Emlősszag - az a folyamat, amikor az emlősök érzékelik az illékony anyagok jelenlétét a levegőben , amely egy speciális érzés ( szagérzékelés ), szagelemzés és szubjektív érzetek kialakulásában nyilvánul meg , amelyek alapján az állat reagál. a külvilágban bekövetkező változásokra . Emlősökben ezért a folyamatért a szaglásanalizátor a felelős , amely az akkordok fejlődésének korai szakaszában keletkezett [1] [2] .
A szaglási vétel egy szagú anyag szagló kemoreceptorok általi észleléséből , a szaglási információk központi idegrendszerbe történő továbbításából és a telencephalon szerkezetei általi feldolgozásából áll . Számos adaptív viselkedési választ kínál : táplálék, szexuális, védekező, kutatás [3] .
A legtöbb emlősnél a szaglóelemzőt két érzékszervi rendszer képviseli; ezek a fő szaglórendszer és a kiegészítő szaglórendszer . Mindegyik három részből áll: egy perifériás rész (szaglószervek), egy közbülső rész (az idegimpulzusok átvitelét biztosítja, és interkaláris neuronok láncából áll ) és egy központi rész (szaglóközpontok az agykéregben ). Ugyanakkor a fő szaglószervet a szaglórégió - az orrüreg epitéliumának egy korlátozott területe - , a további szaglószervet pedig a Jacobson-szerv (más néven vomeronasalis szerv ) képviseli, amely egy zárt üreg, amely a szájüreggel kommunikál [2] .
Az emlősök szaglószervei fejlettebbek, mint más szárazföldi gerinceseknél , és nagyon fontos szerepet játszanak életükben. A szagok megkülönböztetésének képességét az emlősök a térben való tájékozódásra, táplálékkereséskor használják fajok közötti és fajokon belüli kapcsolatok keretében [4] . A szaglás jelentőségét az emlősök számára az is bizonyítja, hogy genomjuk legkiterjedtebb géncsaládját a szaglóreceptorok fehérjéit kódoló gének alkotják [5] . Az emlősök táplálkozásában a szaglás is szerepet játszik: a kellemes szagok nyál- és gyomornedv -elválasztást váltanak ki, a kellemetlenek pedig az esetleges ártalmakra (például a romlott élelmiszerek kellemetlen szaga) figyelmeztetnek [6] .
A szaglófunkció fejlettségi foka szerint az emlősöket két csoportra osztják: a kivételesen éles szaglású makroszférákra (a legtöbb emlős) és a közepesen fejlett szaglású mikroszatra ( főemlősök , cetek , úszólábúak ) [ 7] .
Az e csoportok közötti különbség jól látható, ha összehasonlítjuk az ember és a kutya szaglóérzékének fejlettségi fokát . Ha egy emberi orrban körülbelül 6 millió szaglósejt van, akkor a kutyában körülbelül 225 millió [8] . Sok makroszata több száz méteres távolságból érzi a szagot, és képes tápláléktárgyakat találni a föld alatt [9] . Jól ismert gyakorlat, hogy az erdőben termő szarvasgombát a föld alatt keresik speciálisan kiképzett keresőkutyák és sertések segítségével , amelyek akár 20 m távolságból is képesek megérezni a szarvasgomba szagát a föld alatt [10] .
A szaglás fejlettsége általában a különböző típusú funkcionális szaglóreceptor fehérjéket kódoló gének számával korrelál . A makroszférában általában több mint 1000, sok főemlősben körülbelül 500, az emberben csak 387 ( a genom körülbelül 1-2%-a [11] ), a kacsacsőrűeknél pedig 262 [12] . Úgy tűnik, a szaglás a cetféléknél a legrosszabbul fejlett; bennük van a legmagasabb százalékban a szaglóreceptor pszeudogén [13] .
Az emlősök szaglószervei az orrüreg hátsó felső részében helyezkednek el, ahol a szaglóturbinák nagyon összetett rendszere - az üreg belsejébe irányított és szaglóhámmal borított vékony csontszirmok keletkeznek, ami nagyon összetett, különösen macrosmatában . A turbinákban nemcsak a belélegzett levegő szaglásvizsgálata zajlik, hanem annak felmelegítése is, mielőtt a tüdőbe kerül. A modern tetrapodák közül a szaglóhéj csak emlősökben található, valamint néhány olyan madárfajban , amelyekben ezek a héjak egymástól függetlenül keletkeztek [14] . A szaglóhám szaglóreceptor sejteket tartalmaz , amelyek nyálkát választanak ki , és tulajdonságaikban hasonlóak a gliasejtekhez , valamint bazális sejteket, amelyek az őssejtekhez hasonlóan képesek osztódni és új funkcionális neuronokat létrehozni a szövet élete során. állat. Az emlősök szaglóhámjának mérete 2-4 cm² (ember) és 9,3 cm2 (nyúl) és 18 cm² (kutya) és 21 cm² (házimacska) között változik. Ezek az értékek azonban nem adnak képet a szaglás élességéről, mivel nem veszik figyelembe a szaglóreceptorok számát egységnyi felületen. A szaglóreceptorok képesek megragadni a belélegzett levegőben található szagú anyagok molekuláit. Az ízreceptorokhoz hasonlóan a kemoreceptorok közé tartoznak . A szagló anyagok jelenlétéről szóló jelek a szaglóidegen keresztül jutnak el az agyi szaglógömb megfelelő központjába, vagy az agykéreg elsődleges szaglóközpontjaiba . Ez utóbbiból a szaglási jelek a hipotalamuszba , a limbikus rendszerbe , a retikuláris képződésbe és a neocortexbe jutnak [7] [6] [15] .
A legtöbb emlős a Jacobson-szervet a szaglókapszula külön szakaszaként tartja meg. Ez a szerv, amely a tüdőhalban és a legtöbb tetrapodában is megtalálható (a legfontosabb kivételek a madarak és a krokodilok ), elsősorban a feromonok érzékelésére szolgál . Számos csoport ( cetek , szirénák , legtöbb denevér és keskenyorrú főemlős , köztük az ember ) képviselőinél a Jacobson-szerv kezdetleges vagy teljesen elveszett [16] [17] [18] .
A vomeronasalis szervet szaglóhám borítja, hasonlóan az orr turbináit borítóhoz. A szaglóreceptor sejtek az élet során megújulnak, és hám- és bazális sejtek támogatják őket, de csillók helyett mikrobolyhok (mikrovillák) vannak. A receptormolekulákat GPCR-ek is képviselik, de aminosav-szekvenciájuk semmi köze a turbina receptorokhoz. A vomeronasalis szerv GPCR-eit két különálló család képviseli, amelyek mindegyike 100-200 gént tartalmaz, és egymástól függetlenül fejlődtek ki. E családok egyikének tagjai a metabotróp glutamát receptorhoz hasonló hosszú extracelluláris N-terminális doménnel rendelkeznek . A második hírvivő itt nem a cAMP, mint az orrturbinákban, hanem az inozitol-trifoszfát. A vomeronasalis epithelium afferens rostjai a járulékos szaglóhagymába nyúlnak be, amely a legtöbb embernél a fő szaglókörülék mögött található. Az orr szaglóhámjához hasonlóan a vomeronasalis epithelium is zónákra tagolódik: a szerv apikális és bazális részében különböző G-fehérjék expresszálódnak . Ezek a zónák a járulékos szaglóhagymába való vetületekben is megmaradnak: a hám apikális zónája a hagyma elülső zónájába, a bazális zóna pedig a hátsóba vetül. A kiegészítő izzóban a glomerulusok kevésbé hangsúlyosak, mint a főben. Ezenkívül a fő izzó térbeli térképe helyett a kiegészítő izzó ábrázolása összetettebb és csempézettebb. A kiegészítő izzónak nincsenek kinyúlásai a kéreg felé, és csak a limbikus rendszerhez kapcsolódik: az amygdalához és a hipotalamusz magokhoz, amelyek fontos szerepet játszanak a szexuális viselkedésben. Lehet, hogy a kiegészítő izzó csak a megfelelő feromon fajspecifikus anyagkombinációira reagál, és egyszerűen figyelmen kívül hagyja az összes többit [19] .
A szaglóreceptorok ( szaglósejtek ) olyan bipoláris neuronok , amelyek egyetlen nem elágazó dendrittel rendelkeznek. A bazális sejtek között halad át, és egy kis duzzanat- szaglógombban végződik . Akár 20 hosszú csilló is kikerül belőle, amelyek a szaglósejt érzékszervi felületét képviselik. Általában a hámréteget borító nyálkarétegbe merülnek, és sűrű mátrixot alkotnak vele. A szaglósejtnek kettős funkciója van: egy inger észlelése és az idegimpulzus továbbítása az agyba , ezért neuroszenzoros sejt (szenzoros neuron). A központi idegrendszer felé jelátvitelt végző axonokat szaglószálakba gyűjtik össze . A szagló neuronok a bazális sejtek osztódásával képesek pótlásra [20] [21] .
A nyálka, amelyben a szaglócsillók találhatók, nagy mennyiségben tartalmaznak közepes méretű (20 kDa) fehérjéket , amelyeket az orrmirigyek választanak ki, és nemcsak a szaglóhámot borító nyálkahártyában, hanem a tisztán légzőszervekben is megtalálhatók. Ezek a fehérjék valószínűleg nagyon nem szelektíven kötődnek a szagos anyagok (illatanyagok) molekuláihoz, és biztosítják kölcsönhatásukat a receptorsejtekkel [20] .
A szaglócsillók ultrastruktúrájukban nem különböznek más csillóktól, és közös, nem mozgó axonémet tartalmaznak . A szagló csillók nagyon hosszúak és vékonyak: 5-250 mikron hosszúak , átmérőjük mindössze 100-250 nm . 5-40 darabos kötegekbe gyűjtik őket, és a szaglósejtek klubjából emelkednek ki, növelve annak érzékszervi felületét. A receptor fehérjék a csillók felszínén helyezkednek el . Az ilyen fehérjéket kódoló géncsalád minden génje ezek egy bizonyos változatát kódolja, és egy szaglósejt csillóján csak egy fajta szaglófehérje található; ennek a családnak azonban nem minden génje expresszálódik (például ezeknek a géneknek körülbelül 40%-a expresszálódik emberben). Sokáig nem volt világos, hogy a csilló sokféle szaganyagra reagál-e, vagy csak egy [11] . Mára azonban megállapították, hogy az egyik típusú szaglósejtek a kémiai vegyületek egy meghatározott szűk osztályára jellemzőek , mivel speciális szerkezeti motívumokat ismernek fel bennük [14] [21] .
Specificitástól függetlenül a szaglósejtek érzékenysége nagyon magas: 10 -4 M és 10 -13 M közötti koncentrációban képesek anyagokat regisztrálni. Hideg esetén az érzékenység csökken, mivel a csillók túl vastagon merülnek el. nyákréteg [11] .
A szaglóideghez kapcsolódó szaglósejteken kívül az orrnyálkahártyában a trigeminus ideg szabad végződései is vannak ; képesek reagálni egyes agresszív szagokra, például sav- vagy ammóniagőzre [ 21] .
A szaglóinger vezetése a következőképpen kezdődik. A szagos anyag a szaglósejtek membránjában található receptorhoz kötődik. A szaglóreceptor egy G -fehérjéhez kapcsolt receptor , és mint minden GPCR, 7 domént tartalmaz . A GPCR szupercsalád többi receptorától eltérően a szaglóreceptorokat nagy aminosavdiverzitás jellemzi a 3, 4 és különösen az 5 transzmembrán doménekben . Ezenkívül a szaglóreceptorok kisebb specifitásban különböznek a többi GPCR-től : ilyen vagy olyan mértékben affinitást mutat különféle sztereokémiáilag hasonló illatanyagokhoz. Az illatanyag kémiai szerkezetének csekély változásai azonban megfelelhetnek a stimulált receptorok halmazának változásának és a szubjektív észlelés változásának. Így az oktanol hidroxilcsoportjának karboxilcsoporttal való helyettesítése a szaglás érzékelésében jelentős változáshoz vezet: a narancsra emlékeztető szag helyett avasság és verejték szaga van. Ezenkívül a stimulált receptorok száma és a szubjektív észlelés függhet az illatanyag koncentrációjától. Például az indol alacsony koncentrációban kellemes virágillatú, míg magas koncentrációban undorító, rothadó szagú [22] .
Az illatanyag receptorhoz való kötődése aktiválja a Gs - fehérjét , amely aktiválja az adenilát-cikláz enzimet , melynek eredményeként a GTP foszfáttá és GDP -re bomlik . Az adenilát-cikláz az ATP -t cAMP -vé alakítja , amely a membránban egy ciklonukleotid-függő kationcsatornához kötődik, és megnyitja a Na + és Ca 2+ ionok áramlását a szaglósejtekbe, ezáltal akciós potenciált vált ki benne, amely azután az afferens sejtbe kerül. neuronok [21] . Néha azonban a szaglóreceptorok nem az adenilát-ciklázt aktiválják, hanem a foszfolipázt , és nem a cAMP, hanem az inozitol-trifoszfát és a diacil -glicerin működik másodlagos hírvivőként . Emellett lehetséges, hogy a szaglósejtekben a NO szintáz kalcium általi aktiválása következtében NO képződik , ami cGMP képződéséhez vezet [23] .
A ciklonukleotid-kapuzott csatornáknak hat hidrofób szegmensük van, és szerkezetileg hasonlóak a feszültségfüggő ioncsatornákhoz . A különbség abban rejlik, hogy a ciklonukleotid-függő csatornákban egy nagy C-terminális citoplazmatikus domén van jelen , amely másodlagos hírvivőkhöz kötődik. 2400 csatorna/µm² van a csillókon (a szaglóütőn és a dendriten csak 6 csatorna/µm² van. Kalcium hiányában a ciklonukleotid-függő csatornák minden monovalens kation számára átjárhatóak : Na + > K + > Li + > Rb + > Cs + Egy szag hatására a ciklonukleotid-függő csatornákon áthaladó ionáramok megváltoznak, ami a sejtmembrán depolarizációjához és akciós potenciál kiváltásához vezet [24] .
Az azonos típusú szaglósejtek a szaglóbura ugyanazon glomerulusába továbbítják jeleiket , és ez utóbbi térbeli szerveződése topográfiailag megismétli a receptorok elhelyezkedését a szaglóburok felszínén [14] . Megjegyzendő, hogy egy szaglóreceptort egy szagmolekula gerjeszthet [25] .
2004 -ben Linda Buck és Richard Axel fiziológiai és orvosi Nobel-díjat kapott az emlősök szaglóreceptorainak kutatásáért [26] ; ők határozták meg a szaglóreceptor fehérjék kémiai természetét, becslést adtak az emlős genomjában az ezeket a fehérjéket kódoló gének számáról, és alátámasztották azokat a szabályokat, amelyek szerint egy szaglósejt egyfajta szaglóreceptor fehérjét expresszál, és egy ill. ugyanaz a felelős az összes azonos típusú szaglósejt jelfeldolgozásáért.a szaglóhagymának ugyanaz a glomerulusa [27] [28] .
Érdekes, hogy a szaglócsillók ciklonukleotid-függő csatornái nem deszenzitizálódnak , azaz nem veszítik el érzékenységüket az illatanyag ismételt bemutatásakor. A szaglósejtekben azonban alkalmazkodás történik. Ez valószínűleg annak köszönhető, hogy Ca 2+ -ionok jutnak be a sejtbe , amelyek akár közvetlenül, akár a kalmodulin aktiválása révén az ioncsatornák bezárásához vezetnek, és emellett deszenzitizálják a GPCR-t [29] .
Ezenkívül a szaglási ingerre adott válasz fokozatos, azaz egy szaganyag nagyobb koncentrációja nagyobb reakciónak felel meg. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a cAMP növeli vagy csökkenti a nyitott ciklonukieotid-függő csatornák számát. A jelek valós idejű hatékony megkülönböztetéséhez gyors válaszra van szükség. Kimutatták, hogy a cAMP képződés csúcsa 40-75 ms után következik be egy szagú anyaggal való érintkezés után, és 100-500 ms után nullára csökken. A G-protein kaszkád felerősíti a jelet, aminek következtében az illatanyag egy impulzusa sok csatornát aktivál. A csatornák kinetikája azonban meglehetősen lassú, és a nyitott állapot több ezredmásodperccel is elmaradhat a cAMP impulzustól. A GPCR szaganyagok hosszan tartó aktiválása esetén a cAMP impulzusok a ciklonukleotid-függő csatornákat tartósan nyitott állapotban tartják [29] .
Ellentétben más érzékszervi rendszerekkel ( látási , hallási , szomatoszenzoros és kisebb mértékben ízlelői ), ahol az érzékszervi hám regisztrálja a térbeli információkat, a szaglóhám „térképező” funkciója nem annyira hangsúlyos. Ennek ellenére tartalmazza a térszervezés alapjait. A 2-dezoxiglükózzal végzett térképezés , amely lehetővé teszi az aktív sejtek azonosítását, kimutatta, hogy a szaglóhámban sejtcsoportok vannak, amelyek bizonyos szagokhoz kapcsolódnak. Tehát a butanol gerjeszti az elülső régió sejtjeit, és a limonén aktiválja a hátsó nyálkahártya sejtjeit. Ezenkívül nemrégiben kimutatták, hogy a receptorsejtek anterior-posterior sávokba (úgynevezett expressziós zónákba ) szerveződnek, amelyek mindegyike egy teljes sejtkészletet tartalmaz. Úgy tűnik, hogy 3 nem átfedő kifejezési zóna van, amelyek átfednek egy kisebb, negyedik zónával [30] .
A szagló bipoláris sejtek axonjai több tíz kötegbe egyesülnek, amelyek mindegyike több száz vagy több ezer rostot tartalmaz. Az ethmoid csont nyílásain keresztül bejutnak a koponyaüregbe , és szaglóidegekké egyesülnek . Az elsődleges szaglósejtek végződései szinapszisokat képeznek a szaglóhagymák sejtjeinek dendriteivel. Minden egyes ilyen sejt ( mitralis sejt ), amely egy másodrendű szenzoros neuron, mintegy 1000 elsődleges érzősejt axonjától kap jeleket, azaz körülbelül 1000 szaglóaxon konvergál egy mitrális sejt apikális dendritjének elágazásain. . Ezek közül körülbelül 25 dendrit a terminálisokkal együtt gömb alakú képződményeket - glomerulusokat - alkot . Körülbelül 2500 szaglóaxon konvergál egy glomeruluson, és körülbelül 2000 glomerulus található a nyúl szaglóhagymájában . A mitrális sejteket a szagú anyagok belélegzése miatt ritmikus aktivitás jellemzi. A szaglóhagymák lokális interneuronjai (a glomerulusok között elhelyezkedő periglomeruláris sejtek és a mitrális sejtek alatti granuláris sejtek) képesek a kapott jelek kontrasztjára. Ezeken a sejteken végződnek a szemközti efferens útjai, a limbikus struktúrák és az agy retikuláris formációja . A szaglógömb szinaptikus kontaktusrendszere rendkívül összetett, csakúgy, mint a kémiája: körülbelül egy tucat neurotranszmittert azonosítottak benne , köztük az acetilkolint , a dopamint , a GABA -t és számos neuropeptidet [31] .
A mitrális sejtek axonjai egy magasabb rendű szaglóközpontokba vezető szaglópályát alkotnak, amely több részre osztva az előagy limbikus struktúráinál végződik: az elülső szaglómagban , septumban, piriform és parahippocampus gyrusban. . Ezekből a struktúrákból az információ bejut a hippocampusba , az amygdalába , az orbitofrontális kéregbe (közvetlenül vagy a thalamuson keresztül), valamint a középagy retikuláris képződményébe [32] [6] .
Egy adott szag felismerése a receptorok és az agy kombinációjának eredménye, aminek eredményeként az „elsődleges szagok” kombinációjaként jelenik meg. A Moncrieff-Aymour sztereokémiai szagelméletnek megfelelően [33] egy személy hét komponensű szagfelismerő rendszerrel rendelkezik, amely hét elsődleges szag megkülönböztetésén alapul : pézsma-, kámfor-, virág-, éteri-, menta-, maró- és rothadó szag (tartozó anyagok). ugyanahhoz a csoporthoz hasonlóak a sztereó modellben ) [34] [35] .
Embereknél a genetikai elemzés több tucat specifikus anozmiát tárt fel - a szaglórendszer rendellenességeit, amelyek bizonyos szagok megkülönböztetésének képtelenségében nyilvánulnak meg. Például a cianid szagának érzékelésének képtelensége 1:10, a butil-merkaptán (a skunk szagú anyaga ) pedig 1:1000 gyakorisággal fordul elő . Valószínűleg az anozmia a specifikus szaglóreceptorok hibáinak köszönhető. Sok anozmia mendeli öröklődést mutat , de az anozmiák genetikája kevéssé ismert [29] .