Narządy zmysłów człowieka budowa i funkcjonowanie

Narządy zmysłów


Zmysły - to systemy postrzegania, za pomocą których organizm odbiera z otoczenia informacje w postaci rozmaitych bodźców: mechanicznych, świetlnych, akustycznych albo chemicznych. Narządy zmysłów są wyposażone w wyspecjalizowane fizjologiczne jednostki, zwane receptorami albo sensorami.

Potocznie uważa się, że mamy pięć zmysłów: dotyk, wzrok, słuch, węch i smak.

Fizjolog jednak powie, że jest ich więcej. Oprócz dotyku, przez skórę odczuwamy także: ucisk, zmiany temperatury (zimno i ciepło), ból oraz wibrację. Zamiast potocznego określenia "zmysł dotyku" powinno się więc używać pojęcia "zmysły skórne". Poza wyżej wymienionymi jest też zmysł równowagi, dzięki któremu organizm może określić swoją pozycję w przestrzeni.

Narządy zmysłów są anatomicznie i fizjologicznie ściśle powiązane z układem nerwowym, a istota postrzegania zmysłowego to nie tylko odbiór bodźca na poziomie receptora, ale także, a może przede wszystkim - jego przetworzenie w ośrodkowym układzie nerwowym z wielokierunkową analizą w korze mózgowej włącznie.

Narządy zmysłów mogą stanowić zakończenie pojedynczego włókna nerwowego i być pojedynczym receptorem (np. rozmaite narządy czucia skórnego). Mogą jednak mieć też budowę bardziej złożoną, tworzącą strukturę składającą się z większych skupisk pojedynczych receptorów (np. okolica węchowa błony śluzowej jamy nosowej), albo nawet tworzyć skomplikowany układ odbiorczo-analizujący (np. oko, czy ucho), w którym występujące w ogromnej liczbie receptory stanowią najważniejszy, choć tylko jeden z wielu elementów składowych zwartej całości.


Złożony żywy organizm - za pomocą zmysłów, które są systemami postrzegania - stale odbiera z otoczenia, bliskiego i odległego, informacje w postaci rozmaitych bodźców: mechanicznych, świetlnych, akustycznych, albo chemicznych. Narządy zmysłów są wyposażone w wyspecjalizowane fizjologiczne jednostki, zwane receptorami, albo sensorami.

Narządy zmysłów mogą mieć budowę stosunkowo prostą - stanowić na przykład zakończenie pojedynczego włókna nerwowego i być pojedynczym receptorem (np. rozmaite narządy czucia skórnego) albo bardziej złożoną - tworzącą strukturę składającą się z większych skupisk pojedynczych receptorów (np. okolica węchowa błony śluzowej jamy nosowej), czy wreszcie - mogą tworzyć skomplikowany układ odbiorczo-analizujący (np. oko czy ucho), w którym występujące w ogromnej liczbie receptory stanowią najważniejszy, choć tylko jeden z wielu elementów składowych zwartej całości.

Ile mamy naprawdę zmysłów?

Potocznie uważa się, że jest ich pięć. Są to: dotyk, wzrok, słuch, węch i smak.

Fizjolog odpowie, że jest ich jednak więcej. Na przykład dotyk jest jednym z kilku rodzajów czucia skórnego. Oprócz dotyku, przez skórę, dzięki obecnym w niej wyspecjalizowanym i mającym zresztą różną budowę receptorom, odczuwamy także: ucisk, zmiany temperatury (zimno i ciepło), ból powierzchowny oraz wibrację. Zamiast potocznego określenia "zmysł dotyku" powinno się więc używać pojęcia "zmysły skórne".

Jest też wśród zmysłów - nie wymieniony wcześniej - zmysł równowagi, dzięki któremu organizm może określić swoją pozycję w przestrzeni.

Za pomocą zmysłów organizm nie tylko odczuwa (odbiera) zewnętrzne bodźce, ale także je wstępnie przetwarza i wysyła do centrów układu nerwowego, gdzie są ostatecznie analizowane i przetwarzane.

Czucie - w fizjologicznym rozumieniu - może mieć dwojaki charakter: receptorowy i oznaczać zmiany w receptorze, jakie zachodzą pod wpływem bodźca, albo efektorowy i stanowić ostateczne wrażenie powstałe w korze w wyniku analizy odebranego sygnału wysłanego przez receptor.

Narządy zmysłów są anatomicznie i fizjologicznie ściśle powiązane z układem nerwowym (nb. istnieje pojęcie jednostki czucia, którą stanowią wszystkie receptory połączone z jednym włóknem nerwowym przenoszącym bodziec do ośrodkowego układu nerwowego), a istota zmysłów to nie tylko odbiór bodźca na poziomie receptora, ale także, a może przede wszystkim - jego przetworzenie w ośrodkowym układzie nerwowym z wielokierunkową analizą w korze mózgowej włącznie.

Oddziaływanie bodźców

Każdy bodziec odbierany przez narządy zmysłów jest formą energii, która w zetknięciu z receptorem może wywołać w nim określone zmiany, spowodować odkształcenia. Efekty końcowe tych zmian mają zawsze elektryczny charakter, niezależnie od rodzaju oddziałującej energii, który polega na gwałtownych przesunięciach jonowych (zwłaszcza kationów sodowych) przez błonę komórkową receptora (czyli przez tzw. błonę receptorową).

Nie każdy jednak bodziec oddziałujący na receptor jest wystarczająco silny, by wywołać w nim elektryczną reakcję (zmianę potencjału elektrycznego). Musi on mieć odpowiednio dużą wartość, która zwana jest wartością progową. Potencjał elektryczny, który powstaje w receptorze w wyniku jego odkształcenia pod wpływem bodźca, zwany jest potencjałem generującym. Zależy on od wielkości bodźca i rośnie wraz z zwiększaniem się jego energii. Po osiągnięciu wartości progowej w receptorze jest indukowany impuls elektryczny.

Receptory mają różną pobudliwość. Wyjątkowo niski jej próg wykazują receptory siatkówki. Do wywołania w nich reakcji elektrycznej, która może być dalej odebrana w korze wzrokowej w mózgu, potrzeba zaledwie kilku kwantów energii świetlnej. Podobnie - do odkształcenia mechanoreceptora w skórze, za pomocą którego organizm odczuwa dotyk, potrzeba także bardzo niewielkiej energii. Siarkowodór obecny nawet w minimalnym stężeniu w powietrzu jest doskonale wyczuwalny przez receptory węchowe.

Bardzo ważne jest, by siła bodźca oddziałującego na receptor miała odpowiednio dużą szybkość narastania, bo tylko wówczas ma on szansę spowodować w receptorze istotne zmiany, w wyniku których jest generowany prąd elektryczny, dający się dalej przewieść przez włókno nerwowe.

Charakterystyczne dla receptorów jest zjawisko adaptacji, które polega na zmniejszaniu się w czasie wielkości potencjału generującego. Wyróżnia się receptory szybko i wolno się adaptujące. Do tych pierwszych należą np. mechanoreceptory wrażliwe na dotyk i ucisk. Przedłużające się oddziaływanie bodźca w czasie powoduje adaptacje receptora, przez co jest on coraz słabiej przez receptor odczuwany. Do wolno adaptujących się receptorów, a więc takich, w których mimo przedłużającego się oddziaływania bodźca ciągle jest generowany impuls elektryczny, należą niektóre termoreceptory. Ciekawe, że receptory bólowe, które są wolnymi zakończeniami nerwów, w ogóle się nie adaptują. Gdyby było inaczej, mogłoby dojść do trwałych uszkodzeń tkanek w wyniku nieprzerwanego oddziaływania na nie bodźca bólowego.

Receptory wykazują swoistość, co oznacza, że są nastawione na odbiór jednego rodzaju energii. I tak, receptory znajdujące się w siatkówce oka odbierają energię świetlną, receptory smaku i węchu - są nastawione na zmiany składu chemicznego otoczenia, receptory czuciowe w skórze reagują na odkształcenia mechaniczne powstałe w wyniku ucisku, termoreceptory (zimna i ciepła) czułe są na zmiany temperatur w określonych zakresach.

Swoistość receptora nie jest jednak bezwzględna. Jeśli jakiś bodziec oddziałuje na nietypowy dla niego receptor z wyjątkowo dużą energią, może spowodować w nim podobne zmiany, jakie powstają pod wpływem bodźca swoistego. Na przykład, jeśli z dużą siłą ucisnąć gałkę oczną, to w receptorach siatkówki powstaną odkształcenia, których efektem są niecharakterystyczne wrażenia świetlne zarejestrowane w korze wzrokowej.

Powstały w receptorze (zakończeniu nerwowym) w wyniku oddziaływania bodźca prąd elektryczny jest dalej przewodzony włóknami nerwowymi do ośrodków rejestrujących i przetwarzających bodziec. Ostatecznym celem przekazywanej w postaci impulsu elektrycznego informacji jest ośrodkowy układ nerwowy.


Zmysły

Człowiek, jak każdy złożony organizm, dysponuje kilkoma różnie rozwiniętymi zmysłami, umożliwiającymi odczuwanie skórne, widzenie, słyszenie, odczuwanie smaku i zapachów, utrzymywanie równowagi.

Odczuwanie skórne

W skórze znajdują się liczne zakończenia nerwowe - wolne i wchodzące w skład receptorów posiadających własną, odrębną strukturę, rejestrujące dotyk, ciepło, zimno oraz bodźce bólowe. Mechanoreceptory skóry reagują na ucisk dotyk i wibrację. Na dotyk są wrażliwe tzw. ciałka Meissnera i receptory okołowłosowe. Są to receptory, które adaptują się zarówno wolno, jak i szybko. Pola odczuwania bodźca przypisane tym receptorom mają zróżnicowaną powierzchnię, która wynosi od 1 do 12 mm2.

Rozmieszczenie receptorów czuciowych w skórze jest bardzo różne. Dlatego różne okolice skóry wykazują inną wrażliwość na ucisk. Najbardziej są wrażliwe opuszki palców i - czubek nosa, oraz wargi. Najmniej - ramiona, uda i grzbiet. Żeby wywołać rekcję w skórze czubka nosa wystarczy ucisnąć ją z minimalna siłą wynoszącą jedynie 2g/mm2. Aby spowodować podobny efekt na skórze ramion, trzeba ją ucisnąć niemal 20-krotnie mocniej.

W skórze i innych tkankach są rozmieszczone receptory rejestrujące ból, który jest nieprzyjemnym wrażeniem zmysłowym, powstałym w wyniku uszkodzenia (nocycepcji) tkanek. Mechanizm odczuwania bólu ma chemiczny charakter i związany jest z uwalnianiem z uszkodzonych tkanek mediatorów chemicznych, zwłaszcza - kinin (bradykininy), które oddziałując na zakończenia nerwowe, indukują w nich reakcje prowadzące do powstania impulsu elektrycznego.

W receptorach rozmieszczonych w narządach powstaje tzw. ból trzewny. Może być odczuwany jako "głęboki" (pochodzący "z głębi"), albo "powierzchowny", rzutowany, czyli odbierany tak, jakby pochodził z tkanek zewnętrznych. Jest to związane z uszkodzeniami wzdłuż dróg nerwowych.

Receptory bólowe mogą mieć też cechy mechanoreceptorów, reagujących na mechaniczne odkształcenia powierzchni, lub być mechano- i termoreceptorami. Narastająca siła bodźca powoduje, że poczucie dotyku lub ucisku, albo temperatury (ciepła lub zimna) przeistacza się w wyraźny ból.

Analiza czucia powierzchownego, w tym bólu, ostatecznie dokonuje się w korze mózgowej, w jej części czuciowej. Impuls elektryczny powstały w wyniku dotyku, bólu i temperatury jest przewodzony drogami nerwowymi do zwojów przyrdzeniowych, a stąd (sznurem tylnym) do rdzenia przedłużonego (dotyk, ucisk), wzgórza i kory czuciowej.

U człowieka, niezależnie od jego świadomości, podczas dowolnego ruchu, za pomocą tzw. proprioreceptorów, zbierane są informacje dotyczące położenia stawów względem siebie, długości mięśni (stopnia ich rozciągnięcia). Są one przesyłane do rdzenia kręgowego i już na jego poziomie mogą być przetwarzane z wydaniem dyrektyw korygujących (za pomocą prostych lub nieco bardziej złożonych odruchów) ruch. Ich celem jest nie tylko rdzeń kręgowy, ale także móżdżek i kora ruchowa mózgu. W nich dokonuje się bardziej złożona analiza ruchu dzięki sygnałom nadchodzącym od dużej liczby nadawców (proprioreceptorów różnych grup mięśniowych). W wyniku tej analizy uruchamiane są złożone odruchy polisynaptyczne, dzięki którym ruch ciała, stan napięcia mięśni są adekwatne do potrzeb.

Zmysł równowagi

Sprawne poruszanie się człowieka może być zapewnione tylko wówczas, gdy dobrze funkcjonuje jego zmysł równowagi. Jest w ustroju narząd, wchodzący w skład ucha wewnętrznego, którego receptory odbierają sygnały o położeniu ciała w trójwymiarowej przestrzeni. Te receptory są wyspecjalizowanymi komórkami zaopatrzonymi w rzęski zanurzone w gęstym płynie (endolimfie) wypełniającym trzy kanały półkoliste ucha wewnętrznego. Te trzy kanały rejestrują ruchy obrotowe w trzech osiach w przestrzeni. W czasie ruchu ciała, szczególnie zaś - obrotu głowy - endolimfa, wypełniająca kanały, wskutek własnej bezwładności, "spóźnia się" w stosunku do ścian kanałów i wytwarza "wodny" prąd, który porusza rzęski komórek receptorowych. Ruch rzęsek indukuje zmiany w komórkach receptorowych, w wyniku których powstaje potencjał elektryczny, a następnie impuls elektryczny, który jest przewodzony nerwem przedsionkowym do gałek ocznych, do móżdżku oraz do kory mózgowej. W móżdżku oraz w korze jest dokonywana kompleksowa analiza położenia ciała w przestrzeni i są generowane dyrektywy korygujące odchylenia.

Smak i węch

Człowiek rozpoznaje cztery podstawowe smaki: słodki, kwaśny, gorzki i słony, za pomocą receptorów, znajdujących się w specjalnych strukturach błony śluzowej, zwanych kubkami smakowymi, zgromadzonych w jamie ustnej, szczególnie zaś na powierzchni języka. Komórki receptorowe są chemoreceptorami reagującymi jedynie wówczas, gdy substancja smakowa jest rozpuszczona w śluzie otaczającym kubek. Interesujące jest to, że receptory smakowe nie odbierają poszczególnych smaków oddzielnie, jednak każdy smak wywołuje impuls elektryczny o innej charakterystyce. Impulsy elektryczne powstałe w kubkach smakowych są przewodzone przez włókna nerwów czaszkowych: VII, IX i X do ośrodków analizujących, znajdujących się w pniu mózgu, wzgórzu i w korze mózgu, w której kształtują się ostatecznie wrażenia smakowe.

Dogłębne różnicowanie smaków następuje dopiero pod wpływem zmysłu węchu (powonienia). W jamie nosowej, w jej tylnej części znajduje się okolica węchowa, w której są neurony będące rodzajem chemoreceptorów. Podobnie jak w przypadku komórek w kubkach smakowych, także i tu, substancja zapachowa, by być rozpoznana, musi się rozpuścić w warstwie śluzu znajdującego się na powierzchni komórek. Dopiero wtedy ta substancja może związać się z błoną komórki receptorowej i wywołać w niej reakcje biochemiczne, których rezultatem jest powstanie impulsu elektrycznego. Ten impuls jest przewodzony drogą węchową do opuszki węchowej kory, gdzie powstaje wrażenie węchowe.

W okolicy węchowej jamy nosowej znajduje się do kilkudziesięciu tysięcy receptorów rozróżniających najrozmaitsze zapachy. Każdy z nich charakteryzuje się różnym progiem pobudliwości dla różnych substancji. Receptory węchowe wykazują bardzo szybką adaptację; nawet najbardziej intensywny, czasem bardzo niemiły zapach (np. siarkowodoru czy merkaptanów), szybko przestaje przeszkadzać i nie musi minąć nawet kilka minut, by stał się w ogóle niewyczuwalny.

Zmysł powonienia oprócz swoich typowych zadań dostarcza, co ciekawe, także informacji, które z pozoru nie maja związku z powonieniem. Idzie tu np. o informacje "socjalne", pozwalające łatwiej definiować "przyjaciela" i "wroga". Pojęcie "swojskiej atmosfery" ma bardzo istotna "węchową" konotację. Zmysł powonienia ma także wpływ na stan uczuciowy człowieka oraz na funkcjonowanie jego pamięci. Kora węchowa jest filogenetycznie bardzo stara i u zwierząt odgrywa znacznie większą rolę, ponieważ węch jest u nich bardzo ważnych zmysłem ostrzegawczym.

Wzrok

Człowiek ma bardzo dobrze rozwinięty zmysł wzroku, w przeciwieństwie do opisanego wyżej zmysłu powonienia, którego czułość i precyzja są znacznie gorsze w porównaniu z innymi przedstawicielami ssaków.

Do rejestrowania bodźców świetlnych, widzenia przedmiotów służy człowiekowi oko z jego aparatem optycznym i siatkówką, będącą de facto wraz z nerwem wzrokowym częścią składową ośrodkowego układu nerwowego.

Oko znajduje się w oczodole twarzoczaszki, ma kształt niemal kulisty. Zapewnia mu to zewnętrzna łącznotkankowa warstwa, zwana twardówką oraz ciśnienie wewnątrzgałkowe, wewnątrzgałkowej cieczy wodnistej.

Aparat optyczny oka składa się z zewnętrznej, zlokalizowanej na przodzie gałki ocznej - przejrzystej rogówki (nb. najważniejszego elementu optycznego oka), cieczy wodnistej, soczewki i ciała szklistego. Ilość energii świetlnej wpadającej do oka zależy od wielkości źrenicy - okrągłego otworu w tęczówce, środkowej błonie gałki ocznej. Zaopatrzona w mięśnie tęczówka kurczy się i rozkurcza, zmieniając w miarę potrzeb wielkość źrenicy. W ciemnych pomieszczeniach źrenica jest najszersza, w słońcu - najwęższa. Drugi pod względem ważności element optyczny oka - dwuwypukła soczewka, znajdująca się z tyłu za rogówką i komorą przednią i z przodu ciała szklistego, dzięki swojej dużej elastyczności oraz czynności obsługujących ją mięśni może w pewnym zakresie zmieniać wypukłość swoich kształtów. Ta cecha zwana jest zdolnością do akomodacji, dzięki której przedmioty bliskie i oddalone są widziane ostro i wyraźne.

Z tyłu, za soczewką i galaretowatym ciałem szklistym - wewnętrzna część gałki ocznej wysłana jest warstwą komórek nerwowych, która nazywa się siatkówką. Siatkówka jest zaopatrzona w fotoreceptory: pręciki i czopki, wyspecjalizowane neurony posiadające światłoczułe barwniki wzrokowe, zwłaszcza rodopsynę. Czopki są wykorzystywane do widzenia barwnego, szczegółowego - przy dobrym oświetleniu, pręciki zaś reagują na słabe bodźce świetlne. Umożliwiają widzenie czarno-białe nawet w najgorszych warunkach oświetleniowych. Mechanizm oddziaływania energii świetlnej na receptory z grubsza polega na zmianach w strukturze w cząsteczce rodopsyny pod wpływem światła. Te zmiany inicjują wewnątrzkomórkowe złożone reakcje biochemiczne, w rezultacie których dochodzi do wytworzenia potencjału generującego i odpowiedniego impulsu elektrycznego. W siatkówce, w kilku warstwach neuronów wstępnie powstaje obraz obserwowanego przedmiotu. Jednak ostateczna analiza bodźców i ich scalanie w obraz ma miejsce w korze wzrokowej mózgu. Bodźce wzrokowe biegną drogami wzrokowymi nie tylko do kory, ale do innych struktur mózgowia, Są analizowane i przetwarzane także przez móżdżek, struktury podkorowe oraz pień mózgu. Jest to potrzebne do utrzymania równowagi i zapewnienia harmonii ruchów.

Słuch

Człowiek może rejestrować i przetwarzać bodźce akustyczne, czyli fale dźwiękowe. Narządem zmysłu rejestrującym dźwięki jest ucho. Jest ono umieszczone na granicy mózgo- i twarzoczaszki i zbudowane jest z części zewnętrznej, środkowej i wewnętrznej. W skład ucha zewnętrznego wchodzi małżowina uszna zbierająca fale oraz krótki kilkucentymetrowy przewód słuchowy zewnętrzny. Na jego dnie znajduje się sprężysta błona bębenkowa reagująca drganiem na nacierające na nią fale dźwiękowe. Za błoną bębenkową zaczyna się ucho środkowe wyposażone w delikatne kosteczki słuchowe (młoteczek, kowadełko i strzemiączko), dzięki którym drgania błony są przenoszone do okienka owalnego znajdującego się na granicy ucha środkowego i wewnętrznego. To okienko ma błoniastą budowę i ma możliwość ruchu.

W uchu wewnętrznym, kształtem przypominającym muszle ślimaka, dokonuje się receptorowy odbiór dźwięków. Komórki receptorowe posiadają rzęski, które poruszają się wraz z ruchami płynnego środowiska ucha wewnętrznego. Obecna w nim dość gęsta ciecz (perylimfa), w wyniku ruchów błony okienka owalnego przemieszcza się, drażniąc rzęski komórek receptorowych. Ruch rzęsek inicjuje reakcje biochemiczne, w wyniku których jest wytwarzany impuls elektryczny W elektronicznej informacji powstałej w receptorach ucha wewnętrznego są zakodowane ważne parametry dźwięku: częstotliwość, natężenie, kierunek, odległość od źródła. W takiej "zakodowanej" postaci informacja ta jest przesyłana nerwem słuchowym do pól analizujących w korze skroniowej mózgu.

Ludzkie ucho rejestruje dźwięki o częstotliwości od 16 do 20 000 Hz, ale najbardziej jest wrażliwe na dźwięki o częstotliwości 2000-5000 Hz. Pojedynczy dźwięk o przebiegu sinusoidalnym - nazywa się tonem. Z reguły ucho ma do czynienia z dźwiękami składającymi się z kilku lub nawet wielu tonów. Ważne jest, że próg słuchu dla pojedynczych tonów podwyższa się, gdy obok nich pojawią się dodatkowe.

Ciśnienie, jakie wywiera fala akustyczna, jest mierzalne i wyraża się w decybelach. Kiedy przekracza wartość 100-120 decybeli dźwięk staje się nieznośny i wywołuje efekt bólowy. Ucho odbiera fale akustyczne powietrza oraz drżenia kości czaszki. Można więc także mówić o tzw. przewodzeniu kostnym dźwięku. W warunkach fizjologicznych przewodzenie kostne nie ma żadnego znaczenia, jest jednak wykorzystywane do diagnostyki narządu słuchu.