crystalline lens. The power of accommodation is limited. If a object is close enough to the eye, the increased refracting power of the crystalline lens is insufficient to overcome the light

11、 divergence, and the object will be blurred.The nearest distance of the eye at which an object can seen distinctly is called the near point.At this point, the visual accommodation is at a maximum.第19頁，共74頁。晶狀體(lens)的調(diào)節(jié)Muscles workingLens more sphericalFocus nearMuscles relaxedLens less sphericalFocu

12、s far第20頁，共74頁。第21頁，共74頁。瞳孔(pupil)的調(diào)節(jié) 瞳孔近反射 瞳孔對光反射雙眼會聚第22頁，共74頁。9.2.1.4 Error of Refraction Caused by shape of eye and/or power of lensNearsightedness (Myopia)eye is too long and/or lens is too powerfullight focuses in front of retinacorrect with “concave” lens to reduce powerFarsightedness (hyperop

13、ia)eye too short and/or lens too weaklight focuses behind retinalcorrect with “convex” lens to add powerAstigmatismabnormal curvature of the cornea Light from vertical and horizontal direction do not focuses on the same pointcorrect with “cylindrical” lens to compensate第23頁，共74頁。第24頁，共74頁。Presbyopia

14、: OldsightednessThe crystalline lens tends to harden and the capsule itself becomes less elastic with ageThe near point of distinct vision moves further and further away from the eye with age.The far point is normalMay be compensated by placing a converging lens in front of the eye.第25頁，共74頁。9.2.2.1

15、 Structure characteristic of retina組織學(xué)上分10層，從功能上可分為四層pigment cell layer 色素上皮層photo receptor layer (rod cell, cone cell) 感光細(xì)胞層 bipolar cell layer 雙極細(xì)胞層 ganglionic cell layer 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層 另外還有：水平細(xì)胞horizontal cell, 無長突細(xì)胞amacrine cell, 網(wǎng)間細(xì)胞interplexiform cell9.2.2 眼的感光換能系統(tǒng)第26頁，共74頁。無長突細(xì)胞第27頁，共74頁。中央凹和視乳頭(盲點(diǎn)的對

16、應(yīng)位置)Each optic nerve contains around 1.2 million nerve fibers 第28頁，共74頁。第29頁，共74頁。There are two types of photoreceptor cells, rod cells (rods) and cone cells (cones)第30頁，共74頁。第31頁，共74頁。9.2.2.2 Two Photoreceptor and transduction systems in Retina視桿系統(tǒng)又稱晚光覺或暗視覺視錐系統(tǒng)又稱晝光覺或明視覺有關(guān)存在兩種感光系統(tǒng)的證據(jù)人視網(wǎng)膜中視桿和視錐在空間上的分

17、布極不均勻兩種感光細(xì)胞和雙極細(xì)胞以及節(jié)細(xì)胞形成信息傳遞通路時，其聯(lián)系方式有所不同，視桿系統(tǒng)普遍存在會聚現(xiàn)象不同動物視網(wǎng)膜的感光細(xì)胞構(gòu)成不同視桿細(xì)胞只有一種視色素視紫紅質(zhì)（rhodopsin)，視錐細(xì)胞含有三種視色素第32頁，共74頁。第33頁，共74頁。9.2.2.3 視桿細(xì)胞的感光換能機(jī)制視紫紅質(zhì)(rhodopsin)是一種結(jié)合蛋白，由視蛋白(opsin)和視黃醛(retinal)組成夜盲癥全反式視黃醛11順視黃醛維生素A1（視黃醇）第34頁，共74頁。第35頁，共74頁。9.2.2.4 視錐系統(tǒng)的換能和顏色視覺大多數(shù)脊椎動物都具有三種不同的視錐色素，分別存在于三種不同的視錐細(xì)胞中。三種視錐

18、色素都含有同樣的11-順視黃醛，只是視蛋白的分子結(jié)構(gòu)稍有不同。Trichromatic Theory of Color Vision三原色學(xué)說第36頁，共74頁。第37頁，共74頁。第38頁，共74頁。9.2.3 與視覺有關(guān)的其它現(xiàn)象視力或視敏度(visual acuity) V=d/D 新舊視力表對照舊新0.14.00.124.10.154.20.24.3 0.254.4 0.34.5 0.44.6 0.54.7 0.64.8 0.84.9 1.05.0 1.25.1 1.55.2 2.05.3第39頁，共74頁。暗適應(yīng)（dark adaptation)和明適應(yīng)(light adaptati

19、on)視野(visual field)視后像和融合現(xiàn)象雙眼視覺和立體視覺(stereopsis)第40頁，共74頁。第41頁，共74頁。9.3 Hearing Function of ears 聽覺的外周器官是耳，它由外耳outer(external) ear、中耳middle ear 和內(nèi)耳inner (internal) ear 的耳蝸組成。 人耳的聽閾(hearing threshold)和聽域 0.0002-1000 dyn/cm2 16-20000Hz 第42頁，共74頁。第43頁，共74頁。聽閾隨著頻率而發(fā)生變化。聲強(qiáng)可以用分貝(decibel，dB)來測量，分貝常常用一個聲壓參考

20、值(Pr)的相對值來表示，這個參考值通常就是聽力的閾值(0.0002 dyne/cm2)。聲強(qiáng)的計(jì)算公式如下： 聲壓(dB)=20 log(P/pr)第44頁，共74頁。9.3.1 Function of outer and middle ear 外耳的功能 耳廓 auricle 外耳道 external auditory meatus mieits 中耳的功能 鼓膜 tympanic timpnik membrane 聽骨鏈 auditory ossicles sikl 鼓室 咽鼓管 auditory tube魚類只有內(nèi)耳兩棲類和爬行類有中耳和內(nèi)耳，中耳只有一塊聽小骨（耳柱骨）鳥類出現(xiàn)了外耳

21、道，中耳仍然只有一塊聽小骨第45頁，共74頁。Auditory nerve第46頁，共74頁。第47頁，共74頁。內(nèi)耳(inner ear)又稱迷路(labyrinth) 由耳蝸(cochlea)和前庭器官(vestibular apparatus)組成9.3.2 Function of inner earCochlea: snail shaped fluid-filled structureOval window: thin membrane, transfers vibrations from stapes to fluid of cochlea第48頁，共74頁。9.3.2.1 耳蝸的結(jié)

22、構(gòu)要點(diǎn)21/223/4周前庭階、鼓階、蝸管(cochlear kkli duct)前庭膜、基底膜螺旋器官(spiral organ)或柯蒂器(organ of Corti)毛細(xì)胞( hair cell)、蓋膜，內(nèi)毛細(xì)胞1行，外毛細(xì)胞35行內(nèi)淋巴 endolymph外淋巴 perilymph第49頁，共74頁。第50頁，共74頁。第51頁，共74頁。前庭階在耳蝸底部與卵圓窗相接，內(nèi)充外淋巴；鼓階在耳蝸底部與圓窗相接，也充滿外淋巴（蝸管）第52頁，共74頁。第53頁，共74頁。9.3.2.2 耳蝸的感音換能作用 基底膜的振動和行波理論第54頁，共74頁。第55頁，共74頁。毛細(xì)胞 (hair ce

23、ll)興奮與感受器電位內(nèi)毛細(xì)胞感受器電位第56頁，共74頁。毛細(xì)胞上的靜纖毛與蓋膜相接觸。 第57頁，共74頁。第58頁，共74頁。9.3.2.3 耳蝸的生物電現(xiàn)象內(nèi)淋巴電位 endolymphatic potential耳蝸各階中充滿著淋巴，其中前庭階和鼓階中是外淋巴，而蝸管中則是與腦脊成分相似的內(nèi)淋巴。在毛細(xì)胞之間有緊密連接，因此蝸管中的內(nèi)淋巴到達(dá)不了毛細(xì)胞的基底部。內(nèi)、外淋巴在離子組成上差異很大，內(nèi)淋巴中的K+濃度比外淋巴高30倍，而外淋巴中的Na+則比內(nèi)淋巴高10倍。在耳蝸未受刺激時，如果以外淋巴為零電位，內(nèi)淋巴的電位在+80mV左右。稱為耳蝸內(nèi)電位又稱內(nèi)淋巴電位。此時毛細(xì)胞的靜息電位為-70-80mV。由于毛細(xì)胞頂端浸浴在內(nèi)淋巴中，而其它部位的細(xì)胞膜浸浴在外淋巴中，因此，毛細(xì)胞頂端膜內(nèi)、外的電位差可達(dá)150160mV。內(nèi)淋巴中正電位的產(chǎn)生和維持與蝸管外側(cè)壁血管紋細(xì)胞的活動密切相關(guān)。第59頁，共74頁。耳蝸微音器電位 cochlear microphonic potential (CMP)當(dāng)耳蝸受到聲音刺激時，在耳蝸及其附近結(jié)構(gòu)所記錄到的一種與聲波的頻率和幅度完全一致的電位變化，稱為耳蝸微音器電位。呈等級式反應(yīng)無真正的閾值沒有潛伏期和不應(yīng)期，不易疲勞，不發(fā)生適應(yīng)現(xiàn)象。微音器電位是多個毛細(xì)胞所產(chǎn)生的感受器電位的復(fù)合表現(xiàn)。微音器電位有一定的位相性，當(dāng)聲音的位相倒轉(zhuǎn)時，其位相