Светочувствительные рецепторы, которые находятся в глазах: палочки и колбочки, особенности строения и функции

Строение сетчатки глаза

В структурном строении сетчатки колбочкам и палочкам отведена вполне определённая область. Эти зрительные рецепторы, пронизывающие нервную ткань, которая образует глазную сетчатку, способствуют быстрому преобразованию получаемого светового потока в комбинацию импульсов.

В сетчатке формируется картинка, спроектированная при непосредственном участии глазного участка роговицы и хрусталика. На следующем этапе изображение перерабатывается, после чего нервные импульсы, перемещаясь по зрительному пути, доставляют информацию в нужный отдел головного мозга. Сложное и полностью сформированное устройство глаз даёт возможность моментально обрабатывать любую информацию.

Основная доля фотографических рецепторов концентрируется в так называемой макуле. Это область сетчатки, расположенная в её центральной зоне. Из-за соответствующего цвета макулу ещё называют жёлтым пятном глаза.

Что представляют собой колбочки глаза?

Колбочками называют зрительные рецепторы, которые реагируют на световые волны. Их функционирование напрямую связано со специальным пигментом — йодоспином. Этот многосоставной пигмент состоит из хлоролаба (отвечает за восприятие зелено-жёлтого спектра) и эритролаба (чувствителен к красно-жёлтому спектру). На сегодняшний день — это два досконально изученных пигмента.

У человека с идеальным зрением в сетчатке находится практически семь миллионов колбочек. Они микроскопического размера и в геометрических параметрах уступают палочкам. Длина отдельно взятой колбочки порядка пятидесяти микрометров, а диаметр около четырёх. Нужно отметить, что чувствительность колбочек к световым лучам приблизительно в сто раз ниже, чем у палочек. Однако благодаря им глаз может качественно воспринимать резкие перемещения объектов.

Колбочки образуют четыре отдельные зоны. Наружная область представлена полудисками. Перетяжка выступает в роли связующего отдела. Внутренняя область имеет в составе набор митохондрий. Наконец, четвёртая зона — это область нейронных контактов.

1. Наружная область полностью образована полудисками, формирующимися из плазматической мембраны. Это мембранные складки микроскопических размеров, полностью покрытые чувствительными пигментами. Регулярный фагоцитоз этих образований, а также их постоянное обновление в рецепторном теле, позволяют обновляться наружной области колбочки. В этой области происходит продуцирование пигмента. За сутки может обновиться до ста полудисковых плазматических мембран. Для полноценного восстановления всего набора полудисков потребуется приблизительно две недели.
2. Связующая область, выпячивая мембрану, создаёт мост между наружным и внутренним участком колбочек. Налаживание связи осуществляется при участии пары ресничек и внутреннего содержимого клеток. Реснички и цитоплазма могут переходить от одной области к другой.
3. Внутренняя область — зона активного метаболизма. Митохондрии, которые заполняют эту зону, транспортируют энергетический субстрат для зрительной функции. В этой части располагается ядро.
4. Синаптическая область. Здесь происходит энергетический контакт биполярных клеток.

Острота зрения находится в сфере влияния моносинаптических биполярных клеток, связывающих колбочки и ганглиозные клетки.

Существуют три типа колбочек в зависимости от восприимчивости к спектральным волнам:

• S -типа. Демонстрируют чувствительность к коротким волнам сине-фиолетового цвета.
• M -типа. Колбочки, улавливающие из средневолнового спектра. Это жёлто-зелёная цветовая гамма.
• L -типа. Чувствительны к длинным волнам красно-жёлтого цветового исполнения.

Палочки глаза: особенности строения и функции

Форма палочек схожа с цилиндром, имеющим равномерный диаметр по всей длине. Длина этих рецепторов глаз больше их диаметра почти в тридцать раз, поэтому форма палочек визуально вытянута. Палочки сетчатки состоят из четырёх элементов: мембранных дисков, ресничек, митохондрий и нервной ткани.

У палочек отмечается максимальная светочувствительность, что гарантирует их реагирование на самую незначительную световую вспышку. Рецепторный аппарат палочек будет активизирован даже при воздействии одного фотона энергии. Эта уникальная способность палочек помогает человеку ориентироваться в сумерках и обеспечивает максимальную чёткость объектов в тёмное время суток.

К сожалению, в своём составе палочки располагают лишь одним пигментным элементом, получившим название — родопсин. Его также обозначают как зрительный пурпур. Тот факт, что пигмент всего в единственном экземпляре, не даёт возможность этим зрительным рецепторам различать оттенки и цвета. Родопсин не имеет возможности мгновенно отвечать на внешний световой раздражитель, как это могут делать пигменты колбочек.

Являясь сложным белковым соединением, имеющим в составе набор зрительных пигментов, родопсин относят к группе хромопротеинов. Своим названием он обязан ярко-красной окраске. Пурпурный оттенок палочек сетчатки был обнаружен в результате многочисленных лабораторных исследований. Зрительный пурпур имеет в составе два компонента — жёлтый пигмент и бесцветный протеин.

Под действием лучей света родопсин начинает ускоренно разлагаться. Продукты его распада влияют на формирование зрительной возбудимости. Восстановившись, родопсин поддерживает сумеречное зрение. От яркого освещения белок разлагается, а его светочувствительность смещается синюю область зрения. Полное восстановление белка палочек у здорового человека может занять приблизительно полчаса. За этот промежуток времени ночное зрение достигает своего максимального уровня, и человек начинает просматривать очертания предметов.

Симптомы поражения палочек и колбочек глаз

Патологии, отмечающиеся повреждением этих зрительных рецепторов, сопровождаются следующими симптомами:

• Теряется острота зрения.
• Появляются внезапные вспышки и блики перед глазами.
• Снижается способность видеть в темноте.
• Человек не может найти отличия между разными цветами.
• Сужается поля зрительного восприятия. В редких случаях формируется трубчатое зрение.

Рецепторы кожи, которые реагируют на смену температуры

Согласно некоторым теориям для восприятия тепла и холода существуют разные типы рецепторов. За восприятие холодного отвечают колбы Краузе, а горячего – свободные нервные окончания. Другие теории терморецепции утверждают, что именно свободные нервные окончания предназначены для восприятия температуры. В таком случае, тепловые раздражения анализируются глубокими нервными волокнами, а холодовые — поверхностными. Между собой рецепторы температурной чувствительности образуют «мозаику», состоящую из холодовых и тепловых пятен.

Виды

Делятся на виды они по расположению в теле и раздражителю, благодаря которому мы получаем сигналы в нервные окончания. Рассмотрим более подробно классификацию рецепторов по адекватному раздражителю:

• Хеморецепторы – отвечают за вкус и обоняние, работа их основана на воздействии летучих и иных химических веществ.
• Осморецепторы – участвуют в определении изменения осмотической жидкости, т. е. на повышение или понижение осмотического давления (это что-то вроде баланса между внеклеточной и внутриклеточной жидкостями).
• Механорецепторы – принимают сигналы, основанные на физическом воздействии.
• Фоторецепторы – благодаря им наши глаза принимают видимый спектр света.
• Терморецепторы – отвечают за восприятие температуры.
• Болевые рецепторы.

Обонятельная сенсорная система

Основным органом в данной системе служит нос. Система получила свое название благодаря содержанию в ней обонятельных желез, в которых образуются одноименные клетки. При реакции с раздражителем они образуют обонятельные нити для передачи в полость черепной коробки, а затем в мозг. Обонятельная система состоит из:

• воспринимающего (органы обоняния);
• проводникового (обонятельный нерв);
• центрального отделов (обонятельная луковица).

Иными словами, раздражитель улавливается обонятельными рецепторами, передается по обонятельному нерву к луковице, которая связана ветвями с подкоркой переднего мозга.

Описание рецепторов тактильной чувствительности

Наш организм чрезвычайно интересен! К примеру, каждый рецептор отвечает за определенную реакцию на внешние раздражители. Существуют инкапсулированные нервные окончания (покрытые снаружи особой капсулой соединительной ткани), к ним относят:

1. Тельца Мейсснера расположены в неглубоких слоях кожи. Это свободные окончания нервных волокон, локализованные около мельчайших сосудов, тончайшие нервные волокна вокруг волосяной сумки на тех участках, где присутствует волосяной покров. Наибольшее количество такого типа рецепторов находятся на поверхности ладоней, кончиках пальцев, стопах, кайме губ, кончике языка. Эти рецепторы помогают познавать внешний мир.
2. Диски Меркеля – расположены небольшими группами в глубоких слоях эпидермиса и слизистой. Эти рецепторы отвечают за чувство давления. Они дают реакцию на прогибание кожного покрова под действием механической стимуляции, воспринимают осязательные раздражения, возникающие при соприкосновении кожи с предметами. Тельца располагаются на особо чувствительных участках и окружены тончайшими чувствительными нервными окончаниями.
3. Пластинчатые тельца Фатера-Пачини реагируют на вибрационные действия. Они находятся в более глубоких слоях дермы, жировой ткани, слизистых оболочках, на частях без волосяного покрова. Они служат детекторами коротких механических воздействий. Ощущение вибрации появляется после раздражения и деформации нескольких телец Фатера-Пачини.

На поверхности кожи расположены неинкапсулированные нервные окончания, которые передают ощущение чувства щекотания и передвижения по коже.

Вестибулярный аппарат

Рецепторы этой системы являются вторичными сенсорными клетками, не имеющими собственных нервных окончаний. Передача импульсов осуществляется при изменении положения головы или тела по отношению к окружающему пространству. Благодаря получаемым импульсам, человеческий организм способен поддерживать нужное положение тела. Важной частью этой системы является мозжечок, который улавливает вестибулярные афференты.

Действие

Согласно данным энциклопедии, рецептор – это объединение окончаний нервных волокон у некоторых нейронов, отличающихся чувствительностью, и специфических образований межклеточного вещества и специальных клеток живых тканей. Все вместе они занимаются тем, что превращают влияние факторов различного рода, которые часто именуют раздражителями, в особый нервный импульс. Теперь мы знаем, что такое рецептор.

Некоторые виды рецепторов человека воспринимают информацию и воздействие посредством специальных клеток эпителиального происхождения. Помимо этого, в обработке информации о раздражителях принимают участие также видоизмененные нервные клетки, но отличие их в том, что сами по себе нервные импульсы они генерировать не могут, а лишь действуют на иннервирующие окончания. К примеру, так работают вкусовые рецепторы (они расположены в эпителии на поверхности языка). Действие их основано на хеморецепторах, которые отвечают за восприятие и обработку воздействия химических или летучих веществ.

Теперь мы знаем, что такое вкусовые рецепторы и как они работают.

Порог пространства

Иногда при мгновенном прикосновении сразу к нескольким точкам, близко расположенным друг к другу, складывается впечатление только одного общего прикосновения. Самое маленькое расстояние между этими точками, выдающими реакцию нескольких прикосновений, имеют название порога пространства. Его измеряют с помощью эстезиометра Вебера, похожего на циркуль с миллиметровой шкалой.

В зависимости от участка на теле ощущения прикосновений возникают на различных расстояниях и имеют отличающиеся значения порога пространства. Минимальные значения на кончиках пальцев, языке и губах, максимальные значения преобладают на плече, бедре, спине. Пороги зависят от ветвления нервных волокон и количества тактильных рецепторов на данном участке.

Назначение

Стимулами, которые активируют те или иные рецепторы, могут служить очень различные эффекты и действия, к примеру деформация механического свойства (раны и порезы), агрессия химических веществ и даже электрическое или магнитное поле! Правда, какие рецепторы отвечают за восприятие последних, пока точно не установлено. Известно лишь, что такие точно есть, но развиты у всех по-разному.

Сущность и специфика

Специализированные клетки-рецепторы обладают высокой избирательной восприимчивостью к различным раздражителям. Наряду с основными видами: болевой, мышечно-суставной, температурной, внутренних органов, стоит тактильная чувствительность. Физиология человека позволяет получать данные, поступающие от сенсорных рецепторов, которые находятся на кожном покрове, мышцах, суставах, во внутреннем ухе. Получать информацию о внешнем мире и формировать представление о положении тела в пространстве, о поверхностях и текстурах. Главной и неотъемлемой составной частью межличностного общения является тактильная чувствительность. Именно она играет важную роль в физической близости.

В английском языке есть аналогичное понятие – tactile sensitivity. Оно выступает также способом познания окружающего мира. Учеными доказано, что осязание – одно из первых чувств, которое зарождается у эмбриона. Развитие тактильной чувствительности играет первостепенную роль в жизнедеятельности младенцев, так как у детей с отклонениями в показателях осязания наблюдаются проблемы с выживанием даже при способности слышать и видеть.

Локализация тактильных ощущений, измерение чувствительности

Место ощущения прикосновений или давления человек определяет очень точно. Локализация вырабатывается под контролем других органов зрения, мышечной восприимчивости и опыта, приобретенного в процессе развития.

Тактильная чувствительность на разных участках кожи отличается своей остротой. Губы, нос, язык характеризуются высокой степенью восприимчивости по сравнению с другими частями тела. Измерение чувствительности проводят с помощью эстезиометра Фрея. Прибор определяет необходимую для раздражения рецепторов и появления ощущений силу давления.

Первостепенные виды ощущений

После воздействия раздражающего характера на рецепторы, появляется несколько видов ощущений:

1. Вибрация.
2. Прикосновение.
3. Щекотание.
4. Давление.

Обычно их представляют как разные степени ощущения одного и того же воздействия, так как они возникают в случаях деформации кожной поверхности под воздействием механических раздражителей.

Осязательные рецепторы в коже

Осязательные рецепторы в коже могут делиться на разные классификации, но в основном подразумевают собой быстро адаптирующиеся и медленно адаптирующиеся. Адаптация, если касаться исключительно темы рецепторов, — это особое свойство сенсорных рецепторов снижать частоту раздражения при наличии постоянного сильного раздражителя. Проще говоря, это можно сравнить с так называемым «приобретением иммунитета» или же «привыканием».

К быстро адаптирующимся рецепторам в коже можно отнести:

• свободные нервные окончания;
• колбочки Краузе;
• тельца Пачини;
• Мейснеровы тельца.

Невозможно «отказаться» от какого-либо рецептора из тех, которые описаны выше. Каждый из них выполняет свою, уникальную роль, благодаря которой человек и может взаимодействовать с окружающим миром. Колбочки Краузе – эта специальная капсула, пластинчатого вида. Она окружает нервное окончание, представляющее собой спираль или же стержень. Колбочки получают раздражение и реагируют на вибрации низкой частоты.

Тельца Пачини – представляют собой особые структуры овалевидной формы. Их длина колеблется от нуля целых пяти десятых миллиметров до двух миллиметров. Располагаются в глубоких слоях дермы, их основная функция заключается в распознавании вибрации. К рецепторам с медленным снижением частоты от раздражителя относятся:

• Меркелевы диски;
• тельца Руффини;
• корневое сплетение волос;
• тельца Мейнера.

Смещения кожи в течение длительного времени не могут остаться незамеченными. Если кожа поменяла свое расположение, то получают раздражение тельца Руффини, которые и посылают соответствующие нервные импульсы. Они представляют собой специализированные окончания и находятся в глубоких слоях эпителия. Окончания чувствительного отростка нейрона образуют сеть тонких ниточек в капсуле, соединяющей ткани.

Рецепторы, получившие название «корневое сплетение волоска», реагируют на какое-либо движение волос на теле человека. Сенсорные нервные окончания образуют запутанную сеть около корня волоса с окружающим его пространством или, как говорят, корневым влагалищем. Данная сеть расположена непосредственно под сальными железами. Тельца Мейнера распознают движения кожи и низкочастотные колебания. Их нервные окончания образуют в капсуле спираль, ветви которой изолированы друг от друга.

Зрительная сенсорная система

Одна из наиболее значимых систем в жизни человека и имеющая сложное строение. Основными органами в зрительной системе являются глаза. Рассмотрим, что такое рецепторы глаз. Сетчатка глаза представляет собой центр нервных окончаний, в котором осуществляется обработка поступающих сигналов и преобразование их в импульсы, готовые для передачи в головной мозг. Сигналы передаются благодаря специальным клеткам с различными функциями:

• фоторецепторы (колбочки и палочки);
• ганглиозные клетки;
• биполярные клетки.

Благодаря светочувствительным клеткам зрительный анализатор осуществляет восприятие цветного изображения в дневное и сумеречное время суток со скоростью в 720 м/с.

Рецепторы кожи, отвечающие за тактильную чувствительность

Существует несколько типов рецепторов, отвечающих за тактильные ощущения:
•    тельца Пачини — это быстро адаптирующиеся к перемене давления рецепторы, имеющие широкие рецептивные поля. Эти рецепторы расположенны в подкожно-жировой клетчатке и отвечают за грубую чувствительность;
•    тельца Мейснера расположены в дерме и имеют узкие поля рецепции, что обуславливает их восприятие тонкой чувствительности;
•    тельца Меркеля — медленно адаптируются и имеют узкие рецепторные поля, в связи с чем их основная функция — ощущение структуры поверхности;
•    тельца Руффини отвечают за ощущения постоянного давления и располагаются, в основном, в области подошвы стоп.
Также отдельно выделяют рецепторы, расположенные внутри волосяного фолликула, которые сигнализируют об отклонении волоса от его первоначального положения.

Нарушения рецепторов

Из-за нарушения работы рецепторов у человека могут развиваться различные патологии, например “куриная слепота”.

Именно из-за нарушений функции палочек и колбочек в сетчатке глаза развивается дальтонизм. А также при ухудшении световосприятия уменьшается периферическое зрение. Уменьшение количества палочек приводит к снижению сумеречного зрения — «куриная слепота». Иногда из-за проблем с рецепторами человек может видеть молнии или блики перед глазами. Такие поражения возникают при пигментной дегенерации, отслоении или воспалении сетчатки и ее сосудов, при макулодистрофии (нарушение питания центра сетчатки). Многие из этих симптомов присущи различным болезням, потому перед началом лечения проводится диагностика.

Вкусовая сенсорная система

Основным органом в этой системе является язык, благодаря рецепторам которого человеческий мозг способен оценить качество и вкус употребляемой пищи и напитков.

На языке располагаются механорецепторы, способные оценить консистенцию продуктов, терморецепторы, определяющие уровень температуры пищи и хеморецепторы, непосредственно занимающиеся определением вкуса. Рецепторы языка располагаются во вкусовых сосочках (почках), содержащих в себе набор белков, которые при контакте с раздражителем меняют свои химические свойства, тем самым образуя нервный импульс для передачи в мозг. Они способны различать четыре типа вкусов:

• соленый – передняя часть языка (кроме кончика);
• горький – задняя часть органа;
• кислый – боковые рецепторы;
• сладкий – рецепторы кончика языка.

Но только в совокупности с обонятельной системой человеческий мозг способен оценить полноту передаваемых рецепторами ощущений и, в случае чего, уберечь от непригодных к употреблению продуктов.

Мышечные рецепторы

Любое, даже незначительное изменение, произошедшее в мышцах человеческого организма, не должно остаться незамеченным. Рецепторы, отвечающие за передачу импульсов от мышц, обеспечивают устойчивое положение тела в пространстве. Подобные специализированные клетки предоставляют центральной нервной системе информацию о смещении, растяжении и скорости изменения длины мышцы. Данные рецепторы включают в себя:

• сухожильный рецептор;
• мышечное веретено;
• увствительные нервы;
• соединительнотканную оболочку;
• двигательные нервы.

Сухожильные нити, отходящие от мышечных волокон, образуют сложную систему под названием сухожильных рецепторов. Волокна, войдя в капсулу, сильно разветвляются среди сухожильных нитей, и это дает возможность уловить все необходимые раздражители.

Мышечные веретена – это так называемый «рецептор натяжения». К нему подсоединены специальные окончания, улавливающие натяжение мышцы и передающие импульс в исполнительные органы. Эти волокна окружены соединительнотканной капсулой. Они относятся к так называемой подгруппе рецепторов, улавливающих мышечное натяжение.

Двигательные нервы — очередные сложные сенсорные рецепторы, содержащие в своем составе отростки нервных клеток. Эти отростки лежат непосредственно в ядрах нервов спинного мозга.
Какие-либо чувства, связанные с натяжением или прочим изменением мышцы, формируются в связи с деятельностью мышечных рецепторов в скелетных мышцах, расположенных между мышечными волокнами.

Мышечные рецепторы играют большую роль в передвижениях человека, если отвечают за сокращение мышц и передачу нервных импульсов к нефрону, а затем к аксону.

Принципы функционирования рецепторов

Рассмотрев изложенную классификацию, можно сделать вывод о том, что восприятие распределяется в зависимости от видов ощущений, для которых в организме существуют определенные сенсорные системы, различающиеся между собой функциональными особенностями, а именно:

• вкусовая система (рецепторы языка);
• обонятельная система;
• зрительная система;
• вестибулярный аппарат (моторика, движение);
• слуховая сенсорная система (слуховые рецепторы).

Рассмотрим каждую из этих систем более подробно. Только так можно до конца понимать, что такое рецепторы.

Виды рецепторов и их классификация

Для каждого ощущения, научно называемого раздражителем, существует свой вид анализатора, который способен преобразовать его в доступный для нервной системы импульс. Чтобы лучше понимать, что такое рецепторы, сначала нужно разобраться в их классификации.

Рецепторы могут различаться по месту локализации и типу принимаемых сигналов:

• экстерорецепторы – это вкусовые, зрительные, слуховые и осязательные рецепторы;
• интерорецепторы – отвечающие за опорно-двигательный аппарат и контроль внутренних органов.

Еще рецепторы человека классифицируются в зависимости от формы проявления раздражителя:

• хеморецепторы — рецепторы обоняния, языка и сосудов;
• механорецепторы- вестибулярные, тактильные, слуховые;
• терморецепторы- кожные и рецепторы внутренних органов;
• фоторецепторы — зрительные;
• ноцицептивные (болевые) рецепторы.

Рецепторы также различают по способности к количественной передаче импульсов:

• мономодальные — способны передавать лишь один вид раздражителя (слуховые, зрительные);
• полимодальные — могут воспринимать несколько видов (болевые рецепторы).