Receptor: sự thích nghi và chức năng dự báo receptor tốc độ

Sự nhận biết của chúng ta về những tín hiệu bên trong cơ thể và từ môi trường xung quanh được thực hiện qua trung gian là hệ thống phức tạp các receptor cảm giác giúp phát hiện các kích thích như đụng chạm, âm thanh, ánh sáng, đau, lạnh và nhiệt.

Một đặc điểm khác của tất cả các receptor cảm giác là chúng thích nghi một phần hoặc toàn bộ với một vài kích thích không đổi sau một thời gian. Nghĩa là, khi một kích thích cảm giác được tiếp nhận, receptor phản ứng lại với một mức xung cao ở lần đầu tiên, sau đó, mức xung thấp dần đến khi, mức điện thế hoạt động giảm xuống còn rất nhỏ hoặc thường trở về 0 ở tất cả các trường hợp.

Hình. Sự thích ứng của các loại thụ thể khác nhau cho thấy sự thích nghi nhanh chóng của một số thụ thể và sự thích ứng chậm của những thụ thể khác.

Sự thích nghi điển hình của một số loại receptor nhất định. Chú ý rằng tiểu thể Pacinian thích nghi rất nhanh, các thụ thể của lông thích nghi trong khoảng chừng 2 giây, và một số receptor ở bao khớp và suốt cơ thích nghi chậm.

Hơn nữa, một số receptor cảm giác thích nghi trong một khoảng giới hạn lớn hơn nhiều những cái khác. Ví dụ, tiểu thể Pacinian thích nghi với “sự dập tắt tín hiệu” trong khoảng 1/100 giây, và receptor ở nang lông thích nghi trong 1 giây hoặc nhiều hơn. Có lẽ tất cả các receptor cơ học khác thích nghi gần như hoàn toàn, nhưng một số trong đó cần nhiều giờ hoặc nhiều ngày để đạt được điều đó, đó là lý do chúng ta gọi nó là receptor “không thích nghi”. Thời gian dài nhất xác định được cho hầu hết sự thích nghi hoàn toàn của receptor cơ học là khoảng 2 ngày đây cũng là thời gian thích nghi của các receptor nhận cảm áp lực ở động mạch chủ và xoang cảnh; tuy nhiên một số nhà sinh lý học tin rằng các receptor nhận cảm áp lực chuyên biệt này không bao giờ thích nghi hoàn toàn. Một số receptor không nhận cảm cơ học ví dụ như receptor hóa học, receptor đau có lẽ không bao giờ thích nghi hoàn toàn.

Cơ chế thích nghi của các receptor

Cơ chế thích nghi của các receptor là khác nhau ở mỗi loại receptor, theo nhiều cách giống nhau mà sự tăng lên của điện thế nhận cảm là đặc điểm riêng biệt. Ví dụ, ở mắt, tế bào que và tế bào nón thích nghi với sự thay đổi nồng độ các chất hóa học nhạy cảm với ánh sáng có trong chúng.

Trong trường hợp của các receptor cơ học, loại receptor được nghiên cứu một cách chi tiết nhất là tiểu thể Pacinian. Sự thích nghi xảy ra trong mỗi receptor theo 2 cách. Cách thứ nhất, tiểu thể Pacinian là một cấu trúc sợi đàn hồi nhớt, vì vậy khi một lực làm biến dạng đột ngột tác động lên một bên của tiểu thể, lực này sẽ được truyền nguyên vẹn bởi các thành phần nhớt của tiểu thể trực tiếp đến sợi thần kinh trung ương cùng bên, từ đó tạo ra điện thế hoạt động. Tuy nhiên, trong một vài phần trăm giây, chất dịch bên trong tiểu thể phân phối lại và điện thế nhận cảm không được tạo ra nữa. Như vậy, điện thế nhận cảm xuất hiện vào lúc bắt đầu sự nén ép nhưng biến mất trong vòng một phần nhỏ của giây mặc dù sự nén ép vẫn còn.

Thứ hai, nhiều cơ chế thích nghi chậm hơn của tiểu thể Pacinian là kết quả của một quá trình gọi là “sự điều tiết”, xảy ra trong chính các sợi thần kinh. Đó là, nếu ngẫu nhiên sợi trung tâm tiếp tục bị biến dạng, đầu mút của dây thần kinh sẽ dần dần trở nên “thích nghi” với kích thích. Đây có lẽ là kết quả từ “sự khử hoạt” tăng dần của kênh Na trong màng sợi thần kinh, nghĩa là dòng Na đi qua các kênh làm cho kênh dần dần đóng lại, một kết quả dường như xảy ra ở tất cả hoặc hầu hết các kênh Na ở màng tế bào.

Có lẽ, có hai cơ chế chung tương tự nhau về sự thích nghi cũng áp dụng cho các loại receptor cơ học khác. Tức là, một phần của sự thích nghi là kết quả của sự điều chỉnh lại cấu trúc của receptor, và một phần là kết quả từ một loại điện thế thích nghi tại các sợi thần kinh tận cùng.

Các receptor thích nghi chậm phát hiện cường độ các kích thích liên tục - Các receptor “Trương lực”. Các receptor thích nghi chậm liên tục truyền các xung đến não miễn là vẫn còn các kích thích (hay ít nhất trong nhiều phút hoặc nhiều giờ). Do đó chúng giữ cho não liên tục được thông báo về trạng thái của cơ thể và sự liên quan của chúng với những thứ xung quanh. Ví dụ, các xung từ suốt cơ và bộ máy gân Golgi cho phép hệ thần kinh biết được trạng thái của sự co cơ và tải trọng tại các gân cơ ở mỗi thời điểm.

Các receptor thích nghi chậm khác bao gồm (1) receptor của vết ở bộ máy tiền đình, (2) receptor đau, (3) receptor áp lực của cây động mạch, (4) receptor hóa học của thân động mạch cảnh và quai động mạch chủ.

Do các receptor thích nghi chậm có thể tiếp tục dẫn truyền thông tin trong nhiều giờ, thậm chí nhiều ngày nên chúng được gọi là các receptor trương lực.

Các receptor thích nghi nhanh phát hiện thay đổi trong cường độ kích thích - Các “receptor tốc độ”, “receptor chuyển động” hoặc “receptor giai đoạn”. Các receptor thích nghi nhanh không được sử dụng để dẫn truyền các tín hiệu liên tục vì chúng chỉ bị kích thích khi cường độ kích thích thay đổi. Tuy nhiên, chúng phản ứng mạnh trong khi sự thay đổi đang thực sự xảy ra. Do đó, các receptor này được gọi là receptor tốc độ, receptor chuyển động hoặc receptor giai đoạn. Như vậy, trong trường hợp của tiểu thể Pacinian, áp lực đột ngột tác động lên mô kích thích receptor này trong khoảng vài mili giây, sau đó sự kích thích này sẽ dừng lại mặc dù áp lực vẫn còn. Tuy nhiên, sau đó nó dẫn truyền tín hiệu ngược trở lại khi ngừng áp lực tác động. Nói cách khác, tiểu thể Pacinian có vai trò quan trọng trong việc thông báo những biến dạng nhanh chóng của mô đến hệ thần kinh, nhưng nó không có vai trò trong việc dẫn truyền thông tin về các trạng thái ổn định của cơ thể.

Chức năng dự báo của các receptor tốc độ

Nếu chúng ta biết tốc độ mà ở đó một số thay đổi trong trạng thái cơ thể có thể xảy ra, thì trạng thái của cơ thể trong một vài giây hoặc thậm chí vài phút sau đó có thể dự đoán được.Ví dụ, các receptor của ống bán nguyệt trong bộ máy tiền đình phát hiện tốc độ mà tại đó đầu bắt đầu của tai giúp phát hiện tốc độ mà tại đó đầu bắt đầu quay the vestibular apparatus of the ear detect the rate e vòng khi con người chạy theo đường cong. Sử dụng thông tin này, một người có thể dự đoán được họ sẽ chuyển hướng bao nhiêu độ trong 2 giây tiếp theo và có thể điều chỉnh chuyển động của đôi chân kịp thời để không mất thăng bằng. Cũng như vậy, các receptor ở trong hoặc cạnh các khớp giúp phát hiện tốc độ sự dịch chuyển của các phần khác nhau của cơ thể. Ví dụ, khi một người đang chạy, thông tin từ các receptor tốc độ ở khớp cho phép hệ thần kinh dự báo trước vị trí chính xác chân sẽ đặt trong giây tiếp theo. Từ đó, các tín hiệu vận động thích hợp có thể truyền đến các cơ của chân để thực hiện những sự điều chỉnh trước cần thiết về vị trí nên con người sẽ không bị ngã. Mất chức năng dự báo này thì con người sẽ không thể chạy được.