Čuch

V živote suchozemských zvierat hrá čuch dôležitú úlohu v komunikácii s vonkajším prostredím. Slúži na rozpoznávanie pachov, určovanie plynných zapáchajúcich látok obsiahnutých vo vzduchu. V procese evolúcie sa čuchový orgán, ktorý má ektodermálny pôvod, pôvodne vytvoril v blízkosti ústneho otvoru a potom sa spojil s počiatočnou časťou horných dýchacích ciest, oddelenou od ústnej dutiny. Niektoré cicavce majú veľmi dobre vyvinutý čuch (makrozmatiká). Do tejto skupiny patria hmyzožravce, prežúvavce, kopytníky a dravé zvieratá. Iné zvieratá nemajú čuch vôbec (anasmatiká). Patria sem delfíny. Tretiu skupinu tvoria zvieratá, ktorých čuch je slabo vyvinutý (mikrozmatiká). Patria sem primáty.

U ľudí sa čuchový orgán (organum olfactorium) nachádza v hornej časti nosovej dutiny. Čuchová oblasť nosovej sliznice (regio olfactoria tunicae mucosae nasi) zahŕňa sliznicu pokrývajúcu hornú nosovú mušľu a hornú časť nosovej priehradky. Receptorová vrstva v epiteli pokrývajúcom sliznicu obsahuje čuchové neurosenzorické bunky (ccllulae neurosensoriae olfactoriae), ktoré vnímajú prítomnosť pachových látok. Medzi čuchovými bunkami sa nachádzajú podporné epitelové bunky (epitheliocyti sustenans). Podporné bunky sú schopné apokrinnej sekrécie.

Počet čuchových neurosenzorických buniek dosahuje 6 miliónov (30 000 buniek na 1 mm2 ⁾. Distálna časť čuchových buniek tvorí zhrubnutie - čuchovú kyjačku. Každé z týchto zhrubnutí má až 10 – 12 čuchových riasiniek. Riasy sú pohyblivé a môžu sa sťahovať pod vplyvom pachových látok. Jadro zaujíma centrálnu polohu v cytoplazme. Bazálna časť receptorových buniek pokračuje do úzkeho a stočeného axónu. Na apikálnom povrchu čuchových buniek sa nachádza veľa klkov,

Čuchové žľazy (glandulae olfactoriae) sa nachádzajú v hrúbke riedkeho spojivového tkaniva čuchovej oblasti. Syntetizujú vodnatý sekrét, ktorý zvlhčuje kožný epitel. V tomto sekréte, ktorý obmýva riasinky čuchových buniek, sa rozpúšťajú pachové látky. Tieto látky sú vnímané receptorovými proteínmi nachádzajúcimi sa v membráne pokrývajúcej riasinky. Centrálne výbežky neurosenzorických buniek tvoria 15 – 20 čuchových nervov.

Čuchové nervy prenikajú do lebečnej dutiny cez otvory kribriformnej platničky čuchovej kosti, potom do čuchového bulbu. V čuchovom bulbu sa axóny čuchových neurosenzorických buniek v čuchových glomeruloch dostávajú do kontaktu s mitrálnymi bunkami. Výbežky mitrálnych buniek v hrúbke čuchového traktu smerujú do čuchového trojuholníka a potom ako súčasť čuchových pruhov (stredného a mediálneho) vstupujú do prednej perforovanej substancie, subkalóznej oblasti (area subcallosa) a diagonálneho pruhu (bandaletta [stria] diagonalis) (Brocov prúžok). Ako súčasť laterálneho pruhu výbežky mitrálnych buniek pokračujú do parahipokampálneho gyrusu a do háku, ktorý obsahuje kortikálne čuchové centrum.

Neurochemické mechanizmy čuchového vnímania

Začiatkom 50. rokov 20. storočia gróf Sutherland použil príklad adrenalínu, ktorý stimuluje tvorbu glukózy z glykogénu, na dešifrovanie princípov prenosu signálu cez bunkovú membránu, ktoré sa ukázali byť spoločné pre širokú škálu receptorov. Už koncom 20. storočia sa zistilo, že vnímanie pachov sa uskutočňuje podobným spôsobom, dokonca aj detaily štruktúry receptorových proteínov sa ukázali byť podobné.

Primárne receptorové proteíny sú komplexné molekuly, ktorých väzba ligandov spôsobuje v nich viditeľné štrukturálne zmeny, po ktorých nasleduje kaskáda katalytických (enzymatických) reakcií. Pre čuchový receptor, rovnako ako pre vizuálny receptor, tento proces končí nervovým impulzom vnímaným nervovými bunkami zodpovedajúcich častí mozgu. Tieto segmenty obsahujú 20 až 28 zvyškov v každom, čo stačí na prechod cez membránu s hrúbkou 30 Å. Tieto polypeptidové oblasti sú zložené do α-helixu. Telo receptorového proteínu je teda kompaktná štruktúra siedmich segmentov prechádzajúcich cez membránu. Takáto štruktúra integrálnych proteínov je charakteristická pre opsín v sietnici oka, receptory serotonínu, adrenalínu a histamínu.

Nie je dostatok röntgenových štrukturálnych údajov na rekonštrukciu štruktúry membránových receptorov. Preto sa v súčasnosti v takýchto schémach široko používajú analógové počítačové modely. Podľa týchto modelov je čuchový receptor tvorený siedmimi hydrofóbnymi doménami. Aminokyselinové zvyšky viažuce ligandy tvoria „vrecko“ umiestnené 12 Å od povrchu bunky. Vrecko je znázornené ako ružica, skonštruovaná rovnakým spôsobom pre rôzne receptorové systémy.

Väzba odorantu na receptor vedie k aktivácii jednej z dvoch signálnych kaskád, otvoreniu iónových kanálov a vytvoreniu receptorového potenciálu. AG proteín špecifický pre čuchové bunky môže aktivovať adenylátcyklázu, čo vedie k zvýšeniu koncentrácie cAMP, ktorého cieľom sú katiónselektívne kanály. Ich otvorenie vedie k vstupu Na+ a Ca2+ do bunky a depolarizácii membrány.

Zvýšenie intracelulárnej koncentrácie vápnika spôsobuje otvorenie Ca-kontrolovaných Cl-kanálov, čo vedie k ešte väčšej depolarizácii a vzniku receptorového potenciálu. K zhášaniu signálu dochádza v dôsledku zníženia koncentrácie cAMP, v dôsledku špecifických fosfodiesteráz a tiež v dôsledku skutočnosti, že Ca2+ v komplexe s kalmodulínom sa viaže na iónové kanály a znižuje ich citlivosť na cAMP.

Ďalšia dráha zhášania signálu zahŕňa aktiváciu fosfolipázy C a proteínkinázy C. Fosforylácia membránových proteínov otvára katiónové kanály a v dôsledku toho okamžite mení transmembránový potenciál, čo tiež generuje akčný potenciál. Fosforylácia proteínov proteínkinázami a defosforylácia zodpovedajúcimi fosfatázami sa teda ukázala ako univerzálny mechanizmus okamžitej reakcie bunky na vonkajší podnet. Axóny smerujúce do čuchového bulbu sú spojené do zväzkov. Nosová sliznica tiež obsahuje voľné zakončenia trojklanného nervu, z ktorých niektoré sú tiež schopné reagovať na pachy. V hltane môžu čuchové podnety excitovať vlákna glossofaryngeálneho (IX) a vagusového (X) hlavového nervu. Ich úloha vo vnímaní pachov nie je spojená s čuchovým nervom a zostáva zachovaná v prípade dysfunkcie čuchového epitelu v dôsledku chorôb a zranení.

Histologicky je čuchová bulba rozdelená do niekoľkých vrstiev, charakterizovaných bunkami špecifického tvaru, vybavenými výbežkami určitého typu s typickými typmi spojení medzi nimi.

Konvergencia informácií prebieha na mitrálnych bunkách. V glomerulárnej vrstve približne 1 000 čuchových buniek končí na primárnych dendritoch jednej mitrálnej bunky. Tieto dendrity tiež tvoria recipročné dendrodendritické synapsie s periglomerulárnymi bunkami. Kontakty medzi mitrálnymi a periglomerulárnymi bunkami sú excitačné, zatiaľ čo kontakty v opačnom smere sú inhibičné. Axóny periglomerulárnych buniek končia na dendritoch mitrálnych buniek susedného glomerulu.

Granulované bunky tiež tvoria recipročné dendrodendritické synapsie s mitrálnymi bunkami; tieto kontakty ovplyvňujú generovanie impulzov mitrálnymi bunkami. Synapsie na mitrálnych bunkách sú tiež inhibičné. Granulované bunky tiež tvoria kontakty s kolaterálmi mitrálnych buniek. Axóny mitrálnych buniek tvoria laterálny čuchový trakt, ktorý smeruje do mozgovej kôry. Synapsie s neurónmi vyšších rádov zabezpečujú spojenie s hipokampom a (prostredníctvom amygdaly) s autonómnymi jadrami hypotalamu. Neuróny reagujúce na čuchové podnety sa nachádzajú aj v orbitofrontálnom kortexe a retikulárnej formácii stredného mozgu.