Ihon aistit Mitä ihon aistit koodaavat? Ihon aistinsolut ... - Lahti

Termo-kanavien lämpötilaherkkyysKipuaisti• Kipuaisti on varoittaa kudos- jasoluvaurioista• Erilaisia jakojaKipuSomaattinenPinnallinenSyväkipuSisäelin• Suurin osa termoTRP-kanavista aktivoituu kuumassa (1-4),joista osa kipureseptoreissa (trpv1 ja 2)• Vain Trpm8 varsinainen kylmä-sensitiivinen kanava• Trpv1 (polttava) ja Anktm1 (jäätävä) esiintyy yhdessä erääntyypin kipusoluissa sama solu voi reagoida sekä kipuatuottavalle kuumalle että kylmälle (polymodal receptor)Nopea-mekaaninen stim.Iho-pisto-nipistys jne.Hidas-pitkäaikainen mektai kemiallinen stim.Sidekudos,luut, jänteetlihaksetSappi-ja munuaiskivet,infarkti, vatsahaavaKipureseptorit• Kaikki kipureseptorit ovat vapaita hermopäätteitä– Iholla tiheässä– Valtimoiden seinämissä, jänteissä yms. syvemmissä kudoksissatiheys pienempi• 3 eri tyyppiä stimuluksia– Mekaaninen• Pisto, nipistys– Kemiallinen• Vaurioituneesta kudoksesta: Bradykiniini,serotoniini, histamiini,kalium, protonit, proteolyyttiset entsyymit + tulehdustekijät kutenprostaglandiinit (herkistävät)– Termaalinen• Lämpötilan nousetessa yli + 45°C kipureseptorit aktivoituvat• Kipureseptorit eivät adaptoidu, vaan joissain tapauksissane herkistyvät hyperalgesiaLämpöherkkä kipureseptori• Lämpötilan noustessa>43 °C kudostuhoja alkaatapahtua (proteiinitdenaturoituvat)• Samassa lämpötilassaaktivoituvat myöslämpöherkätkipureseptorit• Sensorina solussa onlämpöherkkä ionikanava– Ionikanavaa herkistää mm.asidoosi, PKC fosforylointi,bradykiniini, prostaglandiini hyperalgesiaKipuhermotyypit• Vapaat hermopäätteet ovat kytkeytyneet 2eri tyypin hermoihin kaksi eri rataakipureseptoreista CNS• Aδ-hermot– Nopea kipu mekaanisesti tai termaalisesti– Myelinisoituneita, nopea johtuminen; 6-30m/s– Neospinotalaminen rata: Aδ-hermot 2-asteen interneuroni selkäytimen laminamarginalis talamussomatosensorinenaivokuori• C-hermot– Hidas kipu (krooninen), kemiallinen taipitkäkestoinen mekaaninen/termaalinen– Ei myeliinituppea, hidas johtuminen ;0,5-2m/s– Paleospinotalaminen rata: C-hermot2-asteen interneuroni selkäytimen substantiagelanosa osa hermoista talamuksenkautta somatosensorinen aivokuori, loputmm. ydinjatkokseen, aivosiltaan jakeskiaivoihin (aivorungon aivoverkko; uni)• Aivojen alemmat osatkin osallistuvat kivuntiedostamiseen koe-eläimilläKivun paikantaminen• Nopea kipu on helpompi paikantaa tietyllealueelle, kuin hidas, jatkuva kipu– Samalta ihoalueelta tuleva tuntoaistimus helpottaanopean kivun paikallistamista– Ilman tuntoaistimusta kiputuntemuksen paikallinenresoluutio on heikko ~10 cm• Paleospinaalinen rata suuri konvergenssihuono resoluutio– Kroonisen kivun paikallistaminen vaikeaa3

Heijastekipu• Joissain tapauksissa henkilö tuntee kivun paikassa, joka voi ollakaukanakin kivun varsinaisesta lähteestä heijastunut kipu• Mekanismi: Samat spinotalamiset neuronit (selkäytimessä)muodostavat synapseja eri paikoista tulevien sensoristen neuronienkanssa. Stimulus mielletään tulevaksi alueelta, jolta tulee useimmitenkyseisen interneuronin ärsytys.ABCPorttisolu-teoria• Useilla eri kipuradan tasoillainhibitooriset neuronit vaikuttavatkipuradan aktiivisuuteen• Näitä inhibitorisia neuroneitakutsutaan portti-soluiksi– Välittäjä aineina opiaatit; enkefaliini,dynorfiini, β-endorfiini (synt. Morfiini)• Toiminta;– A) kun kipureseptorista ei tuleärsytystä inhibitoorinen neuroni ontoonisesti aktiivinen– B) kun kipureseptori aktivoituu, semyös inhiboi porttisolun voimakasaktiviteetti lähtevissä kipuradoissa– C) saman alueen kosketusaistinaktivoituminen aktivoi porttisolujavähentää kipuhermon ärsytystäSelkäytimen sensoriset radatSelkäytimen takajuosteTakajuosteen sensorinen rata• Suurin osa sensorisestainformaatiosta– Kosketus, värinä, paine,lihasten aistit– Paksuja hermoja– Selkäydin (dorsaali)ydinjatkos aivosiltakeskiaivot talamusaivokuoriSpinotalaminen rata• Lämpötila, kipu, paine– Ohuita hermoja (hidas)– Selkäydin (lateraali)ydinjatkos aivosiltakeskiaivot talamusaivokuoriSomatosensorinen aivokuori• Sensorisella aivokuorellakukin kehon alue onedustettu ominaalueinaan• Alueen edustus on sitäsuurempi mitä enemmänalueelta kerätään aistiinformaatiota– Kasvojen ja käsien alue4

Kemialliset aistitKielen makuaisti• Haju ja maku• Kemialliset aistit perustuvat molekyylien muodontunnistukseen aistinsoluissa• Reseptorit paikallisia; erilaistuneita aistinelimiä• Makuaisti on paikallinen, vaatii reseptorien kosketustamaun lähteen kanssa• Hajuaisti on kaukoaisti, hajun lähde voi olla kaukanakin– Hajuaisti on herkkä, hajuaineet erotetaan hyvin pieninäpitoisuuksina• Lähes koko kielen pinnanalueella on nystymäisiärakenteita (maku taikielinystyt, taste buds)– Eri kokoisia eri alueellakieltä (filiform, fungiform,circumvallate)• Makunystyissä sijaitseemakusilmut (taste pore),joissa aistinsolut• Eri kielen alueillaherkkyyksiä tietyillemauilleMakunystyn rakennea. Makusilmu (leveys n.30 µm)b. Makusilmu, jossa 2reseptoriac. Valokuviamakusilmustaa. mm. bipolaarisolujad. 3-D konstruktiomakusilmustae. MakureseptorinrakenneMikä maistuu miltäkin?• Aistimukset mausta liittyvät tietyn kemikaalin interaktioon makuaistinsolunkanssa• Kehittyneet evoluutiossa erottelemaan syötäväksi kelpaavakelpaamattomasta tai jopa myrkyllisestä• Makea– Orgaanisia yhdisteitä erit. sokerit• Suolainen– Elektrolyytit, natrium, kalium• Hapan– Hapot, sitruunahappo yms.• Kitkerä– Pilaantuneissa ruuissa– Kasvialkaloidit (monet myrkkyjä), nikotiini, kofeiini, kiniini, morfiini jne.• Umami (japani; umai=herkullinen)– Aminohapot lihassa– Glutamiinihappo (arominvahventaja, natrium-glutamaatti)• VesiMakuaistinsolut• Primaariset makureseptorit:– Makea, hapan, suolainen, karvas– Lisäksi reseptoreita umamille (liha) ja (vedelle)• Umami; (Miellyttävä) maku, joka on tyypillistä lihalle– Reseptorit herkkiä aminohapoille, erityisesti glutamaatille, pienillepeptideille• Vesi; Tutkimukset ovat osoittaneet, että on olemassavesireseptoreita erityisesti kurkunpäässä– Maistamisherkkyydessa suuria yksilollisiä eroja, joistaosa perittyjä (preferenssit opittuja)– Makureseptorien määrä vähenee iän myötä– Makureseptorin elinikä on lyhyt n. 10 päivääKuinka eri maut aistitaan• Suolainen jahapan (+karvas)– Suoratkanavavaikutukset• Makea, karvas jaumami– Reseptorit; cAMP,cGMP, IP 35

Ionikanavat makuaistinsoluissaSuolaisen ja happaman maistaminen• Aistiminen ionikanavilla– Ioni suoraan läpi kanavasta(virta)– Makumolekyyli moduloiionikanavaa• Myös muut ionit kuin Na(suola) ja H (hapan)• Myös muut kuin ionit(esim. kiniini)• Solun sisäiset tekijätmoduloivat• Suolaisuus– Reseptoreissa natriumkanavia(amiloriidisensitiivinen)– Suurehko vuotovirta– Ulkopuolen [Na + ] i nousee depolarisoiva virta kasvaatransmitterin erityssensorisen neuronin aktivaatio• Happamuus– K + kanava, joka inhiboituuprotoneilla– Kalium virta normaalistihyperpolarisoi solua kanavakiinnidepolarisaatiotransmitterineritys sensorisen neuroninaktivaatioMakutransduktioKarvas• Reseptori G-protPLC IP 3 kalsiuminvapautuminen ER:stäeksosytoosipostsynaptinenpotentiaaliAPMakutransduktioMakea• Reseptori G-proteiiniadenylaattisyklaasicAMPPKA kaliumkanavainhibiitiodepolarisaatiojännite-aktivoituva kalsiumkanava solun sisäinenkalsiumkonsentraationouseeeksosytoosipostsynaptineneksitaatioMakutransduktioUmamiMakureseptorit• Glutamaatti sitoutuuspesifiseenreseptoriinsamGluR4 G-proteiiniaktivaatio (ei tiedetämikä) PDEaktivaatio cAMPalas mikä onkohde?6

• Eri osista kieltä lähtee vieviähermoja– Craniaalihermot VII, IX ja X– Kukin hermottaa eri tyypinmakunystyalueita• Talamuksen aivokuorelle• Gustatorinen aivokuorisijaitsee lähellä kielensomaatis-sensoristaaivokuorta (tunto)• Makuaisti adaptoituunopeasti– Reseptorien adaptaatioselittää tästä vain pienenosan CNS adaptoituu?– Tässä suhteessa eroaauseimmista muista aisteistajoilla adaptaatio tapahtuureseptoreissaMakuaistin hermoradatThe 2004 Nobel Prize in Physiology orMedicinePress Release: 4 October 2004The Nobel Assembly at Karolinska Institutet has today decided to awardThe Nobel Prize in Physiology or Medicine for 2004jointly toRichard Axel and Linda B. Buckfor their discoveries of"odorant receptors and the organization of the olfactory system“Löysivät hajureseptoreita koodaavan geeniperheenLöysivät feromonireseptoreita koodaavan geeniperheenHajuaisti• Erottaa tuhansia (~10000) eri tuoksuja• Nisäkkäiden genomissa ~1000 erireseptoriproteiinigeeniä ~1000 erilaista reseptoria• N. 3% kaikista geeneistä– Teoriassa miljardeja erilaisia tuoksuja– Ihmisellä suuri osa pseudogeenejä• CNS tulkitsee eri hajut perustuen eri reseptorityyppiensuhteellisiin aktivoitumisiin• Reseptorien kierto nopeaa, vähenee iän myötä• Perinteisesti ainakin 7 eri perustuoksua– Kamferi, Myski, Kukkais, Piparminttu, Eetteri, Pistävä,Mädäntynyt (pilaantunut)Haistaminen• Nenäontelossahajuaineetkosketuksessahajuepiteelin kanssa– Hajuepiteelissäreseptorisolujen karvoja(20-30, suuri pinta-ala)– Hajuaineet sitoutuvatreseptoreihinspesifisetreseptorit aktivoituvat– Glomerulus, kunkinreseptorityypin aksonitomat aksonitHaistamisen anatomiaaHajutransduktio• Hengitysilman mukananenäonteloon tulevathajuaineet joutuvatkosketuksiin hajuepiteelinkanssa– Hajuepiteelissä; reseptorisolut,tukisolut, tyvisolut ja liman(uusiutuu nopeasti,Bowmannin rauhaset)peittämät reseptoreidenvärekarvat– Reseptorisolujen aksonitseulaluun läpisynapsithajukäämin (olfactory bulb)sensoristen neuronien kanssaInhibiitioStimulaatio• Sitoutuminen spesifiseen reseptoriin hajutransduktio– Adenylaattisyklaasi cAMPKationikanava– Adaptaatio• Kalsiumkationikanavan herkkyys + cAMP hajoitus• PKA, ORK Reseptorin fosforylaatio7

Hajuaistinsolun sähköiset vasteet• Molekyylin sitoutuminenreseptori(AC ym. ) kationikanavadepolarisaatio(generaattoripotentiaali) APKuinka hajut koodataan• Nykyinen teoria tai mallihaistamisesta• Hajuaineilla 2 ominaisuutta– Kuvattu tässä muoto/väri• Reseptorit ovatspesialisoituneethavaitsemaan tietynmuodon ja värin• Jompikumpi aiheuttaaosittaisen vasteen• Kumpikin ominaisuustarvitaan täyteenaktivaatioonHajuaistiradat• Hajuhermo on ainoaperifeerinen hermo, joka liittyysuoraan isoihin aivoihin– Hajuhermohajuaivokuorelle• Otsalohkon alaosassa– Suoraan yhteydessä limbiseenjärjästelmään– Talamuksen kauttafrontaalikorteksilleFeromonit• Molekyylejä, joita saman lajin yksilöt ovat tuottaneet javapauttaneet– Kertoo jotain lähettäjästä– Saa aikaan reaktion vastaanottajassa• Vomeronasaalielin– Eläimillä erilaistunut elin feromonien aistimiseen– Ihmisellä sikiökaudella selvä VHO• Kehityksen aikana pienenee/häviää?• Samaan paikkaan nenäontelossa jää rakenteita (VHO)• Reseptorit– VNO:ssa (eläimet) ekspressoidaan sille spesifisiä (G-protreseptoreita)– Ihmisellä kaikki paitsi yksi VNO reseptoreiden geeneistä ovat ns.pseudogeenejä (toimimattomia kopioita)• Löytyi 11:sta eri etnistä taustaa olevalta ihmiseltä• Mitä ja missä tämän geenin tuottama proteiini ihmisellä tekee?KertaustaLateraalinen inhibiitioKertaustaReseptiiviset kentät8

KertaustaIhon tuntoaistiKertaustaKipuKertaustaLämpöaistiKertaustaSilmän osatKertaustaValon transduktioKertaustaVärinäkö9

KertaustaValon transduktioKertaustaGangliosolujen toimintaKertaustaNäköradatKertaustaÄäni ja korvan osatKertaustaSimpukan rakenne/toimintaKertaustaÄänen korkeuden aistiminen10

KertaustaKarvasolun toimintaKertaustaTasapainoelinKertaustaKulmakiihtyvyyden aistiminenKertaustaTasapaino/PainovoimaKertaustaHajuKertaustaHajureseptoritFig. 2. Phylogenetic tree ofsequence relationshipsamong ORs. This treecompares the 339members of the humanOR family, 23 rodent ORsof known function, and 28fish ORs. Greenbranches represent fishORs, and red branchesrepresent human androdent ORs with knownodorant specificities.11

KertaustaMakuKertaustaMakutransduktioKertaustaEri mautAivojen sensorinen kartta12