解剖・栄養生理学

(1)

栄養生理学

感覚器系の生理参考書: 山本ら第13～17章藤田 pp279～296 Mader 第14章

(2)

この講義で身に付けること

• 眼

の解剖を理解する

• 眼の調節機能と視覚伝導路を理解する

• 耳

の解剖を理解する

• 音の伝導メカニズムを理解する

• 平衡感覚

を維持する器官とメカニズムを学

ぶ

• 嗅覚

と

味覚

のメカニズムを学ぶ

• 皮膚

の解剖と

皮膚感覚

のメカニズムを理解

する

(3)

刺激と受容器

• 刺激＝特定の形態のエネルギー • 特定の種類の刺激を検出する装置＝受容器 – 外受容器：5感 – 内受容器：体内変化を検出 e.g.pHや浸透圧 • 受容器を構成する細胞_{受容細胞(感覚細胞)} • 4種類に分類できる – 化学：味覚と嗅覚、痛覚受容器も化学受容器 – 光：視覚 – 機械：聴覚 – 温度：視床下部と皮膚

(4)

一次と二次感覚細胞

• 受容細胞は第一次と第二次感覚細胞に分

けられる

• 第一次感覚細胞は刺激受容と伝導を行う

(嗅細胞)

• 第二次感覚細胞は刺激受容のみ伝導

はシナプスを通じて知覚神経で行う(嗅細

胞以外)

(5)

感覚受容器

感覚受容器 刺激種類感覚 感覚器 味細胞化学物質化学味覚味蕾嗅細胞化学物質化学嗅覚嗅上皮錐体と杆体光光視覚眼ラセン器の有毛細胞音波機械聴覚耳半規管の有毛細胞運動機械回転感知耳前庭の有毛細胞重力機械傾き感知耳 Mader, p272

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感覚のメカニズム

• 受容器＋神経系や付属組織＝_感覚器 • 感覚受容器に刺激_{神経細胞が興奮} • 興奮が大脳皮質に到達__感覚 • 感覚の意味を大脳皮質が理解__知覚 • 様々な受容器で得た刺激は統合される – 順応(示すものと示さないものがある) – 新しい刺激を感知 • 変化を感知して内的環境を維持する – 受容器が働かない求心路が無くなる反射や随意運動ができなくなる

(7)

適刺激と不適刺激

• 感覚器が刺激される時はどのような刺激であっても感覚器特有の感覚 特殊感覚エネルギーの法則 • その感覚器に適した形で刺激を与えれば少ないエネルギーですむ__適刺激 • そうでないエネルギーでの刺激不適刺激 • 感覚⇒主観、感覚を引きおこす最小の刺激の強さ(閾値_{)は定量可} • 感覚の強さは刺激の対数に比例する (ウェーバー・フェヒナーの物理的法則) • 感覚の大きさを他の感覚と比較する手法 (スチーブンスのべき関数の法則)

(8)

感覚の種類

• 種類と質の違い 1)特殊感覚：視覚・聴覚・嗅覚・味覚・平衡感覚 2)体性感覚：一般感覚ともいう - 表面感覚 - 深部感覚 3)臓器(内臓)感覚：飢餓感・はきけ・便意など • どの種類の感覚も全て膜電位を変化させている – 受容器に発生した膜電位の変化は受容器電位(起動電位) • 受容器から中枢までの何処で刺激をしても受容器に刺激が与えられていると考える(投射の法則)

(9)

眼の解剖

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視細胞と神経線維

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杆状体と錐状体

http://hamwaves.com/antennas/diel-rod/rod_cone_discs.jpg • 錐状体：明るい場所での視野をつかさどる_{閾値が高} いから光に鈍感 – 黄斑部に集中して存在 – 赤・緑・青に反応する視物質が存在色を識別 • 杆状体：暗い場所での視野をつかさどる閾値が低いから_{光には敏感} – 黄斑部には無いが網膜の周辺部に存在 – 色の識別はできない

(12)

小児における夜盲症の推定有病率

(13)

視神経の連結

http://3.bp.blogspot.com/_j_6h364W09Y/R9Jntt7wfFI/AAAAAAAAALQ/TUFSA_DgzsE/s320/vision+field.gif

• 視細胞双極細胞

神経細胞

_視神経

• 視神経は左右のもの

が視神経交叉で一つ

になる

– 視索の形成間脳 外側膝状体_大脳皮質視覚野視神経交叉視神経両目の視野脳に映った映像

(14)

眼の調節機能

• 映像は屈折により実際より小さく・上下左右が逆に投影される • 近い距離にあるものを見る際、水晶体の曲率を変化させて焦点を合わせる – 遠くのものを見る際：毛様体筋は弛緩＆毛様体小帯(毛様体筋と水晶体を繋げている部位) は収縮_水晶体は扁平_{(調節機能は働いて} いない) – 近くのものを見る際：毛様体筋が収縮＆毛様体小帯は弛緩__{水晶体は丸くなる} – 水晶体の弾性の低下調節機能消失老眼

(15)

物を見る仕組み

ぜんぶわかる人体解剖図、2011、p125

• 毛様体の平滑筋が水晶体の厚さを変える

事で対象にピントを合わせることができる

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眼の調節機能

http://www.hipusa.com/webmd/images/health_and_medical_reference/eye_health/understanding-vision_problems-basics-myopia-and-hyperopia.jpg • 水晶体の曲率を変化させて焦点を合わせる • 近視と遠視 • 眼球が楕円形で縦と横で屈折力が違う場合は正乱視 • 角膜の表面が不規則で屈折も不規則になると不正乱視近視遠視網膜角膜水晶体

(17)

眼筋と眼球運動

• ６つの筋肉 • 共役運動＝両目が同じ運動 • 輻輳(ふくそう)運動＝遠くから近くに焦点が1点に交わる運動 • サッケード運動＝視線を移す際の運動 • 追跡運動＝動いている物体を見るときの動き • 固視運動＝固定して見る際に細かく動く運動 http://www.marineyes.com/images/Anatomy/Muscles%20G13.jpg 上直筋下直筋外側直筋内側直筋上斜筋下斜筋～神経支配～外側直筋は外転神経上斜筋は滑車神経残り4つは動眼神経

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視覚の疾患

• 屈折異常(近視・遠視・乱視) • 角結膜炎：ウィルス性・細菌性・アレルギー性に紫外線や自己免疫性など原因は幅広い • 白内障：水晶体が濁ることによる視力低下 • 緑内障：眼球内圧の上昇による視神経への栄養供給の低下_失明 • 糖尿病・高血圧・動脈硬化による眼底変化_血管の破裂・血流の停止による視神経の死滅_ 失明

(19)

聴器

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音が伝わる

仕組み

1)アブミ骨から前庭階に音が伝わる 2)前庭階を上行して蝸牛頂に達した後、鼓室階を通って下行するぜんぶわかる人体解剖図、2011、p130－131

(21)

蝸牛の断面図

ラセン器前庭階鼓室階蓋膜蝸牛管蝸牛神経基底膜 http://galileo.phys.virginia.edu/classes/304/cochlea2.gif 血管条らせん靱帯内リンパ K+が豊富前庭階と鼓室階は外リンパライスナー膜

(22)

音の伝導

• 空気伝導と骨伝導(声は両方) • 蝸牛窓は鼓膜と一緒に逆方向に振動する • 前庭窓から奥に進む振動＝進行波 • 有毛細胞の毛が振動をうけてしなる_{音の波形} と同じ形の電位変動の発生(マイクロフォン電位)蝸牛神経末端に向けて伝達物質を放出 • 蝸牛神経_{蝸牛神経核延髄中脳間脳} 大脳皮質側頭葉の聴覚野

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平衡感覚

http://www.ifdmavt.ethz.ch/education/student_projects/obrist/vestibular_organ 前半規管後半規管外側半規管球形嚢肥大部 _神経節前庭肥大部卵形嚢球形嚢蝸牛

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傾きの感知

有毛細胞＋支持細胞平衡砂膜平衡砂(耳石) CaCO₃ 不動毛運動毛最も大きな不動毛 • 卵形嚢と球形嚢 – 体が傾くと平衡砂が変位、平衡砂膜が傾く – 運動毛に傾くと興奮が増加

(25)

回転の感知

前庭神経小帽(クプラ) 有毛細胞リンパ液の流れ支持細胞 • 半規管 – 回転運動慣性で内リンパが逆方向に流れる – クプラの中に入り込んでいる有毛細胞が興奮

(26)

味覚

• 味覚の種類 – 酸味・塩味・甘味・苦味・うま味 • 味蕾_{味覚受容器} – 味細胞・支持細胞・基底細胞 • 検知閾と認知閾 http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc471/pages/Lecture14/tongtoon.jpg 有郭乳頭葉状乳頭茸状乳頭

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味覚受容体の場所は舌だけではない

• 胃や小腸、気管などにも存在することが判明 • 精子にはうま味受容体、精巣には苦味受容体があることが報告されている • 実際の働きについてはまだ不明な点が多い

(28)

うまみの発見者

• 池田菊苗(1864－1936) • 東京大学理学部化学科初代教授 • 昆布のだしを濃縮 (グルタミン酸) • 「味の素」の発明者 • 調味料は食物の持つ三機能(栄養素・味覚・生理)の味覚を高める効果がある

(29)

(30)

うまみ成分を

含む食材

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鼻の解剖

副鼻腔は耳や目と繋がっている

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http://www.nature.com/embor/journal/v8/n7/images/7401029-f1.jpg 骨嗅細胞嗅球糸球体僧坊細胞鼻粘膜上皮

嗅覚

•_• 7種の原臭 _{嗅覚受容器は嗅上皮} (鼻腔の上部にある) • 嗅細胞・支持細胞・基底細胞・ボウマン腺(嗅腺) – 嗅腺は粘液を分泌嗅物質が粘液に溶け込む – 嗅細胞は第一次感覚細胞 • 刺激受容部＝嗅毛 • 嗅物質は拡散で嗅上皮に届く

(33)

皮膚と体性感覚

• 体表と深部での感覚 • 皮膚の機能 – 防御 – 体温調節 – 排泄 – ビタミンDの合成 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/34/Skin.jpg 表皮真皮皮下組織汗腺角質層色素上皮毛真皮乳頭感覚神経血管とリンパ管神経

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皮膚の解剖

• 表皮 – 重層扁平上皮部位によって厚さが違う – 5層：角質層・淡明層・果粒層・有棘層・基底層 – 有棘層＆基底層は胚芽層とも言う • 胚芽層で発生する細胞 – ケラチン細胞：ケラチンを合成しながら表皮へ – メラニン細胞：色素 – ランゲルハンス細胞：免疫応答

(35)

皮膚の解剖

• 真皮 – 膠原線維と弾性線維による結合組織 – 汗腺・脂腺・血管・平滑筋・神経・毛髪・爪など • エクリン汗腺(小汗腺)とアポクリン汗腺(大汗腺) • エクリン汗腺： – 水分の多い汗(体温調節) • アポクリン汗腺： – 脂肪やタンパク質の分泌(体臭) – 特定の部位に存在する • 血管：栄養補給と体温調節 • 脂腺：皮膚を滑らかにする

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ビタミンD活性化のメカニズム

http://www.scientificpsychic.com/health/vitamins.html • 皮膚でビタミンDが産生 – 皮膚中で生成される7－デヒドロコレステロールに紫外線が当たるとコレカルシフェロールとなる • コレカルシフェロールは肝臓や腎臓で活性化 – 肝臓：25－ヒドロキシコレカルシフェロール(カルシジオール) – 腎臓：1,25－ジヒドロキシビタミンD₃(カルシトリオール) • カルシウムとリンの吸収と再吸収を促進

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ビタミンDの欠乏による身体的影響

– くる病:成長期における骨の形成異常→ビタミンD 不足によるカルシウムやリンの吸収低下によって脊椎や四肢骨の歪曲や変形が起こる – 骨軟化症:成人における疾患。骨折や筋力低下、低カルシウム血症、圧痛など http://services.epnet.com/GetImage.aspx/getImage.aspx?ImageIID=7264

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ビタミンA：しわ予防の効果

• しわはコラーゲンやエラスチンがメタロプロ

テアーゼに分解されることで起こる

– メタロプロテアーゼは紫外線によって遺伝子の転写が促進・活性化される – 前もってビタミンA(レチノイン酸)を摂取しておくと、メタロプロテアーゼの転写因子(AP-1)とレチノイン酸が結合、遺伝子がAP-1に結合しなくなる メタロプロテアーゼの活性が抑制される コラーゲンやエラスチンの分解が起きない しわができない

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体性感覚

深部感覚温度感覚侵害感覚機械的感覚温覚冷覚痛覚触覚圧覚振動覚内臓痛関連痛含む体性痛覚皮膚感覚位置感覚動き感覚力感覚表在痛 (かゆみなど含む) 深部痛筋肉痛など山本ら教科書 pp183～189

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感覚器の補助：今後の動き

http://www.fujishinkyu-seikotsuin.com/img/806.jpg http://ecx.images-amazon.com/images/I/21Afnk-9pQL.jpg • メガネや補聴器 • 電極を装着することで視力を回復 – 大阪大学院医学系研究科チーム(産経新聞2010年12月5日) • Brain-Machine Interface (BMI) – 産業総合研究所による「ニューロコミュニケ－ター」 – 人工視覚・聴覚など – 体が動かなくとも脳波を使うことでコミュニケーションが可能に