Соматосенсорная система. Тактильные ощущения
Обновлено: 24.09.2024
Включает систему кожной чувствительности и чувствительную систему скелетно-мышечного аппарата.
Кожная рецепция.
В коже сосредоточены рецепторы, чувствительные к прикосновению, давлению, вибрации, теплу и холоду, к болевым раздражениям. Их строение и глубина локализации различны, а распределение неравномерно. Рецепторная поверхность кожи огромна 1,4 - 2,1 м 2 . Больше всего рецепторов в коже пальцев рук, ладоней, подошв, губ, половых органов.
В коже с волосяным покровом основным типом рецепторов являются свободные окончания нервных волокон, идущих вдоль мелких сосудов, а также более глубоко локализованные разветвления тонких нервных волокон, оплетающих волосяную сумку. Эти окончания обеспечивают высокую чувствительность волос к прикосновению.
Осязательные мениски (диски Меркеля) - рецепторы прикосновения, образованные в нижней части эпидермиса контактом свободных нервных окончаний с модифицированными эпителиальными структурами. Их особенно много в коже пальцев рук.
В коже, лишенной волосяного покрова, много осязательных телец (тельца Мейснера). Они локализонаны в сосочковом слое дермы пальцев рук и ног, ладонях, подошвах, губах, языке, половых органах, сосках молочных желез. Имеют конусовидную форму, сложное внутреннее строение, покрыты капсулой.
Тельца Фатера-Пачини (рецепторы давления и вибрации). Являются также инкапсулированными нервными окончаниями, но расположены более глубоко, чем тельца Мейснера. Они также есть в сухожилиях, связках, брыжейке.
Колбы Краузе. Инкапсулированные нервные окончания луковиц. Находятся в соединительнотканной основе слизистых оболочек, под эпидермисом и среди мышечных волокон языка.
Теории кожной чувствительности.
Наиболее распространенным является представление о наличии специфических рецепторов для 4 видов кожной чувствительности: тактильной, тепловой, холодовой и болевой. В основе разного характера кожных ощущений лежат различия в пространственном и временном распределении импульсов в афферетных волокнах, возбуждаемых при разных видах кожных раздражений.
Исследования электрической активности свидетельствует о том, что многие одиночные нервные окончания и волокна воспринимают лишь механические или температурные стимулы.
Механизмы возбуждения кожных рецепторов.
Деформация мембраны рецептора, уменьшение электрического сопротивления мембраны, увеличение проницаемости для ионов натрия. Начинает течь ионный ток, приводящий к генерации рецепторного потенциала. При увеличении РП до критического уровня начинают генерироваться импульсы, распространяющиеся по волокну в ЦНС.
Адаптация кожных рецепторов.
Быстро- и медленноадаптирующиеся. Наиболее быстро адаптируются тактильные рецепторы, расположенные в волосяных фолликулах и пластинчатые тельца (Фатера-Пачини).
Свойства тактильного восприятия.
Ощущение прикосновения и давления на кожу довольно точно локализуется. Эта локализация вырабатывается при участии зрения и проприорецепции. Абсолютная тактильная чувствительность различается в разных участках кожи: от 50 мг до 10 г. Пространственное различение на кожной поверхности (т.е. способность раздельно воспринимать прикосновение к двум соседним точкам): на слизистой оболочке языка порог пространственного различия - 0,5 мм, а на коже спины - более 60 мм. Эти различия обусловлены различными размерами кожных рецептивных полей (от 0,5 мм 2 до 3см 2 ) и степенью их перекрытия.
Температурная рецепция.
Терморецепторы располагаются в коже, роговице глаза, в слизистых оболочках, а также в гипоталамусе. Делятся на холодовые и тепловые. Тепловых намного меньше и располагаются они глубже. Больше всего терморецепторов в коже лица и шеи.
Специфические терморецепторы возбуждаются лишь температурными воздействиями, неспецифические терморецепторы отвечают и на механическое раздражение.
Рецептивные поля большинства терморецепторов локальны. Терморецепторы отвечают на изменение температуры повышением частоты импульсации. Повышение частоты пропорционально изменению температуры. Постоянная импульсация у тепловых терморецепторов наблюдается в диапазоне температур от 20° до 50°С, а у холодовых - от 10° до 41°С. Дифференциальная чувствительность 0,2°С.
В некоторых условиях холодовые рецепторы могут быть возбуждены и теплом (выше 45°С) - ощущение холода при быстром погружении в горячую ванну.
Начальная интенсивность температурных ощущений зависит от разницы температуры кожи и температуры действующего раздражителя, его площади и места приложения. Если руку держали в воде при температуре 27°, то при переносе в воду, нагретую до 25°, она в первый момент кажется холодной, но через несколько секунд становится возможной истинная оценка температуры воды.
Болевая рецепция (ноцицепция).
Имеет особое значение для выживания организма, т.к. сигнализирует об опасности при действии чрезмерно сильных или вредных раздражителей (агентов), подчас является одним из первых проявлений патологии.
2 основные гипотезы об организации болевого восприятия:
1) существуют специфические болевые рецепторы - ноцицепторы (свободные нервные окончания с высоким порогом реакции);
2) боль возникает при сверхсильном раздражении любых рецепторов.
Существует также гипотеза Р.Мелзака (1965) «механизма ворот»: болевые ощущения - это реакция мозга на поток импульсов от ноцицепторов, превышающий некоторый критический уровень. Постулировано, что на уровне СМ, а в современных концепциях - на уровне таламуса, имеется «механизм ворот», регулирующий прохождение импульсов от ноцицепторов к высшим отделам мозга. Согласно Мелзаку, нейроны желатинозной субстанции СМ, находящиеся во II и III пластинах по Рекседу, являются тормозными нейронами, влияющими на передачу ноцицептивных импульсов, идущих от афферентного нейрона (спинномозгового ганглия) к нейронам СМ, дающим начало спинноталамическому пути.
Надо отметить, что нейроны, оказывающие супраспинальные влияния на нейроны желатинозной субстанции, а также вырабатывающие вещества, оказывающие анальгезирующее действие, объединяют понятием антиноцицептивной системы.
В электрофизиологических опытах на одиночных нервных волокнах типа С обнаружено, что некоторые из них реагируют преимущественно на чрезмерные механические, а другие на чрезмерные тепловые воздействия.
Небольшие по амплитуде импульсы возникают при болевых раздражениях также и в нервных волокнах группы А.
Соответственно разной скорости проведения импульсов в нервных волокнах групп С и А отмечается двойное ощущение боли: вначале четкое по локализации и короткое, затем - длительное, разлитое и сильное (жгучее) чувство боли.
Механизм возбуждения ноцицепторов.
2 вида ноцицепторов: механоноцицепторы и хемоноцицепторы.
1-е возбуждаются под влиянием механических воздействий, в результате которых повышается проницаемость мембраны окончаний для ионов натрия, что приводит к деполяризации (рецепторный потенциал) и генерации ПД в афферентном волокне.
Хемоноцицепторы реагируют на химические вещества.
Предполагают, что особенно значимым является изменение pH в области нервного окончания. Т.е. наиболее общая причина - изменение концентрации Н + при токсическом действии на дыхательные ферменты или при механическом либо термическом повреждении клеточных мембран.
Возможно, что одна из причин длительной жгучей боли - выделение при повреждении клеток гистамина, протеолитических ферментов, воздействующих на глобулины межклеточной жидкости и приводящих к образованию полипептидов (например, брадикинина), возбуждающих окончания нервных волокон группы С.
Адаптация болевых рецепторов возможна - ощущение укола от иглы, продолжающей оставаться в коже, быстро проходит. Однако в очень многих случаях болевые рецепторы не обнаруживают существенной адаптации, делая страдания больного длительными и мучительными, что требует применения анальгетиков.
Болевые раздражения вызывают ряд рефлекторных соматических и вегетативных реакций.
При умеренной выраженности эти реакции имеют приспособительное значение. Повышение мышечного тонуса, частоты сердечных сокращений и дыхания, повышение давления, сужение зрачков, увеличение содержания глюкозы в крови и т.д.
При сильной выраженности могут привести к тяжелым патологическим эффектам, например к шоку.
При ноцицептивных воздействиях на кожу человек локализует их достаточно точно.
При заболеваниях внутренних органов часты так называемые отраженные боли, проецирующиеся в определенной части кожной поверхности (зоны Захарьина-Геда). Так, при стенокардии, кроме болей в области сердца, ощущается боль в левой руке и лопатке.
Наблюдаются и обратные эффекты. При локальных тактильных, температурных, болевых раздражениях «активных» точек кожной поверхности включаются цепи рефлекторных реакций, опосредуемых центральной и АНС. Они избирательно изменяют кровоснабжение и трофику тех или иных внутренних органов.
Для уменьшения или снятия болевых ощущений используют множество специальных веществ - анальгетических, анестетических и наркотических. По локализации действия их делят на вещества местного и общего действия.
Анестетические вещества местного действия (например, новокаин) блокируют возникновение и проведение болевых сигналов от рецепторов в СМ или структуры ствола мозга.
Анестетические вещества общего действия (например, эфир) снимает ощущение боли, блокируя передачу импульсов между нейронами КБМ и ретикулярной формации мозга (наркотический сон).
В последние годы открыта высокая аналгезирующая активность нейропептидов, представляющих собой либо гормоны (вазопрессин, окситоцин, АКТГ), либо их фрагменты. Часть нейропептидов являются фрагментами липотропного гормона (эндорфины). Аналгезирующее действие нейропертидов основано на том, что они даже в минимальных дозах меняют эффективность передачи в синапсах.
Мышечная и суставная рецепция (проприрецепция).
В мышцах млекопитающих содержится 3 типа специализированных рецепторов: первичные окончания мышечных веретен, вторичные окончания мышечных веретен, сухожильные рецепторы Гольджи. Они реагируют на механические раздражения, являются источником информации о состоянии двигательного аппарата, т.е. участвуют в координации движений.
Мышечные вретёна - это небольшое продолговатое образование длиной несколько мм, шириной десятые доли мм, расположенное в толще мышцы. Каждое веретено покрыто капсулой. Внутри капсулы пучок интрафузальных мышечных волокон.
Веретёна расположены параллельно экстрафузальным волокнам. При растяжении мышцы нагрузка на веретена увеличивается, при сокращении - уменьшается.
Интрафузальные волокна 2-х типов: 1) более толстые и длинные с ядрами, сосредоточенными в средней, утолщенной части волокна - ядерно-сумчатые; 2) более короткие и тонкие с ядрами, расположенными цепочкой - ядерно-цепочечные.
На интрафузальных волокнах спирально расположены чувствительные окончания афферентных волокон: первичные окончания (группа Ia) и вторичные окончания (группа II).
Афферентные волокна группы Ia (от первичных окончаний) возбуждают мотонейроны своей мышцы и, через тормозящий интернейрон, тормозят мотонейроны мышцы антагониста (реципрокное торможение).
Афферентные волокна группы II (от вторичных окончаний) возбуждают мотонейроны мышц-сгибателей и тормозят мотонейроны мышц-разгибателей. Однако, имеются данные, что афферентные волокна этой группы, идущие от мышц-разгибателей, могут возбуждать мотонейроны своей мышцы.
Веретёна имеют и эфферентную иннервацию: интрафузальные мышечные волокна иннервируются аксонами, идущими к ним от g-мотонейронов.
g-эфферентные волокна подразделяют на динамические и статические. В расслабленной мышце импульсация, идущая от веретён, невелика. Веретёна реагируют импульсацией на удлинение (растяжение) мышцы.
У первичных окончаний частота импульсации зависит главным образом от скорости удлинения (динамический ответ).
У вторичных - от длины мышцы (статический ответ).
Активация g-эфферентов приводит к повышению чувствительности веретен, причем динамические g-эфференты преимущественно усиливают реакцию на скорость удлинения мышцы, а статические - на длину.
Активация g-эфферентов и без растяжения мышцы сама по себе вызывает импульсацию афферентов веретен вследствие сокращения интрафузальных мышечных волокон.
Возбуждение a-мотонейронов сопровождается возбуждением g-мотонейронов (a-g-коактивация). Уровень возбуждения g-системы тем выше, чем интенсивнее возбуждены a-мотонейроны данной мышцы, т.е. чем больше сила ее сокращения.
Т.о., веретена реагируют на 2 воздействия: на периферическое - изменение длины мышцы, и центральное - изменение уровня активации g-системы.
При растяжении пассивной мышцы наблюдается активация рецепторов веретен, вызывающая рефлекс на растяжение.
При активном сокращении мышцы уменьшение ее длины оказывает на рецепторы веретена дезактивирующее воздействие, а возбуждение g-мотонйронов, сопутствующее возбуждению a-мотонейронов, вызывает активацию рецепторов.
Т.е. веретена - непосредственный источник информации о длине не возбужденной мышцы. Во время активных движений g-мотонейроны поддерживают импульсацию веретен укорачивающейся мышцы, что дает возможность рецепторам реагировать на неравномерности движения как увеличением, так и уменьшением импульсации.
Сухожильные рецепторы Гольджи.
Находятся в зоне соединения мышечных волокон с сухожилием и расположены последовательно по отношению к мышечным волокнам. Слабо реагируют на растяжение мышцы, но возбуждаются при ее сокращении. Интенсивность их импульсации примерно пропорциональна силе сокращения мышц. Это дает основание рассматривать сухожильные рецепторы как источник информации о силе, развиваемой мышцей. Идущие от сухожильных рецепторов афферентные волокна относятся к группе Ib. На спинальном уровне они через интернейроны вызывают торможение мотонейронов собственной мышцы и возбуждение мотонейронов мышцы-антагониста.
Суставные рецепторы изучены меньше, чем мышечные. Известно, что они реагируют на положение сустава и на изменение суставного угла. Тем самым участвуют в системе обратных связей от двигательного аппарата и в управлении им.
Информация от проприорецепторов по восходящим путям СМ поступает в высшие отделы ЦНС, включая КБМ, и участвует в кинестезии (ощущение положения и перемещения частей тела в пространстве).
Передача и переработка соматосенсорной информации.
2 основных пути (тракта): лемнисковый и спинноталамический. 3-й путь - латеральный тракт Морина близок по морфологическим и функциональным свойствам к лемнисковому пути.
Лемнисковый путь.
Отличительная особенность - в быстрой передаче в мозг наиболее точной информации, дифференцированной по силе и месту воздействия. Передает сигналы о прикосновении к коже, давлении на нее и движениях в суставах.
На всех уровнях состоит из относительно толстых, быстропроводящих миелинизированных нервных волокон. Первые нейроны находятся в СМ узле, их аксоны в составе задних столбов восходят к тонкому (ядро Голля) и клиновидному (ядро Бурдаха) ядрам ПрМ, где сигналы передаются на 2-е нейроны лемнискового пути.
Часть волокон (в основном сигналы от суставных рецепторов) оканчиваются на мотонейронах сегментарного спинального уровня. Проприоцептивная чувствительность передается в СМ также по дорсальному спинно-мозжечковому, спинно-цервикальному и некоторым другим путям.
В ПрМ в тонком ядре сосредоточены в основном 2-е нейроны тактильной чувствительности, а в клиновидном - 2-е нейроны проприоцептивной чувствительности. Аксоны этих нейронов образуют медиальную петлю и после перекреста на уровне олив направляются в специфические ядра таламуса - вентробазальный ядерный комплекс. В этих ядрах концентрируются 3-и нейроны лемнискового пути. Их аксоны направляются в соматосенсорную зону КБМ.
По мере перехода на более высокие уровни значительно увеличиваются размеры рецептивных полей нейронов (в ПрМ в 2-30, а в КБМ в 15-100 раз). Ответы клеток становятся все более продолжительными: даже короткое прикосновение к коже вызывает залп импульсов, длящийся несколько секунд.
Нейроны остаются достаточно специфичными (нейроны поверхностного прикосновения, глубокого прикосновения, движения в суставах, положения или угла сгибания суставов, нейроны новизны, реагирующие на смену раздражителя). Характерна четкая топографическая организация, т.е. проекция кожной поверхности осуществляется в КБМ по принципу «точка в точку». Площадь коркового представительства определяется функциональной значимостью (формируется сенсорный гомункулюс).
Удаление соматосенсорной зоны коры приводит к нарушению способности локализовать тактильные нарушения, а электростимуляция вызывает ощущение прикосновения, вибрации и зуда.
В целом роль коры в интегральной оценке соматосенсорных сигналов, во включении их в сферу сознания, полисенсорный синтез и в сенсорное обеспечение выработки новых двигательных навыков.
Спинноталамический путь.
Более медленная передача афферентных сигналов, со значительно менее четко дифференцированной информацией о разных свойствах раздражителя и с менее четкой топографической локализацией. Служит для передачи температурной, всей болевой и в значительной мере - тактильной чувствительности.
1-е нейроны расположены в спинномозговом узле, откуда посылают в СМ медленнопроводящие немиелинизированные нервные волокна. Эти нейроны имеют большие рецептивные поля. 2-е нейроны локализуются в сером веществе СМ, а их аксоны в составе восходящего спинно-таламического пути направляются после перекреста на спинальном уровне в вентробазальный ядерный комплекс таламуса (дифференцированные проекции), а также в вентральные неспецифические ядра таламуса, внутреннее коленчатое тело, ядра ствола мозга и гипоталамус, где локализуются 3-и нейроны. 3-и нейроны лишь частично дают проекци и в соматосенсорную зону коры.
Болевая чувствительность практически не представлена на корковом уровне (раздражение КБМ не вызывает боли). Считают, что высшим центром болевой чувствительности является таламус. В таламусе 60% нейронов в соответствующих ядрах четко реагируют на болевое раздражение.
Соматосенсорное восприятие и нарушения развития
Соматосенсорное восприятие играет центральную роль на ранних этапах развития человека. Среди всех сенсорных систем тактильная система развивается раньше всего, а соматосенсорные реакции могут быть обнаружены уже в утробе матери после 8 недель гестационного периода. Новорожденные сразу после рождения используют оральные, тактильные сигналы , которые вызывают рефлексы , связанные с процессом сосания. На протяжении всего младенчества и раннего детства чувство осязания обеспечивает важную информацию и ответ ребенка о его мире, влияя на развитие двигательных, социальных и коммуникативных навыков.
Развитие как грубых, так и мелких моторных навыков в значительной степени зависит от соматосенсорной системы. Младенцы изначально зависят от сенсорных сигналов, которые им необходимы для того , чтобы инициировать достижение объектов, а затем использовать зрение. Точное осязательное и проприоцептивное ощущение имеют решающее значение для развития моторных навыков в детском возрасте, при этом прикосновение особенно важно для тонкого моторного развития. Тактильное восприятие от механорецепторов в коже и суставах ориентирует онлайн-модуляцию общих двигательных функций, например, таких, как ходьба и мелкие моторные функции, такие как схватывание, во время раннего развития и на протяжении всей жизни.
Несмотря на то, что роль соматосенсорного восприятия для моторного развития хорошо установлена и прозрачна, прикосновение также имеет решающее значение для здоровых социальных и коммуникативных навыков, формирующихся в раннем детстве и за его пределами. Тактильное ассоциативное обучение со стороны матери имеет важное значение для установления связей и надежной привязанности., которые закладывают основу для развития здорового социального поведения на протяжении всей жизни. Во многих культурах обширный осязательный контакт с родителями и старшими братьями и сестрами является средством создания надежной базы, из которой маленькие дети могут исследовать окружающую среду.
Более высокие уровни ласкового материнского прикосновения в младенчестве приводят к увеличению младенческой улыбки и вокализации., , а частота материнского прикосновения связана с взаимностью матери и ребенка и скоординированным временем взаимодействия между матерью и младенцем. Таким образом, тактильная коммуникация служит предшественником вербального общения, а шаблоны, сформированные в этот период, влияют на развитие более сложных коммуникативных навыков, а также создают основу для взаимодействия с семьей и сообществом. Даже у взрослых тактильное восприятие может улучшить восприятие слуховой и зрительной речи и является основным средством невербальной коммуникации.
На наш взгляд , представляет интерес роль соматосенсорного восприятия в типичном развитии ребенка, его аберрации в ряде психоневрологических расстройств, отношениях между тактильными нарушениями восприятия и клинической симптоматикой каждого расстройства, в частности , к двигательных, коммуникационных и социальных. В исследованиях поведения, сенсорных порогов, нейроанатомии и нейрофизиологии детей с синдромом X хрупкой хромосомы , расстройств аутистического спектра (ASD), синдрома гиперактивности и дефицита внимания (ADHD) и церебрального паралича (CP) можно легко выявить нарушения соматосенсорного восприятия.
Тактильные ощущения и восприятие боли
Тактильные и болевые сигналы передаются параллельными трактами мозга. Выделяют различные типы сенсорных нейронов в дорсальных ганглиях , которые имеют специфические окончания и специфическую локализацию в спинном мозге. Серое вещзество спинного мозга традиционно разделяют на 10 различных пластин вдоль дорсально - вентральной слои ( пластины) . Пластины I-V локализованы в дорсальном роге ( дорсальная часть спинального серого вещества) , которая отвечает за проведение соматосенсорной информации. Пластины I - II преимущественно представлены аксонами ноцицептивных и термоцептивных нейронов , которые главным образом представлены немиелинизированными С - волокнами и некторыми слабо миелинизированными Ab фибрами ( бета). Проприоцептивные сенсорные нейроны посылают свои аксоны далее внутрь середины спинного мозга и вентральный рог ( вентральная часть серого вещества , где расположены моторные нейроны) , некоторые проприцептивные нейроны имеют прямые синапсы с моторными нейронами и формируют свои дуги рефлексов. Боль , ощущение зуда и температурные ощущения главным образом проходят восходящими путями: пластина I дорсального рога проецирует нейроны получая вход от сенсорных аксонов , посылая в свою очередь аксоны через вентральный спинной мозг и восходящие контлатерально в антеролатеральном тракте столба. Некторые аксоны в антеролатеральном столбе заканчиваются в таламических ядрах и затем передают информацию в первичный соматосенсорный кортекс. Эти волкна проводят информацию болевых ощущений и позволяет определить их локализацию., а также чувство зуда и температуры. Другие аксоны в антеролатеральном столбе иннервируют нейроны ствола мозга ( парабрахиальные ядра) , которые передают информацию о боли в миндалину и гипоталамус , контролирующих реакцию со стороны вегетативной нервной системы на болевые стимулы. От миндалины , информация о боли поступает в инсулярный кортекс . Это путь вовлекает в процесс восприятия боли аффективные реакции. Другие волокна , поступающие в ствол мозга из антеролатерального пути поступают в серое вещество около водопровода в среднем мозге , который имеет нискходящие проекции модулирующие чувство боли.
Тактильная (осязательная) сенсорная система
Тактильная сенсорная система, наряду с проприорецептивной, зрительной и вестибулярной сенсорными системами, «поставляет» головному мозгу информацию о положении и движении тела в пространстве, о положении его отдельных частей. Кроме того, она играет важную роль в ориентации человека в окружающей среде (особенно сильно кожное осязание развивается у слепых и слепоглухонемых, позволяя тем самым таким людям избегать воздействия повреждающего агента).
Благодаря тактильной сенсорной системе осуществляется контакт грудного ребенка с матерью, выполнение различных игровых, образовательных и трудовых операций, интимные отношения между мужчиной и женщиной, ощущение комфорта от носимой одежды. В принципе, такие примеры, доказывающие значение тактильной рецепции, можно перечислять еще и еще. Скажем только одно - нарушение этого вида чувствительности существенно снижает адаптационные возможности человека и лишает его многих радостей жизни. Особое место тактильная сенсорная система занимает у млекопитающих, выполняя жизненно важные функции - тактильное исследование окружающей среды, питание, звукообразование и т.д.
Тактильная чувствительность резко повышена на участках тела, которые покрыты волосами. Это объясняется тем, что волосы играют роль рычажков и усиливают передачу раздражения в несколько раз, а так как 95% поверхности человеческого тела покрыто волосами, на некоторых участках едва заметными, то любое прикосновение к поверхности тела резко усиливается.
Рецепторы осязательного анализатора
Различают следующие основные механорецепторы - свободные неинкапсулированные нервные окончания, свободные нервные окончания волосяных фолликулов, диски Меркеля, тельца Руффини, тельца Мейснера и тельца Пачини. Строение указанных рецепторов различно, они распределены неравномерно и локализуются на разной глубине кожи. Первые два типа рецепторов относятся к первичным (являются окончаниями дендрита чувствительного нейрона), остальные - ко вторичным (представляют собой инкапсулированные специализированные клетки, трансформирующие механическое воздействие в рецепторный потенциал, который передается на дендрит чувствительного нейрона). Рассмотрим отдельные виды рецепторов (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Схема строения и положения механорецепторов в коже, на не покрытых волосами (А) и волосистых (Б) участках кожи.
Свободные неинкапсулированные нервные окончания являются самыми распространенными рецепторами кожи. Они находятся в основном в сосочковом слое дермы - обычно идут вдоль мелких сосудов и представляют собой разветвления дендрита афферентных нейронов. Первоначально их считали рецепторами боли, но в настоящее время их рассматривают как полимодальные рецепторы, отвечающие и на болевые, и на температурные, и на механические стимулы. Это медленно адаптирующиеся рецепторы: продолжают отвечать весь период времени, пока действует стимул.
Свободные нервные окончания волосяных фолликулов также представляют собой разветвления дендрита афферентного нейрона, которые оплетают волосяную сумку. Обычно фолликул получает волокна от нескольких чувствительных нейронов, но в то же время один и тот же дендрит чувствительного нейрона иннервирует несколько волосяных фолликулов. Волос, как было уже отмечено выше, служит рычагом, усиливающим раздражение нервных окончаний, что и объясняет высокую чувствительность волос к прикосновению. Указанные рецепторы реагируют преимущественно на легкое прикосновение и осуществляют пространственное и временное тактильное различение.
Диски (клеточные комплексы) Меркеля представляют собой видоизмененные эпителиальные клетки, с которыми образуют синапсы дендриты афферентных нейронов. Находятся в базальном слое эпидермиса и частично в сосочковом слое дермы в виде небольших скоплений. Особенно много дисков Меркеля в участках кожи с высокой чувствительностью, т.е. в голой коже пальцев рук и на губах. В покрытой волосами коже они лежат в особых колоколообразных тельцах, выдающихся над окружающей кожной поверхностью (в каждом таком образовании, называемом тактильным тельцем Пинкуса-Игго, находится 30-50 клеток Меркеля, связанных с афферентными нервными волокнами). При высоте около 0,1 мм и диаметре 0,2-0,4 мм эти тельца едва различимы невооруженным глазом.
Поскольку диски Меркеля медленно адаптирующиеся рецепторы, то их рассматривают в качестве пропорционального датчика, т.е. генерация рецепторного потенциала в них тем активнее, чем сильнее действует раздражитель. Эти рецепторы рассматривают как рецепторы давления, или силы, поскольку они воспринимают изменение силы механического воздействия.
Тельца (окончания) Руффини располагаются в волосистой части кожи - в глубоких слоях эпидермиса и в сосочковом слое дермы. Представляют собой веретеновидной формы капсулу, образованную плотно переплетенными коллагеновыми волокнами. Внутри такой капсулы содержится жидкость, в которую погружены разветвления дендрита чувствительного нейрона. Как и диски Меркеля, являются рецепторами давления, или силы.
Тельца Мейснера (тактильное мейснеровое тельце) представляют собой капсулу конусовидной или овальной формы. Капсула ориентирована перпендикулярно поверхности кожи. Ее стенки образованы многочисленными пластинчатыми клетками, между которыми параллельно поверхности кожи располагаются терминали дендрита чувствительного нейрона. Эти рецепторы находятся в сосочках собственно кориума, в участках, лишенных волос (кожа ладоней, подошв, пальцев рук и ног, а также губы, сосочки молочных желез и половые органы). В покрытой волосами коже их меньше и здесь они принимают форму рецепторов волосяных фолликулов. Реагируют на скорость изменения силы, т.е. являются датчиком скорости.
Тельца Пачини (пластинчатые тельца, тельца Фатера-Пачини) - наиболее крупные и наиболее распространенные в организме рецепторы, а потому они являются наиболее изученными рецепторами кожи. Располагаются в гиподерме и частично в глубоких слоях дермы. Кроме того, они обнаружены и в сухожилиях и фасциях мышц, в надкостнице, в суставных сумках. Тельце Пачини напоминает луковицу, состоит из наружной капсулы, внутренней колбы и заключенного в нее дендрита афферентного нейрона. Пространство между наружной капсулой и внутренней колбой, а также внутри колбы заполнено жидкостью (ликвором). Возбуждение этих рецепторов происходит при кратковременном (в течение 0,1 мс) смещении капсулы на 0,5 мкм.
Тельца Пачини считаются датчиком ускорения. Благодаря своим свойствам они воспринимают самую незначительную деформацию кожи при соприкосновении с различными предметами и почвой, т.е. с какой скоростью смещается кожа.
Таким образом, большинство тактильных рецепторов локализовано, как правило, в глубоких слоях эпидермиса и сосочковом слое кориума.
Всех их можно разделить на три главных типа:
- рецепторы давления (датчики силы), которые ведут себя как пропорциональные датчики, т.е. генерация рецепторного потенциала в них тем активнее, чем сильнее действует раздражитель. Поэтому их еще называют пропорциональными рецепторами. Это свободные неинкапсулированные нервные окончания, диски Меркля, тельца Руффини;
- рецепторы прикосновения (датчики скорости) реагируют на скорость изменения силы, т.е. скорость вдавления стимула, поэтому осуществляют пространственное и временное тактильное различение. Это тельца Мейсмера и рецепторы волосяных фолликулов;
- рецепторы вибрации (датчики ускорения) - тельца Пачини - реагируют на изменение скорости механического воздействия.
Однако при этом необходимо подчеркнуть, что механические стимулы, обычно действующие на кожу, одновременно возбуждают в той или иной степени несколько типов механорецепторов в зависимости от характера стимула. Поэтому возникающие ощущения нельзя приписать рецепторам одного типа. Соответственно в повседневной жизни трудно определить различия между ощущениями давления и прикосновения.
Принцип работы механорецепторов . Независимо от того, что одни рецепторы реагируют на изменение силы, вторые - на скорость изменения этой силы, а третьи - на вторую производную изменения силы, во всех случаях принцип работы рецептора состоит в том, что под влиянием механического стимула в мембране рецептора изменяется ионная проницаемость, что приводит к появлению рецепторного потенциала. Он вызывает выделение медиатора, что сопровождается появлением генераторного потенциала в дендритах чувствительного нейрона, благодаря которому изменяется частота генерации потенциалов действия.
Различия в восприятии механических стимулов определяются скоростью адаптации тактильных рецепторов. Так, быстро адаптирующиеся рецепторы являются датчиками скорости, или ускорения, а медленно адаптирующиеся - датчиками изменения силы. В то же время скорость адаптации определяется структурой рецепторов - наличие сложно организованной капсулы рецептора повышает скорость его адаптации (укорачивает рецепторный потенциал), поскольку такая капсула хорошо проводит быстрые и гасит медленные изменения давления. Адаптация механорецепторов кожи имеет большое значение - благодаря этому свойству рецепторов мы перестаем ощущать постоянное давление одежды, привыкаем носить на роговице глаз контактные линзы, а на носу - очки и т.д.
Проведение осязательной информации в центральный отдел
Сенсорная информация от механорецепторов кожи передается в кору больших полушарий по нервным волокнам тонкого и клиновидного пучков, образующих лемнисковую систему. Тонкий пучок, или пучок Голля, несет информацию от рецепторов нижних конечностей и нижней части туловища, а клиновидный пучок, или Бурдаха, - от рецепторов верхних конечностей и верхней части туловища. Оба пути состоят из афферентных нейронов (они находятся в спинномозговых узлах), аксоны которых вступают в задние рога спинного мозга и, не прерываясь, направляются в составе задних столбов до тонкого (ядро Голля) и клиновидного (ядро Бурдаха) ядер продолговатого мозга.
Аксоны нейронов этих ядер полностью перекрещиваются на уровне олив, образуя медиальный лемниск (петлю), и, поднимаясь дальше, заканчиваются в специфических ядрах таламуса, которые из-за своего анатомического положения называют вентробазальным комплексом. Нейроны специфических ядер таламуса посылают свои аксоны в соматосенсорные зоны коры больших полушарий (SI и SII). Поражение задних столбов клинически проявляется в потере мышечно-суставного чувства, вибрационной и тактильной чувствительности на стороне поражения при сохранении болевой и температурной чувствительности.
Лемнисковая система проводит точную (по силе и месту воздействия) и сложную (о давлении, прикосновении, вибрации и движении в суставах) информацию с большой скоростью (до 80 км/с).
Для всех составляющих лемнисковой системы (задних столбов спинного мозга, тонкого и клиновидного ядер, таламических ядер и корковых областей) выявлена четкая топографическая организация проекции кожи, т.е. каждый участок кожи контрлатеральной части тела занимает определенную зону, площадь которой зависит от функционального значения этой части тела.
Часть импульсов от рецепторов давления кожи и слизистой передается в кору больших полушарий и по вентральному спиноталамическому тракту, который проходит в составе передних столбов спинного мозга. Однако в спиноталамической системе на уровне таламических ядер правильная соматотопическая организация представительства поверхности тела отсутствует.
Особое место в передаче сенсорной информации от механорецепторов отводится V паре черепно-мозговых нервов - тройничному нерву, который в своих трех ветвях содержит афференты, идущие от лица и полости рта. Он иннервирует кожу, зубы, слизистую полости рта, язык и роговицу. Ко времени рождения тройничная система уже хорошо развита и проводит сенсорные сигналы, которые запускают пищевое поведение. Именно она обеспечивает первое сенсорное знакомство новорожденного с окружающим миром.
Корковый уровень анализа тактильной информации
Информация от нейронов специфических ядер таламуса первоначально поступает в две проекционные соматосенсорные зоны коры больших полушарий (SI и SII). В частности, информация от нейронов вентробазального комплекса направляется (контрлатерально) в первую проекционную зону, которая у приматов и человека находится в постцентральной извилине (SI). От нейронов задней группы ядер таламуса информация преимущественно поступает (контрлатерально и ипсилатерально) во вторую проекционную соматосенсорную зону коры (SII), которая расположена в области сильвиевой (латеральной) борозды (рядом со слуховой зоной). От этих двух проекционных соматосенсорных зон информация поступает в передние и задние ассоциативные зоны коры.
Первая проекционная соматосенсорная область, локализованная в постцентральной извилине (первичные зоны — 1-е и 3-е поля по Бродману, вторичные зоны — 2-е и 5-е поля), является, по сути, местом окончания лемнискового пути и ядром тактильного анализатора. Она отличается от других областей коры очень высокой степенью топографической организации (проекции различных областей поверхности тела на соматосенсорную кору осуществляются по принципу "точка в точку"). Такое явление называют соматотопией, или топографическим представительством. О наличии соматотопии свидетельствует тот факт, что при раздражении поверхности кожи короткими точечными прикосновениями первичный ответ в соматосенсорной коре локализуется в строго ограниченном участке.
Показано, что размеры представительства соответствующих участков поверхности кожи у человека и приматов в постцентральной извилине связаны не с величиной поверхности их тела, а зависят от биологической значимости информации, воспринимающейся тем или иным участком кожи. Например, у человека представительство губ, лица и кистей рук в этой зоне по площади намного больше, чем представительство туловища и нижних конечностей. Это дает специфический рисунок сенсорного гомункулюса — отражения тела человека в постцентральной извилине (рис. 4.2). Характер этого рисунка свидетельствует о высокой чувствительности и тонком различении для этих частей тела, а также их биологической значимости. Так, при осмотре какого-либо предмета, когда нам надо выяснить форму, наличие шероховатостей и т.д., мы поглаживаем этот предмет, т.е. касаемся его поверхности кожей нашей ладони.
Когда кора в области SI разрушена повреждением или удалена с терапевтической целью, возникает дефицит восприятия. Стимуляция кожи еще может быть воспринята как таковая, но способность локализовать ее и распознать пространственные детали раздражителя нарушается. Так, например, больные не могли на ощупь отличить овал от параллелепипеда (в клинике это нарушение носит название астерогнозис). Степень дефицита зависит от размеров поврежденного участка коры. Здесь снова выступает соматотопическая организация. Однако надо сказать, что после достаточно долгого промежутка времени подобные нарушения становятся слабее. Такое улучшение, по-видимому, обусловлено способностью других областей коры (например, 5-го поля теменной коры, соседнего с SI) принять на себя функции SI.
Рис.4.2. Схема чувствительного гомункулюса (соматотопическая организация соматосенсорной коры SI человека).
Разрез полушарий (на уровне постцентральной извилины) во фронтальной плоскости. Обозначения показывают пространственное представительство поверхности тела в коре, установленное на основании локальной стимуляции мозга бодрствующих больных.
Анализ информации от тактильных рецепторов в первой соматосенсорной зоне осуществляется нейронами, объединенными в вертикальные колонки, которые можно рассматривать как своеобразные функциональные единицы, или блоки коры. Каждая такая колонка, получая информацию от рецепторов одной и той же модальности, находящихся на одном и том же рецептивном поле кожи, проводит этот анализ с участием специализированных нейронов, число которых в колонке достигает 10 5 . Каждый из этих нейронов «настроен» на определенный признак, наличие которого в поступающей информации вызывает возбуждение соответствующего нейрона. Благодаря деятельности колонок мозг получает информацию обо всех свойствах стимула, воздействующего на соответствующий участок кожи.
Во вторую соматосенсорную зону коры больших полушарий (SII), расположенную в области сильвиевой борозды вблизи от слуховой зоны (40-е и 51-е поля), поступают импульсы от тактильных рецепторов кожи «своей» и противоположной стороны. Эта зона содержит точное и детальное представительство поверхности тела, как и первая соматосенсорная зона, с тем различием, что проекции обеих половин тела во второй соматосенсорной зоне полностью перекрываются, благодаря чему происходит объединение и сравнение информации поступающей от правой и левой половины тела, т.е. имеет место билатеральное соматотопическое представительство. Как полагают, SII специально играет роль в сенсорной и моторной координации активности на двух сторонах тела (например, хватание или ощупывание обеим руками). Не исключено, что вторая соматосенсорная зона может, кроме того, осуществлять контроль над афферентной передачей сигналов в таламических ядрах.
От первичных и вторичных проекционных зон коры информация от тактильных рецепторов поступает в передние (фронтальные) и задние ассоциативные зоны коры, благодаря которым завершается процесс восприятия, т.е. происходит опознание образа (акцепция сигнала). Это реализуется с участием специальных нейронов («бабушкиных» нейронов), проходящих «обучение» в процессе индивидуального развития человека.
В целом роль соматосенсорной зоны коры состоит в интегральной оценке соматосенсорных сигналов, во включении их в сферу сознания, полисенсорный синтез и в сенсорное обеспечение выработки новых двигательных навыков. Удаление или повреждение соматосенсорных зон коры приводит к нарушению способности локализовать тактильные ощущения, а их электростимуляция вызывает ощущение давления, прикосновения, вибрации и зуда.
Лекция № 13. Соматическая и проприоцептивная сенсорные системы. Вспомогательный аппарат соматической сенсорной системы
Старая физиология предлагала к рассмотрению соматосенсорную систему, включая в это понятие только кожный анализатор. Современная наука, учитывая тесную связь покрова тела с внутренними органами (висцеро-сенсорные связи), предлагает включать в понятие соматосенсорная система следующее:
1 - болевую, температурную и тактильную сенсорные системы (кожный анализатор),
2 - проприоцептивную сенсорную систему (анализатор мышечно-суставного чувства),
3 - висцеральную сенсорную систему (интероцентивный анализатор).
Болевая (ноцицептивтивная) сенсорная система имеет особое значение для выживания организма. Боль - неизбежный и постоянный спутник человека, предупреждающий об опасности, защищающий организм. Боль вызывает охранительные рефлексорные реакции, сопровождается вегетативными изменениями: расширением зрачков, сужением сосудов, повышением АД, учащением пульса, напряжением мышц в регионе.
Болевые ощущения возникают при действии любых чрезмерных раздражителей. Первыми реагируют на раздражение болевые рецепторы - свободные нервные окончания, расположенные как в поверхностных слоях кожи, так и внутри тела. При усилении раздражителя включаются рецепторы других типов (тактильные, температурные), передавая мощный поток болевых импульсов к таламусу (подкорковый уровень), а затем в кору. Локализация болевой чувствительности в коре полушарий точно не выяснена. Раздражение коры не вызывает боли, поэтому считается, что центром болевой чувствительности является таламус.
В зоне повреждения или воспаления тканей боль обеспечивается образованием БАВ в нервных окончаниях любого типа (гистамин, брадикинин, простагландины, фактор Хагемана). При заболевании все большее число рецепторов становится способными воспринимать боль. Благодаря «превращению» различных рецепторов в болевые, кожа обладает огромной болевой настороженностью.
Температурная сенсорная система имеет большое значение для нормальной работы механизмов терморегуляции. Рецепторы системы залегают в коже, роговице глаза, слизистых оболочках и внутренних органах. Терморецепторов 2 вида:
- тепловые (тельца Руффини),
- холодовые (колбы Краузе).
Холодовые терморецепторы передают импульсы по быстро проводящим миелиновым волокнам группы А. Тепловые рецепторы проводят информацию по медленно проводящим миелиновым волокнам группы С. Первый нейрон температурной сенсорной системы лежит в спинальном ганглии, второй в заднем роге спинного мозга, третий в таламусе. Путь температурной чувствительности - боковой спинно-таламический. При одновременном возбуждении тепловых и холодовых рецепторов субъективно у человека возникает чувство «жара». При повышении температуры тела (лихорадке) появляется ощущение «озноба». Ощущение холода более интенсивно, чем тепла, но более кратковременно, т.к. колбы Краузе лежат в коже более поверхностно.
Тактильная сенсорная система обеспечивает восприятие прикосновения, давления, вибрации. Рецепторы системы лежат в коже неравномерно. Их наибольшее количество находится на губах, кончиках пальцев и кончике языка, в коже сосков груди и половых органов.
Свободные нервные окончания, оплетающие волосяную луковицу реагируют на самое легкое прикосновение при отклонении волоса на 5 0 . Диски Меркеля расположены в коже пальцев рук. В коже, лишенной волосяного покрова, локализованы тельца Мейсснера. Более глубоко в коже залегают тельца Паччини, реагирующие на давление и вибрацию. Методом двухточечного теста выявляются участки кожи с наибольшей плотностью рецепторов. Наименьшее расстояние между ножками циркуля Вебера 1,1 мм определяется у кончика языка, 2,2 мм - у кончиков пальцев, 6,8 мм - у кончика носа, 8,9 мм - у середины ладони, 67 мм - по средней линии спины.
Первый нейрон тактильной сенсорной системы лежит в спинальном ганглии, второй - в заднем роге спинного мозга, третий - в таламусе, четвертый - в постцентральной извилине коры полушария. Главный путь тактильной чувствительности - передний спинноталамический.
Пропреоцептивная сенсорная система обеспечивает мышечно-суставное чувство с помощью которого контролируется положение тела в пространстве и взаиморасположение его частей. Проприорецепторы расположены в мышцах, сухожилиях и связочно-суставном аппарате.
Проприорецепторы (механорецепторы двигательной сенсорной системы) делятся на 3 основных типа:
1 - тельца Гольджи (оплетают сухожильные волокна мышц или свободнолежащие),
2 - Тельца Пачини (залегают в фасциях, сухожилиях и капсулах суставов),
3 - нервно-мышечные и нервно-сухожильные веретена (имеют удлиненную форму и лежат в толще мышц). Эти рецепторы состоят из капсулы и проходящих внутри нее интрафузальных волокон (остальные волокна мышцы - экстрафузальные).
Рецепторы первого и второго типов возбуждаются при сокращении мышцы, а веретена - при расслаблении. Поток импульсов обратной связи, поступающих от всех типов проприорецепторов, информируют ЦНС при любом состоянии мышц, при всех, даже самых малейших изменениях мышечного тонуса. Чувствительность рецепторов в веретенах регулируется самой ЦНС с помощью двух разновидностей нервных волокон :
1. a - волокон (таких до 70 %) и
2. g - волокон (таких до 30 %).
По a - волокнам идут импульсы, вызывающие сокращение мышцы, а по g - волокнам поступают импульсы сокращения только к интрафузальным волокнам мышечных веретен. При этом угнетается их возбудимость.
Импульсы проприоцептивной чувствительности идут к первому нейрону в спинальном ганглии, второй нейрон лежит в заднем роге спинного мозга (ядра Кларка), третий - в таламусе, четвертый - в предцентральной извилине коры полушария. Пути проприоцептивной чувствительности - пучки Голля и Бурдаха, передний и задний спиномозжечковые пути.
Висцеральная сенсорная система
Висцерорецепторы (рецепторы внутренних органов) по сравнению с экстерорецепторами обладает большей специфичностью по отношению к действующим раздражителям. Среди них различают: хеморецепторы, осморецепторы, баррорецепторы и болевые рецепторы.
Сдвиги в состоянии внутренних органов, связанные с изменением химизма. Осмотического и механического давления, температуры, вызывают изменение сигналов поступающих в ЦНС. В ответ на это изменяется нервная и гуморальная регуляция работы органов.
Особенностью висцеральной сенсорной системы является то , что ее сигналы, как правило. Не ощущаются человеком.
Болевая, соматическая и висцеральная сенсорные системы тесно связаны между собой висцеросенсорными связями. Внешние рецепторы кожи таким образом становятся посредниками между внешним миром и внутренней средой организма. Каждый орган имеет свое представительство на определенных участках кожи. Такие участки называются зонами отраженных болей, или иначе - проекционными зонами Захарьина - Геда, а кожа является зеркалом внутренней среды организма.
Читайте также: