动物生理学9感觉器官的功能课件

1、Chapter 9 Function of Sense Organs感觉的产生是由感受器(receptor)或感觉器官(sense organ)、神经传导通路和皮层中枢（包括部分皮层下结构）三部分的整体活动来完成的。并不是所有从感受器发出的信息都可以到达中枢神经系统的高级部位并引起感觉. 如血压、pH等Human life would be very different without the ability to sense and perceive external stimuliImagine your world without the ability to see, hear, sm

2、ell, touch, and feel第1页，共74页。9.1 General properties of receptor and sense organ 9.1.1 Definition and classification of receptor and sense organReceptor 是指分布在体表或组织内部的专门感受机体、外环境变化的结构。Sense organ 高等动物体内有一些在结构和功能上都高度分化了的感受细胞，如视网膜中的感光细胞，耳蜗中的毛细胞等这些感受器连同它们的附属结构，构成复杂的感觉器官。高等动物最重要的感觉器官有眼、耳、前庭、嗅上皮、味蕾等第2页，共74页

3、。Receptor classification根据分布部位内感受器 interoceptor，包括本体感受器和内脏感受器外感受器 exteroceptor, 包括远距离感受器和接触感受器根据所接受的刺激的性质机械感受器 mechanoreceptor温度感受器 thermoreceptor光感受器 phtoreceptor化学感受器 chemoreceptor伤害性感受器 nociceptor第3页，共74页。Adequate stimulus for receptorsTransduction of receptorsCoding function of receptorAdaptatio

4、n of receptor9.1.2 General physiological properties of receptors第4页，共74页。9.1.2.1 Adequate stimulus for receptors某种感受器只对一定的刺激高度敏感，而对其它性质的刺激不敏感或根本不感受。感受器的这种特性称为特异敏感性。每种感受器都有一定的适宜刺激adequate stimulus 。 感觉阈值sensory threshold感觉辨别阈discrimination threshold第5页，共74页。9.1.2.2 Transduction of Receptors换能作用Transd

5、ucer function各种感受器在功能上的一个共同特征，就是能够把作用于它们的各种形式的刺激的能量最后转换为传入神经的动作电位，这种能量转换过程称为感受的换能作用(transduction)。因此可以把感受器看成生物换能器。在换能过程中，感受器一般不能直接把刺激的能量转换为神经冲动，而是先在感受器细胞或感觉神经末梢引起相应的电位变化，前者称为receptor potential，后者称为generator potential。电位的产生与离子通道有关感受器电位或发生器电位不是“全或无”的第6页，共74页。感受器把外界刺激转换成神经动作电位时，不仅仅是发生了能量形式的转换，更重要的是把刺激所

6、包含的各种环境变化的信息也转换到了动作电位的序列之中，这就是感受器的编码功能。感觉的性质决定于传入冲动所到达的高级中枢的部位，而不是取决于动作电位的的波形或序列特性的差别。动作电位的频率与感受器电位的幅度密切相关。刺激强度除了可以通过单一神经纤维上动物电位的频率高低来编码外，还通过参与信息传输的神经纤维的数目的多少进行编码。9.1.2.3 Coding function of Receptor第7页，共74页。蛙肌梭中刺激强度的编码模式图A 在过程中记录到的感受器电位和传入放电B 用河豚毒阻遏动作电位后，传入放电消失，但仍可看到在动静式过程中的感受器电位C 示动静牵拉第8页，共74页。第9页，

7、共74页。当刺激持续作用于感受器时，一个常见的现象是，虽然刺激继续存在，但由其所诱发的传入神经纤维上的冲动频率逐渐下降，这一现象称为感受器的适应。快适应感受器也叫速率感受器或位相感受器，如负责皮肤触觉的环层小体。慢适应感受器也叫紧张性感受器，如肌梭、血压感受器痛觉末梢没有适应现象机制比较复杂感觉的适应9.1.2.4 Adaptation of Receptor第10页，共74页。第11页，共74页。Eye functions like a cameraIris allows light into eyeCornea, Lens & humors focus light onto retinaL

8、ight striking retina is converted into action potentials relayed to brain9.2 Visual function of the eyes 第12页，共74页。The Structure of a human eye第13页，共74页。第14页，共74页。第15页，共74页。第16页，共74页。9.2.1.1 Optic Characteristics of Refractive System The refractive system of the human eye is composed of the cornea,

9、aqueous humor(房水）, crystalline lens, and vitreous humor（玻璃体）.The image of distant object (6 m away) will be focused on the retina。9.2.1 The Refractive system in human eye and its regulation第17页，共74页。9.2.1.2 The refraction of light and reduced eye第18页，共74页。9.2.1.3 Accommodation of eye 看6m以外的物体不需调节，由看

10、外物到看近物时需要调节，人眼的调节也就是折光能力的改变，主要是靠晶状体形状的改变来实现。The visual accommodation is mainly through increasing curvature of crystalline lens. The power of accommodation is limited. If a object is close enough to the eye, the increased refracting power of the crystalline lens is insufficient to overcome the light

11、 divergence, and the object will be blurred.The nearest distance of the eye at which an object can seen distinctly is called the near point.At this point, the visual accommodation is at a maximum.第19页，共74页。晶状体(lens)的调节Muscles workingLens more sphericalFocus nearMuscles relaxedLens less sphericalFocu

12、s far第20页，共74页。第21页，共74页。瞳孔(pupil)的调节 瞳孔近反射 瞳孔对光反射双眼会聚第22页，共74页。9.2.1.4 Error of Refraction Caused by shape of eye and/or power of lensNearsightedness (Myopia)eye is too long and/or lens is too powerfullight focuses in front of retinacorrect with “concave” lens to reduce powerFarsightedness (hyperop

13、ia)eye too short and/or lens too weaklight focuses behind retinalcorrect with “convex” lens to add powerAstigmatismabnormal curvature of the cornea Light from vertical and horizontal direction do not focuses on the same pointcorrect with “cylindrical” lens to compensate第23页，共74页。第24页，共74页。Presbyopia

14、: OldsightednessThe crystalline lens tends to harden and the capsule itself becomes less elastic with ageThe near point of distinct vision moves further and further away from the eye with age.The far point is normalMay be compensated by placing a converging lens in front of the eye.第25页，共74页。9.2.2.1

15、 Structure characteristic of retina组织学上分10层，从功能上可分为四层pigment cell layer 色素上皮层photo receptor layer (rod cell, cone cell) 感光细胞层 bipolar cell layer 双极细胞层 ganglionic cell layer 神经节细胞层 另外还有：水平细胞horizontal cell, 无长突细胞amacrine cell, 网间细胞interplexiform cell9.2.2 眼的感光换能系统第26页，共74页。无长突细胞第27页，共74页。中央凹和视乳头(盲点的对

16、应位置)Each optic nerve contains around 1.2 million nerve fibers 第28页，共74页。第29页，共74页。There are two types of photoreceptor cells, rod cells (rods) and cone cells (cones)第30页，共74页。第31页，共74页。9.2.2.2 Two Photoreceptor and transduction systems in Retina视杆系统又称晚光觉或暗视觉视锥系统又称昼光觉或明视觉有关存在两种感光系统的证据人视网膜中视杆和视锥在空间上的分

17、布极不均匀两种感光细胞和双极细胞以及节细胞形成信息传递通路时，其联系方式有所不同，视杆系统普遍存在会聚现象不同动物视网膜的感光细胞构成不同视杆细胞只有一种视色素视紫红质（rhodopsin)，视锥细胞含有三种视色素第32页，共74页。第33页，共74页。9.2.2.3 视杆细胞的感光换能机制视紫红质(rhodopsin)是一种结合蛋白，由视蛋白(opsin)和视黄醛(retinal)组成夜盲症全反式视黄醛11顺视黄醛维生素A1（视黄醇）第34页，共74页。第35页，共74页。9.2.2.4 视锥系统的换能和颜色视觉大多数脊椎动物都具有三种不同的视锥色素，分别存在于三种不同的视锥细胞中。三种视锥

18、色素都含有同样的11-顺视黄醛，只是视蛋白的分子结构稍有不同。Trichromatic Theory of Color Vision三原色学说第36页，共74页。第37页，共74页。第38页，共74页。9.2.3 与视觉有关的其它现象视力或视敏度(visual acuity) V=d/D 新旧视力表对照旧新0.14.00.124.10.154.20.24.3 0.254.4 0.34.5 0.44.6 0.54.7 0.64.8 0.84.9 1.05.0 1.25.1 1.55.2 2.05.3第39页，共74页。暗适应（dark adaptation)和明适应(light adaptati

19、on)视野(visual field)视后像和融合现象双眼视觉和立体视觉(stereopsis)第40页，共74页。第41页，共74页。9.3 Hearing Function of ears 听觉的外周器官是耳，它由外耳outer(external) ear、中耳middle ear 和内耳inner (internal) ear 的耳蜗组成。 人耳的听阈(hearing threshold)和听域 0.0002-1000 dyn/cm2 16-20000Hz 第42页，共74页。第43页，共74页。听阈随着频率而发生变化。声强可以用分贝(decibel，dB)来测量，分贝常常用一个声压参考

20、值(Pr)的相对值来表示，这个参考值通常就是听力的阈值(0.0002 dyne/cm2)。声强的计算公式如下： 声压(dB)=20 log(P/pr)第44页，共74页。9.3.1 Function of outer and middle ear 外耳的功能 耳廓 auricle 外耳道 external auditory meatus mieits 中耳的功能 鼓膜 tympanic timpnik membrane 听骨链 auditory ossicles sikl 鼓室 咽鼓管 auditory tube鱼类只有内耳两栖类和爬行类有中耳和内耳，中耳只有一块听小骨（耳柱骨）鸟类出现了外耳

21、道，中耳仍然只有一块听小骨第45页，共74页。Auditory nerve第46页，共74页。第47页，共74页。内耳(inner ear)又称迷路(labyrinth) 由耳蜗(cochlea)和前庭器官(vestibular apparatus)组成9.3.2 Function of inner earCochlea: snail shaped fluid-filled structureOval window: thin membrane, transfers vibrations from stapes to fluid of cochlea第48页，共74页。9.3.2.1 耳蜗的结

22、构要点21/223/4周前庭阶、鼓阶、蜗管(cochlear kkli duct)前庭膜、基底膜螺旋器官(spiral organ)或柯蒂器(organ of Corti)毛细胞( hair cell)、盖膜，内毛细胞1行，外毛细胞35行内淋巴 endolymph外淋巴 perilymph第49页，共74页。第50页，共74页。第51页，共74页。前庭阶在耳蜗底部与卵圆窗相接，内充外淋巴；鼓阶在耳蜗底部与圆窗相接，也充满外淋巴（蜗管）第52页，共74页。第53页，共74页。9.3.2.2 耳蜗的感音换能作用 基底膜的振动和行波理论第54页，共74页。第55页，共74页。毛细胞 (hair ce

23、ll)兴奋与感受器电位内毛细胞感受器电位第56页，共74页。毛细胞上的静纤毛与盖膜相接触。 第57页，共74页。第58页，共74页。9.3.2.3 耳蜗的生物电现象内淋巴电位 endolymphatic potential耳蜗各阶中充满着淋巴，其中前庭阶和鼓阶中是外淋巴，而蜗管中则是与脑脊成分相似的内淋巴。在毛细胞之间有紧密连接，因此蜗管中的内淋巴到达不了毛细胞的基底部。内、外淋巴在离子组成上差异很大，内淋巴中的K+浓度比外淋巴高30倍，而外淋巴中的Na+则比内淋巴高10倍。在耳蜗未受刺激时，如果以外淋巴为零电位，内淋巴的电位在+80mV左右。称为耳蜗内电位又称内淋巴电位。此时毛细胞的静息电位为-70-80mV。由于毛细胞顶端浸浴在内淋巴中，而其它部位的细胞膜浸浴在外淋巴中，因此，毛细胞顶端膜内、外的电位差可达150160mV。内淋巴中正电位的产生和维持与蜗管外侧壁血管纹细胞的活动密切相关。第59页，共74页。耳蜗微音器电位 cochlear microphonic potential (CMP)当耳蜗受到声音刺激时，在耳蜗及其附近结构所记录到的一种与声波的频率和幅度完全一致的电位变化，称为耳蜗微音器电位。呈等级式反应无真正的阈值没有潜伏期和不应期，不易疲劳，不发生适应现象。微音器电位是多个毛细胞所产生的感受器电位的复合表现。微音器电位有一定的位相性，当声音的位相倒转时，其位相