Обонятельная сенсорная система кратко. Обонятельный анализатор, его строение и функции

Обонятельная сенсорная система (НСС)

Обонятельная сенсорная система (НСС) - это структурно-функциональный комплекс, который обеспечивает восприятие и анализ запахов

Значение НСС для человека:

Обеспечивает рефлекторное возбуждение пищеварительного центра;

Обеспечивает защитное действие с распознаванием химического состава среды, в которой находится организм;

Повышает общий тонус нервной системы (особенно приятные запахи)

Участвует в эмоциональной поведении;

Играет защитную роль, включая рефлексы чихания, кашля и задержку дыхания (при вдыхании паров нашатырного спирта);

Привлекается к формированию вкусового ощущения (при сильном насморке пища теряет вкус)

У животных она обеспечивает еще и поиск пищи.

Первую классификацию запахов составил Еймур с учетом источника происхождения: камфорный, цветочный, мускусный, мятный, эфирный, едкий и гнилостный. Для восприятия запаха пахучее вещество должно иметь два свойства: быть растворимым и летучей. Наверное, поэтому запахи лучше воспринимаются во влажном воздухе и при его движении (перед дождем).

Нормальное восприятие запаха называется нормоосмиею, отсутствие - аносмия, пониженное восприятие запаха - гипоосмия, усиление - гиперосмия, нарушения - дизосмия.

Следует подчеркнуть, что одни вещества вызывают максимальную реакцию, другие - слабую, а остальные - торможение рецепторных клеток.

Структурно-функциональная характеристика периферийной части обонятельной сенсорной системы

Обонятельные рецепторы есть Экстероцептивные, хеморецептивнимы, первично-чувствительными, им свойственна спонтанная активность и способность к адаптации.

Обонятельный эпителий "спрятан" в слизистой оболочке носа, охватывает 10 см2 площади крыши носовой полости у носовой перегородки (рис. 12.32) в виде островков с площадью около 240 мм2.

В обонятельном эпителии находится примерно 10-20 млн рецепторных клеток.

Обонятельный эпителий расположен в стороне от дыхательных путей. Поэтому, чтобы почувствовать запах, необходимо принюхаться, то есть сделать глубокий вдох. В случае спокойного дыхания через обонятельный эпителий проходит всего 5% воздуха.

Поверхность эпителия покрыта слизью, которая контролирует доступность к рецепторной поверхности пахучих веществ - одорантов.

Обонятельная клетка имеет центральный росток - аксон и периферийное - дендриты. На конце дендрита есть утолщение - булава. На поверхности булавы расположены микроворсинки (10-20) диаметром до 0,3 мкм и длиной до 10 мкм. Именно благодаря им поверхность обонятельного эпителия значительно увеличивается и ее площадь может превышать в несколько раз площадь тела. Обонятельная булава является цитохимическим центром обонятельной клетки. Обонятельные клетки постоянно возобновляются. их жизнь продолжается два месяца. Обонятельным клеткам свойственна постоянная спонтанная активность, которая модулируется действием одорантов. Кроме рецепторных клеток, в обонятельном эпителии есть опорные и базальные клетки (рис. 12.33). Дыхательная участок носа, где отсутствуют обонятельные клетки, получает окончания тройничного нерва (п. Trigeminus), которые также могут реагировать на запах (нашатырный спирт). В восприятии некоторых запахов участвует также языкоглоточный нерв (п. Glossopharyngeus). Поэтому обоняние полностью не исчезает даже после сечения обонятельного нерва с обеих сторон.

Механизм возбуждения обонятельных рецепторных клеток

Было создано множество теорий обоняния. Среди них заслуживает внимания стереохимическая теория, сформулированная в 1949 году Монкрифф. Ее смысл заключается в том, что обонятельная система построена из разных рецепторных клеток. Каждая из таких клеток воспринимает один запах. Проверкой было доказано, что мускусный, камфорный, мятный, цветочный, эфирное запахи присущие веществам, молекулы которых, как "ключ к замку", подходят к хеморецепторных субстанций обонятельных клеток. Согласно стереохимическая теории, из первичных запахов могут образовываться все другие по типу трех первичных ко-

Рис. 12.32. Схема обонятельной слизистой оболочки:

V - тройничный нерв, IX - языкоглоточный нерв, X - блуждающий нерв

Лера (красного - синего - зеленого), из которых формируются все остальные.

Обонятельные рецепторы содержат около 1000 видов рецепторных белков, с которыми взаимодействуют одоранты. Белки кодируют около 1000 генов, что составляет примерно 3% всего генофонда и лишь подчеркивает значимость обонятельного анализатора. После того как молекула одоранта связалась с рецептором, активируется система вторичных посредников, в частности G-белок, активирующий аденилатциклазу, и аденозинтрифосфат превращается в цАМФ. Это приводит открытие ионных каналов, вход положительно заряженных ионов и возникновения деполяризации, то есть нервного импульса.

Лауреаты Нобелевской премии 2004 Г. Эксел и Л. Бак доказали, что нет конкретных рецепторов на каждый отдельный запах. Вместо этого существует "рецепторный алфавит». Тот или иной запах активирует определенную комбинацию рецепторов, которые, в свою очередь, направляют определенную последовательность нервных импульсов, затем раскодируется нейронами головного мозга, вроде формирования слов из букв или музыки с нот, и возникает ощущение определенного запаха.

В этом смысле даже появился аллегорический выражение, нюхаем мы не носом, а мозгом.

Человек способен одновременно идентифицировать лишь три запахи. Если запахов больше десяти, она не в состоянии распознать ни одного.

Очень тесная связь обонятельного аппарата и половой системы. Острота восприятия запахов зависит от уровня стероидных гормонов в организме, в том числе половых. На это указывают факты, болезни, связанные с нарушением репродуктивной функции, сопровождающиеся уменьшением или потерей способности воспринимать запахи. С помощью обонятельного анализатора на наш организм влияют феромоны. Существует мнение, что нам нравится запах тех людей, которые сильно отличаются от нас генетически. Интересным также является тот факт, что аксоны обонятельных нейронов обходят таламус - коллектор всех сенсорных путей - и направляются в обонятельных луковиц, которые входят в состав древней коры - лимбической системы, которая отвечает за память, эмоции, половое поведение.

Рис. 12.33. Строение обонятельного эпителия

По неразгаданными загадками кроется неизвестное нам значение обоняния. Почему это ощущение обеспечивается таким значительным количеством генов и имеет тесную связь с древними образованиями мозга?

Проводной и мозговой отделы обонятельной сенсорной системы

Пути обонятельной сенсорной системы, в отличие от других, не проходят через таламус. Тело первого нейрона представлено рецепторной обонятельной клетки, как первинночутливого рецептора. Аксоны этих клеток образуют группы по 20-100 волокон. Они составляют обонятельный нерв, который направляется в обонятельной луковицы. Там заложено тело второго нейрона - митральной клетки. В обонятельной луковице существует топическая локализация обонятельного эпителия. В составе аксонов митральных клеток импульсы направляются к крючку, то есть до грушевидной или периамигдалярнои коры. Часть волокон достигает переднего гипоталамуса и миндалевидного ядра и других отделов.

При действии различных запахов в обонятельной луковице меняется пространственная мозаика возбужденных и заторможенных клеток. Это отражается в специфике электрической активности. Таким образом, характер электрической активности зависит от особенностей пахучего вещества.

Считают, что для сохранения обонятельной функции достаточно обонятельных луковиц. Существенная роль переднего гипоталамуса, его раздражение вызывает принюхивания. Благодаря связям обонятельного мозга с лимбической корой (гиппокампом), миндалевидным телом, гипоталамусом обеспечивается обонятельный компонент эмоций. Таким образом, в обонятельной функции участвует большое количество центров.

Пороги обонятельного ощущения. адаптация

Различают пороги установления наличия запаха и пороги узнавания запаха. Порог обоняния (появление ощущения) определяется минимальным количеством пахучего вещества, которая позволяет установить его наличие. Порог узнавание - это минимальное количество пахучего вещества, которая позволяет идентифицировать запах. Для ванилина, например порог узнавания равен 8 × 10-13 моль / л. Пороги меняются в зависимости от ряда факторов: физиологического состояния (в менструальный период - обострение у женщин), возраста (у пожилых людей - повышение), от влажности воздуха (уменьшение во влажной среде), скорости движения воздуха через носовые дыхательные пути. Значительно уменьшаются пороги в слепоглухих. Несмотря на то, что человек способен различать до 10000 различных запахов, способность оценивать их интенсивность у нее очень низкая. Усиления ощущения осуществляется только в том случае, если усиление раздражения происходит не менее чем на ЗО% по сравнению с первоначальным значением.

Адаптация обонятельной сенсорной системы осуществляется медленно и длится десятки секунд или минут. Зависит она от скорости движения воздуха и концентрации пахучего вещества. Имеет место перекрестная адаптация. При длительном воздействии любого одоранта повышается порог не только к нему, но и для других пахучих веществ. Чувствительность обонятельной сенсорной системы регулируется симпатической нервной системой.

Гиперосмия иногда наблюдается при гипоталамическом синдроме, гипоосмия - под действием излучения. Обонятельные галлюцинации могут сопровождать эпилепсией. Аносмия может быть вызвана гипогонадизмом.

Обонятельные рецепторы, в отличие от вкусовых, возбуждаются газообразными веществами, в то время как вкусовые - только растворенными в воде или слюне. Вещества, воспринимаемые с помощью обоняния, невозможно разделить на группы по химическому строению или по характеру вызываемых ответов рецепторных клеток: они различаются большим разнообразием. Поэтому принято различать довольно большое количество запахов: цветочный, эфирный, мускусный, камфорный, запах йота, гнилостный, едкий и т.д. Химически сходные вещества могут оказаться в разных запаховых классах и наоборот, вещества, обладающие сходными запахами, могут иметь совершенно различную химическую природу. Запахи, которые встречаются в природе, обычно представляют собой разнообразные смеси по принятой шкале запахов, в которых преобладают определенные компоненты.

Периферический отдел обонятельной сенсорной системы.

Рецепторы обоняния у человека расположены в носовой полости (рис. 5.16), которая делится на две половины носовой перегородкой. Каждая из половин, в свою очередь, разделена на три носовые раковины, покрытые слизистой оболочкой: верхнюю, среднюю и нижнюю. Обонятельные рецепторы в основном находятся в слизистой оболочке верхней и в виде островков - в средней носовых раковинах. Остальная часть слизистой оболочки носовой полости называется дыхательной. Она выстлана многорядным мерцательным эпителием, в состав которого входят многочисленные секреторные клетки.

Рис. 5.16.

Обонятельный эпителий образован двумя тинами клеток - рецепторными и опорными. На наружном полюсе, обращенном к поверхности эпителия в полость носа, рецепторные клетки имеют видоизмененные реснички, погруженные в слой слизи, покрывающей обонятельный эпителий. Слизь выделяется одноклеточными железами эпителия дыхательной части носовой полости, опорными клетками и специальными железами, протоки которых открываются на поверхность эпителия. Ток слизи регулируется ресничками дыхательного эпителия. При вдохе молекулы пахучего вещества осаждаются на поверхности слизи, растворяются в ней и достигают ресничек рецепторных клеток. Здесь молекулы взаимодействуют с особыми рецепторными участками на мембране. Наличие большого количества пахучих веществ позволяет предположить, что одна и та же рецепторная молекула мембраны клетки может связываться с несколькими химическими стимулами. Известно, что рецепторные клетки обладают избирательной чувствительностью к различным веществам, в то же время под влиянием одного и того же стимула соседние рецепторные клетки возбуждаются по-разному. Обычно при повышении концентрации пахучих веществ увеличивается частота импульсации в обонятельном нерве, но некоторые вещества способны тормозить активность рецепторных клеток.

Пахучие вещества, кроме стимуляции рецепторных клеток, способны возбуждать окончания афферентных волокон тройничного нерва (V пара). Считается, что они чувствительны к едким запахам и запахам гари.

Различают порог обнаружения и порог распознавания запаха. Вычисления показали, что для обнаружения некоторых веществ достаточно контактов не более восьми молекул вещества с одной рецепторной клеткой. У животных обонятельные пороги гораздо ниже, а чувствительность - выше, чем у человека, так как обоняние в их жизни играет значительно большую роль, чем у человека. При малых концентрациях пахучего вещества, едва достаточных, чтобы вызвать ощущение «какого-то» запаха, человек, как правило, определить его не может. Им могут быть опопзнаны только вещества в концентрациях, превышающих пороговые.

При длительном действии стимула ощущение запаха слабеет: происходит адаптация. При продолжительной интенсивной стимуляции адаптация может быть полной, т.е. ощущение запаха исчезает совсем.

Обонятельная сенсорная система занимает очень важное место в жизни животных. Именно она играет значительную роль при поиске пищи, избегании хищников и вредных факторов окружающей среды, нахождении особей другого пола или узнавания представителей своего вида. Так, например, у некоторых видов бабочек самец может найти самку, находящуюся от него на расстоянии 8-10 км, ориентируясь по запаху, выделяемому ее половой железой. Кроме того, обонятельной системе отводится особое значение в процессах обмена информацией между особями своего вида – это передача сигналов тревоги и опасности, мечение территории.

Несомненно, что обоняние играет важную роль и в жизни человека, хотя зачастую это значение недооценивается. Поскольку человек значительно уступает подавляющему большинству животных в такой чувствительности к запахам и в специфичности обоняния, некоторые исследователи полагают, что обоняние является рудиментом, т.е. в процессе эволюции утратило свое первоначальное значении. К тому же человек, в отличие от животных, ориентируется в пространстве, главным образом, с помощью зрения, а социальной среде – с помощью слуха и речи. Между тем, обонятельная хеморецепция играет значительно большую роль в жизни человека, чем это обычно принято думать. Одна из причин такого неочевидно большого значения обоняния в том, что обонятельные сигналы оказывают свое влияние на физиологические процессы и психику человека, часто являясь неосознанными. Так, в эксперименте показано, что после предъявления человеку какого-либо летучего вещества, запах которого им не осознавался (он не отдавал себе отчета в том, что изменился химический состав окружающей среды), имело место изменение у него уровня гормонов в крови, изменение эмоционально окрашенных реакций, физической и умственной работоспособности и др. Очень хорошо и достаточно интересно эти и другие вопросы, в частности связь обоняния с социальной идентификацией, половым (выбор сексуального партнера) и родительским поведением, рассматриваются в учебнике Жукова Д.А. «Биологические основы поведения. Гуморальные механизмы».

Также, как и вкусовая сенсорная система, обонятельная повышает наши шансы на выживание, информируя о качестве окружающей среды и пищи, наличии ряда токсических веществ. В последние годы интенсивно развивается аромотерапия, основанная на применении пахучих веществ для оздоровительных, реабилитационных и лечебных целей.

Периферический отдел обонятельного анализатора. Рецепторы обонятельной системы расположены в обонятельном эпителии (обонятельной выстилке), выстилающимверхнюю носовую раковину. Многорядный обонятельный эпителий содержит обонятельные рецепторные клетки, базальные и опорные клетки (рис. 6.2). Обонятельный эпителий лежит на базальной мембране, под которой располагаются обонятельные (боуменовы) железы, вырабатывающую слизь. Выводные протоки желез открываются на поверхности обонятельного эпителия, обеспечивая выход слизи, способствующей эффективной обонятельной рецепции (слизь – это среда, где происходит растворение пахучих веществ и взаимодействие с обонятельными рецепторными клетками).

Рис.6.2. Схема строения обонятельного эпителия

ОБ – обонятельная булава; ОК – опорная клетка; ЦО – центральные отростки обонятельных клеток; БК – базальная клетка; БМ – базальная мембрана; ВЛ – обонятельные волоски; МВР – микроворсинки обонятельных и МВО – микроворсинки опорных клеток.

Рецепторные обонятельные клетки являются первичными биполярными сенсорными клетками и имеют два отростка – дендрит (на верхней части клетки) и аксон (у основания клетки). У человека число рецепторов составляет 10 миллионов, в то время как, например, у немецкой овчарки, которая относится к макросматикам, – 224 миллиона. Дендрит на поверхности обонятельного эпителия заканчивается особым сферическим утолщением – луковицей, или обонятельной булавой . Она является важным цитохимическим центром обонятельной рецепторной клетки. На вершине булавы располагаются по 10-12 тончайших ресничек (волосков), каждая из которых содержит микротрубочки. Реснички погружены в секрет боуменовых желез. Наличие подобных волосков в десятки раз увеличивает площадь рецепторной мембраны с молекулами пахучих веществ.

Аксоны (длинные центральные отростки) собираются в пучки по 15-40 волокон (обонятельные нити) и, пройдя через решетчатую пластинку решетчатой кости, направляются к обонятельной луковице мозга.

Опорные клетки отделяют одну рецепторную клетку от другой и формируют поверхность обонятельного эпителия. Эти клетки, глиальные по происхождению, на своей поверхности имеют микроворсинки. Считается, что опорные клетки (как и боуменовы железы) принимают участие в образовании секрета, покрывающего обонятельный эпителий. Кроме того, они выполняют фагоцитарную функцию и, вероятно, направляют процесс роста отростков рецепторных клеток.

Базальные клетки располагаются на базальной мембране. Они, способные к делению, служат источником регенерации рецепторных клеток. Как известно, обонятельные рецепторные клетки (подобно вкусовым рецепторам и наружным сегментам фоторецепторов) постоянно обновляются – их время жизни составляет примерно 1,5 месяца. Базальные клетки никогда не выходят на поверхность обонятельного эпителия, т.е. не имеют прямого отношения к восприятию пахучих веществ.

Механизм обонятельной рецепции . Восприятие запаха, т.е. содержания в анализируемой порции воздуха одного пахучего вещества или комплекса пахучих веществ, начинается с процесса взаимодействия пахучего вещества с ресничками обонятельной булавы рецепторной клетки (разрушение ресничек исключает хеморецепторную функцию, которая, однако, восстанавливается по мере их регенерации). Для этого молекула пахучего вещества должна быть воспринята соответствующим белковым рецептором, расположенным в мембране реснички, т.е. взаимодействовать с ним (при присоединении молекул химического вещества к макромолекуле белка-рецептора меняется конформация последней). В результате такого взаимодействия изменяется ионная проницаемость мембраны дендрита рецепторной клетки, возникает деполяризация, которая при достижении критического уровня вызывает генерацию потенциала действия в соме клетки. Этот потенциал направляется по аксону к обонятельной луковице.

Рассмотрим современные представления об этапах этого процесса более детально.

Пахучие вещества проникают в обонятельную область при вдыхании воздуха через нос или через хоаны при попадании воздуха через рот. При спокойном дыхании почти весь воздух проходит через нижний носовой ход и мало соприкасается со слизистой обонятельной области, расположенной в верхнем носовом ходу. Обонятельные ощущения при этом являются лишь результатом диффузии между вдыхаемым воздухом и воздухом обонятельной области. Слабые запахи при таком дыхании не ощущаются. Для того чтобы пахучие вещества достигли обонятельных рецепторов, необходимо более глубокое дыхание или несколько коротких дыханий, быстро следующих одно за другим. Именно так животные (человек не является исключением) принюхиваются, увеличивая ток воздуха в верхнем носовом ходе. Проникая в верхний носовой ход, химические вещества действуют на обонятельные клетки, которые благодаря своей специфичности позволяют человеку отличить один запах от другого и даже уловить какой-либо определенный запах в смеси нескольких запахов. Считается, что обонятельные клетки обладают множественностью восприятия запахов, но диапазон возможностей каждой из них различен, т.е. в отдельности каждая рецепторная клетка способна ответить физиологическим возбуждением на характерный для нее, хотя и широкий, спектр пахучих веществ. Существенно, что эти спектры у разных клеток сходны. Вследствие этого каждый запах вызывает электрический ответ многих рецепторных клеток обонятельной выстилки, в которой образуется некоторая мозаика (специфическая картина) электрических сигналов. Такая мозаика, индивидуальная для каждого запаха, и является кодом запаха , который, в свою очередь, расшифровывается в высших центрах обонятельного анализатора. Концентрация пахучего вещества отражается на общем уровне возбуждения клеток (увеличение или уменьшение частоты импульсации).

Проведение информации от обонятельных рецепторов. Как было уже отмечено выше,центральные отростки обонятельных рецепторных клеток, выполняющих функции аксона, объединяясь с другими такими же аксонами, образуют обонятельные нити (15-40 штук), которые проникают в полость черепа через решетчатую пластинку одноименной кости и направляются к обонятельной луковице. Обонятельные луковицы являются первым мозговым центром, в котором совершается обработка импульсации, полученной от обонятельных рецепторных клеток, и это единственный отдел мозга, двустороннее удаление которого всегда приводит к полной потере обоняния. Обонятельные луковицы представляют собой образования округлой или овальной формы, имеющие внутри полость, или желудочек. Гистологически в обонятельных луковицах выделяют шесть концентрически расположенных клеточных слоев и четыре типа нейронов – митральные, пучковые, зернистые и перигломерулярные.

Основными чертами обработки информации в обонятельной луковице являются: 1) конвергенция чувствительных клеток на митральных клетках (аксоны примерно 1000 обонятельных клеток оканчиваются дендритах одной митральной клетки), 2) выраженные тормозные механизмы и 3) эфферентный контроль импульсации, входящей в луковицу. Так, пучковые клетки и клетки-зерна обонятельных луковиц являются тормозными нейронами, благодаря которым осуществляется нисходящий контроль обонятельной афферентации.

Слизистая оболочка носа, кроме того, содержит свободные нервные окончания тройничного нерва (V пара черепно-мозговых нервов), часть которых тоже способна реагировать на запахи. В области глотки обонятельные стимулы способны возбуждать волокна языкоглоточного (IX) и блуждающего (X) нервов . Все они участвуют в формировании обонятельных ощущений. Их роль, никак не связанная с обонятельным нервом, сохраняется и при нарушении функции обонятельного эпителия в результате, например, инфекции (гриппа), черепно-мозговых травм, опухолей (и связанных с ними операций на мозге). В подобных случаях говорят о гипосмии , характеризуемой существенным повышением порогом восприятия. При гипофизарном гипогонадизме (синдроме Кальмана) обоняние обеспечивается исключительно этими нервами, поскольку в этом случае происходит аплазия обонятельных луковиц.

Центральные проекции обонятельной сенсорной системы. Аксоны митральных клеток образуют обонятельный тракт, доставляющий информацию к различным отделам конечного мозга и, в первую очередь, к нейронам переднего продырявленного вещества, или переднего обонятельного ядра, и нейронам блестящей перегородки. Эти области ряд авторов называет первичными проекционными зонами коры обонятельного анализатора . В свою очередь аксоны этих нейронов формируют тракты, идущие к другим структурам конечного мозга: препириформной и периамигдалярной областям коры, ядрам миндалевидного комплекса, гиппокампу, парагиппокампальной извилине, крючку, пириформной коре, височным извилинам (?) . Кроме того, через амигдалярный комплекс (ядра миндалины) обеспечивается связь и с вегетативными ядрами гипоталамуса . Таким образом, информация от обонятельных рецепторных клеток достигает практически всех структур лимбической системы и только частично - структур новой коры. Такая прямая связь обонятельного анализатора с лимбической системой объясняет присутствие значительного эмоционального компонента в обонятельном восприятии. Так, например, запах может вызывать ощущение удовольствия или отвращения, изменяя при этом функциональное состояние организма. Именно на этом основано действие аромотерапии.

Показано, что наличие такого значительного числа центров обонятельного мозга не является необходимым для опознания запахов. Считается, что вышеперечисленные структуры мозга являются ассоциативными центрами, обеспечивающими связь обонятельной сенсорной системы с другими сенсорными системами и организацию на этой основе ряда сложных форм поведения (пищевого, оборонительного, полового и т.д.), которые контролируются лимбической системой мозга. Иначе говоря, указанные центры позволяют получить обонятельные ощущения и одновременно (и это, вероятно, является самым главным в их деятельности) они дают возможность определить актуальную на текущий момент времени потребность и ее осознание, т.е. мотивацию, атакже связанную с реализацией этой потребности поведенческую деятельность, ее вегетативное обеспечение и оценку ситуации, что выражается в формировании определенного эмоционального состояния.

Важно подчеркнуть, что обонятельная сенсорная система принципиально отличается от всех остальных сенсорных систем тем, что ее афферентные волокна не переходят на противоположную сторону большого мозга, не переключаются в таламусе, и, вероятнее всего, не имеют представительства в структурах новой коры. Такие особенности структурно-функциональной организации обусловлены тем, что обонятельная рецепция является одной из самых древнейших видов чувствительности.

Кроме того, не следует недооценивать значение сенсорной обонятельной системы в сохранении вида, поскольку именно она определяет характер полового поведения животных (и, возможно, в определенной степени, у человека), выбор партнера и все, что связано с процессом репродукции, так как синтез белков-рецепторов в обонятельных рецепторных клетках строго контролируется генами. Эксперименты на животных показали, что реакции нейронов обонятельного тракта могут быть изменены инъекциями тестостерона, т.е. возбуждение обонятельных нейронов коррелирует с содержанием половых гормонов в организме. Несомненно, подобные данные следует с определенной долей осторожности экстраполировать на человека. Более подробно эти вопросы рассматриваются в учебнике Жукова Д.А. «Биологические основы поведения человека. Гуморальные механизмы».

По развитию способности к обонянию всех животных разделяют на макросматиков, у которых обонятельный анализатор является ведущим (хищники, грызуны, копытные и т.п.), микросматиков, для которых главное значение имеют зрительный и слуховой анализаторы (приматы, в том числе человек, птицы), и аносматиков, у которых обоняние отсутствует (китообразные). У микросматика-человека на площади 5-10 см 2 расположено до 10 млн обонятельных рецепторов. У макросматика - немецкой овчарки поверхность обонятельного эпителия 200 см 2 , а общее число обонятельных клеток - более 200 млн.

(рецептивная поверхность обонятельного анализатора) у человека находится в верхней части носовой полости. Он покрывает верхнюю носовую раковину (вырост решетчатой кости черепа) и верхнюю часть носовой перегородки и содержит рецепторные клетки, опорные клетки, лежащие между рецепторными, и базальные клетки, расположенные в основании обонятельного эпителия (рис. 12.3).

Рис. 12.3.

Базальные клетки фактически являются стволовыми и в течение всей жизни в ходе своего деления и роста превращаются в новые рецепторные клетки. Таким образом, они восполняют постоянную убыль обонятельных рецепторов, происходящую вследствие их гибели (срок жизни обонятельного рецептора примерно 60 дней). Кроме того, в слизистой оболочке носовой полости есть обонятельные железы, выделяющие слизь, которая увлажняет поверхность рецепторных клеток и способствует концентрации там пахучих веществ. При насморке слизистые оболочки набухают, это препятствует попаданию ольфакторных (пахучих) молекул к рецепторным клеткам, поэтому порог раздражения резко повышается и обоняние временно исчезает.

Обонятельные рецепторы - первичночувствующие, т.е. являются частью нервной клетки. Это биполярные нейроны, имеющие короткий неветвящийся дендрит и длинный аксон. Тело нейрона занимает срединное положение в толще обонятельного эпителия. Дендрит заканчивается небольшим сферическим утолщением - обонятельной булавой, на вершине которой располагаются 10-12 подвижных ресничек, которые и являются обонятельными рецепторами. Реснички выходят на поверхность слизистой носа и погружены в слизь, вырабатываемую обонятельными железами. На мембране ресничек находятся белковые рецепторы, с которыми соединяются ольфакторные молекулы, что приводит к генерации рецепторного потенциала.

Безмиелиновые аксоны обонятельных клеток собираются примерно в 20-40 обонятельных нитей, которые, собственно, и являются обонятельными нервами. Особенность проводящего отдела обонятельной системы состоит в том, что ее афферентные волокна не совершают перекреста и не имеют переключения в таламусе. Обонятельные нервы входят в полость черепа через отверстия в решетчатой кости и оканчиваются на нейронах обонятельных луковиц. Обонятельные луковицы расположены на нижней поверхности лобных долей конечного мозга в обонятельной борозде (см. рис. 9.6) и являются частью палеокортекса. Они представляют собой образования округлой или овальной формы, имеющие внутри полость. Величина обонятельных луковиц, как правило, тесно связана со степенью развития обоняния. Так, у некоторых сумчатых длина луковицы составляет до половины всей длины полушария, у приматов и птиц они развиты слабо, у зубатых китов вообще отсутствуют. Обонятельные луковицы - это единственный отдел мозга, двустороннее удаление которого всегда приводит к полной потере обоняния.

Как все корковые структуры, обонятельные луковицы имеют слоистое строение. В них выделяют шесть концентрически расположенных слоев (рис. 12.4). Наиболее заметные из них: слой гломерул (второй слой, считая от поверхности); слой митральных клеток (четвертый слой).

Рис. 12.4.

На митральные клетки приходит информация от рецепторов, а аксоны митральных клеток образуют обонятельный тракт, идущий к другим обонятельным центрам. Разветвленные окончания волокон обонятельных нервов и ветвящиеся дендриты митральных клеток, сплетаясь и образуя синапсы друг с другом, формируют характерные образования - гломерулы (клубочки). В них входят также отростки других нейронов обонятельной луковицы - пучковых и перигломерулярных. Самый глубокий клеточный слой - гранулярный, его зернистые нейроны вместе с пучковыми и иери- гломерулярными клетками осуществляют латеральные связи.

Обонятельная луковица получает информацию не только от рецепторов. На ее нейронах (главным образом - на зернистых) оканчиваются эфференты из других корковых структур. Это дает возможность изменять состояние нейронов луковицы, благодаря чему реакция на запахи может меняться в зависимости от общего уровня активации мозга, потребностей, мотиваций, что очень важно при реализации поведенческих программ, связанных, например, с поиском пищи, размножением, территориальным поведением.

Аксоны митральных клеток формируют обонятельный тракт. Его без- миелиновые волокна идут к различным образованиям переднего мозга (переднему обонятельному ядру, миндалине, ядрам перегородки, ядрам гипоталамуса, гиппокампу, препириформной коре и др.). Правая и левая обонятельные области контактируют при помощи передней комиссуры. Эфферентные волокна к обонятельной луковице также проходят в составе обонятельного тракта.

Большинство зон, получающих информацию от обонятельного тракта, рассматриваются как ассоциативные центры. Они обеспечивают связь обонятельной системы с другими анализаторами и организацию на этой основе многих сложных форм поведения - пищевого, оборонительного, полового и т.д. Особенно важны в этом смысле связи с гипоталамусом и миндалиной, по которым обонятельные сигналы достигают центров, запускающих различные типы безусловных (инстинктивных) реакций.

Хорошо известно, что обонятельные стимулы способны пробуждать эмоции и извлекать воспоминания. Это связано с тем, что практически все обонятельные центры входят в ЛС, тесно связанную с формированием и протеканием эмоций и памяти.

Рецепторы обонятельной сенсорной системы расположены среди клеток слизистой оболочки в области верхних носовых ходов и имеют вид отдельных островков в средних ходах.
Обонятельный эпителий лежит в стороне главного дыхательного пути, поэтому при поступлении пахучих веществ человек делает глубокие вдохи и принюхивается.
Толщина эпителия составляет примерно 100-150 мкм, диаметр расположенных между опорными клетками рецепторных клеток - 5-10 мкм. Обонятельные рецепторы - это первичные биполярные сенсорные клетки. Общее их количество у человека около
100 млн. На поверхности каждой обонятельной клетки являются сферическое утолщение. Это обонятельная булава. Из нее выступает по 6-12 тонких (0,3 мкм) волос длиной 10 мкм. Обонятельные волоски погружены в жидкость, товары обонятельными железами. Благодаря обонятельным волос площадь рецептора, который контактирует с молекулами
пахучих веществ, увеличивается в десятки раз. Вполне возможно, что обонятельные волоски обладают и двигательной функцией, при этом повышается надежность захвата молекул пахучих веществ и контакта с ними. Обонятельная булава является важным цитохимическим центром обонятельной клетки: в ней генерируется РП.
Обонятельные рецепторы относятся к хеморецепторы ов. Молекулы пахучего вещества вступают в контакт со слизистой оболочкой носовых ходов, что приводит к взаимодействию со специализированными рецепторными белками мембран. Вследствие сложного, пока не достаточно изученного цепи реакций, в рецепторе генерируется РП, а затем - импульсное возбуждение, которое передается волокнами обонятельного нерва в обонятельную луковицу-первичный "нервбвий центр обонятельного анализатора. С помощью электродов можно получить електроольфактограму. Электроды расположены непосредственно на поверхности обонятельного эпителия и регистрируют суммарную электрическую активность их. Монофазные негативная волна с амплитудой до 10 мВ и длительностью несколько секунд возникает даже при кратковременном воздействии пахучего вещества. основном на електроольфактограми можно заметить небольшую позитивность, предвари основной негативной волны, а при достаточной длительности воздействия регистрируется большое негативная волна в ответ на его прекращения (off-реакция). Иногда на медленную волну електроольфактограмы накладываются быстрые осцилляции, которые отражают синхронные импульсные разряды значительного количества рецепторов.
Как свидетельствуют результаты микроэлектродную исследований, единичные рецепторы отвечают увеличением частоты импульсации, которая зависит от качества и интенсивности стимула. Каждый рецептор может реагировать на большое количество пахучих веществ, но предпочтение он отдает некоторым из них. Считают, что на этих свойствах рецепторов, которые отличаются по своему настроению на различные группы веществ, могут основываться шифрование обонятельных раздражителей и их распознавания в центрах анализатора обоняния. Адаптация в анализаторе обоняния происходит сравнительно медленно (десятки секунд и минут) и зависит от скорости потока воздуха над обонятельным эпителием и концентрации пахучего вещества. Существует перекрестная адаптация, которая заключается в том, что при длительном поступлении какой-либо пахучего вещества повышается порог чувствительности не только к ней, а и в ийших веществ.
При электрофизиологических исследованиях обонятельных луковиц выявлено, что параметры электрической ответа, которая регистрируется при действии запахов, зависят от вида пахучего вещества. При различных запахах изменяется пространственная мозаика возбужденных и заторможенных участков обонятельных луковиц. Служит это средством шифрования обонятельной информации, судить трудно.
Чувствительность обонятельного анализатора человека чрезвычайно велика: один обонятельный рецептор может быть возбужден одной или несколькими молекулами пахучего вещества, а возбуждение небольшого количества рецепторов приводит к возникновению чувства. В то же время изменение интенсивности воздействия вещества (граница разницы) оценивается человеком довольно грубо (наименьшая воспринимающей разница по силе запаха составляет ЗО-60% от ее первоначальной концентрации). У многих животных, особенно у собак, эти показатели в 3-6 раз меньше. Одной из характерных особенностей обонятельного анализатора является то, что его афферентные волокна не переключаются в таламусе и не переходят на противоположную сторону коры большого мозга.
В обонятельной луковице при анализе информации, поступающей широко используются явления конвергенции и торможения. Здесь же происходит и афферентный контроль с вышележащих центров или контралатеральной обонятельной луковицы. Обонятельный тракт состоит из нескольких пучков, которые направляются в различные отделы мозга: переднее обонятельное ядро, обонятельный бугорок, препериформну кору, периамигдалярну кору и часть ядер миндалевидной комплекса. Связь обонятельной луковицы с гиппокампом, периформною корой и другими отделами обонятельного мозга осуществляется через несколько переключений. Электрофизиологические исследования и опыты на животных с условными рефлексами свидетельствуют о "том, что для распознавания запахов не требуется значительное количество центров обонятельного мозга (rhinencephalon). В связи с этим большинство участков проекции обонятельного тракта можно рассматривать как ассоциативные центры, которые обеспечивают связь обонятельной системы с другими сенсорными системами и формирование на этой почве ряда сложных форм поведения - пищевой, защитной, половой.
Связь рюхового анализатора с лимбической системой обеспечивает
наличие эмоционального компонента в обонятельном восприятии. . Запах может вызвать ощущение удовольствия или отвращения и, вероятно, играет определенную роль в формировании полового поведения (особенно это выражено у животных). Чувствительность обонятельных нейронов находится под контролем половых гормонов.
В клинической практике встречаются пациенты с различным нарушениям обоняния, начиная от снижения чувствительности (гипо-или аносмия) и заканчивая разнообразными обонятельными галлюцинациями и паросмия (неправильное восприятие запахов).