معلومة

كيف تستجيب الخلايا البشرية للضغط الميكانيكي مثل ملامسة الكعب أثناء المشي؟

كيف تستجيب الخلايا البشرية للضغط الميكانيكي مثل ملامسة الكعب أثناء المشي؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

في الأساس ، أرغب في إجراء محاسبة كاملة (مخزون ، أصول ، التزامات) لخلية بشرية تحت ضغط ميكانيكي.

على سبيل المثال ، إذا كانت الخلية في حالة مستقرة ، فهل تستهلك الخلية طاقة أكثر أو أقل تحت الضغط؟

هل يتأثر نقل الغشاء؟ على سبيل المثال ، تغيرت التدرجات الأيونية أو مستويات سائل الخلية استجابة للضغط. إذا كان هناك تغيير ، فكيف تحافظ الخلية على هذا على مدار فترة زمنية.

بالمقابل ، إذا تم إزعاج التدرج بسبب الضغط الميكانيكي ، فما هي النتائج النشطة؟ هل يتصرف النظام مثل الزنبرك بحيث إذا كانت تدرجات التركيز مضطربة غير متوازنة ، فهناك قوة استعادة (على سبيل المثال سلبية) ستعيد التوازن بعد إزالة الضغط الميكانيكي؟

أي مصادر أو مراجع مركزة موضع تقدير كبير.


العمليات العصبية في راحة الملابس

Apurba Das، R. Alagirusamy، in Science in Clothing Comfort، 2010

نهايات ميركل العصبية

هذه النهايات العصبية للمستقبلات الميكانيكية هي المسؤولة عن توفير المعلومات المتعلقة بالضغط والملمس ويتم تصنيفها على أنها نوع متكيف ببطء من المستقبلات الميكانيكية. هذه النهايات العصبية لها أيضًا توزيع واسع في جلد الإنسان. هذه النهايات العصبية صلبة من الناحية الهيكلية وليست مغلفة ، مما يجعلها تتمتع باستجابة مستدامة للانحراف الميكانيكي للأنسجة التي تقل عن 1 ميكرومتر. بسبب الاستجابة المستمرة للضغط ، تصنف هذه النهايات العصبية على أنها تتكيف ببطء. نهاية عصب ميركل هي أكثر المستقبلات الميكانيكية حساسية للاهتزاز عند التردد المنخفض (في حدود 5-15 هرتز) [7].


تم تكييف مشية الإنسان للمشي الفعال على حساب الجري الفعال

يعد البشر والقردة العليا والدببة من بين الحيوانات القليلة التي تخطو أولاً على الكعب عند المشي ، ثم تتدحرج على كرة القدم وأصابع القدم. الآن ، تُظهر دراسة أجرتها جامعة يوتا الميزة: بالمقارنة مع المشي بالكعب أولاً ، يتطلب الأمر 53 في المائة طاقة أكثر للمشي على كرات قدميك ، و 83 في المائة طاقة أكثر للمشي على أصابع قدميك.

يقول أستاذ علم الأحياء ديفيد كاريير ، كبير مؤلفي الدراسة الجديدة التي يتم نشرها على الإنترنت يوم الجمعة ، 12 فبراير وفي إصدار 1 مارس للطباعة من مجلة البيولوجيا التجريبية.

ويضيف قائلاً: "معظم الثدييات - كلابًا وقططًا وحيوانات الراكون - تمشي وتتجول على كرات أقدامها. ذوات الحوافر مثل الخيول والغزلان تركض وتمشي على أطراف أصابعها". "القليل من الأنواع تهبط على كعبها: الدببة والبشر والقردة العليا الأخرى - الشمبانزي والغوريلا وإنسان الغاب."

يقول كاريير: "تُظهر دراستنا أن وضعية الكعب لأسفل تزيد من اقتصاد المشي ولكن ليس اقتصاد الجري". "تستهلك طاقة أكثر عندما تمشي على باطن قدميك أو أصابع قدميك أكثر مما تستهلكه عندما تمشي بالكعب أولاً."

كان من الممكن أن يساعد المشي الاقتصادي الصيادين الأوائل في العثور على الطعام ، كما يقول. ومع ذلك ، نظرًا لأن القردة العظيمة الأخرى هي أيضًا من يمشي على الكعب أولاً ، فهذا يعني أن السمة تطورت قبل أن ينحدر أسلافنا المشتركون من الأشجار ، كما يضيف.

يقول كاريير: "نحن [أسلاف البشر] كان لدينا وضع القدم هذا عندما كنا فوق الأشجار". "كان المشي على الكعب أولًا في القردة العليا ، لكن القردة العليا لا تمشي لمسافات طويلة. لذا ربما لا يفسر الاقتصاد في المشي وضع القدم هذا [وسبب تطوره] ، على الرغم من أنه يساعدنا على المشي اقتصاديًا. "

تتكهن شركة Carrier بأن وضعية الكعب أولاً "قد تكون مفيدة أثناء القتال من خلال زيادة الاستقرار وتطبيق المزيد من عزم الدوران على الأرض للالتواء والدفع والدفع. كما أنه يزيد من خفة الحركة في مناورات الالتفاف السريعة أثناء المواجهات العدوانية."

وخلصت الدراسة إلى أن: "مقارنة بالثدييات الأخرى ، فإن البشر يمشون اقتصاديًا ولكن ليسوا متسابقين اقتصاديين. وبالنظر إلى المسافات البعيدة التي يقطعها الصيادون وجمعوا الثمار ، فليس من المستغرب أن يحتفظ البشر بوضعية القدم ، الموروثة من أعظم شجرتنا [مسكن الأشجار]. أسلاف القرود ، مما يسهل المشي الاقتصادي ".

قياس تكاليف الأنماط المختلفة للمشي والجري

أجرى كاريير الدراسة مع كريستوفر كننغهام ، طالب الدكتوراه في علم الأحياء بجامعة يوتا ناديا شيلينغ ، عالم الحيوان في جامعة فريدريش شيلر في جينا ، ألمانيا وكريستوف أندرس ، الطبيب في مستشفى جامعة يينا. تم تمويل الدراسة من قبل مؤسسة العلوم الوطنية وجامعة فريدريش شيلر في جينا ومجموعة تأمين صناعة الأغذية الألمانية المهتمة بآلام الظهر.

شملت الدراسة 27 متطوعًا ، معظمهم من الرياضيين في العشرينات والثلاثينيات والأربعينيات من العمر. كل شخص يسير أو يركض بثلاث طرق مختلفة ، مع كل خطوة إما الكعب أولاً أو كرة القدم أولاً مع رفع الكعب قليلاً أو أصابع القدم أولاً مع ارتفاع الكعب.

في مختبره ، قام كاريير وزملاؤه بقياس استهلاك الأكسجين - وبالتالي استخدام الطاقة - حيث ارتدى 11 متطوعًا أقنعة للوجه أثناء المشي أو الجري على جهاز المشي. كما ساروا على "لوحة القوة" لقياس القوى المبذولة على الأرض.

تم إجراء جزء من الدراسة في مختبر أندرس في ألمانيا ، حيث سار 16 شخصًا أو ركضوا على جهاز المشي ، حيث راقب العلماء نشاط العضلات التي تساعد الكاحلين والركبتين والوركين والظهر على القيام بالعمل أثناء المشي والجري.

تضمنت نتائج التجارب ما يلي:

  • يقول كاريير: "تستهلك طاقة أكثر عندما تمشي على باطن قدميك أو أصابع قدميك أكثر مما تستهلكه عندما تمشي بالكعب أولاً". مقارنةً بالمشي مع الكعب أولاً ، استخدم أولئك الذين يخطوون أولاً على كرات أقدامهم طاقة أكثر بنسبة 53 في المائة ، وأولئك الذين يخطوون أصابعهم أولاً - يستهلكون طاقة أكثر بنسبة 83 في المائة.
  • يقول كاريير: "يزداد نشاط العضلات الرئيسية في الكاحل والركبة والورك والظهر إذا مشيت على باطن قدميك أو أصابع قدميك بدلاً من الهبوط على كعبيك". "هذا يخبرنا أن العضلات تزيد من مقدار العمل الذي تقوم به إذا مشيت على كرات قدميك."
  • يقول كاريير: "عندما نسير على كرات أقدامنا ، فإننا نتخذ خطوات أقصر وأكثر تواترًا". "لكن هذا لم يجعل المشي أقل اقتصادا". إن وضع الكعب أولًا والدوران حول كرة القدم يجعل الخطوة أطول لأن الطول الكامل للقدم يضاف إلى طول الخطوة. لكن هذا ليس له تأثير على استخدام الطاقة.
  • تساءل الباحثون عما إذا كان الخطو أولاً على كرات القدمين يستهلك طاقة أكثر من المشي بالكعب أولاً لأن الناس يكونون أقل ثباتًا على أصابع قدمهم أو باطن قدمهم. لكن زيادة الاستقرار لم تفسر لماذا يستهلك المشي بالكعب أولاً طاقة أقل.
  • قلل الكعب المتدرج أولاً من الحركة لأعلى ولأسفل لمركز كتلة الجسم أثناء المشي ويتطلب جهدًا أقل من الوركين والركبتين والكاحلين. الدخول أولاً على كرات القدمين يؤدي إلى إبطاء الجسم أكثر ويتطلب مزيدًا من إعادة التسارع.
  • كما جعلت خطوات الكعوب الأولى المشي أكثر اقتصادا من خلال زيادة نقل الحركة أو الطاقة "الحركية" إلى الطاقة المخزنة أو "الكامنة" والعودة مرة أخرى. عندما يبدأ الشخص في التقدم للأمام وللأسفل ، يتم تغيير الطاقة المخزنة إلى حركة أو طاقة حركية. بعد ذلك ، عندما ينتقل الوزن إلى القدم ويتحرك الشخص للأمام وللأعلى ، تتباطأ سرعته ، وبالتالي يتم تحويل الطاقة الحركية للحركة مرة أخرى إلى طاقة مخزنة أو كامنة. وجدت الدراسة أن الدخول أولاً على كرات القدمين جعل تبادل الطاقة هذا أقل كفاءة من المشي بالكعب أولاً.
  • كما أن المشي بالكعب أولاً قلل من "لحظة قوة رد الفعل الأرضي" عند الكاحل. يقول كاريير إن هذا يعني أن الدخول أولاً على كرة القدم "يقلل من الرافعة المالية ، ويقلل من الميزة الميكانيكية" مقارنةً بالمشي بالكعب أولاً.

باختصار ، المشي بالكعب أولاً ليس أكثر اقتصادا لأنه أكثر استقرارًا أو ينطوي على خطوات أقل وأطول ، ولكن لأننا عندما نهبط على كعوبنا ، نفقد قدرًا أقل من الطاقة على الأرض ، يكون لدينا المزيد من النفوذ ، والطاقة الحركية والمحتملة يتم تحويلها بشكل أكثر كفاءة.

شكل ووظيفة القدم

إذا كان المشي بالكعب أولًا اقتصاديًا للغاية ، فلماذا تمشي العديد من الحيوانات بطرق أخرى؟

يقول كاريير: "إنهم مهيئون للجري". "لقد عرّضوا اقتصادهم للخطر بالسير نحو اقتصاد الجري".

"البشر جيدون جدًا في الجري لمسافات طويلة. نحن متخصصون من الناحية الفيزيولوجية والتشريح في الجري لمسافات طويلة. لكن تشريح أقدامنا لا يتوافق مع الركض الاقتصادي. فكر في جميع الحيوانات التي تعد أفضل العدائين - الغزلان ، والغزلان ، الخيول والكلاب - كلهم ​​يركضون على كرة أقدامهم أو أطراف أصابع قدمهم ".

عندما يركض الناس ، لماذا لا يوجد فرق في كمية الطاقة التي يبذلونها عند الوقوف أولاً على كعوبهم مقابل كرات أقدامهم أو أصابع قدمهم؟

الإجابة غير معروفة ، ولكن "إذا هبطت على كعبك أثناء الجري ، فإن القوة الموجودة أسفل القدم تنطلق بسرعة كبيرة في كرة قدمك" ، كما يقول كاريير. "حتى عندما نركض باستخدام نبتة الكعب ، فإن معظم خطوات وزننا يتم دعمها بواسطة كرة قدمنا. الكثير من الرياضيين النخبة ، سواء كانوا عدائين أو عدائي مسافات ، لا يهبطون على كعبهم. كرات من أقدامهم "، كما يفعل الأشخاص الذين يركضون حافي القدمين. ويضيف أن هذا يبدو أنه حالة الأجداد الطبيعية للعدائين البشريين الأوائل.

يقول كاريير: "الشيء المهم هو أننا ممارسون اقتصاديون رائعون". "نحن لسنا عدائين أكفاء. في الواقع ، نحن نستهلك طاقة أكبر للتشغيل من الثدييات النموذجية في حجمنا. لكننا ماشون اقتصاديون بشكل استثنائي."

ويضيف: "تشير هذه الدراسة إلى أن أحد الأشياء التي قد تفسر مثل هذا الاقتصاد هو البنية غير العادية لقدمنا". "تلامس القدم كلها الأرض عندما نمشي. لدينا كعب كبير. إصبع قدمنا ​​الكبير هو طويل مثل أصابع قدمنا ​​الأخرى وهو أكثر قوة. كما أن إصبع قدمنا ​​الكبير موازي لإصبع القدم الثاني وبجواره مباشرة."

"هذه السمات مميزة بين القرود ، وتوفر الأساس الميكانيكي للمشي الاقتصادي. لا يمكن لأي رئيسيات أو ثدييات أخرى أن تتناسب مع الأحذية البشرية."

مصدر القصة:

المواد المقدمة من جامعة يوتا. ملاحظة: يمكن تعديل المحتوى حسب النمط والطول.


قوة النقل عبر الاحتكاك غير المحدد

إيوا ك بالوش

لطالما اعتبرت المرفقات المحددة للخلايا على ركائزها ، بوساطة بروتينات مخصصة مثل الإنتجرينات أو الكاديرين ، ذات أهمية قصوى في هجرة الخلايا. ومع ذلك ، تظهر الدراسات الحديثة أن حركة الخلية الفعالة يمكن أن تحدث في غياب نقاط الارتباط المحددة هذه. في ورقة أساسية في عام 2008 ، لاميرمان وآخرون. [27] أظهر أن الخلايا المتغصنة يمكن أن تهاجر في العقدة الليمفاوية أو في مصفوفات الكولاجين في حالة الغياب التام للإنتجرينات ، مما يدل على أنه في البيئات ثلاثية الأبعاد ، يمكن أن يكون الالتصاق المنخفض غير النوعي كافياً لدفع الهجرة. في الآونة الأخيرة ، حددت دراستان تجريبيتان نشاط الميوسين والحبس كمعلمات رئيسية تفضل التحول إلى أنماط الالتصاق المنخفضة للهجرة في الخلايا المستنبتة و في الجسم الحي [28, 29].

استكشفت العديد من الدراسات النظرية الأسس الميكانيكية الممكنة لانتقال القوة أثناء الهجرة دون الالتصاقات المحددة. من المتطلبات المهمة لهذا النوع من الحركة الحبس ثلاثي الأبعاد. في الواقع ، بدون الحصر ، تمنع التقلبات الحرارية الاتصال المستمر بين الخلية والركيزة ، وهو أمر مطلوب لنقل القوة ، وستنجرف الخلية بعيدًا ، حيث لا توجد التصاقات محددة لتثبيتها على الركيزة [30]. تم اقتراح آليات نظرية مختلفة لتوليد القوة ونقلها ، بما في ذلك المدخنة ، حيث تدفع الخلايا نفسها بعيدًا عن الركيزة مثل متسلق الجبال يتسلق شقًا صخريًا [31] ، حيث تندمج النتوءات الجانبية في فجوات في مصفوفة ثلاثية الأبعاد متقطعة ، وبالتالي توفير المراسي لتوليد قوة الجر [32] والاحتكاك غير المحدد الركيزة التي يمكن أن تتوسط القوى داخل الخلايا [33]. في دراسة حديثة ، قمنا بدمج النظرية والتجارب لاستقصاء أصل وحجم القوى المشاركة في هجرة خلايا ساركينوساركوما ووكر ، والتي لا تعتمد على التصاقات محددة وتعرض الهجرة النشطة في الحبس [34]. يمكننا أن نظهر أن خلايا ووكر تتحرك باستخدام احتكاك غير محدد ينتقل إلى قوى الركيزة الناتجة عن تدفقات أكتو-ميوسين مقلصة في قشرة الخلية. ومن المثير للاهتمام ، وجدنا أن القوى المعنية أقل من حيث الحجم مما كانت عليه أثناء الهجرة القائمة على الالتصاق المحدد [34]. حتى في ظروف الاحتكاك العالي للركيزة ، تمارس خلايا ووكر ضغوطًا أقل من 1 باسكال ، ولا يزال يتم ملاحظة حركة الخلايا السريعة مع ضغوط قليلة من mPa ، أقل بشكل لافت للنظر من إجهادات 0.1-5 كيلو باسكال التي تمارس عادةً عند الالتصاقات التي تتم بوساطة الإنتجرين (انظر أيضًا قطعة بن فابري في هذا المنتدى).

نظرًا لأن الظروف التي تظهر فيها الخلايا الهجرة المستقلة عن الالتصاق يتم الكشف عنها تدريجياً ، تبرز العديد من الأسئلة المهمة. على سبيل المثال ، لا يزال من غير الواضح ما إذا كانت أي خلية مهاجرة يمكن أن تهاجر دون التصاقات محددة أو ما إذا كانت الهجرة القائمة على الاحتكاك مقصورة على أنواع معينة من الخلايا. من وجهة نظر ميكانيكية ، فإن اكتشاف أن القوى الدافعة للهجرة القائمة على الاحتكاك هي أوامر من حيث الحجم أقل من القوى المشاركة في الهجرة بوساطة إنتيجرين يثير السؤال المحير عن الوظيفة البيولوجية للقوى القوية التي تمارس في التصاقات بوساطة إنتجرين. يمكن للمرء أن يتكهن بأن هذه القوى تعمل بشكل أساسي على الإحساس بصلابة الركيزة ، والتي هي أساس الانجذاب القاسي ويمكن أن توجه تمايز الخلايا الجذعية (انظر أيضًا القطع التي كتبها بن فابري وكارينا وولنيك وآخرون. في هذا المنتدى). علاوة على ذلك ، قد تكون هناك حاجة إلى قوى ارتباط قوية للخلايا المهاجرة ضد التدفق ، كما هو الحال في الأوعية الدموية. سؤال رئيسي آخر هو الأساس الجزيئي للاحتكاك. من غير الواضح ما إذا كان يعتمد على كيمياء سطح الخلية والركيزة فقط ، أو ما إذا كانت السمات الهندسية مثل بساط الركيزة والهندسة قد تلعب أيضًا دورًا. أخيرًا ، سيكون من المثير توضيح ما يحدث في السياقات الفسيولوجية للهجرة القائمة على الاحتكاك في الجسم الحي.


نتائج

تغيرت ميكانيكا وطاقة المشي بشكل ملحوظ كدالة لنصف قطر القوس للانحناء. يتغير الاتجاه الزاوي في سرعة COM التي تحدث في كل خطوة مع زيادة نصف القطر ρ. كما انخفض متوسط ​​معدل العمل الميكانيكي السلبي المنجز على COM بشكل ملحوظ مع زيادة. انخفض معدل الأيض الصافي مع زيادة طفيفة في قيم ρ ، لكنه زاد مرة أخرى بعد الوصول إلى الحد الأدنى. تتم مقارنة نتائج قوى التفاعل الأرضي وتغير اتجاه سرعة COM ومعدل عمل COM ومعدل التمثيل الغذائي أثناء المشي العادي والمشي باستخدام الأقواس أدناه.

تحققنا أولاً من أن معدل العمل الميكانيكي المقاس ومعدل الأيض للمشي الطبيعي كانا قابلين للمقارنة مع القيم الموجودة في الأدبيات السابقة. في المشي العادي عند 1.3 متر ثانية -1 مع تردد الخطوة المفضل ، يتغير الاتجاه الزاوي δCOM في سرعة COM كانت 19.7 درجة. قام الأشخاص بأداء عمل COM سلبي بمتوسط ​​معدل 0.595 وات كجم -1 (قيمة غير أبعاد ، 0.020). هذا يعادل 0.343 جول كيلوغرام -1 لكل خطوة ، مقارنة بتقديرات 0.33 و 0.38 جول كيلوغرام -1 لكل خطوة من دراستين سابقتين (Donelan et al.، 2002a Donelan et al.، 2002b). كان متوسط ​​معدل الأيض الصافي للمشي الطبيعي 2.71 واط كجم -1 (القيمة غير الأبعاد ، 0.091) ، وهي أيضًا قابلة للمقارنة مع النتائج المنشورة سابقًا (Donelan et al. ، 2002a).

تغيرت قوى رد الفعل الأرضية المقاسة بنصف قطر القوس ، وتختلف عن تلك الخاصة بالمشي العادي. أظهرت القوى الرأسية (الشكل 4) تداخلًا أكبر مع نصف قطر أعلى ، مما أدى إلى زيادة مدة الدعم المزدوج من حوالي 6.5٪ من الخطوة (خطوتان) لأقواس 0.02 مترًا إلى 10٪ لأقواس 0.40 مترًا. انخفضت ذروة القوة المبكرة ، حوالي 1.4 BW (وزن الجسم) للأقواس الصغيرة ، إلى حوالي 1.0 BW للأقواس الكبيرة ، ربما لأن الساق المقابلة ساهمت بقوة أعلى خلال الدعم المزدوج. كان حجم الذروة الثانية حوالي 1.1 BW لجميع الظروف التجريبية وللمشي العادي ، لكن مدته كانت أطول للأقواس الكبيرة. انعكاسًا للصلابة النسبية لجهاز قوس الإقلاع مقارنةً بالقدم والكاحل الطبيعيين ، حدث تحميل كل طرف وقفة جديد بسرعة كبيرة. تم الوصول إلى ذروة الحمل في أقل من 8.5٪ من الخطوة ، مقارنة بحوالي 15٪ للمشي العادي.

تغير الاتجاه الزاوي المرصود δCOM في سرعة COM انخفضت مع زيادة نصف قطر قوس القدم ρ (ص& lt0.05 ، الشكل 5). كانت هذه البيانات مناسبة بشكل جيد (ص 2 = 0.89) بالتنبؤ الخطي لـ Eqn 9 ، مع المعاملات جCOM= 19.6 ± 3.0 ° (يعني ± 95٪ فاصل الثقة ، CI) ، دCOM= 6.0 ± 2.8 درجة. يتغير اتجاه COM للمشي العادي مع الاتجاه الملحوظ عند نصف قطر قوس يبلغ حوالي 0.3.

كما تغير التوزيع النسبي لعمل COM خلال الخطوة مع نصف قطر القوس (الشكل 6). نعرّف الاصطدام بأنه المرحلة الأولى من عمل COM السلبي في خطوة ، والدفع باعتباره المرحلة الأولى من العمل الإيجابي الذي يبدأ بالقرب من نهاية الخطوة السابقة ويمتد حتى نهاية الدعم المزدوج (Kuo et al. ، 2005 ). كانت هناك زيادة دراماتيكية في العمل السلبي للتصادم مع تناقص ، يحدث خلال مدة ثابتة نسبيًا تبلغ حوالي 0.13 ثانية. لكن مدة الدعم المزدوج تقل مع وجود أقواس أصغر ، بحيث يميل الاصطدام إلى تجاوز الدعم المزدوج في تلك الظروف. ظل مقدار عمل COM المنفصل ثابتًا نسبيًا ، ولكنه يميل إلى الحدوث في وقت سابق قبل الضرب بأقواس أصغر. أدت الموضوعات عملاً أقل أثناء الدفع منه أثناء الاصطدام ، لتعويض النقص بعمل أكثر إيجابية في الساق الرائدة ذات الدعم الفردي قبل منتصف الموقف.

فيما يتعلق بالمشي العادي ، أدى المشي على الأقدام المقوسة إلى متوسط ​​معدل عمل COM قابل للمقارنة تقريبًا ولكن معدل أيض أعلى بشكل ملحوظ. يتراوح معدل عمل COM مع الأقواس عند 1.3 م ث -1 من ارتفاع 0.774 وات كجم -1 (بدون أبعاد 0.026) لأصغر الأقواس إلى أقل من 0.327 وات كجم -1 (0.011) لأكبر الأقواس (الشكل 7). أدت الأقواس التي يبلغ نصف قطرها 0.225 مترًا أو أكبر في الواقع إلى انخفاض متوسط ​​معدلات عمل COM السلبية مقارنة بالمشي العادي. ومع ذلك ، كان المعدل التجريبي لمعدل التمثيل الغذائي للمشي على الأقواس دائمًا أعلى بنسبة 45٪ على الأقل من معدل المشي العادي (الشكل 8). تراوح معدل الأيض الصافي من 6.25 واط كجم -1 (0.210) لأصغر الأقواس إلى 3.93 واط كجم -1 (0.132) لثاني أكبر الأقواس ، وأظهر الحد الأدنى بالقرب من = 0.300.

متوسط ​​معدل أداء العمل السلبي على COM (⁠

متوسط ​​معدل أداء العمل السلبي على COM (⁠

مقدار عمل COM السلبي المنجز (⁠

معدل الأيض Ėالتقى انخفض أيضًا مع زيادة نصف قطر الانحناء (ص& lt0.05) ، على الرغم من أنه على شكل حرف U بدلاً من منحنى متناقص بشكل رتيب (الشكل 8). توقع النموذج الأبسط (Eqn 10) منحنى متناقص بحد أدنى عند ρ = 1 ، لكن الملاءمة الناتجة لبيانات Ėالتقى أعطى فقير نسبيا ص 2 = 0.77. تمت مطابقة معدل الأيض بشكل أفضل من خلال التوافق التجريبي البحت لـ Eqn 11 ، ص 2 = 0.86. المعاملات هي بإي أف= 0.300 ± 0.108 (يعني ± CI) ، جإي أف= 32.02 ± 9.40 واط كجم -1 (بدون أبعاد 1.074 ± 0.316) ، و دإي أف= 3.81 ± 1.65 واط كجم -1 (0.128 ± 0.055).

معدل الأيض الصافي Ėالتقى عرض منحنى على شكل حرف U كدالة لنصف قطر القوس ρ. بالنسبة إلى أنصاف الأقطار الصغيرة ، انخفض معدل الأيض بمقدار كما تنبأ به النموذج الأبسط (الشكل 2). ومع ذلك ، وصل معدل الأيض إلى الحد الأدنى عند ρ = 0.30 وفقًا للتوافق التجريبي لـ Eqn 11 ، ص 2 = 0.86 ، وبدأت في الزيادة مع زيادة ρ. كانت التكلفة النشطة للمشي أعلى بنسبة 59٪ من الحد الأدنى لأصغر الأقواس ، وأعلى لجميع أنصاف أقطار القوس مقارنة بالمشي العادي (الخط المكسور). تشير الرموز الملونة المختلفة إلى مواضيع مختلفة.

معدل الأيض الصافي Ėالتقى عرض منحنى على شكل حرف U كدالة لنصف قطر القوس. بالنسبة إلى أنصاف الأقطار الصغيرة ، انخفض معدل الأيض بمقدار كما تنبأ به النموذج الأبسط (الشكل 2). ومع ذلك ، وصل معدل الأيض إلى الحد الأدنى عند ρ = 0.30 وفقًا للتوافق التجريبي لـ Eqn 11 ، ص 2 = 0.86 ، وبدأت في الزيادة مع زيادة ρ. كانت التكلفة النشطة للمشي أعلى بنسبة 59٪ من الحد الأدنى لأصغر الأقواس ، وأعلى لجميع أنصاف أقطار القوس مقارنة بالمشي العادي (الخط المكسور). تشير الرموز الملونة المختلفة إلى مواضيع مختلفة.

كانت التكلفة الأيضية المتوقعة لفرضية رفع COM أقل بكثير من تكلفة التمثيل الغذائي المرصودة. انخفض الإزاحة الرأسية لـ COM خطيًا تقريبًا من 0.045 م (بدون أبعاد 0.048) لـ ρ = 0.02 إلى 0.035 م (0.037) لـ ρ = 0.42. معدل العمل رفع اللازمة لرفع COM من خلال عمليات الإزاحة هذه تراوحت من 0.831 واط كجم -1 (معدل بلا أبعاد 0.028) إلى 0.614 واط كجم -1 (0.021). ينتج عن هذا معدلات التمثيل الغذائي المتوقعة من 3.3 واط كجم -1 (0.111) إلى 2.5 واط كجم -1 (0.083) ، وهو نطاق أصغر بكثير مما لوحظ (الشكل 8). يمكن أن يمثل التغيير في إزاحة COM الرأسية حوالي 24 ٪ فقط من التغيير الملحوظ في معدل التمثيل الغذائي.


نتائج

درسنا ما إذا كان تحفيز LP يسبب التنشيط العصبي في النوى الدهليزي. من أجل هذا التحليل ، تم فحص المقاطع النووية الدهليزية مناعيًا لبروتين c-Fos ، وهو علامة على تنشيط الخلايا العصبية. تم أخذ الصور المجهرية في الشكل 2 من مقاطع SuVe و LVe ثنائياً (SuVe: A و B ، LVe: C و D) من ذكور الفئران المعرضة لتحفيز LP (A1 ، B1 ، C1 ، و D1) أو للتحكم في الظروف (A2) و B2 و C2 و D2). تم أخذ الصور المجهرية في الشكل 3 من أقسام SpVe و MVe ثنائياً (A و B) من ذكور الفئران المعرضة لتحفيز LP (A1 و B1) أو للتحكم في الظروف (A2 و B2). تمت معالجة الأنسجة من أجل التلوين المناعي لـ c-Fos. كما هو مبين في الشكل 2 ، وجدنا نشاط مناعي c-Fos في بعض خلايا SuVe بعد تحفيز LP (A1 و B1) ، ولكن لوحظ نشاط مناعي ضئيل أو معدوم تحت ظروف التحكم (A2 و B2). يوضح الشكل 4 متوسط ​​عدد الخلايا المناعية c-Fos لكل نواة دهليزية. تم زيادة هذا العدد بشكل كبير في SuVe من الفئران من كلا الجنسين المعرضين لتحفيز LP. كشفت ANOVA ثنائية الاتجاه عن تأثير معنوي للضغط الجوي (F1 ، 30 = 9.76 ، p & lt 0.01) ولكن ليس الجنس ، ولا يوجد تفاعل معنوي بين العاملين. أشار التحليل اللاحق إلى أن تحفيز LP أدى إلى زيادة كبيرة في متوسط ​​عدد الخلايا الإيجابية c-Fos في SuVe (p & lt 0.01). في النوى الدهليزية الأخرى ، وبالتحديد في LVe و MVe و SpVe ، لم يتأثر عدد الخلايا c-Fos-immunopositive في كل نواة بالضغط الجوي أو الجنس (ثنائي الاتجاه ANOVA ، p & gt 0.05).

الصور المجهرية للنواة الدهليزية العلوية (SuVe) (A: left and B: right) والنواة الدهليزية الجانبية (LVe) (C: left and D: right) في ذكور الفئران بعد ساعتين من التعرض للضغط المنخفض (A1 ، B1 ، C1 و D1) وتحت ظروف التحكم (A2 و B2 و C2 و D2). تشير رؤوس الأسهم إلى خلايا c-Fos إيجابية. تظهر المقاطع النسيجية كمربعات رمادية في الرسم التخطيطي للنخاع المستطيل (اللوحة العلوية).

الصور المجهرية للنواة الدهليزي الشوكي (SpVe) والنواة الدهليزي الإنسي (MVe) (A: اليسار و B: اليمين) في ذكور الفئران بعد ساعتين من التعرض للضغط المنخفض (A1 و B1) وتحت ظروف التحكم (A2 و B2). تشير رؤوس الأسهم إلى خلايا c-Fos إيجابية. تظهر المقاطع النسيجية كمربعات رمادية في الرسم التخطيطي للنخاع المستطيل (اللوحة العلوية).

القياس الكمي للخلايا الموجبة c-Fos في (أ) النواة الدهليزية المتفوقة (SuVe) ، (ب) النواة الدهليزية الجانبية (LVe) ، (ج) النواة الدهليزية الإنسي (MVe) ، (د) النواة الدهليزية الشوكية (SpVe) ، في الإناث (ن = 8 لكل مجموعة) وذكور (ن = 9 لكل مجموعة) الفئران ساعتان بعد خفض تحفيز الضغط الجوي (LP: 973 hPa) أو تحت ظروف التحكم (Con: 1013 hPa). يمثل كل شريط المتوسط ​​+ الخطأ المعياري ** ، ص & lt 0.01 (ANOVA ثنائي الاتجاه متبوعًا باختبار Tukey-Kramer).

يوضح الجدول 1 متوسط ​​درجات النشاط الإجمالية للفئران من الإناث والذكور على مدى 60 دقيقة في حالة التحكم (بدون تحفيز LP) وتلك خلال 30 دقيقة قبل و 30 دقيقة بعد بداية تحفيز LP. في حالة التحكم ، كان متوسط ​​درجات النشاط الكلي للذكور أكبر نسبيًا من إناث الفئران ، لكن الفرق لم يكن كبيرًا (P = 0.06). علاوة على ذلك ، لم تكن هناك آثار معنوية لتحفيز LP والجنس على مجموع درجات النشاط.

تم تسجيل سلوك كل فأر خلال 30 دقيقة قبل و 30 دقيقة بعد بداية تحفيز LP (التعرض LP). في الحيوانات الضابطة ، تم حساب مجموع نقاط النشاط على مدى 60 دقيقة بدون تحفيز LP (حالة التحكم). يمثل كل رقم متوسط ​​± الخطأ المعياري لدرجة النشاط.


البيئة الميكروميكانيكية لخلايا القرص الفقرية المحددة بواسطة نموذج تشوه محدود ، متباين الخواص ، وعناصر محدودة ثنائية الطور

ساهم بها قسم الهندسة الحيوية للنشر في JOURNAL OF BIOMECHANICAL ENGINEERING. تم استلام المخطوطة في أبريل 2002 وتم استلام المخطوطة المنقحة في سبتمبر 2002. المحرر المساعد: سي دونغ.

Baer، A. E.، Laursen، T.A، Guilak، F.، and Setton، L.A (14 فبراير 2003). "البيئة الميكروميكانيكية لخلايا القرص الفقرية المحددة بتشوه محدود ، متباين الخواص ، ونموذج العناصر المحدودة ثنائية الطور." ASME. J Biomech Eng. فبراير 2003 125 (1): 1-11. https://doi.org/10.1115/1.1532790

تختلف الاستجابة الخلوية للتحميل الميكانيكي بين المناطق التشريحية للقرص الفقري. قد يكون هذا الاختلاف مرتبطًا بالاختلافات في بنية وميكانيكا كل من الخلايا والمصفوفة خارج الخلية ، والتي من المتوقع أن تسبب اختلافات في المحفزات الفيزيائية (مثل الضغط والضغط والضغط) في البيئة الميكانيكية الدقيقة الخلوية. في هذه الدراسة ، تم تطوير نموذج العنصر المحدود الذي كان قادرًا على وصف البيئة الميكانيكية الدقيقة للخلية في القرص الفقري. كان النموذج قادرًا على وصف عدد من الظواهر الميكانيكية المهمة: اللزوجة المعتمدة على التدفق باستخدام النظرية ثنائية الطور لتأثيرات التشوه المحدودة للأنسجة الرخوة باستخدام قانون تأسيسي مفرط المرونة للطور الصلب وتباين المواد من خلال تضمين قانون استمرارية معززة بالألياف في مفرط المرونة سلالة الطاقة وظيفة. لإنشاء شبكات دقيقة للعناصر المحدودة ، تم قياس الهندسة في الموقع لخلايا IVD بشكل تجريبي باستخدام الفحص المجهري متحد البؤر بالليزر وتقنيات إعادة البناء ثلاثية الأبعاد. تنبأ النموذج بأن البيئة الميكانيكية الدقيقة الخلوية تختلف اختلافًا كبيرًا بين المناطق التشريحية ، مع توقع سلالات خلوية أكبر في الحلقة الليفية متباينة الخواص ومنطقة الانتقال مقارنة بالنواة اللبية الخواص. تشير هذه النتائج إلى أن المحفزات المتعلقة بالتشوه قد تهيمن على الخلايا الليفية الحلقية وخلايا المنطقة الانتقالية ، بينما قد يهيمن الضغط الهيدروستاتيكي على النواة اللبية. علاوة على ذلك ، توقع النموذج أن البيئة الميكانيكية الدقيقة تتأثر بشدة بهندسة الخلية ، مما يشير إلى أن هندسة خلايا IVD في الموقع قد تكون تكيفًا لتقليل السلالات الخلوية أثناء تحميل الأنسجة.


كيف تحمي الخلايا نفسها من الإجهاد الخلوي؟

تحتوي الخلية على العديد من الحيل (المشفرة في الحمض النووي) التي تسمح لها بحماية نفسها من الإجهاد. يحاول هذا الخط الدفاعي لرجال الإطفاء الخلويين مساعدة الخلية على استعادة التوازن (الاستتباب) ، مع تخفيف الضرر الذي يمكن أن يسببه الإجهاد.

هؤلاء المدافعون ضد مخاطر البيئة الخارجية متنوعون ، كل منهم يحمي الخلية بطريقته الفريدة.

بروتينات الصدمة الحرارية

المدافعون الأولون والأكثر شيوعًا هم بروتينات الصدمة الحرارية أو Hsp.

أحد أكبر تأثيرات الإجهاد الخلوي هو اختلال البروتين أو تمسخه. يحدث التمسخ عندما يتغير شكل البروتين لأن الروابط التي تحافظ على هذا الشكل تبدأ في الانكسار ، أو بسبب إضافة مجموعات كيميائية معينة إلى البروتين. تعتمد وظيفة البروتين على الحفاظ على شكله المحدد.

تمتلك البروتينات المُحوَّلة القدرة على أن تصبح سامة للخلايا (سامة للخلية) عن طريق التكتل معًا وقتل الخلية.

Hsp هي عائلة من البروتينات التي تستجيب لاختلال البروتين. تم اكتشافها عندما عرّض العلماء الخلايا لدرجات حرارة عالية. على الرغم من اكتشافها عن طريق تعريض الخلايا للإجهاد الحراري ، إلا أنها موجودة أيضًا في الخلايا أثناء الظروف العادية.

عندما تواجه الخلية بعض مصادر الإجهاد ، فإنها تولد المزيد من Hsps (upregulate). إذا كان هذا الإجهاد و mdashheat الإجهاد ، على سبيل المثال & mdashdates البروتينات ، فإن Hsps يأتي إلى الإنقاذ.

يرتبط Hsps بهذه البروتينات المشوهة ، ويعيدها إلى شكلها الوظيفي. توجد Hsps في جميع الكائنات الحية ، مجهرية أو عيانية ، على الرغم من اختلاف اسم البروتينات المحددة. بعض أهم Hsps هي Hsp70 و Hsp40 و Hsp90.

تدمير البروتينات المعيبة

تكتيك آخر تستخدمه الخلايا هو ببساطة تدمير ما لا يمكن إنقاذه.

يتم إرسال البروتينات المشوهة جدًا بحيث يتعذر حفظها لتفكيكها وتدميرها. آلية التنظيف هذه (التي يتم إجراؤها بواسطة مركب بروتيني يسمى البروتين) تمنع البروتينات غير القابلة للإنقاذ من إحداث فوضى داخل الخلية. يتم تمييز البروتينات الموجهة لجهاز تمزيق البروتينات ثم يتم تمزيقها.

الليزوزوم هو عضية داخل الخلية حيث تهضم الخلايا فضلاتها. الجسيمات الحالة مهمة عندما تقتل الخلايا المناعية البكتيريا والفيروسات. يتم هضم كمية كبيرة من البروتينات في الليزوزوم.

موت الخلية

إذا فشل كل شيء آخر ، ولم تستطع الخلية حماية نفسها ، فستبدأ وظيفة التدمير الذاتي.

موت الخلايا المبرمج أو موت الخلية المبرمج هو آلية تضحي بها الخلية بنفسها. عندما تلحق الخلية ضررًا كبيرًا (أو تصبح قديمة جدًا) ، يتم تنشيط آليات معينة تفكك الخلية من الداخل.

موت الخلايا المبرمج يستدعي الطلقات على الخلية ومصير rsquos.


تم إنشاء البيانات التجريبية المتضمنة في هذه المراجعة بدعم من تمويل من مجلس البحوث الطبية (MRC منحة رقم MR / L002876 / 1) ودكتوراه. تمويل المنح الدراسية من مجلس المنح الدراسية الصيني.

MK هو مدير مركز Queen Mary + Emulate Organs-on-Chips و CT هو عالم مركز Queen Mary + Emulate Organs-on-Chips Center الذي تموله شركة Emulate Inc. من هذه المراجعة بخلاف توفير البيانات حول مواصفات الجهاز كما هو منصوص عليه من قبل جميع الشركات المصنعة المميزة.

يصرح المؤلفون الباقون أن البحث قد تم إجراؤه في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح.


الادراك الحسي

يتمثل الدور الرئيسي للمستقبلات الحسية في مساعدتنا في التعرف على البيئة من حولنا ، أو حول حالة بيئتنا الداخلية. يتم استقبال المحفزات من مصادر مختلفة وأنواع مختلفة وتحويلها إلى إشارات كهروكيميائية للجهاز العصبي. يحدث هذا عندما يغير المنبه إمكانات غشاء الخلية للخلايا العصبية الحسية. يتسبب المنبه في قيام الخلية الحسية بإنتاج جهد فعل يتم نقله إلى الجهاز العصبي المركزي (CNS) ، حيث يتم دمجه مع المعلومات الحسية الأخرى - أو في بعض الأحيان الوظائف الإدراكية العليا - ليصبح إدراكًا واعيًا لهذا المنبه. قد يؤدي التكامل المركزي بعد ذلك إلى استجابة حركية.

إن وصف الوظيفة الحسية بمصطلح الإحساس أو الإدراك هو تمييز متعمد. الإحساس هو تنشيط خلايا المستقبلات الحسية على مستوى المنبه. الإدراك هو المعالجة المركزية للمنبهات الحسية في نمط ذي معنى. الإدراك يعتمد على الإحساس ، ولكن لا يتم إدراك كل الأحاسيس. المستقبلات هي الخلايا أو الهياكل التي تكتشف الأحاسيس. يتم تغيير خلية المستقبل مباشرة عن طريق المنبه. مستقبل البروتين عبر الغشاء هو بروتين موجود في غشاء الخلية يتوسط تغييرًا فسيولوجيًا في الخلايا العصبية ، غالبًا من خلال فتح القنوات الأيونية أو التغييرات في عمليات إشارات الخلية. يتم تنشيط المستقبلات عبر الغشاء بواسطة مواد كيميائية تسمى الروابط. على سبيل المثال ، يمكن لجزيء في الطعام أن يعمل كرابط لمستقبلات التذوق. بروتينات الغشاء الأخرى ، والتي لا تسمى بدقة المستقبلات ، حساسة للتغيرات الميكانيكية أو الحرارية. تزيد التغييرات الفيزيائية في هذه البروتينات من تدفق الأيونات عبر الغشاء ، ويمكن أن تولد جهد فعل أو جهد متدرج في الخلايا العصبية الحسية.

المستقبلات الحسية

تعمل المنبهات في البيئة على تنشيط خلايا المستقبل المتخصصة في الجهاز العصبي المحيطي. يتم استشعار أنواع مختلفة من المحفزات بواسطة أنواع مختلفة من الخلايا المستقبلة. يمكن تصنيف خلايا المستقبل إلى أنواع على أساس ثلاثة معايير مختلفة: نوع الخلية والموضع والوظيفة. يمكن تصنيف المستقبلات هيكليًا على أساس نوع الخلية وموقعها بالنسبة للمنبهات التي تشعر بها. يمكن أيضًا تصنيفها وظيفيًا على أساس التوضيح من المنبهات ، أو كيف غير المنبه الميكانيكي ، أو الضوء ، أو المادة الكيميائية إمكانات غشاء الخلية.

أنواع المستقبلات الهيكلية

يمكن أن تكون الخلايا التي تفسر المعلومات حول البيئة إما (1) خلية عصبية بها نهاية العصب الحر، مع التشعبات المدمجة في الأنسجة التي من شأنها أن تتلقى إحساسًا (2) بالخلايا العصبية التي لديها نهاية مغلفة حيث يتم تغليف النهايات العصبية الحسية في النسيج الضام الذي يعزز حساسيتها أو (3) متخصص خلية مستقبلية، التي تحتوي على مكونات هيكلية متميزة تفسر نوعًا معينًا من التحفيز ([رابط]). إن مستقبلات الألم والحرارة في أدمة الجلد هي أمثلة على الخلايا العصبية التي لها نهايات عصبية حرة. توجد أيضًا في أدمة الجلد كريات صفائحية ، وهي خلايا عصبية ذات نهايات عصبية مغلفة تستجيب للضغط واللمس. تعتبر الخلايا الموجودة في شبكية العين التي تستجيب لمنبهات الضوء مثالاً على مستقبلات متخصصة ، أ مستقبلات ضوئية.

طريقة أخرى لتصنيف المستقبلات تعتمد على موقعها بالنسبة للمنبهات. ان المستقبِل الخارجي هو مستقبل يقع بالقرب من محفز في البيئة الخارجية ، مثل المستقبلات الحسية الجسدية الموجودة في الجلد. ان interoceptor هو الذي يفسر المنبهات من الأعضاء والأنسجة الداخلية ، مثل المستقبلات التي تشعر بارتفاع ضغط الدم في الشريان الأورطي أو الجيب السباتي. أخيرًا ، أ المستقبِل هو مستقبل يقع بالقرب من جزء متحرك من الجسم ، مثل العضلات ، والذي يفسر مواضع الأنسجة أثناء تحركها.

أنواع المستقبلات الوظيفية

التصنيف الثالث للمستقبلات هو كيف يحول المستقبل المنبهات إلى تغيرات محتملة في الغشاء. المنبهات من ثلاثة أنواع عامة. بعض المنبهات عبارة عن أيونات وجزيئات كبيرة تؤثر على بروتينات مستقبلات الغشاء عندما تنتشر هذه المواد الكيميائية عبر غشاء الخلية. بعض المحفزات هي اختلافات فيزيائية في البيئة تؤثر على إمكانات غشاء الخلية المستقبلة. تشمل المحفزات الأخرى الإشعاع الكهرومغناطيسي من الضوء المرئي. بالنسبة للبشر ، فإن الطاقة الكهرومغناطيسية الوحيدة التي تراها أعيننا هي الضوء المرئي. تحتوي بعض الكائنات الحية الأخرى على مستقبلات يفتقر إليها البشر ، مثل مستشعرات حرارة الثعابين ، وأجهزة استشعار الأشعة فوق البنفسجية للنحل ، أو المستقبلات المغناطيسية في الطيور المهاجرة.

يمكن تصنيف خلايا المستقبل بشكل أكبر على أساس نوع المنبهات التي تنقلها. يمكن تفسير المنبهات الكيميائية بواسطة أ مستقبلات كيميائية يفسر المنبهات الكيميائية ، مثل طعم أو رائحة شيء ما. مستقبلات Osmoreceptors تستجيب لتركيزات سوائل الجسم المذابة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الألم هو في الأساس حاسة كيميائية تفسر وجود المواد الكيميائية من تلف الأنسجة ، أو المنبهات الشديدة المماثلة ، من خلال مستقبل الألم. يتم تفسير المنبهات الفيزيائية ، مثل الضغط والاهتزاز ، وكذلك الإحساس بالصوت وموضع الجسم (التوازن) من خلال ميكانيكي المستقبل. محفز فيزيائي آخر له نوع خاص به من المستقبلات هو درجة الحرارة ، والتي يتم استشعارها من خلال a مستقبلات حرارية يكون إما حساسًا لدرجات حرارة أعلى من (الحرارة) أو أقل (باردة) من درجة حرارة الجسم العادية.

الطرائق الحسية

اسأل أي شخص عن الحواس ، ومن المرجح أن يسردوا الحواس الخمس الرئيسية - الذوق والشم واللمس والسمع والبصر. ومع ذلك ، فهذه ليست كل الحواس. أكثر إغفال وضوحا من هذه القائمة هو التوازن. أيضًا ، يمكن تقسيم ما يشار إليه ببساطة باسم اللمس إلى مزيد من الضغط ، والاهتزاز ، والتمدد ، وموضع بصيلات الشعر ، على أساس نوع المستقبلات الميكانيكية التي تدرك أحاسيس اللمس هذه. تشمل الحواس الأخرى التي يتم التغاضي عنها إدراك درجة الحرارة بواسطة المستقبلات الحرارية وإدراك الألم بواسطة مستقبلات الألم.

في عالم علم وظائف الأعضاء ، يمكن تصنيف الحواس على أنها عامة أو خاصة. أ إحساس عام هو نوع يتم توزيعه في جميع أنحاء الجسم وله خلايا مستقبلية داخل هياكل الأعضاء الأخرى. تعتبر المستقبلات الميكانيكية في الجلد أو العضلات أو جدران الأوعية الدموية أمثلة على هذا النوع. غالبًا ما تساهم الحواس العامة في حاسة اللمس ، كما هو موضح أعلاه ، أو في الحس العميق (حركة الجسم) و الحركية (حركة الجسم) ، أو أ الإحساس الحشوي، وهو الأكثر أهمية للوظائف اللاإرادية. أ احساس خاص هو العضو الذي يخصص له عضو معين وهو العين أو الأذن الداخلية أو اللسان أو الأنف.

يشار إلى كل من الحواس باسم أ الطريقة الحسية. الطريقة تشير إلى الطريقة التي يتم بها تشفير المعلومات ، والتي تشبه فكرة النقل. يمكن وصف الطرائق الحسية الرئيسية على أساس كيفية نقل كل منها. الحواس الكيميائية هي الذوق والشم. يشمل المعنى العام الذي يشار إليه عادةً باسم اللمس الإحساس الكيميائي في شكل الشعور بالألم أو الألم. يتم استشعار الضغط والاهتزاز وتمدد العضلات وحركة الشعر بواسطة محفز خارجي بواسطة المستقبلات الميكانيكية.يتم استشعار السمع والتوازن أيضًا بواسطة المستقبلات الميكانيكية. أخيرًا ، تتضمن الرؤية تنشيط المستقبلات الضوئية.

سرد جميع الأساليب الحسية المختلفة ، والتي يمكن أن تصل إلى 17 ، ينطوي على فصل الحواس الرئيسية الخمس إلى فئات أكثر تحديدًا ، أو الطرائف، بالمعنى الأكبر. تمثل الطريقة الحسية الفردية الإحساس بنوع معين من التحفيز. على سبيل المثال ، حاسة اللمس العامة ، والتي تُعرف باسم التحسس الجسدييمكن فصلها إلى ضغط خفيف أو ضغط عميق أو اهتزاز أو حكة أو ألم أو درجة حرارة أو حركة شعر.

الذوق (الذوق)

يوجد فقط عدد قليل من الطرائق الفرعية المعترف بها ضمن حاسة التذوق ، أو حاسة التذوق. حتى وقت قريب ، تم التعرف على أربعة مذاقات فقط: حلو ، ومالح ، وحامض ، ومر. أدت الأبحاث في مطلع القرن العشرين إلى التعرف على الذوق الخامس ، أومامي ، في منتصف الثمانينيات. أومامي هي كلمة يابانية تعني "المذاق اللذيذ" وغالبًا ما تُترجم لتعني "مالح". اقترحت أبحاث حديثة جدًا أنه قد يكون هناك أيضًا طعم سادس للدهون أو الدهون.

الذوق هو الإحساس الخاص المرتبط باللسان. سطح اللسان ، مع بقية تجويف الفم ، مبطّن بظهارة حرشفية طبقية. أثار دعا المطبات الحليمات (المفرد = الحليمة) تحتوي على هياكل لتوصيل الذوق. هناك أربعة أنواع من الحليمات ، بناءً على مظهرها ([رابط]): محيطي ، ورقي ، وخيطي ، وشكلي. داخل هيكل الحليمات هي براعم التذوق التي تحتوي على متخصص خلايا المستقبل الذوقية لتوصيل محفزات التذوق. هذه الخلايا المستقبلة حساسة للمواد الكيميائية الموجودة في الأطعمة التي يتم تناولها ، وتطلق النواقل العصبية بناءً على كمية المادة الكيميائية الموجودة في الطعام. يمكن للنواقل العصبية من الخلايا الذوقية تنشيط الخلايا العصبية الحسية في أعصاب الوجه والبلعوم والأعصاب القحفية المبهمة.

الطعم المالح هو ببساطة إدراك أيونات الصوديوم (Na +) في اللعاب. عندما تأكل شيئًا مالحًا ، تتفكك بلورات الملح في أيونات مكونة Na + و Cl - التي تذوب في اللعاب في فمك. يصبح تركيز Na + مرتفعًا خارج الخلايا الذوقية ، مما يخلق تدرجًا قويًا للتركيز يدفع انتشار الأيون إلى الخلايا. ينتج عن دخول Na + في هذه الخلايا إزالة استقطاب غشاء الخلية وتوليد مستقبلات محتملة.

الطعم الحامض هو تصور تركيز H +. تمامًا كما هو الحال مع أيونات الصوديوم في النكهات المالحة ، تدخل أيونات الهيدروجين هذه الخلية وتؤدي إلى إزالة الاستقطاب. النكهات الحامضة هي ، في الأساس ، تصور الأحماض في طعامنا. تؤدي زيادة تركيزات أيونات الهيدروجين في اللعاب (خفض درجة الحموضة في اللعاب) إلى تحفيز إمكانات متدرجة أقوى تدريجياً في الخلايا الذوقية. على سبيل المثال ، عصير البرتقال - الذي يحتوي على حامض الستريك - سوف يتذوق طعمه الحامض لأنه يحتوي على قيمة pH تقارب 3. بالطبع ، غالبًا ما يتم تحليته بحيث يتم إخفاء الطعم الحامض.

يتم تشغيل أول طعمين (مالح وحامض) بواسطة الكاتيونات Na + و H +. تنتج الأذواق الأخرى عن ارتباط جزيئات الطعام بمستقبلات مقترنة ببروتين G. يؤدي نظام نقل إشارة البروتين G في النهاية إلى إزالة استقطاب الخلية الذوقية. الطعم الحلو هو حساسية الخلايا الذوقية لوجود الجلوكوز الذائب في اللعاب. السكريات الأحادية الأخرى مثل الفركتوز أو المحليات الصناعية مثل الأسبارتام (NutraSweet ™) أو السكرين أو السكرالوز (Splenda ™) تعمل أيضًا على تنشيط المستقبلات الحلوة. يختلف تقارب كل من هذه الجزيئات ، وبعضها سيكون أكثر حلاوة من الجلوكوز لأنها ترتبط بالمستقبل المقترن بالبروتين G بشكل مختلف.

الطعم المر يشبه الحلو في أن جزيئات الطعام ترتبط بمستقبلات البروتين جي. ومع ذلك ، هناك عدد من الطرق المختلفة التي يمكن أن يحدث بها هذا بسبب وجود تنوع كبير من الجزيئات ذات المذاق المر. تزيل بعض الجزيئات المرة استقطاب الخلايا الذوقية ، في حين أن البعض الآخر يفرط في استقطاب الخلايا الذوقية. وبالمثل ، فإن بعض الجزيئات المرة تزيد من تنشيط البروتين G داخل الخلايا الذوقية ، بينما تقلل الجزيئات المرة الأخرى من تنشيط البروتين G. تعتمد الاستجابة المحددة على الجزيء المرتبط بالمستقبل.

إحدى المجموعات الرئيسية من الجزيئات ذات المذاق المر هي القلويات. قلويدات هي جزيئات تحتوي على النيتروجين والتي توجد عادة في المنتجات النباتية ذات المذاق المر ، مثل القهوة ، والجنجل (في البيرة) ، والعفص (في النبيذ) ، والشاي ، والأسبرين. من خلال احتوائه على قلويدات سامة ، يكون النبات أقل عرضة للإصابة بالميكروبات وأقل جاذبية للحيوانات العاشبة.

لذلك ، قد ترتبط وظيفة الطعم المر في المقام الأول بتحفيز منعكس الكمامة لتجنب تناول السموم. لهذا السبب ، غالبًا ما يتم الجمع بين العديد من الأطعمة المرة التي يتم تناولها عادةً مع مكون حلو لجعلها أكثر قبولًا (الكريمة والسكر في القهوة ، على سبيل المثال). يبدو أن أعلى تركيز للمستقبلات المرة يكون في اللسان الخلفي ، حيث لا يزال بإمكان منعكس الكمامة بصق الطعام السام.

غالبًا ما يشار إلى الطعم المعروف باسم أومامي بالطعم اللذيذ. مثل الحلو والمر ، فهو يعتمد على تنشيط المستقبلات المقترنة ببروتين G بواسطة جزيء معين. الجزيء الذي ينشط هذا المستقبل هو الحمض الأميني L-glutamate. لذلك ، غالبًا ما يُنظر إلى نكهة أومامي أثناء تناول الأطعمة الغنية بالبروتين. ليس من المستغرب أن توصف الأطباق التي تحتوي على اللحوم بأنها لذيذة.

بمجرد تنشيط الخلايا الذوقية بواسطة جزيئات الذوق ، فإنها تطلق نواقل عصبية على تشعبات الخلايا العصبية الحسية. هذه الخلايا العصبية هي جزء من الأعصاب القحفية الوجهية والبلعومية ، بالإضافة إلى مكون داخل العصب المبهم المخصص لانعكاس الكمامة. يتصل العصب الوجهي ببراعم التذوق في الثلث الأمامي من اللسان. يتصل العصب البلعومي اللساني ببراعم التذوق في الثلثين الخلفي من اللسان. يتصل العصب المبهم ببراعم التذوق في الجزء الخلفي المتطرف من اللسان ، على مقربة من البلعوم ، وهي أكثر حساسية للمنبهات الضارة مثل المرارة.

شاهد هذا الفيديو للتعرف على الدكتورة دانييل ريد من مركز Monell Chemical Senses Center في فيلادلفيا ، بنسلفانيا ، والتي أصبحت مهتمة بالعلوم في سن مبكرة بسبب تجاربها الحسية. أدركت أن حاسة التذوق لديها كانت فريدة من نوعها مقارنة بالأشخاص الآخرين الذين تعرفهم. الآن ، تدرس الاختلافات الجينية بين الناس وحساسياتهم لمثيرات التذوق. ويظهر في الفيديو صورة مختصرة لشخص يخرج لسانه مغطاة بصبغة ملونة. هذه هي الطريقة التي يستطيع بها الدكتور ريد تصور وعد الحليمات على سطح اللسان. ينقسم الناس إلى مجموعتين تُعرفان باسم "المتذوقون" و "غير المتذوقين" بناءً على كثافة الحليمات الموجودة على لسانهم ، مما يشير أيضًا إلى عدد براعم التذوق. يمكن لغير المتذوقين تذوق الطعام ، لكنهم ليسوا حساسين لأذواق معينة ، مثل المرارة. اكتشفت الدكتورة ريد أنها ليست متذوقة ، وهو ما يفسر سبب إدراكها للمرارة بشكل مختلف عن الأشخاص الآخرين الذين تعرفهم. هل أنت حساس جدا للأذواق؟ هل يمكنك أن ترى أي تشابه بين أفراد أسرتك؟

الشم (الرائحة)

مثل الذوق ، حاسة الشم ، أو الشم، يستجيب أيضًا للمنبهات الكيميائية. تقع الخلايا العصبية للمستقبلات الشمية في منطقة صغيرة داخل تجويف الأنف العلوي ([رابط]). يشار إلى هذه المنطقة باسم ظهارة شمية ويحتوي على الخلايا العصبية الحسية ثنائية القطب. كل الخلايا العصبية الحسية الشمية لديه تشعبات تمتد من السطح القمي للظهارة إلى المخاط الذي يبطن التجويف. عندما يتم استنشاق الجزيئات المحمولة جواً من خلال الأنف ، فإنها تمر فوق المنطقة الظهارية الشمية وتذوب في المخاط. هؤلاء جزيئات الرائحة ترتبط بالبروتينات التي تبقيها ذائبة في المخاط وتساعد على نقلها إلى التشعبات الشمية. يرتبط مركب البروتين الرائحة ببروتين مستقبلات داخل غشاء الخلية للتغصنات الشمية. هذه المستقبلات هي بروتين G- مقترنة ، وسوف تنتج جهد غشاء متدرج في الخلايا العصبية الشمية.

يمتد محور العصبون الشمي من السطح القاعدي للظهارة ، عبر الثقبة الشمية في الصفيحة المصفوية للعظم الغربالي ، وإلى الدماغ. تتصل مجموعة المحاور التي تسمى السبيل الشمي بـ البصلة الشمية على السطح البطني للفص الجبهي. من هناك ، تنقسم المحاور لتنتقل إلى عدة مناطق بالمخ. يسافر البعض إلى المخ ، وتحديداً إلى القشرة الشمية الأولية الموجودة في المناطق السفلية والوسطى من الفص الصدغي. يخطط آخرون إلى هياكل داخل الجهاز الحوفي والوطاء ، حيث ترتبط الروائح بالذاكرة طويلة المدى والاستجابات العاطفية. هذه هي الطريقة التي تثير بها بعض الروائح الذكريات العاطفية ، مثل رائحة الطعام المرتبطة بمكان الولادة. الرائحة هي الطريقة الحسية التي لا تتشابك في المهاد قبل الاتصال بالقشرة الدماغية. هذه العلاقة الحميمة بين نظام حاسة الشم والقشرة الدماغية هي أحد الأسباب التي تجعل الرائحة محفزًا قويًا للذكريات والعاطفة.

يمكن أن تتضرر ظهارة الأنف ، بما في ذلك الخلايا الشمية ، بواسطة المواد الكيميائية السامة المحمولة جوًا. لذلك ، يتم استبدال الخلايا العصبية الشمية بانتظام داخل الظهارة الأنفية ، وبعد ذلك يجب أن تجد المحاور العصبية للخلايا العصبية الجديدة وصلاتها المناسبة في البصلة الشمية. تنمو هذه المحاور الجديدة على طول المحاور الموجودة بالفعل في العصب القحفي.

نظام الشم: فقدان حاسة الشم بصدمة قوية على الوجه ، مثل تلك الشائعة في العديد من حوادث السيارات ، يمكن أن تؤدي إلى فقدان العصب الشمي ، وبالتالي فقدان حاسة الشم. تُعرف هذه الحالة باسم فقد حاسة الشم. عندما يتحرك الفص الجبهي للدماغ بالنسبة للعظم الغربالي ، قد تنفصل محاور السبيل الشمي عن بعضها. غالبًا ما يعاني المقاتلون المحترفون من فقدان حاسة الشم بسبب الصدمات المتكررة في الوجه والرأس. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لبعض الأدوية ، مثل المضادات الحيوية ، أن تسبب فقدان الشم عن طريق قتل جميع الخلايا العصبية الشمية مرة واحدة. إذا لم تكن هناك محاور في مكانها داخل العصب الشمي ، فإن المحاور من الخلايا العصبية الشمية المشكلة حديثًا ليس لديها دليل يقودها إلى وصلاتها داخل البصلة الشمية. هناك أيضًا أسباب مؤقتة لفقدان الشم ، مثل تلك التي تسببها الاستجابات الالتهابية المتعلقة بالتهابات الجهاز التنفسي أو الحساسية.

يمكن أن يؤدي فقدان حاسة الشم إلى طعم لطيف للطعام. قد يحتاج الشخص الذي يعاني من ضعف حاسة الشم إلى مستويات إضافية من التوابل والتوابل لتذوق الطعام. قد يرتبط فقدان الشم أيضًا ببعض مظاهر الاكتئاب الخفيف ، لأن فقدان الاستمتاع بالطعام قد يؤدي إلى شعور عام باليأس.

تتناقص قدرة الخلايا العصبية الشمية على استبدال نفسها مع تقدم العمر ، مما يؤدي إلى فقدان حاسة الشم المرتبط بالعمر. وهذا يفسر سبب قيام بعض كبار السن بملح طعامهم أكثر من الأشخاص الأصغر سنًا. ومع ذلك ، فإن زيادة تناول الصوديوم يمكن أن تزيد من حجم الدم وضغط الدم ، مما يزيد من خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية لدى كبار السن.

الاختبار (الاستماع)

السمع ، أو الاختبار، هو تحويل الموجات الصوتية إلى إشارة عصبية أصبح ممكنًا بواسطة هياكل الأذن ([رابط]). يُعرف الهيكل السمين الكبير على الجانب الجانبي للرأس باسم أذن. ستشير بعض المصادر أيضًا إلى هذه البنية باسم الصيوان ، على الرغم من أن هذا المصطلح أكثر ملاءمة لهيكل يمكن تحريكه ، مثل الأذن الخارجية للقط. المنحنيات على شكل حرف C للأذن توجه موجات صوتية نحو القناة السمعية. تدخل القناة الجمجمة من خلال الصماخ السمعي الخارجي للعظم الصدغي. في نهاية القناة السمعية هو الغشاء الطبلي، أو طبلة الأذن التي تهتز بعد أن تضربها الموجات الصوتية. غالبًا ما يشار إلى الأذن وقناة الأذن والغشاء الطبلي باسم الأذن الخارجية. ال الأذن الوسطى يتكون من مساحة ممتدة بثلاث عظام صغيرة تسمى عظيمات. العظمية الثلاث هي المطرقة, سندان، و الركاب، وهي أسماء لاتينية تُترجم تقريبًا إلى المطرقة والسندان والركاب. يتم توصيل المطرقة بالغشاء الطبلي ويتمفصل مع السندان. السندان ، بدوره ، يتمفصل مع الركاب. ثم يتم إرفاق عظام الركابي بـ الأذن الداخلية، حيث سيتم تحويل الموجات الصوتية إلى إشارة عصبية. تتصل الأذن الوسطى بالبلعوم من خلال أنبوب أوستاكي ، مما يساعد على موازنة ضغط الهواء عبر الغشاء الطبلي. عادة ما يكون الأنبوب مغلقًا ولكنه ينفتح عندما تنقبض عضلات البلعوم أثناء البلع أو التثاؤب.

غالبًا ما توصف الأذن الداخلية بأنها متاهة عظمية ، حيث تتكون من سلسلة من القنوات المدمجة داخل العظم الصدغي. لديها منطقتان منفصلتان ، و قوقعة و ال دهليز، المسؤولة عن السمع والتوازن ، على التوالي. يتم نقل الإشارات العصبية من هاتين المنطقتين إلى جذع الدماغ من خلال حزم ألياف منفصلة. ومع ذلك ، فإن هاتين الحزمتين المتميزتين تنتقلان معًا من الأذن الداخلية إلى جذع الدماغ كعصب الدهليز القوقعي. يتم تحويل الصوت إلى إشارات عصبية داخل منطقة القوقعة في الأذن الداخلية ، والتي تحتوي على الخلايا العصبية الحسية في الأذن الداخلية. العقد الحلزونية. تقع هذه العقد داخل قوقعة الأذن الداخلية ذات الشكل الحلزوني. يتم توصيل القوقعة بالركاب من خلال نافدة بيضاوية.

توجد النافذة البيضاوية في بداية أنبوب مملوء بسائل داخل القوقعة يسمى سكالا الدهليز. تمتد دهليز scala من النافذة البيضاوية ، وتنتقل فوق قناة القوقعة، وهو التجويف المركزي للقوقعة الذي يحتوي على الخلايا العصبية الناقلة للصوت. في الطرف العلوي من القوقعة ، تنحني سلالة الدهليز فوق الجزء العلوي من قناة القوقعة. الأنبوب المملوء بالسائل ، والذي يسمى الآن scala tympani، يعود إلى قاعدة القوقعة ، وهذه المرة تنتقل تحت قناة القوقعة. طبل سكالا ينتهي في نافذة دائرية، وهو مغطى بغشاء يحتوي على السائل داخل السقالة. عندما تنتقل اهتزازات العظم عبر النافذة البيضاوية ، يتحرك سائل دهليز scala و scala tympani في حركة تشبه الموجة. تردد موجات السوائل يتطابق مع ترددات الموجات الصوتية ([رابط]). سوف ينتفخ الغشاء الذي يغطي النافذة المستديرة أو يتجعد مع حركة السائل داخل scala tympani.

يُظهر العرض المقطعي للقوقعة أن سقالة الدهليز و scala tympani تعمل على جانبي القناة القوقعية ([رابط]). تحتوي قناة القوقعة على عدة أنواع أجهزة كورتي، والتي تعمل على تحويل الحركة الموجية للقطعتين إلى إشارات عصبية. تقع أعضاء كورتي على قمة الغشاء القاعدي، وهو جانب القناة القوقعية الواقعة بين أعضاء كورتي و scala tympani. عندما تتحرك موجات السوائل عبر دهليز scala و scala tympani ، يتحرك الغشاء القاعدي في نقطة معينة ، اعتمادًا على تردد الموجات. تحرك موجات التردد العالي منطقة الغشاء القاعدي القريب من قاعدة القوقعة. تحرك موجات التردد المنخفض منطقة الغشاء القاعدي القريب من طرف القوقعة.

تحتوي أعضاء كورتي خلايا الشعر، والتي سميت على غرار الشعر استريوسيليا تمتد من الأسطح القمية للخلية ([رابط]). الأهداب المجسمة هي مجموعة من الهياكل الشبيهة بالميكروفيلي مرتبة من الأطول إلى الأقصر. تربط ألياف البروتين الشعرات المتجاورة معًا داخل كل مجموعة ، بحيث تنحني الصفيف استجابةً لحركات الغشاء القاعدي. تمتد الستريوسيليا من خلايا الشعر إلى السطح الغشاء الصدري، والتي تعلق في الوسط بجهاز كورتي. عندما تحرك موجات الضغط من scala الغشاء القاعدي ، ينزلق الغشاء العظمي عبر الفراغ. يؤدي هذا إلى ثني الستريوسيليا إما تجاه أو بعيدًا عن العضو الأطول في كل مجموعة. عندما تنحني الستريوسيليا نحو أطول عضو في صفيفها ، يؤدي التوتر في حبال البروتين إلى فتح القنوات الأيونية في غشاء خلية الشعر. سيؤدي ذلك إلى إزالة استقطاب غشاء خلية الشعر ، مما يؤدي إلى تحفيز نبضات عصبية تنتقل عبر الألياف العصبية الواردة المرتبطة بخلايا الشعر. عندما تنحني الستريوسيليا نحو أقصر عضو في صفيفها ، يتراخى التوتر على الحبال وتغلق القنوات الأيونية. عندما لا يكون هناك صوت ، وتقف الستريوسيليا بشكل مستقيم ، لا يزال هناك قدر ضئيل من التوتر على الحبال ، مما يحافظ على استقطاب غشاء خلية الشعر قليلاً.

اعرض موقع WebScope التابع لجامعة ميشيغان لاستكشاف عينة الأنسجة بمزيد من التفصيل. الغشاء القاعدي هو الغشاء الرقيق الذي يمتد من اللب المركزي للقوقعة إلى الحافة. ما الذي يثبت في هذا الغشاء بحيث يمكن تنشيطه بحركة السوائل داخل القوقعة؟

كما هو مذكور أعلاه ، لن تتحرك منطقة معينة من الغشاء القاعدي إلا إذا كان الصوت الوارد بتردد معين. نظرًا لأن الغشاء القمعي يتحرك فقط حيث يتحرك الغشاء القاعدي ، فإن خلايا الشعر في هذه المنطقة ستستجيب أيضًا فقط لأصوات هذا التردد المحدد. لذلك ، مع تغير تردد الصوت ، يتم تنشيط خلايا شعر مختلفة على طول الغشاء القاعدي. تقوم القوقعة بترميز المحفزات السمعية للترددات بين 20 و 20000 هرتز ، وهو نطاق الصوت الذي يمكن أن تكتشفه آذان الإنسان. تقيس وحدة هيرتز تردد الموجات الصوتية من حيث الدورات المنتجة في الثانية. تكتشف خلايا الشعر ترددات منخفضة تصل إلى 20 هرتز في قمة القوقعة أو طرفها. يتم ترميز الترددات في النطاقات الأعلى من 20 كيلو هرتز بواسطة خلايا الشعر الموجودة في قاعدة القوقعة ، بالقرب من النوافذ المستديرة والبيضاوية ([رابط]). تحتوي معظم المنبهات السمعية على مزيج من الأصوات بترددات وشدة متنوعة (ممثلة بسعة الموجة الصوتية). تسمح خلايا الشعر على طول قناة القوقعة ، والتي تكون كل منها حساسة لتردد معين ، للقوقعة بفصل المحفزات السمعية حسب التردد ، تمامًا كما يفصل المنشور الضوء المرئي إلى الألوان المكونة له.

شاهد هذا الفيديو لمعرفة المزيد حول كيفية تحويل هياكل الأذن للموجات الصوتية إلى إشارة عصبية عن طريق تحريك "الشعيرات" أو الأهداب المجسمة لقناة القوقعة. تقوم مواقع محددة على طول طول القناة بتشفير ترددات أو نغمات معينة. يفسر الدماغ معنى الأصوات التي نسمعها مثل الموسيقى والكلام والضوضاء وما إلى ذلك. ما هي هياكل الأذن المسؤولة عن تضخيم الصوت ونقله من الأذن الخارجية إلى الأذن الداخلية؟

شاهد هذه الرسوم المتحركة لمعرفة المزيد عن الأذن الداخلية ولرؤية فتح القوقعة ، مع وجود القاعدة في الجزء الخلفي من الصورة والقمة في المقدمة. تتسبب الأطوال الموجية المحددة للصوت في اهتزاز مناطق معينة من الغشاء القاعدي ، تمامًا مثل مفاتيح البيانو التي تصدر صوتًا عند ترددات مختلفة.استنادًا إلى الرسوم المتحركة ، أين تسبب الترددات - من النغمات العالية إلى المنخفضة - نشاطًا في خلايا الشعر داخل قناة القوقعة؟

التوازن (التوازن)

إلى جانب الاختبار ، فإن الأذن الداخلية مسؤولة عن ترميز المعلومات الخاصة به حالة توازن، الإحساس بالتوازن. هناك مستقبل ميكانيكي مشابه - خلية شعر بها استريوسيليا - يستشعر موضع الرأس ، وحركة الرأس ، وما إذا كانت أجسامنا في حالة حركة. تقع هذه الخلايا داخل دهليز الأذن الداخلية. يتم استشعار موضع الرأس بواسطة يوتريكلي و كيس، في حين يتم استشعار حركة الرأس بواسطة القنوات الهلالية. الإشارات العصبية المتولدة في العقدة الدهليزية تنتقل عبر العصب الدهليزي القوقعي إلى جذع الدماغ والمخيخ.

يتكون كل من utricle و saccule إلى حد كبير من البقعة نسيج (جمع = بقع). تتكون البقعة من خلايا شعر محاطة بخلايا داعمة. تمتد الستريوسيليا لخلايا الشعر إلى هلام لزج يسمى غشاء otolithic ([حلقة الوصل]). فوق غشاء otolithic توجد طبقة من بلورات كربونات الكالسيوم تسمى otoliths. تجعل غبار الأذن بشكل أساسي الغشاء الحجري ثقيلًا. يتحرك الغشاء الحجري بشكل منفصل عن البقعة استجابة لحركات الرأس. يؤدي إمالة الرأس إلى انزلاق الغشاء الحجري فوق البقعة في اتجاه الجاذبية. الغشاء الحجري المتحرك ، بدوره ، يثني الستيروسيليا ، مما يتسبب في إزالة استقطاب بعض خلايا الشعر بينما يفرط البعض الآخر في الاستقطاب. يفسر الدماغ الوضع الدقيق للرأس بناءً على نمط إزالة استقطاب خلايا الشعر.

القنوات نصف الدائرية هي ثلاثة امتدادات تشبه الحلقة من الدهليز. أحدهما موجه في المستوى الأفقي ، بينما الآخران موجهان في المستوى الرأسي. يتم توجيه القنوات الرأسية الأمامية والخلفية عند 45 درجة تقريبًا بالنسبة للمستوى السهمي ([رابط]). قاعدة كل قناة نصف دائرية ، حيث تلتقي مع الدهليز ، تتصل بمنطقة موسعة تعرف باسم أمبولة. تحتوي الأمبولة على خلايا الشعر التي تستجيب لحركة الدوران ، مثل قلب الرأس مع قول "لا". تمتد الستريوسيليا من هذه الخلايا الشعرية إلى قبة، غشاء يلتصق بأعلى الأمبولة. عندما يدور الرأس في مستوى موازٍ للقناة نصف الدائرية ، يتأخر السائل ، مما يؤدي إلى انحراف القبة في الاتجاه المعاكس لحركة الرأس. تحتوي القنوات نصف الدائرية على عدة أمبولات ، بعضها موجه أفقيًا والبعض الآخر موجهًا عموديًا. من خلال مقارنة الحركات النسبية لكل من الأمبولات الأفقية والرأسية ، يمكن للنظام الدهليزي اكتشاف اتجاه معظم حركات الرأس ضمن مساحة ثلاثية الأبعاد (3-D).

التحسس الجسدي (اللمس)

يعتبر التحسس الجسدي إحساسًا عامًا ، على عكس الحواس الخاصة التي تمت مناقشتها في هذا القسم. التحسس الجسدي هو مجموعة من الأساليب الحسية المرتبطة باللمس ، واستقبال الحس العميق ، والإدراك الداخلي. تشمل هذه الأساليب الضغط والاهتزاز واللمسة الخفيفة والدغدغة والحكة ودرجة الحرارة والألم واستقبال الحس العميق والحركة. هذا يعني أن مستقبلاته لا ترتبط بعضو متخصص ، بل تنتشر في جميع أنحاء الجسم في مجموعة متنوعة من الأعضاء. توجد العديد من المستقبلات الحسية الجسدية في الجلد ، ولكن توجد مستقبلات أيضًا في العضلات والأوتار وكبسولات المفاصل والأربطة وجدران الأعضاء الحشوية.

هناك نوعان من الإشارات الحسية الجسدية التي تنقلها النهايات العصبية الحرة وهما الألم ودرجة الحرارة. تستخدم هاتان الطريقتان المستقبلات الحرارية ومستقبلات الألم لتحويل درجة الحرارة ومحفزات الألم ، على التوالي. يتم تحفيز مستقبلات درجة الحرارة عندما تختلف درجات الحرارة المحلية عن درجة حرارة الجسم. بعض المستقبلات الحرارية حساسة للبرد والبعض الآخر للحرارة فقط. الإحساس بالألم هو الإحساس بمحفزات قد تكون ضارة. ستثير المنبهات الميكانيكية أو الكيميائية أو الحرارية التي تتجاوز عتبة معينة أحاسيس مؤلمة. تطلق الأنسجة المجهدة أو التالفة مواد كيميائية تنشط بروتينات المستقبلات في مستقبلات الألم. على سبيل المثال ، ينطوي الإحساس بالحرارة المرتبط بالأطعمة الحارة كبخاخات، الجزيء النشط في الفلفل الحار. ترتبط جزيئات الكابسيسين بقناة أيون عبر الغشاء في مستقبلات الألم الحساسة لدرجات حرارة أعلى من 37 درجة مئوية. إن ديناميكيات ارتباط الكابسيسين بقناة أيون عبر الغشاء غير معتادة من حيث أن الجزيء يظل مرتبطًا لفترة طويلة. وبسبب هذا ، فإنه سيقلل من قدرة المحفزات الأخرى على إثارة الإحساس بالألم من خلال مستقبلات الألم المنشط. لهذا السبب ، يمكن استخدام الكابسيسين كمسكن موضعي ، كما هو الحال في منتجات مثل Icy Hot ™.

إذا قمت بسحب إصبعك عبر سطح محكم ، فسوف يهتز جلد إصبعك. يتم استشعار هذه الاهتزازات منخفضة التردد بواسطة مستقبلات ميكانيكية تسمى خلايا ميركل ، والمعروفة أيضًا باسم المستقبلات الميكانيكية الجلدية من النوع الأول. توجد خلايا ميركل في الطبقة القاعدية للبشرة. يتم نقل الضغط والاهتزاز العميقين بواسطة كريات صفائحية (Pacinian) ، وهي مستقبلات ذات نهايات مغلفة توجد في عمق الأدمة ، أو في الأنسجة تحت الجلد. يتم تحويل اللمسة الخفيفة عن طريق النهايات المغلفة المعروفة باسم الكريات اللمسية (Meissner). يتم لف البصيلات أيضًا في ضفيرة من النهايات العصبية المعروفة باسم ضفيرة بصيلات الشعر. تكتشف هذه النهايات العصبية حركة الشعر على سطح الجلد ، كما هو الحال عندما تكون الحشرة تمشي على الجلد. يتم نقل شد الجلد عن طريق مستقبلات التمدد المعروفة باسم الكريات المنتفخة. تُعرف الكريات المنتفخة أيضًا باسم كريات روفيني ، أو النوع الثاني من المستقبلات الميكانيكية الجلدية.

توجد مستقبلات حسية جسدية أخرى في المفاصل والعضلات. تراقب مستقبلات التمدد تمدد الأوتار والعضلات ومكونات المفاصل. على سبيل المثال ، هل سبق لك أن قمت بشد عضلاتك قبل التمرين أو بعده ولاحظت أنه لا يمكنك التمدد إلا قبل أن تتقلص عضلاتك إلى حالة أقل تمددًا؟ هذا التشنج هو رد فعل ينشأ عن طريق مستقبلات التمدد لتجنب تمزق العضلات. يمكن لمستقبلات التمدد هذه أيضًا أن تمنع الانكماش المفرط للعضلة. في أنسجة العضلات الهيكلية ، تسمى مستقبلات التمدد هذه بالمغازل العضلية. تقوم أعضاء وتر جولجي أيضًا بتحويل مستويات تمدد الأوتار. توجد الكريات المنتفخة أيضًا في كبسولات المفصل ، حيث تقيس التمدد في مكونات النظام الهيكلي داخل المفصل. يتم عرض أنواع النهايات العصبية ومواقعها والمحفزات التي تنقلها في [رابط].

* لا يوجد اسم مسمى مطابق.
المستقبلات الميكانيكية للتحسس الجسدي
اسم اسم تاريخي (مسمى) الموقع (المواقع) المنبهات
النهايات العصبية الحرة * الأدمة ، القرنية ، اللسان ، كبسولات المفاصل ، الأعضاء الحشوية الألم ودرجة الحرارة والتشوه الميكانيكي
المستقبلات الميكانيكية أقراص ميركل الموصل الجلدي - الجلدي ، الأغشية المخاطية اهتزاز منخفض التردد (5-15 هرتز)
جسيم منتفخ جثة روفيني الأدمة ، كبسولات مشتركة تمتد
الجسم اللمسي جوهر مايسنر الأدمة الحليمية ، خاصة في أطراف الأصابع والشفتين لمسة خفيفة ، اهتزازات أقل من 50 هرتز
جسم مصفح كرية باتشيني الأدمة العميقة ، الأنسجة تحت الجلد ضغط عميق ، اهتزاز عالي التردد (حوالي 250 هرتز)
ضفيرة بصيلات الشعر * ملفوفة حول بصيلات الشعر في الأدمة حركة الشعر
المغازل العضلية * تمشيا مع ألياف العضلات والهيكل العظمي تقلص العضلات وتمددها
وتر الجهاز تمتد عضو وتر جولجي تمشيا مع الأوتار تمدد الأوتار

رؤية

رؤية هو إحساس خاص بالبصر يعتمد على نقل محفزات الضوء التي يتم تلقيها من خلال العين. تقع العيون داخل أي من المدارات في الجمجمة. تحيط المدارات العظمية مقل العيون وتحميها وتثبت الأنسجة الرخوة للعين ([رابط]). تساعد الجفون ، مع وجود رموش في حوافها الأمامية ، على حماية العين من التآكل عن طريق منع الجزيئات التي قد تهبط على سطح العين. السطح الداخلي لكل غطاء عبارة عن غشاء رقيق يعرف باسم الملتحمة الجفنية. تمتد الملتحمة فوق المناطق البيضاء للعين (الصلبة) ، وتربط الجفون بمقلة العين. يتم إنتاج الدموع بواسطة الغدة الدمعية، وتقع تحت الحواف الجانبية للأنف. تتدفق الدموع التي تنتجها هذه الغدة عبر القناة الدمعية إلى الركن الإنسي للعين ، حيث تتدفق الدموع فوق الملتحمة ، وتغسل الجزيئات الغريبة.

تتم حركة العين داخل المدار بانقباض ستة عضلات العين التي تنشأ من عظام المدار وتدخل في سطح مقلة العين ([رابط]). يتم ترتيب أربع عضلات عند النقاط الأساسية حول العين ويتم تسميتها لتلك المواقع. هم ال المستقيمة العليا, المستقيم الإنسي, المستقيم السفلي، و المستقيم الجانبي. عندما تنقبض كل من هذه العضلات ، تتحرك العين نحو العضلة المتقلصة. على سبيل المثال ، عندما ينقبض المستقيم العلوي ، تدور العين للنظر لأعلى. ال مائل علوي ينشأ في المدار الخلفي ، بالقرب من أصل العضلات المستقيمة الأربعة. ومع ذلك ، فإن وتر العضلات المائلة تترابط من خلال قطعة غضروف تشبه البكرة تُعرف باسم تروكليا. يُدرج الوتر بشكل غير مباشر في السطح العلوي للعين. تعني زاوية الوتر المار عبر العضد أن تقلص المائل العلوي يدور العين في الوسط. ال منحرف سفلي تنشأ العضلات من أرضية المدار وتدخل في السطح السفلي الجانبي للعين. عندما ينقبض ، فإنه يدور العين بشكل جانبي ، على عكس المائل العلوي. يعد دوران العين بواسطة العضلتين المائلتين ضروريًا لأن العين ليست محاذية تمامًا للمستوى السهمي. عندما تنظر العين لأعلى أو لأسفل ، يجب أن تدور العين أيضًا بشكل طفيف لتعويض سحب المستقيم العلوي بزاوية 20 درجة تقريبًا ، وليس بشكل مستقيم للأعلى. وينطبق الشيء نفسه على المستقيم السفلي ، والذي يتم تعويضه عن طريق تقلص المائل السفلي. العضلة السابعة في المدار هي رافعة الجفن المتفوقة، وهو المسؤول عن رفع وسحب الجفن العلوي ، وهي حركة تحدث عادةً بالتنسيق مع ارتفاع العين عن طريق المستقيم العلوي (انظر [الرابط]).

يتم تغذية عضلات العين من خلال ثلاثة أعصاب قحفية. المستقيم الجانبي ، الذي يسبب اختطاف العين ، يُعصب بواسطة العصب المُبَعِّد. يُعصب العصب البَكَرِيّ المائل العلوي. يتم تعصب جميع العضلات الأخرى بواسطة العصب الحركي للعين ، كما هو الحال مع الرافعة الجفنية العليا. تتصل النوى الحركية لهذه الأعصاب القحفية بجذع الدماغ الذي ينسق حركات العين.

العين نفسها عبارة عن كرة مجوفة تتكون من ثلاث طبقات من الأنسجة. الطبقة الخارجية هي سترة ليفيةوالتي تشمل الأبيض الصلبة العينية و واضح القرنية. تمثل الصلبة خمسة أسداس سطح العين ، ومعظمها غير مرئي ، على الرغم من أن البشر فريدون مقارنة بالعديد من الأنواع الأخرى في وجود الكثير من "بياض العين" المرئي ([الرابط]). تغطي القرنية الشفافة الطرف الأمامي للعين وتسمح للضوء بدخول العين. الطبقة الوسطى من العين هي سترة الأوعية الدموية، والتي تتكون في الغالب من المشيمية والجسم الهدبي والقزحية. ال المشيمية هي طبقة من الأنسجة الضامة عالية الأوعية الدموية التي توفر إمداد الدم لمقلة العين. المشيمية الخلفية الجسم الهدبي، وهي بنية عضلية مرتبطة بـ عدسة بواسطة الأربطة المعلقة ، أو ألياف المنطقة. يعمل هذان الهيكلان على ثني العدسة ، مما يسمح لها بتركيز الضوء على الجزء الخلفي من العين. يتراكب الجسم الهدبي ، ويظهر في العين الأمامية ، هو قزحية- الجزء الملون من العين. القزحية هي عضلة ملساء تفتح أو تغلق التلميذ، وهي الفتحة الموجودة في مركز العين والتي تسمح للضوء بالدخول. تضيق القزحية الحدقة استجابة للضوء الساطع وتوسع الحدقة استجابة للضوء الخافت. الطبقة الأعمق للعين هي سترة عصبية، أو شبكية العين، والذي يحتوي على النسيج العصبي المسؤول عن استقبال الضوء.

تنقسم العين أيضًا إلى تجويفين: التجويف الأمامي والتجويف الخلفي. التجويف الأمامي هو الفراغ بين القرنية والعدسة ، بما في ذلك القزحية والجسم الهدبي. تمتلئ بسائل مائي يسمى النكتة المائية. التجويف الخلفي هو المساحة الموجودة خلف العدسة والتي تمتد إلى الجانب الخلفي من مقلة العين الداخلية ، حيث توجد شبكية العين. يمتلئ التجويف الخلفي بسائل أكثر لزوجة يسمى النكتة الزجاجية.

تتكون شبكية العين من عدة طبقات وتحتوي على خلايا متخصصة للمعالجة الأولية للمحفزات البصرية. تقوم المستقبلات الضوئية (العصي والمخاريط) بتغيير إمكانات الغشاء عند تحفيزها بواسطة الطاقة الضوئية. يغير التغيير في إمكانات الغشاء كمية الناقل العصبي الذي تطلقه الخلايا المستقبلة للضوء الخلايا ثنائية القطب في ال الطبقة المشبكية الخارجية. إنها الخلية ثنائية القطب في شبكية العين التي تربط المستقبل الضوئي بـ a خلية العقدة الشبكية (RGC) في ال طبقة متشابكة داخلية. هناك، خلايا amacrine تساهم بالإضافة إلى ذلك في معالجة شبكية العين قبل أن يتم إنتاج إمكانية إجراء بواسطة RGC. تتجمع محاور RGCs ، التي تقع في الطبقة الأعمق من شبكية العين ، عند القرص البصري واترك العين مثل العصب البصري (انظر [الرابط]). نظرًا لأن هذه المحاور تمر عبر شبكية العين ، فلا توجد مستقبلات ضوئية في الجزء الخلفي من العين ، حيث يبدأ العصب البصري. هذا يخلق "بقعة عمياء" في شبكية العين ، ونقطة عمياء مقابلة في مجال الرؤية لدينا.

لاحظ أن المستقبلات الضوئية في شبكية العين (العصي والمخاريط) تقع خلف المحاور ، الخلايا الجذعية الجنينية ، الخلايا ثنائية القطب ، والأوعية الدموية في شبكية العين. تمتص هذه الهياكل كمية كبيرة من الضوء قبل أن يصل الضوء إلى الخلايا المستقبلة للضوء. ومع ذلك ، في المركز الدقيق للشبكية توجد منطقة صغيرة تعرف باسم نقرة. في النقرة ، تفتقر شبكية العين إلى الخلايا والأوعية الدموية الداعمة ، وتحتوي فقط على مستقبلات ضوئية. وبالتالي، حدة البصر، أو حدة الرؤية ، هي أعظمها في النقرة. هذا لأن النقرة هي المكان الذي تمتص فيه الهياكل الشبكية الأخرى أقل كمية من الضوء الوارد (انظر [الرابط]). عندما يتحرك المرء في أي اتجاه من هذه النقطة المركزية للشبكية ، تنخفض حدة البصر بشكل ملحوظ. بالإضافة إلى ذلك ، يتم توصيل كل خلية مستقبلة للضوء من النقرة بـ RGC واحد. لذلك ، لا يتعين على RGC دمج المدخلات من مستقبلات ضوئية متعددة ، مما يقلل من دقة النقل البصري. نحو حواف شبكية العين ، تتلاقى العديد من المستقبلات الضوئية على الخلايا الجذعية الجنينية (من خلال الخلايا ثنائية القطب) بنسبة تصل إلى 50 إلى 1. ويمكن إثبات الاختلاف في حدة البصر بين النقرة والشبكية المحيطية بسهولة من خلال النظر مباشرةً إلى كلمة في المنتصف. من هذه الفقرة. يقع التحفيز البصري في منتصف مجال الرؤية على النقرة وهو في أوضح تركيز. دون إبعاد عينيك عن تلك الكلمة ، لاحظ أن الكلمات الموجودة في بداية الفقرة أو نهايتها ليست في بؤرة التركيز. تتركز الصور في رؤيتك المحيطية على شبكية العين المحيطية ، ولها حواف غامضة وغير واضحة وكلمات غير محددة بوضوح. نتيجة لذلك ، يهتم جزء كبير من الوظيفة العصبية للعين بتحريك العينين والرأس بحيث تتركز المحفزات البصرية المهمة في النقرة.

يتسبب الضوء الساقط على شبكية العين في حدوث تغيرات كيميائية في جزيئات الصبغة في المستقبلات الضوئية ، مما يؤدي في النهاية إلى تغيير في نشاط الخلايا الجذعية الجنينية. تتكون الخلايا المستقبلة للضوء من جزأين ، هما الجزء الداخلي و ال الجزء الخارجي ([حلقة الوصل]). يحتوي الجزء الداخلي على النواة والعضيات الشائعة الأخرى للخلية ، في حين أن الجزء الخارجي هو منطقة متخصصة يحدث فيها استقبال ضوئي. هناك نوعان من المستقبلات الضوئية - العصي والمخاريط - والتي تختلف في شكل الجزء الخارجي منها. الأجزاء الخارجية على شكل قضيب من مستقبلات ضوئية قضيب تحتوي على كومة من الأقراص المرتبطة بغشاء تحتوي على صبغة حساسة للضوء رودوبسين. الأجزاء الخارجية المخروطية الشكل من مستقبلات ضوئية مخروطية تحتوي على أصباغ حساسة للضوء في غشاء الخلية. هناك ثلاثة ألوان ضوئية مخروطية ، تسمى opsins، كل منها حساس لطول موجي معين من الضوء. يحدد الطول الموجي للضوء المرئي لونه. تتخصص أصباغ عيون الإنسان في إدراك ثلاثة ألوان أساسية مختلفة: الأحمر والأخضر والأزرق.

على المستوى الجزيئي ، تسبب المنبهات البصرية تغيرات في جزيء الصبغة الضوئية التي تؤدي إلى تغيرات في إمكانات الغشاء لخلية المستقبلات الضوئية. وحدة واحدة من الضوء تسمى أ الفوتون، والتي توصف في الفيزياء بأنها حزمة من الطاقة لها خصائص كل من الجسيم والموجة. يتم تمثيل طاقة الفوتون من خلال الطول الموجي ، حيث يتوافق كل طول موجي للضوء المرئي مع لون معين. الضوء المرئي هو إشعاع كهرومغناطيسي بطول موجي بين 380 و 720 نانومتر. تقع الأطوال الموجية للإشعاع الكهرومغناطيسي الأطول من 720 نانومتر في نطاق الأشعة تحت الحمراء ، بينما تقع الأطوال الموجية الأقصر من 380 نانومتر في نطاق الأشعة فوق البنفسجية. الضوء الذي يبلغ طوله الموجي 380 نانومتر أزرق بينما الضوء الذي يبلغ طوله الموجي 720 نانومتر يكون أحمر داكن. تقع جميع الألوان الأخرى بين الأحمر والأزرق في نقاط مختلفة على طول مقياس الطول الموجي.

أصباغ Opsin هي في الواقع بروتينات عبر الغشاء تحتوي على عامل مساعد معروف باسم شبكية العين. شبكية العين هي جزيء هيدروكربوني مرتبط بفيتامين أ. عندما يضرب الفوتون شبكية العين ، تتغير سلسلة الهيدروكربون الطويلة للجزيء كيميائياً. على وجه التحديد ، تتسبب الفوتونات في تبديل بعض ذرات الكربون المزدوجة الرابطة داخل السلسلة من a رابطة الدول المستقلة إلى أ عبر التشكل. هذه العملية تسمى أزمرة ضوئية. قبل التفاعل مع الفوتون ، توجد ذرات الكربون المرنة المزدوجة في شبكية العين رابطة الدول المستقلة التشكل. يشار إلى هذا الجزيء باسم 11-رابطة الدول المستقلةالشبكية. يتسبب الفوتون الذي يتفاعل مع الجزيء في تغيير الكربون المرن مزدوج الترابط إلى عبر- التشكل وتشكيل الكل-عبر-ريتينال ، الذي يحتوي على سلسلة هيدروكربونية مستقيمة ([رابط]).

يؤدي تغيير شكل الشبكية في المستقبلات الضوئية إلى بدء التحويل البصري في شبكية العين. يؤدي تنشيط بروتينات الشبكية والأوبسين إلى تنشيط بروتين G. يغير بروتين G إمكانات الغشاء لخلية المستقبلات الضوئية ، والتي تطلق بعد ذلك ناقلًا عصبيًا أقل في الطبقة المشبكية الخارجية لشبكية العين. حتى يتم تغيير جزيء الشبكية مرة أخرى إلى 11-رابطة الدول المستقلة- الشكل الشبكي ، لا يستطيع الأوبسين الاستجابة للطاقة الضوئية ، وهو ما يسمى التبييض. عندما يتم تبييض مجموعة كبيرة من الصبغات الضوئية ، سترسل شبكية العين المعلومات كما لو تم إدراك المعلومات المرئية المتعارضة. بعد وميض الضوء الساطع ، عادة ما تُرى الصور اللاحقة بشكل سلبي. يتم عكس عملية التشتت الضوئي عن طريق سلسلة من التغييرات الأنزيمية بحيث تستجيب الشبكية لمزيد من الطاقة الضوئية.

إن opsins حساسة لأطوال موجية محدودة من الضوء. رودوبسين ، الصبغ الضوئي في القضبان ، هو الأكثر حساسية للضوء بطول موجي يبلغ 498 نانومتر. تتمتع opsins الثلاثة بالألوان بحساسية قصوى تبلغ 564 نانومتر و 534 نانومتر و 420 نانومتر تقابل تقريبًا الألوان الأساسية للأحمر والأخضر والأزرق ([رابط]). يعتبر امتصاص رودوبسين في القضبان أكثر حساسية بكثير من امتصاصه في الأوبسين المخروطي على وجه التحديد ، والقضبان حساسة للرؤية في ظروف الإضاءة المنخفضة ، والأقماع حساسة لظروف أكثر إشراقًا. في ضوء الشمس الطبيعي ، يتم تبييض رودوبسين باستمرار أثناء نشاط المخاريط. في غرفة مظلمة ، لا يوجد ضوء كافٍ لتنشيط opsins المخروطية ، وتعتمد الرؤية كليًا على قضبان. القضبان حساسة جدًا للضوء لدرجة أن فوتونًا واحدًا يمكن أن ينتج عنه جهد فعل من RGC المقابل للقضيب.

الأنواع الثلاثة من opsins المخروطية ، كونها حساسة لأطوال موجية مختلفة من الضوء ، توفر لنا رؤية الألوان. من خلال مقارنة نشاط المخاريط الثلاثة المختلفة ، يمكن للدماغ استخراج معلومات الألوان من المحفزات البصرية. على سبيل المثال ، الضوء الأزرق الساطع الذي يبلغ طوله الموجي 450 نانومتر تقريبًا من شأنه تنشيط المخاريط "الحمراء" بشكل ضئيل ، والمخاريط "الخضراء" هامشيًا ، والمخاريط "الزرقاء" في الغالب. يتم حساب التنشيط النسبي للمخاريط الثلاثة المختلفة بواسطة الدماغ ، الذي يرى اللون على أنه أزرق. ومع ذلك ، لا يمكن للأقماع أن تتفاعل مع الضوء منخفض الشدة ، ولا تستشعر العصي لون الضوء. لذلك ، فإن رؤيتنا للإضاءة المنخفضة - في جوهرها - في التدرج الرمادي. بمعنى آخر ، في غرفة مظلمة ، يظهر كل شيء كظل رمادي. إذا كنت تعتقد أنه يمكنك رؤية الألوان في الظلام ، فمن الأرجح أن عقلك يعرف لون شيء ما ويعتمد على تلك الذاكرة.

شاهد هذا الفيديو لمعرفة المزيد عن المقطع العرضي عبر الدماغ الذي يصور المسار البصري من العين إلى القشرة القذالية. النصف الأول من المسار هو الإسقاط من RGCs عبر العصب البصري إلى النواة الركبية الجانبية في المهاد على كلا الجانبين. تتشابك هذه الألياف الأولى في المسار على خلية مهادية تتجه بعد ذلك إلى القشرة البصرية في الفص القذالي حيث تحدث "الرؤية" أو الإدراك البصري. يقدم هذا الفيديو نظرة عامة مختصرة على النظام البصري من خلال التركيز على المسار من العين إلى الفص القذالي. يوضح الفيديو (عند 0:45) أن "الخلايا المتخصصة في شبكية العين والتي تسمى الخلايا العقدية تحول أشعة الضوء إلى إشارات كهربائية." أي جانب من جوانب معالجة الشبكية يتم تبسيطه من خلال هذا البيان؟ اشرح اجابتك.

الأعصاب الحسية

بمجرد أن تحول أي خلية حسية حافزًا إلى دافع عصبي ، يجب أن ينتقل هذا الدافع على طول المحاور للوصول إلى الجهاز العصبي المركزي. في العديد من الحواس الخاصة ، يكون للمحاور التي تغادر المستقبلات الحسية أ طبوغرافية الترتيب ، مما يعني أن موقع المستقبلات الحسية يتعلق بموقع المحور العصبي في العصب. على سبيل المثال ، في شبكية العين ، توجد محاور من الخلايا الجذعية الجنينية في النقرة في مركز العصب البصري ، حيث تكون محاطة بمحاور من الخلايا الجذعية الجنينية الطرفية.

أعصاب العمود الفقري

بشكل عام ، تحتوي الأعصاب الشوكية على محاور واردة من المستقبلات الحسية في المحيط ، مثل الجلد ، مختلطة مع محاور عصبية صادرة تنتقل إلى العضلات أو الأعضاء المستجيبة الأخرى. عندما يقترب العصب الفقري من الحبل الشوكي ، ينقسم إلى جذور ظهرية وبطنية. يحتوي الجذر الظهري فقط على محاور العصبونات الحسية ، بينما تحتوي الجذور البطنية فقط على محاور العصبونات الحركية. تتشابك بعض الفروع مع الخلايا العصبية المحلية في العقدة الجذرية الظهرية ، أو القرن الخلفي (الظهري) ، أو حتى القرن الأمامي (البطني) ، على مستوى الحبل الشوكي حيث تدخل. تنتقل الفروع الأخرى مسافة قصيرة لأعلى أو أسفل العمود الفقري للتفاعل مع الخلايا العصبية في المستويات الأخرى من الحبل الشوكي. قد يتحول الفرع أيضًا إلى العمود الخلفي (الظهري) للمادة البيضاء للتواصل مع الدماغ. من أجل الراحة ، سنستخدم المصطلحين البطني والظهري للإشارة إلى الهياكل الموجودة داخل الحبل الشوكي والتي تعد جزءًا من هذه المسارات. سيساعد هذا في التأكيد على العلاقات بين المكونات المختلفة. عادةً ما تكون أنظمة الأعصاب الشوكية التي تتصل بالدماغ المقابل، حيث أن الجانب الأيمن من الجسم متصل بالجانب الأيسر من الدماغ والجانب الأيسر من الجسم بالجانب الأيمن من الدماغ.

الأعصاب الدماغية

تنقل الأعصاب القحفية معلومات حسية محددة من الرأس والرقبة مباشرة إلى الدماغ. بالنسبة للأحاسيس الموجودة أسفل الرقبة ، يرتبط الجانب الأيمن من الجسم بالجانب الأيسر من الدماغ والجانب الأيسر من الجسم بالجانب الأيمن من الدماغ. في حين أن معلومات العمود الفقري متقابلة ، فإن أنظمة الأعصاب القحفية موجودة في الغالب بنفس الجانب، وهذا يعني أن العصب القحفي على الجانب الأيمن من الرأس متصل بالجانب الأيمن من الدماغ. تحتوي بعض الأعصاب القحفية على محاور حسية فقط ، مثل الأعصاب الشمية والبصرية والدهليزي القوقعية. تحتوي الأعصاب القحفية الأخرى على كل من المحاور الحسية والحركية ، بما في ذلك العصب ثلاثي التوائم ، والوجه ، والبلعوم اللساني ، والعصب المبهم (ومع ذلك ، فإن العصب المبهم لا يرتبط بالجهاز العصبي الجسدي). تنتقل الحواس العامة للتحسس الجسدي للوجه عبر الجهاز الثلاثي التوائم.

مراجعة الفصل

الحواس هي الشم (الشم) ، الذوق (الذوق) ، التحسس الجسدي (الأحاسيس المرتبطة بالجلد والجسم) ، الاختبار (السمع) ، التوازن (التوازن) ، والرؤية. باستثناء الإحساس الجسدي ، تمثل هذه القائمة الحواس الخاصة ، أو أنظمة الجسم المرتبطة بأعضاء معينة مثل اللسان أو العين. ينتمي التحسس الجسدي إلى الحواس العامة ، وهي تلك الهياكل الحسية المنتشرة في جميع أنحاء الجسم وفي جدران الأعضاء المختلفة. الحواس الخاصة كلها جزء أساسي من الجهاز العصبي الجسدي حيث يتم إدراكها بوعي من خلال العمليات الدماغية ، على الرغم من أن بعض الحواس الخاصة تساهم في الوظيفة اللاإرادية. يمكن تقسيم الحواس العامة إلى تحسس جسدي ، والذي يعتبر عادة اللمس ، ولكنه يشمل اللمس ، والضغط ، والاهتزاز ، ودرجة الحرارة ، وإدراك الألم. تشمل الحواس العامة أيضًا الحواس الحشوية المنفصلة عن وظيفة الجهاز العصبي الجسدي من حيث أنها لا ترتفع عادةً إلى مستوى الإدراك الواعي.

تصنف الخلايا التي تنقل المنبهات الحسية إلى الإشارات الكهروكيميائية للجهاز العصبي على أساس الجوانب الهيكلية أو الوظيفية للخلايا. تعتمد التصنيفات الهيكلية إما على تشريح الخلية التي تتفاعل مع المنبه (النهايات العصبية الحرة ، أو النهايات المغلفة ، أو خلية المستقبل المتخصصة) ، أو حيث توجد الخلية بالنسبة للمحفز (المستقبل ، المستقبل الخارجي ، المستقبل التحليلي). ثالثًا ، يعتمد التصنيف الوظيفي على كيفية تحويل الخلية للمحفز إلى إشارة عصبية. تستجيب المستقبلات الكيميائية للمنبهات الكيميائية وهي أساس الشم والنشوة. ترتبط المستقبلات الكيميائية بالمستقبلات التناضحية ومستقبلات الألم لتوازن السوائل واستقبال الألم ، على التوالي. تستجيب المستقبلات الميكانيكية للمنبهات الميكانيكية وهي الأساس لمعظم جوانب التحسس الجسدي ، فضلاً عن كونها أساس الاختبار والتوازن في الأذن الداخلية. المستقبلات الحرارية حساسة للتغيرات في درجات الحرارة ، والمستقبلات الضوئية حساسة للطاقة الضوئية.

الأعصاب التي تنقل المعلومات الحسية من المحيط إلى الجهاز العصبي المركزي هي إما أعصاب شوكية متصلة بالحبل الشوكي أو أعصاب قحفية متصلة بالدماغ. تحتوي الأعصاب الشوكية على مجموعات مختلطة من الألياف بعضها ألياف حركية وبعضها حسي. تتصل الألياف الحسية بالحبل الشوكي من خلال الجذر الظهري المرتبط بالعقدة الجذرية الظهرية. المعلومات الحسية من الجسم التي يتم نقلها من خلال الأعصاب الشوكية ستظهر على الجانب الآخر من الدماغ لتتم معالجتها بواسطة القشرة الدماغية. يمكن أن تكون الأعصاب القحفية من الألياف الحسية بدقة ، مثل الأعصاب الشمية ، والبصرية ، والدهليز القوقعي ، أو الأعصاب الحسية والحركية المختلطة ، مثل العصب ثلاثي التوائم ، والوجه ، والبلعوم اللساني ، والأعصاب المبهمة. ترتبط الأعصاب القحفية بنفس الجانب من الدماغ الذي تنشأ منه المعلومات الحسية.

أسئلة الارتباط التفاعلي

شاهد هذا الفيديو للتعرف على الدكتورة دانييل ريد من مركز Monell Chemical Senses في فيلادلفيا ، بنسلفانيا ، والتي أصبحت مهتمة بالعلوم في سن مبكرة بسبب تجاربها الحسية. أدركت أن حاسة التذوق لديها كانت فريدة من نوعها مقارنة بالأشخاص الآخرين الذين تعرفهم. الآن ، تدرس الاختلافات الجينية بين الناس وحساسياتهم لمثيرات التذوق. ويظهر في الفيديو صورة مختصرة لشخص يخرج لسانه مغطاة بصبغة ملونة. هذه هي الطريقة التي يستطيع بها الدكتور ريد تصور وعد الحليمات على سطح اللسان. ينقسم الناس إلى مجموعتين كبيرتين تُعرفان باسم "المتذوقون" و "غير المتذوقين" على أساس كثافة الحليمات على ألسنتهم ، مما يشير أيضًا إلى عدد براعم التذوق. يمكن لغير المتذوقين تذوق الطعام ، لكنهم ليسوا حساسين لأذواق معينة ، مثل المرارة. اكتشفت الدكتورة ريد أنها ليست متذوقة ، وهو ما يفسر سبب إدراكها للمرارة بشكل مختلف عن الأشخاص الآخرين الذين تعرفهم. هل أنت حساس جدا للأذواق؟ هل يمكنك أن ترى أي تشابه بين أفراد أسرتك؟

ستختلف الإجابات ، ولكن الإجابة النموذجية قد تكون: يمكنني تناول معظم أي شيء (باستثناء الفطر!) ، لذلك لا أعتقد أنني حساس تجاه الأذواق. تحب عائلتي بأكملها تناول مجموعة متنوعة من الأطعمة ، لذلك يبدو أننا جميعًا نتمتع بنفس المستوى من الحساسية.

[رابط] الغشاء القاعدي هو الغشاء الرقيق الذي يمتد من اللب المركزي للقوقعة إلى الحافة. ما الذي يثبت في هذا الغشاء بحيث يمكن تنشيطه بحركة السوائل داخل القوقعة؟

[رابط] توجد خلايا الشعر في عضو كورتي الموجود على الغشاء القاعدي. عادةً ما يتم ربط الأهداب الفراغية لهذه الخلايا بالغشاء القصري (على الرغم من فصلها في الصورة المجهرية بسبب معالجة الأنسجة).

شاهد هذا الفيديو لمعرفة المزيد حول كيفية تحويل هياكل الأذن للموجات الصوتية إلى إشارة عصبية عن طريق تحريك "الشعيرات" أو الأهداب المجسمة لقناة القوقعة. تقوم مواقع محددة على طول طول القناة بتشفير ترددات أو نغمات معينة. يفسر الدماغ معنى الأصوات التي نسمعها مثل الموسيقى والكلام والضوضاء وما إلى ذلك. ما هي هياكل الأذن المسؤولة عن تضخيم الصوت ونقله من الأذن الخارجية إلى الأذن الداخلية؟

تضخم العظام الصغيرة في الأذن الوسطى ، والعظام ، وتنقل الصوت بين الغشاء الطبلي للأذن الخارجية والنافذة البيضاوية للأذن الداخلية.

شاهد هذه الرسوم المتحركة لمعرفة المزيد عن الأذن الداخلية ولرؤية فتح القوقعة ، مع وجود القاعدة في الجزء الخلفي من الصورة والقمة في المقدمة. تتسبب الأطوال الموجية المحددة للصوت في اهتزاز مناطق معينة من الغشاء القاعدي ، تمامًا مثل مفاتيح البيانو التي تصدر صوتًا عند ترددات مختلفة. استنادًا إلى الرسوم المتحركة ، أين تسبب الترددات - من النغمات العالية إلى المنخفضة - نشاطًا في خلايا الشعر داخل قناة القوقعة؟

تعمل الترددات العالية على تنشيط خلايا الشعر باتجاه قاعدة القوقعة ، وتنشط الترددات المنخفضة خلايا الشعر باتجاه قمة القوقعة.

شاهد هذا الفيديو لمعرفة المزيد عن المقطع العرضي عبر الدماغ الذي يصور المسار البصري من العين إلى القشرة القذالية. النصف الأول من المسار هو الإسقاط من RGCs عبر العصب البصري إلى النواة الركبية الجانبية في المهاد على كلا الجانبين. تتشابك هذه الألياف الأولى في المسار على خلية مهادية تتجه بعد ذلك إلى القشرة البصرية في الفص القذالي حيث تحدث "الرؤية" أو الإدراك البصري. يقدم هذا الفيديو نظرة عامة مختصرة على النظام البصري من خلال التركيز على المسار من العين إلى الفص القذالي. يوضح الفيديو (عند الساعة 0:45) أن "الخلايا المتخصصة في شبكية العين والتي تسمى الخلايا العقدية تحول أشعة الضوء إلى إشارات كهربائية." أي جانب من جوانب معالجة الشبكية يتم تبسيطه من خلال هذا البيان؟ اشرح اجابتك.

تقوم المستقبلات الضوئية بتحويل الطاقة الضوئية ، أو الفوتونات ، إلى إشارة كهروكيميائية. تحتوي شبكية العين على خلايا ثنائية القطب و RGCs التي تحولها أخيرًا إلى إمكانات عمل يتم إرسالها من شبكية العين إلى الجهاز العصبي المركزي. من المهم أن ندرك الوقت الذي تبالغ فيه وسائل الإعلام الشعبية والمصادر عبر الإنترنت في تبسيط العمليات الفسيولوجية المعقدة بحيث لا يتولد سوء الفهم. تم إنشاء هذا الفيديو بواسطة إحدى الشركات المصنعة للأجهزة الطبية والتي قد تحاول تسليط الضوء على جوانب أخرى من النظام المرئي غير معالجة شبكية العين. البيان الذي يدلون به ليس صحيحًا ، إنه يجمع عدة خطوات معًا ، مما يجعل الأمر يبدو كما لو أن الخلايا الجذعية الجنينية هي محولات الطاقة ، وليست مستقبِلات ضوئية.


شاهد الفيديو: قد يبدو الحديث عن فوائد المشي موضوعا تافها ولكن هناك بعض الفوائد الرائعة التي لا تعلموها. (شهر فبراير 2023).