Обонятельная система: обонятельный эпителий, обонятельная луковица

Обновлено: 03.02.2023

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».

ОБОНЯТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Рецепторы обонятельной системы расположены в области верхних носовых ходов. Обонятельный эпителий имеет толщину 100–150 мкм и содержит около 10 млн. рецепторных клеток диаметром 5–10 мкм, расположенных между опорными клетками (рис. 4.11). На поверхности каждой обонятельной клетки имеется сферическое утолщение – обонятельная булава, из которой выступает 6–12 волосков длиной до 10 мкм. Обонятельные волоски погружены в жидкую среду, вырабатываемую боуменовыми железами. Наличие подобных волосков в десятки раз увеличивает площадь контакта рецептора с молекулами пахучих веществ. От нижней части рецепторной клетки отходит аксон. Аксоны всех рецепторов образуют обонятельный нерв, который проходит через основание черепа и вступает в обонятельную луковицу.
Молекулы пахучих веществ попадают в обонятельную слизь с постоянным током воздуха. Здесь они взаимодействуют с находящимся в волосках рецептора рецепторным белком. В результате этого взаимодействия в мембране рецептора открываются натриевые каналы, и генерируется рецепторный потенциал. Это приводит к импульсному разряду в аксоне рецептора – волокне обонятельного нерва.
Каждая рецепторная клетка способна ответить возбуждением на характерный для нее, хотя и широкий, спектр пахучих веществ. Спектры чувствительности разных клеток сильно перекрываются. Вследствие этого более чем 50% пахучих веществ оказываются общими для любых двух обонятельных клеток.
Электроольфактограммой называют суммарный электрический потенциал, регистрируемый от поверхности обонятельного эпителия. Это монофазная негативная волна длительностью в несколько секунд, возникающая даже при кратковременном воздействии пахучего вещества.
Кодирование обонятельной информации. Одиночные рецепторы отвечают на запах увеличением частоты импульсации, которое зависит от качества и интенсивности стимула [Физиол. сенсорн. систем, 1972; Кейдель, 1975; Сомьен, 1975; Тамар, 1976; Батуев, Куликов, 1983; Дудел и др., 1985]. Каждый обонятельный рецептор отвечает на многие пахучие вещества, отдавая «предпочтение» некоторым из них. Считают, что на этих свойствах рецепторов может быть основано кодирование запахов и их опознание в центрах обонятельной системы. В обонятельной луковице регистрируется электрический ответ, который зависит от пахучего вещества: при разных запахах меняется пространственная мозаика возбужденных и заторможенных участков обонятельной луковицы.

Рис. 4.11 . Схема строения обонятельного эпителия по данным электронной микроскопии:
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
Центральные проекции обонятельной системы. Выходящий из луковицы обонятельный тракт направляется в разные отделы мозга: переднее обонятельное ядро, обонятельный бугорок, препириформную кору, периамигдалярную кору и часть ядер миндалевидного комплекса. Обонятельная луковица связана также с гиппокампом, пириформной корой и другими отделами «обонятельного мозга» через несколько переключений. Наличие многих центров «обонятельного мозга» обеспечивает связь обонятельной системы с другими сенсорными системами и организацию на этой основе пищевого, оборонительного и полового поведения.
Чувствительность обонятельной системы человека чрезвычайно велика: один обонятельный рецептор может быть возбужден одной молекулой пахучего вещества, а возбуждение небольшого количества рецепторов приводит к возникновению ощущения. В то же время изменение интенсивности запаха (дифференциальный порог) оценивается людьми довольно грубо: наименьшее воспринимаемое различие в силе запаха составляет 30–60% от его исходной концентрации. Адаптация в обонятельной системе происходит сравнительно медленно (десятки секунд или минуты) и зависит от скорости потока воздуха над обонятельным эпителием и от концентрации пахучего вещества.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

«Я потерял нюх к жизни…», или Как возникает зáпаховая слепота при новой коронавирусной инфекции

Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: До появления нового коронавируса SARS-CoV-2 сложно было представить себе, каково это — не ощущать ароматы самых привычных нам вещей: утреннего кофе, полевых цветов, любимых духов. Явление частичной или полной потери обоняния (гипо- и аносмия) наблюдается у 2/3 пациентов с COVID-19. Поскольку обоняние — это важный инструмент взаимодействия с окружающим миром, лишение этого чувства также называют обонятельной, или зáпаховой, слепотой. Попробуем разобраться, каким же образом новый вирус лишает нас самого древнего в эволюционном плане чувства.


Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021

Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.

Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

SkyGen

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Как устроена система обоняния

Обоняние — крайне важное чувство, позволяющее животным ориентироваться и выживать в окружающем мире. Для большинства животных это чувство имеет первостепенную важность: такие организмы называют макросматиками, поскольку они обладают развитым обонянием. Существуют и такие животные, у которых обоняние практически отсутствует (например дельфины). Человека, приматов и грызунов считают микросматиками из-за слабо развитой обонятельной системы. Для нас важны зрение, слух и осязание, и только потом — обоняние. Однако лишившись способности воспринимать ароматы, мы понимаем, какую огромную роль в нашей жизни играет это чувство. Для начала разберемся, как устроена система обоняния.

Чувство обоняния наряду с чувством вкуса относится к системе хеморецепции, то есть восприятию химических веществ из окружающей среды [1]. Структуры, участвующие в восприятии и анализе запахов, вместе составляют обонятельную сенсорную систему (рис. 1).

Как работает обонятельная система человека

Рисунок 1. Как работает обонятельная система человека

коллаж автора статьи, изображения из открытых источников и из [12]

Первым звеном является обонятельный эпителий, расположенный в носовой полости на верхней носовой раковине. Общая поверхность обонятельного эпителия в обеих половинках носа взрослого человека невелика — всего около 5 см 2 (для сравнения: у кролика — 7–10 см 2 , у собак — до 200 см 2 ). Его основу составляют обонятельные сенсорные клетки (у человека их около 10 млн, у кролика — 100 млн, у немецкой овчарки — 2200 млн), они по своей сути являются биполярными нейронами (дендрит направлен в носовую полость, а аксон тянется через пластинку решетчатой кости к обонятельной луковице). На конце дендрита располагается от 6 до 12 ресничек, похожих на щупальца, — именно они взаимодействуют с молекулами пахучих химических веществ, или одорантов, и запускают процесс восприятия и анализа запахов. Реснички смогут «засечь» запах, только если одорант растворится в слизи, в которую они погружены и которую вырабатывают Боуменовы железы. Слизь создает оболочку для сенсорных нейронов, защищая их. Пахучие вещества связываются с рецепторами на мембране ресничек обонятельных нейронов, запуская каскад биохимических реакций, результатом которых служит сдвиг мембранного потенциала покоя и возбуждение нейрона.

Каждый аромат имеет сотни пахучих молекул, которые улавливаются обонятельными рецепторами, причем каждый обонятельный сенсорный нейрон распознает несколько разных одорантов, а каждый одорант активирует несколько разных нейронов. Выходит так, что каждый одорант активирует определенную комбинацию рецепторов, будто воспроизводит аккорд на нашей обонятельной «клавиатуре». В результате ароматы звучат как целый оркестр в нашем головном мозге [2].

Для того чтобы рецепторные нейроны качественно выполняли свою функцию, в обонятельном эпителии содержатся стентакулярные (поддерживающие, или опорные) и базальные (горизонтальные и шаровидные) клетки. Первые удаляют мертвые нейроны, токсичные агенты и поддерживают водный и солевой баланс в слизи. Стоит нарушить этот баланс — и распознавание одоранта ресничками не произойдет. Функция базальных клеток не менее важна — они ответственны за регенерацию обонятельного эпителия (как в норме, так и при повреждении), то есть непрерывно производят новые обонятельные клетки, продолжительность жизни которых составляет 6–8 недель.

Вернемся к обонятельным рецепторам. После связывания одоранта с рецепторами обонятельных нейронов нервный импульс распространяется по аксону, чтобы передать информацию дальше в центры головного мозга. Аксоны проходят сквозь слой соединительной ткани (lamina propria), затем через отверстия решетчатой кости, отделяющей носовую полость от полости черепа, и достигают обонятельной луковицы, которая служит первым центром обработки обонятельной информации в головном мозге [3]. Здесь разветвленные окончания аксонов обонятельных нейронов взаимодействуют с дендритами нейронов второго порядка, формируя сферические структуры — клубочки. За обработку сигналов всех обонятельных клеток одного типа отвечает один и тот же клубочек обонятельной луковицы. Этот важный факт установили ученые Линда Бак и Ричард Эксел, получившие в 2004 году Нобелевскую премию за исследования обонятельных рецепторов млекопитающих.

К нейронам второго порядка относят крупные митральные и более мелкие пучковые клетки, несущие информацию о запахах по обонятельному тракту в кору головного мозга. Можно представить себе масштабность процесса проведения нервного импульса в обонятельной системе, узнав численное соотношение разных участников этой эстафеты. У человека имеется около 2000 клубочков, в каждом из которых формируются контакты между 25 000 аксонов обонятельных рецепторов и дендритами 45 митральных и 60 пучковых клеток [1].

По обонятельному тракту информация о запахе распространяется к высшим центрам обработки информации — к различным структурам переднего мозга (переднему обонятельному ядру, миндалине, ядрам перегородки, ядрам гипоталамуса, гиппокампу, препириформной коре и др.), большинство из которых рассматриваются как ассоциативные центры. Они связывают обонятельную систему с другими сенсорными системами, тем самым организуя сложные формы поведения — пищевого, полового, оборонительного и т.д. [1]. Не раз мы на собственном опыте убеждались, что ароматы способны пробуждать эмоции и воспоминания.

Выделяют три центра обработки обонятельной информации в головном мозге: древнюю обонятельную систему (обеспечивает рефлексы на запаховые раздражители), старую (отвечает за выбор пищи, пригодной к употреблению, и за отказ от токсических веществ) и новую (отвечает за осознанное восприятие и анализ обонятельной информации) [1].

Как возникает зáпаховая слепота при COVID-19

Жизненный цикл SARS-CoV-2

SARS-CoV-2 — это содержащий одноцепочечную РНК вирус с похожими на зубцы короны S-гликопротеинами на поверхности. У 85,6% инфицированных вирусом SARS-CoV-2 людей наблюдается нарушение обонятельной функции [6], или зáпаховая (обонятельная) слепота, — она может проявляться в виде утраты чувства обоняния (аносмии) или его снижения (гипосмии).

В современной неврологии обонятельная дисфункция описана при нейродегенеративных заболеваниях: при болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, хорее Хантингтона [7]. При воздействии других респираторных вирусов также может наблюдаться потеря или снижение обоняния, однако механизм этого явления совершенно другой. Чаще всего при ОРВИ мы не чувствуем запахов из-за отека и воспаления слизистой носа.

Каким же образом злосчастный вирус SARS-CoV2 лишает нас обоняния? На каком этапе проведения информации о тех или иных пахучих веществ от обонятельного эпителия к высшим центрам обработки сигналов он действует? Несмотря на большое число исследований, эти вопросы до сих пор остаются не до конца выясненными.

Важнейшим механизмом обонятельной дисфункции считают вирусное повреждение клеток обонятельного эпителия [8]. Вирус проникает в клетку, связываясь с определенными рецепторами на поверхности клеток. ACE2 (ангиотензинпревращающий фермент-2) служит рецептором, который связывается с вирусным S-белком (Spike) и облегчает проникновение вируса в клетку [8]. При их взаимодействии белок S расщепляется под действием поверхностной протеазы TMPRSS2 (трансмембранная сериновая протеаза-2), но здесь могут быть задействованы и другие ферменты (такие как фурин, катепсин B и L, CTSB/CTSL) [8].

Интересно, что в обонятельном эпителии рецепторы ACE2 и TMPRSS2 экспонируются на поверхности не всех клеток, а только стентакулярных и горизонтальных базальных клеток, а также клеток Боуменовых желез [8]. Однако многие вирусы, в том числе и коронавирусы (включая SARS-CoV-2), попадают из носового эпителия в обонятельную луковицу и далее в другие отделы мозга и могут повреждать нервную ткань [9]. Рецепторы ACE2 и TMPRSS2 также обнаружены на поверхности обонятельной луковицы на перицитах сосудов (это клетки соединительной ткани, которые обслуживают кровеносные капилляры мозга) [8].

Повреждение обонятельного эпителия — это, вероятно, основной механизм обонятельной слепоты, возникающий при нарушениях нормальной структуры и функции эпителия, а косвенное воздействие вируса на обонятельную луковицу происходит при повреждения поддерживающих клеток. Однако не так давно был обнаружен еще один путь проникновения вируса в клетки через рецептор нейропилин-1 (NRP1), который синтезируется обонятельными сенсорными нейронами и их клетками-предшественниками [10]. Нейропилины (трансмембранные рецепторы) участвуют во многих физиологических процессах, включая развитие нейронов, ангиогенез и регуляцию иммунных реакций. Этот путь проникновения вируса может напрямую повреждать нейроны и вызывать перенос вирусных частиц к обонятельной луковице по аксонам, объясняя, почему у некоторых пациентов с COVID-19 обонятельная функция долго не восстанавливается [10].

Таким образом, есть несколько возможных и не исключающих друг друга механизмов потери обоняния у пациентов с COVID-19 [8–10]:

  1. Местная инфекция опорных и сосудистых клеток в носовой полости и обонятельной луковице может изменять работу обонятельных рецепторных нейронов или нейронов обонятельной луковицы, вызывая мощные воспалительные реакции и блокируя эффективную передачу сигналов в мозг.
  2. Повреждение вирусом стентакулярных клеток и клеток Боуменовой железы может приводить к гибели обонятельных рецепторных нейронов, нарушая восприятие запаха.
  3. Повреждение сосудов может снижать кровоснабжение обонятельной луковицы и приводить к воспалению и изменению ее работы.
  4. Прямое воздействие вируса на обонятельные сенсорные нейроны нарушает работу и разрушает клетки, а также обеспечивает передвижение вирусных частиц в обонятельную луковицу.
  5. Могут существовать и другие механизмы, связанные с изменением работы иммунных клеток, но влияющие на функцию обонятельной системы.

Особенности зáпаховой слепоты при COVID-19 и прогнозы выздоровления

Запаховая слепота при COVID-19 имеет ряд особенностей [6], [11]. Например, на частоту ее возникновения влияет гендер: женщины страдают аносмией/гипосмией чаще мужчин [6]. Помимо этого, обонятельная дисфункция встречается у пациентов с легкой или умеренной формами болезни. В 11,8% случаев аносмия возникает до, в 65,4% случаев — после, в 22,8% случаев — одновременно с общими или ЛОР-симптомами коронавирусной инфекции [6]. В 18,2 % случаев аносмия наблюдается без назальных симптомов (нарушения носового дыхания, повышения назальной секреции). Большинство пациентов с нарушениями обоняния (79,6%) страдают аносмией, остальные 20,4% — гипосмией. Часть заболевших жаловалась на внезапное появление нетипичных запахов серы, нашатыря, уксуса, гари и т.д. Такие симптомы относят к фантосмии (то есть ощущению фантомных запахов, или обонятельным галлюцинациям) и паросмии (искаженному ощущению запаха) [11]. К сожалению, обонятельные иллюзии говорят о повреждении центральных структур анализа запахов.

Многих волнует вопрос, как долго длится это состояние запаховой слепоты. К счастью, у большинства пациентов с COVID-19 работа обоняния восстанавливается спустя примерно 2–4 недели после нарушения [11] или, по другим данным, в течение 8 дней после выздоровления (то есть при отсутствии общих и ЛОР-симптомов) [6]. Для лечения обонятельной слепоты нос орошают физиологическим раствором и растворами кортикостероидов, принимают витамины и микроэлементы [6].

Быстрое избавление от аносмии указывает на то, что целью SARS-CoV-2 являются не сами обонятельные сенсорные нейроны, а стентакулярные клетки. Но все же остается небольшой процент пациентов, у которых нарушение обоняния длится месяцы. Пока нет однозначного ответа, почему у одних людей восстановление обоняния занимает несколько дней, а у других растягивается на месяцы, а возможно и годы. Также неясно, будут ли сохраняться нарушения обоняния у пациентов в течение жизни, и если да, то, как долго. Вероятно, при повреждении вирусом значительной части базальных клеток и/или обонятельных сенсорных нейронов, времени на восстановление обонятельного эпителия может понадобиться гораздо больше.

Заключение

Зачастую мы не придаем особого значения способности обонять — ровно до тех пор, пока не лишаемся ее. Кажется невозможным, если мир вдруг перестанет пахнуть, а еда станет безвкусной. Новый вирус показал нам, каково это — вдруг потерять такую важную связь с окружающим миром. К счастью, шансы на выздоровление высоки. Не теряйте нюх к жизни!

Прямо в мозг: препятствия и способы их преодолеть


Обзор

Введение наночастиц в носовую полость мыши для изучения транспорта веществ в мозг в обход гематоэнцефалического барьера.

рисунок автора статьи

Авторы
Редакторы

Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: В ходе работы мы выяснили механизм проникновения наночастиц из носовой полости в мозг, минуя гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Для этого были использованы наночастицы оксида марганца (Mn3O4), которые визуализировались при томографии. На данный момент описано несколько возможных путей транспорта веществ из носовой полости в мозг, но точный механизм еще не определен. Чтобы увидеть, как именно наночастицы проникают в мозг, проводились серии экспериментов по блокированию захвата/транспорта наночастиц в нейронах; проверялась и гипотеза транспорта по внеклеточному пространству. Актуальность данной работы — выявление путей доставки лекарственных препаратов и изучение проникновения вирусов в мозг в обход ГЭБ.


Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021


Фаворит Российского научного фонда в номинации «Своя работа» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.

Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

SkyGen

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Введение

В организме человека существует специальная система защиты мозга от проникновения в него крупных молекул, в том числе инфекционных агентов — это гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Давайте подробнее рассмотрим его структуру (рис. 1). Первая линия защиты — плотный стой эндотелия капилляров, соединенных плотными контактами. В отличие от большинства капилляров тела, в них нет крупных щелей (пор) для прохождения некоторых белков плазмы [1]. Далее на пути к мозгу находятся перициты (клетки соединительной ткани) и астроциты (вспомогательные клетки в нервной ткани), которые механически не позволяют пройти молекулам крупнее определенного размера. Гематоэнцефалический барьер не пропускает вещества более 400–500 Да по массе, в зависимости от свойства вещества. (Для сравнения, сывороточный альбумин человека, самый распространенный белок в крови, имеет массу 65 000 Да). Также барьер непроницаем для ионов, но пропускает жирорастворимые вещества, воду, кислород, углекислый газ, некоторые обезболивающие и алкоголь (рис. 1).

Схема строения гематоэнцефалического барьера

Рисунок 1. Схема строения гематоэнцефалического барьера.

Э — клетки капилляров, соединенные плотными контактами; A — вещества, не проникающие через ГЭБ; B — вещества, проникающие через ГЭБ каким-либо способом, описанным ниже. Стрелками обозначены белковые системы транспорта веществ внутрь клетки и из нее.

рисунок автора статьи

Таким образом, долгое время считалось, что мозг полностью защищен от проникновения некоторых веществ из крови, пока не было обнаружено возможности прохода через ГЭБ. Такой способ доставки нужен прежде всего для доставки лекарств в нервную систему, поэтому было важно найти способы преодолеть барьер: ослабить клеточные контакты эндотелия (клеточного слоя) капилляров мозга, использовать системы транспорта веществ через мембрану капилляров или проникнуть в мозг с помощью эндоцитоза [2]. У данных способов есть свои недостатки, например, разрушение плотных контактов эндотелия приводило к местному накоплению веществ в мозге, повышению внутричерепного давления и требовало значительного времени на восстановление барьера [3]. Использование систем транспорта растворимых в воде метаболитов для доставки действующего вещества в мозг накладывает ограничения на само вещество. В данном случае оно должно либо имитировать «привычный» для данного белка-транспортера метаболит клетки, либо связываться с метаболитом для прохождения через мембрану [4]. Транспорт веществ путем эндоцитоза (захвата внешнего материала) клетками эндотелия тоже имеет свои недостатки — неспецифический эндоцитоз сведен к минимуму в капиллярах мозга, а специфический эндоцитоз часто включает в себя частичное пропускание вещества. Например, при доставке ионов железа посредством белка ферритином этот белок связывается с рецептором на эндотелии капилляра, проникает в клетку, высвобождает ионы железа для их дальнейшего транспорта в мозг, а потом удаляется из клетки обратно в просвет капилляра [5]. У всех перечисленных выше способов есть общий нюанс — вещество попадает в мозг через кровь, а значит, вещество распределяется равномерно по всему организму, поэтому нужно учитывать его системный эффект. Это накладывает дополнительные ограничения и увеличивает время испытания нового лекарства. В последние десятилетия ученые пытались преодолеть барьер и доставить лекарства с помощью наночастиц, введенных в кровь [6–8].

Наночастицы — собирательное название для группы веществ размером от 1 до 1000 нм. Они могут иметь различаться по форме и своим свойствам, в зависимости от пути преодоления ГЭБа. Это могут быть различные полимеры, натуральные или синтетические, или металлические частицы. Однако пока что наночастицы показывают не лучшие результаты в качестве транспортеров лекарств через барьер, если их вводить в кровь, а способ их проникновения через барьер — все еще спорный вопрос [9]. Как отметил Франческо Элдро, было потрачено много времени на изменение (модификацию) действующих веществ в составе лекарств для преодоления барьера, но гораздо меньше изучали способы их проникновения в мозг [10], [11].

Существуют способы проникнуть в нервную систему, даже минуя стадию попадания в кровь. Конечно, можно просверлить отверстие в черепе и ввести вещество иглой через барьер — это довольно эффективный способ преодолеть ГЭБ. Единственный недостаток в том, что введенное вещество практически не распространяется по мозгу [12]. Но есть и гораздо менее инвазивный вариант — проникнуть в мозг через носовую полость в обход ГЭБа. Рассмотрим, почему этот способ вызывает особый интерес у ученых. Вспомним строение обонятельной системы позвоночных на примере мыши (рис. 2). В носовой полости есть специальный участок скопления рецепторных окончаний нейронов — обонятельный эпителий. От дендритов сигнал проходит через тело, транспортируется по аксону и передается митральной клетке, входящей в состав обонятельной луковицы; место передачи называется синапсом.

Строение обонятельной системы

Рисунок 2. Строение обонятельной системы.

(a) — строение обонятельной системы мыши в разрезе. ОЭ — обонятельный эпителий, ОЛ — обонятельная луковица, ЛОТ — латеральный обонятельный тракт.
(б) — cтроение обонятельной луковицы мыши. АК) — аксоны обонятельных рецепторов, ГС — гломерулярный слой, МС — митральный слой, 1 и 2 — внешний и внутренний плексиформные слои обонятельной луковицы.

рисунок автора статьи

Тела митральных клеток образуют митральный слой, а аксоны этих клеток формируют латеральный обонятельный тракт. По нему передается информация о запахах в центры головного мозга, которые обрабатывают сигнал. Из-за «доступности» такого способа попадания в мозг, который вдобавок не требует серьезных ограничений по структуре и размерам веществ, данная тема требует более подробного анализа.

Данная работа посвящена изучению процесса проникновения наночастиц в головной мозг через носовую полость. Этот путь актуален не только с точки зрения доставки лекарственных препаратов, но и с точки зрения изучения процесса проникновения вирусов в головной мозг. У всех сейчас на слуху специфический симптом коронавирусной инфекции — потеря обоняния, что свидетельствует о возможности неспецифического проникновения любого вещества в нашу нервную систему.

Описание эксперимента и результаты

Для более точной визуализации транспорта веществ в мозг через носовую полость мы использовали наночастицы оксида марганца (Mn3O4, диаметр ~34 нм). Введя их в одну ноздрю мыши, можно увидеть положение наночастиц при томографии (рис. 3).

Томограмма обонятельной луковицы мыши

Рисунок 3. Томограмма обонятельной луковицы мыши.

(a) — распределение МРТ сигнала по слоям обонятельной луковицы (MOB): гломерулярному слою (GL), наружному плексиформному слою (EPL), слою митральных клеток (ML), слою зернистых клеток (GrL) спустя 24 часа после введения Mn3O4-наночастиц в правую ноздрю. Интенсивность сигнала выделена с помощью псевдоокрашивания (компьютер окрашивает изображение в различные цвета в зависимости от интенсивности МРТ-сигнала).
(б) — снимок в присутствии (LTT) и отсутствии (vehicle) ингибитора пресинаптической активности нейрона. Белыми стрелками показаны слои: гломерулярный слой (GL) и слой митральных клеток (ML).

рисунок автора статьи

В ходе работы было проанализировано влияние различных ингибиторов на захват и транспорт наночастиц в головной мозг мыши для ответа на основной вопрос: наночастицы проходят из носовой полости по нейронам или они попадают в нервную систему через внеклеточное пространство [13].

Чтобы проследить путь наночастиц из обонятельного эпителия в обонятельную луковицу, были использованы специфические и неспецифические ингибиторы эндоцитоза, а также вещества, разрушающие плотные контакты клеток обонятельного эпителия. Отличия между ингибиторами эндоцитоза в том, что специфические ингибиторы блокируют захват клетками определенного вещества, а неспецифические снижают общую способность клеток к эндоцитозу. Исходя из полученных данных, мы заключили, что частицы поглощаются клетками ольфакторного эпителия, а не проходят между ними. Также можно сделать вывод, что захват наночастиц происходит без сопряжения с каким-либо веществом, так как специфические ингибиторы эндоцитоза не влияли на уровень МРТ-сигнала.

Чтобы проследить дальнейший путь наночастиц, мы использовали ингибиторы аксонального транспорта (колхицин, лидокаин). Колхицин блокирует перемещение грузов от тела нейронов до синапса; лидокаин подавляет проведение импульсов в нейронах вследствие блокирования натриевых каналов (поэтому наночастицы, попав в нейрон, не могут передаваться дальше в синапс). Оба ингибитора достоверно повлияли на транспорт Mn3O4-наночастиц из носовой полости в мозг. Таким образом, мы показали, что Mn3O4-наночастицы проникают в обонятельную луковицу через аксон, а их транспорт зависит от активности нейрона.

Продолжая двигаться в мозг с наночастицами, мы попадаем во внешний слой обонятельной луковицы. Здесь наночастицы стоят перед выбором: либо идти через синапс в следующий нейрон и дальше транспортироваться по латеральному обонятельному тракту, либо перемещаться через межклеточное пространство.

Понять это возможно посредством влияния блокаторов. Ингибиторы пре- и постсинаптической активности нейронов влияют лишь на стадию транспорта наночастиц из обонятельной луковицы (MOB) в латеральный обонятельный тракт (LOT). Причем значительное влияние оказывают только ингибиторы пресинаптической активности — баклофен и LTT (левитриацетам). Такой эффект появляется из-за того, что наночастицы не работают как нейромедиаторы. Чтобы вызвать у нейрона постсинаптическую активность, вещество должно связаться с рецептором на поверхности нейрона и вызвать появление потенциала действия в нем (передать сигнал дальше по нервной цепочке). Наночастицы не могут связываться со специфическими рецепторами; они попадают в следующий нейрон за счет неспецифического эндоцитоза. Из-за этого ингибиторы постсинаптической активности практически никак не влияют на транспорт наночастиц из обонятельной луковицы в латеральный обонятельный тракт. Поэтому можем сделать вывод: наночастицы передаются транссинаптически по структурам головного мозга, отвечающим за обоняние в обход ГЭБ.

Таким образом, на примере магнитных наночастиц мы показали, что возможен транспорт частиц из носа в мозг в обход ГЭБ внутри нейрональных клеток. Более того, процесс назального транспорта частиц зависит от активности нейронов. Так как данные наночастицы схожи по размерам и другим физическим свойствам с респираторными вирусами, можно предположить что транспорт вирусов в нервную систему возможен не только путем проникновения через ГЭБ [14]. Таким образом, найденный способ транспорта наночастиц в обход ГЭБ дает основу для исследования передачи вирусных заболеваний этим путем, а также для создания новых противовирусных препаратов. Особой актуальностью обладает исследование транспорта SARS-CoV-2, так как одним из симптомов коронавирусной инфекции является потеря вкуса и обоняния.

Заключение

Итогом работы стало подтверждение гипотезы о том, что наночастицы транспортируются через нейроны в головной мозг, а не через межклеточное пространство. Также мы можем сказать, что они не только захватываются обонятельными рецепторами, но и проходят через синапс в митральную клетку обонятельной луковицы, после чего по латеральному обонятельному тракту транспортируются в головной мозг. Понимание точного механизма транспорта веществ в обход ГЭБ может значительно упростить создание лекарственных препаратов против известных заболеваний — болезни Паркинсона и болезни Альцгеймера, а также поможет расширить представление о способах проникновения вирусов в нервную систему человека.

ОБОНЯТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР

Обонятельный анализатор — морфофизиологическая система, обеспечивающая восприятие различных пахучих веществ (запахов), анализ и обработку возникающих при этом афферентных возбуждений.

Обонятельный анализатор относится к химическим анализаторам дистантного действия. Пахучие вещества достигают обонятельных рецепторных клеток, расположенных в верхних отделах носа, при вдыхании их носом или ртом и распространении в полость носа через носовую часть глотки и хоаны. Акт еды также сопровождается одновременно обонятельными (см. Обоняние) и вкусовыми ощущениями (см. Вкус).

Рис. 1. Схематическое изображение периферического отдела обонятельного анализатора: 1 — обонятельные клетки слизистой оболочки полости носа; 2 — аксоны обонятельных клеток, образующие нерв; 3 — решетчатая пластинка решетчатой кости; 4 — обонятельные клубочки луковицы; 5 — слой волокон обонятельного нерва; 6 — слой обонятельных клубочков; 7 — сетевидный слой; 8 — митральные клетки, образующие митральный слой; 9 — зернистые клетки обонятельной луковицы; 10 — клетки с султанами; 11 — коллатерали осевых цилиндров митральных клеток в обонятельной луковице; 12 — коллатерали осевых цилиндров митральных клеток обонятельного тракта; 13 — пирамидные клетки обонятельного тракта; 14 — центробежное волокно: а — обонятельная луковица; б — обонятельный тракт; в — обонятельный треугольник.

Рис. 1. Схематическое изображение периферического отдела обонятельного анализатора: 1 — обонятельные клетки слизистой оболочки полости носа; 2 — аксоны обонятельных клеток, образующие нерв; 3 — решетчатая пластинка решетчатой кости; 4 — обонятельные клубочки луковицы; 5 — слой волокон обонятельного нерва; 6 — слой обонятельных клубочков; 7 — сетевидный слой; 8 — митральные клетки, образующие митральный слой; 9 — зернистые клетки обонятельной луковицы; 10 — клетки с султанами; 11 — коллатерали осевых цилиндров митральных клеток в обонятельной луковице; 12 — коллатерали осевых цилиндров митральных клеток обонятельного тракта; 13 — пирамидные клетки обонятельного тракта; 14 — центробежное волокно: а — обонятельная луковица; б — обонятельный тракт; в — обонятельный треугольник.

Периферическая часть Обонятельного анализатора представлена рецепторными клетками, расположенными в обонятельном эпителии слизистой оболочки полости носа, и обонятельным нервом, образованным их аксонами (рис. 1). Рецепторных клеток у человека ок. 10 млн., у кролика ок. 100 млн., у собак св. 200 млн. Рецепторные клетки Обонятельного анализатора в функциональном отношении и по эмбриогенезу подобны центральным нейронам, однако в отличие от них способны к регенерации. Имеются данные, что на протяжении всей жизни организма они постоянно обновляются, развиваясь из бластоцитов базального слоя обонятельного эпителия. Замещение рецепторных клеток на периферии приводит к обновлению синаптических связей их аксонов без нарушения работы О. а.; механизм этого явления еще не изучен.

Рис. 2. Относительные размеры обонятельной луковицы (указаны стрелками) у человека и животных: 1 — кошки; 2 — лисицы; 3 — шимпанзе; 4 — человека; (1, 2 — макросматики; 3,4 — микросматики).

Рис. 2. Относительные размеры обонятельной луковицы (указаны стрелками) у человека и животных: 1 — кошки; 2 — лисицы; 3 — шимпанзе; 4 — человека; (1, 2 — макросматики; 3,4 — микросматики).

Волокна обонятельного нерва (см.) заканчиваются в обонятельной луковице, где они образуют специализированные синаптические контакты— клубочки. В этих клубочках происходит передача сенсорной информации на вторичные нейроны. Степень конвергенции импульсов от рецепторных клеток очень велика: в каждом клубочке несколько десятков вторичных нейронов обонятельной луковицы получают афферентации) от десятков тысяч рецепторных клеток. Обнаружены элементы пространственного соответствия между рецепторной поверхностью обонятельного эпителия и обонятельной луковицей. Обонятельная луковица — это сложно организованный нервный центр. В луковице выделяют 6 основных слоев: слой волокон обонятельного нерва, клубочковый, наружный синаптический, или сетевидный, слой митральных нейроцитов, внутренний зернистый слой. Митральные нейроциты служат основными обонятельными нейронами второго порядка. Их аксоны образуют проекционные пути из обонятельной луковицы. Относительные размеры обонятельной луковицы сильно варьируют. У некоторых млекопитающих (макросматиков) с хорошо развитым обонянием она может составлять треть и даже половину длины всего переднего мозга (рис. 2). У приматов, особенно у человека, обонятельная луковица редуцирована. Области первичной проекции обонятельной луковицы включают переднее обонятельное ядро, препириформную и периамигдалярную кору, обонятельный бугорок и другие отделы переднего мозга. Зона первичной проекции обонятельной луковицы в свою очередь связана афферентными и эфферентными путями с центрами переднего и промежуточного мозга, включая гиппокамп (аммонов рог), миндалевидное тело, гипоталамус, таламус и др.

Традиционно к центральному отделу О. а. относили обонятельную луковицу, зоны первичной и вторичной проекции луковицы в переднем мозге (древняя кора, старая кора и подкорковые ядра), объединенные термином «обонятельный мозг». Экспериментально было показано, что функции большинства отделов обонятельного мозга связаны с процессами формирования мотиваций и эмоций, процессами памяти, управлением вегетативными реакциями и др. (см. Лимбическая система). Обонятельная луковица является единственным отделом мозга, удаление которого приводит к полной потере обоняния. Области первичной проекции из обонятельной луковицы можно считать ассоциативными обонятельными центрами. В этих областях происходит интеграция обонятельной и другой сенсорной и висцеральной афферентации. Проекции рецепторных клеток на обонятельную луковицу и проекции из обонятельной луковицы на другие отделы мозга гомолатеральны. Поэтому при односторонних поражениях различных звеньев О. а. расстройства обоняния развиваются на пораженной стороне.

Рис. 3. Схематическое изображение структуры и проводящих путей обонятельного анализатора: 1 — обонятельная луковица; 2 — обонятельный тракт; 3 — обонятельный треугольник; 4 — промежуточная обонятельная полоска; 5 — латеральная обонятельная полоска; 6 — крючок; 7 — миндалевидное тело; 8 — парагиппокампальная извилина; 9 — лоток гиппокампа; 10 — зубчатая извилина; 11 — поясной пучок; 12 — свод и спайка свода; 13 — пластинка крыши среднего мозга; 14 — прободающие волокна; 15 — сводчатая извилина; 16 — таламус; 17 — сосцевидно-таламический пучок; 18 — продольная медиальная полоска серого покрова; 19 — свод; 20 — обонятельный пучок гиппокампа; 21 — терминальная полоска; 22 — мозговая полоска таламуса; 23 — прозрачная перегородка; 24 — бахромка гиппокампа; 25 — передняя спайка; 26 — медиальная обонятельная полоска; 27 — перегородочно-таламический пучок; 28 — ножка прозрачной перегородки; 29 — обонятельные волокна к серому бугру; 30 — основной обонятельный пучок из сосцевидного тела; 31 — сосцевидное тело; 32 — сосцевиднопокрышечный пучок; 33—отогнутый пучок; 34 — межножковый узел; 35 — ножка мозга; 36 — ножка сосцевидного тела; 37 — задний продольный пучок; 38 — переднее ядро таламуса.

Рис. 3. Схематическое изображение структуры и проводящих путей обонятельного анализатора: 1 — обонятельная луковица; 2 — обонятельный тракт; 3 — обонятельный треугольник; 4 — промежуточная обонятельная полоска; 5 — латеральная обонятельная полоска; 6 — крючок; 7 — миндалевидное тело; 8 — парагиппокампальная извилина; 9 — лоток гиппокампа; 10 — зубчатая извилина; 11 — поясной пучок; 12 — свод и спайка свода; 13 — пластинка крыши среднего мозга; 14 — прободающие волокна; 15 — сводчатая извилина; 16 — таламус; 17 — сосцевидно-таламический пучок; 18 — продольная медиальная полоска серого покрова; 19 — свод; 20 — обонятельный пучок гиппокампа; 21 — терминальная полоска; 22 — мозговая полоска таламуса; 23 — прозрачная перегородка; 24 — бахромка гиппокампа; 25 — передняя спайка; 26 — медиальная обонятельная полоска; 27 — перегородочно-таламический пучок; 28 — ножка прозрачной перегородки; 29 — обонятельные волокна к серому бугру; 30 — основной обонятельный пучок из сосцевидного тела; 31 — сосцевидное тело; 32 — сосцевиднопокрышечный пучок; 33—отогнутый пучок; 34 — межножковый узел; 35 — ножка мозга; 36 — ножка сосцевидного тела; 37 — задний продольный пучок; 38 — переднее ядро таламуса.

Проводящие пути — система последовательно расположенных нейронов, образующих сложные рефлекторные дуги, благодаря к-рым становится возможным проведение импульсов с периферии (от рецепторных обонятельных клеток) к корковым и подкорковым обонятельным центрам, а от них к высшим отделам нервной системы (рис. 3). Первый нейрон обонятельного пути представлен обонятельными клетками, расположенными в слизистой оболочке верхнего носового хода. Дендриты этих клеток заканчиваются здесь же обонятельными булавами, а аксоны, в составе обонятельного нерва идущие к обонятельной луковице (bulbus olfactorius),— у митральных нейроцитов. Эта часть обонятельного пути получила название «периферический обонятельный путь». От митральных нейроцитов обонятельной луковицы начинается центральный обонятельный путь (tractus olfactorius). Аксоны нейронов, представленных митральными нейроцитами, следуют в составе поверхностного молекулярного слоя обонятельного тракта по направлению к обонятельному треугольнику (trigonum olfactorium). Часть волокон обонятельного тракта прерывается в области скопления нервных клеток, расположенных в центральных отделах обонятельного тракта, в обонятельном треугольнике или в переднем продырявленном веществе (substantia perforata ant.). Аксоны нейронов, тела к-рых расположены во вторичных обонятельных корковых центрах, группируются в виде трех обонятельных пучков — латерального, промежуточного и медиального, являющихся основой одноименных обонятельных полосок (striae olfactoriae). В составе обонятельных пучков имеется часть волокон и митральных нейроцитов. Латеральный обонятельный пучок — наиболее мощный, он идет непосредственно к корковому концу обонятельного анализатора — крючку парагиппокампальной извилины. Промежуточный обонятельный пучок заканчивается у клеток переднего продырявленного вещества своей и противоположной стороны, следуя в последнем случае через переднюю спайку. Аксоны клеток продырявленного вещества проходят через прозрачную перегородку, свод и по бахромке гиппокампа устремляются к крючку парагиппокампальной извилины. Внутренний обонятельный пучок, или медиальный пучок переднего мозга (основной обонятельный пучок Валленберга, radiatio olfactoria basalis;, идет от обонятельной луковицы и тракта через глубокие слои переднего продырявленного вещества к мамиллярным, или сосцевидным, телам (corpora mamillaria). Обонятельно-поводковый пучок (fasc. olfactohabenularis) представлен волокнами, направляющимися в составе мозговой полоски таламуса (stria medullaris thalami) к ядру поводка (nucleus habenulae), где начинается нисходящий путь, связанный с мотонейронами спинного мозга. Терминальная полоска (stria terminalis) залегает в борозде между хвостатым ядром и таламусом (зрительным бугром). Она содержит пучок волокон, идущий от крючка парагиппокампальной извилины и миндалевидного тела (corpus amygdaloideum) к переднему продырявленному веществу. Медиальный обонятельный пучок заканчивается у клеток подмозолистого поля (area subcallosa, s. area parolfactoria Broca) и napa-терминальной извилины (gyrus paraterminalis s. gyrus subcallosus). Аксоны клеток подмозолистого поля и паратерминальной извилины направляются к парагиппокампальной извилине или к гиппокампу двумя путями: над мозолистым телом и под ним. Над мозолистым телом волокна образуют два полукольца. Большая часть их проходит в белом веществе сводчатой извилины (gyrus fornicatus; BNA) в составе поясного пучка; меньшая часть, образующая второе полукольцо, следует в составе медиальных продольных полосок серого покрова (striae longi tu d in ales med.), покрывающего сверху мозолистое тело, а затем по ленточной извилине (gyrus fasciolaris) и зубчатой извилине (gyrus dentatus). Волокна, проходящие под мозолистым телом, достигают гиппокампа и крючка парагиппокампальной извилины, направляясь через пластинку прозрачной перегородки (lamina septi pellucidi), свод (fornix) и бахромку гиппокампа (fimbria hippocampi). Существуют прямые связи между обонятельным центром парагиппокампальной извилины и гиппокампом. Обонятельные центры посредством ассоциационных путей соединены с различными отделами коры, преимущественно с корой гиппокампа. В свою очередь связь коры гиппокампа правого и левого полушарий и сосцевидных тел осуществляется за счет комиссуральных и проекционных волокон свода. Сосцевидные тела посылают волокна к различным образованиям мозгового ствола, в частности через главный сосцевидный пучок (fasc. mamillaris princeps). Этот пучок отходит от медиального ядра сосцевидного тела и распадается на два пучка: сосцевидно-таламический (fasc. mamillothalamicus), направляющийся к переднему ядру таламуса, и сосцевидно-покрышечный (fasc. mamillotegmentalis), следующий к покрышке ножки мозга, ее ядрам, а частично и к серому веществу водопровода мозга, где берет начало задний продольный пучок (fasc. longitudinalis post.), достигающий ядер черепных нервов.

Нарушения функции обонятельного анализатора — см. Обоняние.


Библиография: Богомолова E. М. Обонятельные образования мозга и их биологическое значение, Усп. физиол, наук., т. 1, № 4, с. 126, 1970, библиогр.; Бронштейн А. И. Вкус и обоняние (Химические анализаторы ротовой и носовой полости), М.— Л., 1956; Гусельникова К. Г. и Гусельников В. И. Электрофизиология обонятельного анализатора позвоночных, М., 1975; Многотомное руководство по неврологии, под ред. Н. И. Гращенкова, т. 1, кн. 2, с. 194, М., 1957; Саркисов С. А. Очерки по структуре и функции мозга, М., 1964; Физиология сенсорных систем, под ред. Г. В. Гершуни, ч. 2, с. 515, Л., 1972; Adey W. R. Higher olfactory centres, в кн.: Taste a. smell in vertebrates, ed. by G. E. W. Wolstenholme a. J. Knight, p. 357, L., 1970; Clara M. Das Nervensystem des Menschen, Lpz., 1959; Gottschick J. Die Leistungen des Nervensystems, Jena, 1955; Les grandes activites du rhinencephale, publ. par Th. Alajouanine, v. 1—2, P., 1961; Holley A. et MacLeod P. Transduction et codage des informations olfactives chez les vertebres, J. Physiol. (Paris), t. 73, p. 725, 1977, bibliogr.

Читайте также: