Ugrás a tartalomhoz

Az orvosi élettan tankönyve

Attila, Fonyó (2011)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

37. fejezet - Szenzoros működések IV: kémiai érzékelés (szaglás és ízérzés)

37. fejezet - Szenzoros működések IV: kémiai érzékelés (szaglás és ízérzés)

A szag- és az ízérzés közös jellemzője, hogy mindkettőben kémiai anyagok reagálnak az érzékelő sejtek specifikus felismerő molekuláival, és ezzel indítják be az érzékeléshez vezető folyamatsort. Maga az érzékelés a környezet molekuláinak azonosítására, majd ezt követően megfelelő magatartási reakció kiváltására szolgál. A két rendszer abban is hasonló, hogy a szagok és az ízek által keltett érzet ritkán közömbös: vagy kellemes, vonzó, vagy kellemetlen, undort keltő, averzív, negatív indulatokat gerjeszt, amelyek az inger helyétől való eltávozásra, menekülésre késztetnek.

A szag- és az ízérzés mechanizmusának megértésében fordulatot jelentett a genetikai és a molekuláris biológiai módszerek megjelenése, a genom feltérképezése, a szaglással és ízérzéssel kapcsolatos gének megtalálása, az ezt követő génizolálás, a géntermékek azonosítása, végül a genetikai manipuláció [géntörlés (knock-out), génmódosítás]. Ezeket a módszereket elsőként a szagérző receptorok esetében alkalmazták, és ugyancsak ezeket a módszereket alkalmazva derítették fel valamivel később az ízérzékelésben szereplő molekulákat.

Szagérzékelés

A szagérzékelés az állatvilágban nagyon korán jelent meg, és a mechanizmusában az egész törzsfejlődés során kontinuitás tapasztalható. Erre jellemző, hogy a szagérzékelés tanulmányozásának máig kedvelt modellje mind molekuláris szinten (szagreceptorok), mind neuronalis szinten a Drosophila (bormuslinca). A vizsgálatok szempontjából előnyös, hogy ennek a fajnak a szaglórendszere – összehasonlítva a gerinces fajokéval – kevesebb szagra érzékeny, az érzéklés pályája is könnyen áttekinthető (az antennal lobe az idegrendszer szaglásra szakosodott része), továbbá a Drosophila génszerkezete tisztázott. A levegővel körülvetten élő fajokban a levegő, a vízben élő fajokban a víz közvetíti a benne oldott molekulákat (szaganyagot) a szenzoros receptorokhoz.

Az állatvilágban a szagérzékelés jelentősége nagy. A lét három alapvető kérdése 1. a táplálékhoz való hozzájutás, 2. az ellenség időben való felfedezése, végül 3. a faj fenntartása, egyrészt az ellenkező nemű társ megtalálása, másrészt az azonos nemű vetélytárs távoltartása. A szagérzékelés jellemző szaganyagai alapján segít megtalálni a táplálékot, az ellenséget szaganyagai árulják el. Az ellenkező nemű fajtárs szaganyagai – adott periódusokban – odavonzzák a potenciális társat. Itt azonban tetten érhető a szexuális különbség: az azonos nemű fajtárs jelenléte csak a hímeket ingerli támadásra, a nőstény eltűri egy másik nőstény jelenlétét.

Az állatvilágban mindkét nem szaganyagokon (feromonokon) keresztül adja a másik nem tudtára jelenlétét és szaporodásra való készségét. Az azonos neműek szaga – különösen hímek esetében – viszont negatív emóciót, dühöt, támadó magatartást (agresszivitást) vált ki. A természetes szagoknak ez a jelző funkciója emberben ugyan csökkent, de nem tűnt teljesen el; a természetes szagokat az ókortól kezdődően illatszerekkel egészítik ki. (A szubprimáta fajokban különálló receptorzóna, a vomeronazális szerv jelzi a szexuális szagingereket, ilyen zónát emberben nem sikerült kimutatni.)

Egyes emlős fajokban az újszülött az anyától érkező szaginger nyomán találja meg az emlőt. Az állatvilágban a szagérzékelésnek az otthon megtalálásában (homing) van szerepe. A modern társadalomban a fennmaradás a szaglás hiányában sem veszélyeztetett, azonban az érzetek által keltett pozitív emóciók teljesebbé teszik az életet.

A macrosomaticus állatfajok, köztük a kutya szaglásához hasonlítva az ember szagérzékelése csökevényes, azonban az ember is több száz különböző szag felismerésére és azonosítására képes. A szaglás nagy érzékenysége lehetővé teszi egyes szaganyagok extrém kicsiny (kb. 10-8 g/liter levegő) koncentrációjának megérzését: ez a szaglószervhez jutott néhány molekula detektálását jelenti.

A molekuláris biológiai és a neurofiziológiai adatok arra a felismerésére vezettek, hogy a kémiai szempontból egységes szaganyagok molekuláiban több szagingerként szereplő molekularészlet van. Ezeket a molekularészleteket – hasonlóan az antigénmolekulák immunogén összetevőihez – epitópoknak nevezzük. Valamely szaganyag felismerhető szagát a különböző epitópok ingerkombinációja határozza meg. Az egyes szaganyagokat egységes ingerként érzékeljük.

A szaglórendszer szenzoros neuronjai

A szagérzékelés szenzorai az orrüreg hátsó-felső részén a szaglóhámba ágyazva találhatók: a szaglóhám a nyálkahártyában mintegy 4-5 cm2-nyi területet foglal el. A szaglóhámban a szenzoros neuronok (olfactorius neuronok) és prekurzoraik (olfactorius őssejtek, más néven bazális sejtek) mellett támasztósejtek is vannak.

A szenzoros neuron bipoláris sejt, amelynek apicalis pólusából sok cilium nyúlik be a szaglóhámot borító nyákrétegbe (37-1. ábra). A primer afferens neuron centrális nyúlványa egyetlen vékony velőtlen axon, amely áthatol a lamina cribrosa valamelyik nyílásán, és a bulbus olfactorius valamelyik glomerulusában képez synapsist (l. a továbbiakat). A bulbus olfactorius a tractus olfactoriusban folytatódik.

A neuronok általában nem újulnak meg, az olfactorius szenzoros neuronok azonban kivételek: élettartamuk rövid, 30–60 nap között van, és folyamatos degenerálódáson és regenerálódáson mennek át. Ez annyit is jelent, hogy a bulbus olfactoriusban a primer szenzoros neuronok és a relésejtek közötti synapticus összeköttetések is folyamatosan megújulnak. A regenerálódás forrása az olfactorius őssejtek proliferációja és differenciálódása.

A szaganyagok többnyire lipofil molekulák, amelyek a dendriteket fedő nyákrétegben oldódnak. Ez a réteg biztosítja a szenzoros végződések működéséhez szükséges ionkörnyezetet. A nyákban több oldott szaganyagkötő fehérje is található (ezeket ne tévesszük össze a szagreceptor-fehérjékkel, l. alább). Még nem tudjuk, hogy ezek a kötőfehérjék a szaganyagot a szenzoros végződésekhez szállítják, vagy éppen ellenkezőleg, a szaganyagok megkötésével a szaginger gyors kiküszöbölése a feladatuk. A nyákrétegben oldott szaganyagokkal a szenzoros neuronok ciliumai érintkeznek.

A ciliumok membránja tartalmazza a specifikus szagreceptor-fehérjéket(odoráns membránreceptorok), amelyek az egyes szaganyagepitópok felismerésében szerepelnek. A receptorfehérjék a 7-TM integráns membránfehérjék családjába tartoznak, és Golf-fehérjékhez csatlakoznak (l. az 5. fejezetet). A különböző fajokban változó számú rokon szerkezetű receptorfehérje van. Emberben valószínűleg 500–1000 olfactorius receptor génnel lehet számolni, de ezeknek csak kevesebb mint fele fejeződik ki receptorfehérjeként. Egy-egy gén a teljes szagérző neuronállománynak csak a kb. 0,1-0,2%-ában fejeződik ki. Egy olfactorius szenzoros neuron csak egy (esetleg néhány) típusú receptorfehérjével rendelkezik, azaz minden egyes sejt csak egy (vagy néhány) szaganyagepitópra érzékeny. Minthogy több szaganyag tartalmazhatja ugyanazt az epitópot, az érzékeny neuron mindazokkal a különböző szaganyagokkal ingerelhető, amelyek ezt az epitópot tartalmazzák.

Minthogy egy szaganyag több epitóppal rendelkezik, mindazokat a szenzoros neuronokat ingerli, amelyekben a megfelelő receptorfehérjék megjelennek; a szaganyag valamennyi epitópját csak több monospecifikus szenzoros neuron együttesen képes felismerni. Minden egyes szag az általa aktivált neuronok mintázata alapján ismerhető fel. Az epitópok kombinálódása az oka, hogy a receptormolekulák kódolására ugyan csak néhány száz gén áll rendelkezésre, mégis ennél több szagot vagyunk képesek elkülöníteni.

37-1. ábra . A szaglóhám szerkezete . Y. Zotterman (szerk.): Olfaction and Taste (1963), Pergamon Press, Elmsford, NY alapján

Emberekben ismeretesek olyan defektusok, specifikus anosmiák, amelyekben valamelyik receptort kódoló gén változott meg.

A szagra specifikus receptorfehérjék a 7-TM membránfehérjék családjába tartoznak (meglepő módon e fehérjék száma a legnagyobb a 7-TM fehérjecsaládban). A szaganyag epitópjának megkötése után a Golf-fejérje aktiválódik, és 50 ms-on belül megnövekszik a ciliumon belüli cAMP-szint. A ciliumokban a cAMP közvetlenül nyitja a cAMP-függő kationcsatornákat, Na+- és Ca2+-ok áramlanak a végződésbe, amely ezáltal depolarizálódik. A végződésben akciós potenciálok generálódnak; ez utóbbiak frekvenciája arányos a szaganyag koncentrációjával. A rendszer nagyon érzékeny: a Golf-fehérje cAMP kaszkád következtében már néhány szaganyag-molekula akciós potenciált vált ki. A szagingerrel kiváltott szagérzet viszont nagyon hamar megszűnik: valamennyi szenzoros rendszer közül a szaglás adaptálódása a leggyorsabb. (Akár kellemes, akár kellemetlen az illat, rövid idő elteltével már nem érezhető.) Az adaptáció valószínűleg több szinten megy végbe, ezek közül a legjelentősebb a szenzoros végkészülékek adaptálódása. Ennek valószínű mechanizmusa, hogy a Ca2+-ok beáramlása inaktiválja a kationcsatornákat, ezzel megszünteti a további neuronaktiválást. További lehetőség magának a receptorfehérjének az inaktiválása, a jelátvitel negatív visszacsatolása, amelyben a receptorfehérje foszforilációja játszhat szerepet. Később, amikor az ingerlő anyag eltávozott, a szenzoros végződés regenerálódik, és ismét ingerelhetővé válik.

A bulbus olfactorius

A bulbus olfactorius jellemző képletei azok a synapticus régiók, amelyeket glomerulusok néven ismerünk (37-2. ábra): a bulbus olfactoriusban csatolódnak át a primer szenzoros neuronok a mitralis (mithra = püspöksüveg) és a pamacsos (tufted) sejtekre, amelyek a glomerulusok glutamáterg efferens projekcióját képezik. A glomerulus tekinthető a szaglórendszer funkcionális alapegységének. Egy-egy glomerulushoz csak egy (vagy legfeljebb kettő) receptortípust hordozó primer afferensek futnak, azaz egy glomerulus egy (vagy kettő) epitóp jelenlétét jelzi. Valamely szaganyag, amely különböző epitopókat hordoz, több glomerulust aktivál. Minden egyes glomerulushoz a szaglóhám nagyon sok régiójából érkeznek primer afferensek. Ennek megfelelően a bulbus olfactoriusban nem a szaglóhám egyes területei képeződnek le (azaz nincs szomatotópia), hanem az egyes epitópok receptorai (epitóptérkép). Egy-egy glomerulusban a primer szenzoros neuronok és a relésejtek konvergenciaaránya kb. 100:1.

Az epitópókra bontott szagérzékelés biztosítja a rendszer folyamatos működését. A primer szenzoros neuronok és a reléneuronok közötti synapsis ugyanis csak addig marad fenn, ameddig időnként „használatban van”, azaz a synapsis nincs hosszú ideig használaton kívül. Nem epitópokra bontott szagérzékelési mechanizmus esetén, ha egy-egy szaganyag huzamosabb ideig hiányozna a környezetből, akkor a közvetítő synapsisok degenerálódnának. Minthogy azonban ugyanazok az epitópok nagyon sok szaganyagban jelen vannak, időközönként minden egyes epitóppal találkozik a szaglórendszer, a synapsis működik és fennmarad.

37-2. ábra . A bulbus olfactorius glomerulusainak szerkezete . G. M. Shepherd (1972): Synaptic organization of the mammalian olfactory bulb. Physiol. Rev. 52. Alapján. A szagérző szenzoros neuronok rostjai a glomerulusokba futnak, ahol a glomerulusok efferens neuronjait képező mitralis és pamacsos sejtek dendritjeivel képeznek synapsisokat. Egy glomerulusba sok afferens érkezik (ezt nem tüntettük fel): minthogy a primer szenzoros neuronok azonos szaganyagepitópra érzékenyek, egy-egy glomerulus is epitópspecifikus. Mind a mitralis, mind pedig a pamacsos sejtek a gátló periglomerularis sejtekkel is synapsisokat alkotnak.

A mitralis és a pamacsos sejtek kollaterálisokat adnak a periglomerularis gátló interneuronokhoz is. A bulbus olfactoriuson belül így gátló körök is működnek. Minthogy a glomerulusokban igen nagy a konvergencia, és ezért a transzmisszió során igen sok glutamát transzmitter ürül, ezek a gátló körök akadályozzák a „túlingerlést”.

A bulbus olfactorius projekciói

A bulbus olfactoriusból kiinduló projekció közvetlenül a szaglókéregbe fut (37-3. ábra). Valószínűleg ebben a kéregrészben tudatosulnak a szagingerek. Innen kerül tovább az információ egyrészt az orbitofrontalis kéregbe, másrészt közvetlenül a limbicus rendszer egyes részeibe, az amygdalába, az entorhinalis kéregbe és a corpus striatum ventralis részébe. Ez utóbbi projekció felelős a szagérzetek affektív hatásaiért, és a magatartási reakciókban játszik szerepet. A kétoldali érzékszerv közötti kommunikációt a bulbus olfactoriusok elülső magjai közötti commissura biztosítja. (A szaglópálya nagy része – ellentétben a többi szenzoros információval – elkerüli a thalamust, a thalamuson keresztül futó információ az orbitofrontalis kéreghez kerül.) Ez a nagyon közvetlen összeköttetés azt sejtteti, hogy a primer szenzoros neuronok ingerületének „dekódolása” magában a bulbus olfactoriusban folyik.

A szagingerek emléknyomot hagynak hátra a központi idegrendszerben. Sem a raktározás módját, sem helyét nem ismerjük, de egy-egy szagot hosszú idő után is felismerünk, és az emlék akár emocionális reakciót is kiválthat. Valószínűleg a hippocampusszal való összeköttetés játszik szerepet a szagingerek hatására fellépő emlékképekért és azok emocionális összetevőiért.

Egyes epilepsziás állapotokban a rohamot szaglási hallucinációk (kellemetlen szag képzelt érzete, cacosmia) előzik meg: ezekben az esetekben a kiváltó góc a temporalis lebeny elülső medialis részében, a pyriformis és az entorhinalis kéreg vidékén van.

37-3. ábra. A bulbus olfactoriusból kiinduló projekció

Izérzékelés

Szemben a szaglással, ami a távolból jövő ingerekkel befolyásolja a viselkedést, az ízérzékelés a szervezet „előszobájába”, a szájba került ingerek alapján határozza meg, hogy a táplálék vagy ital fogyasztható vagy kerülendő-e, egyfajta végső minőségellenőrzést biztosítva. Ellentétben a szaglással, amely ezren felüli szagot képes megkülönböztetni, az ízérzés mindössze öt íz megkülönböztetésre képes: ezek az édes, a sós, a savanyú, a keserű, továbbá az aminosavak (emberben csak az L-glutamát és L-aszparaginát) által kiváltott „umami” íz (a japán terminológia honosodott meg, a szó élvezetest jelent; a távolkeleti konyha mintáját követve az élelmiszeripar ízfokozó adalékként mononátrium-glutamátot alkalmaz). Az ízek közül az édes, sós és az umami íz az értékes tápanyagokat jellemzi, a keserű és a savanyú íz figyelmeztet a veszélyes és a romlott táplálékokra. Emberben az ízérzés – társulva a szagérzéssel – meghatározó jelentőségű az étvágy kialakulásában, ill. az ételek visszautasításában: a táplálékfelvétel hedonisztikus tényezője, és az ételek íze jelentős mértékben felelős az energiafelvételi többletért, az elhízásáért.

A különböző ízekhez szubjektív kellemes vagy kellemetlen benyomás is csatlakozik, de ez az affektív komponens koncentrációfüggő. Az édes és az umami íz – adott határok között – egyértelműen kellemes, az erősen keserű és a savanyú íz viszont repulzív. Kis koncentrációban azonban a keserű és a savanyú íz is kellemes lehet, a túlságosan édes íz pedig kellemetlenné (émelyítővé) válik. A szubjektív benyomást és a csatlakozó magatartási reakciót az ízre specifikus receptor és a hozzá csatlakozó idegpálya határozza meg.

A szubjektív benyomások pontosan észlelhetők újszülöttkorban. Az édes ízre az újszülött arcán látszik az elégedettség. Az emberi tejben jelentős a glutamátkoncentráció, az újszülött erre az „umami” ízre a szoptatás alatt jellegzetesen megelégedett arckifejezéssel válaszol. Újszülöttekben a keserű íz határozott elutasító reakciót, sírást vált ki: ez veleszületett, agytörzsi, ún. gustofacialis reflex.

Az ízlelőbimbók és a szenzoros sejtek

Az ízeket a szájban lévő módosult hámsejtek, azízérző szenzoros sejtek érzékelik, amelyek elsősorban a nyelven és szájpadon, kisebb mértékben a garatban, epiglottison, gégében és a nyelőcső kezdeti részén található ízlelőbimbókban csoportosan helyezkednek el (37-4. ábra). Egy-egy ízlelőbimbóban – fajtól függően – 50-100 szenzoros sejt található. A szenzoros sejtek nyúlványai (microvillusok) kinyúlnak az ízlelőbimbó luminalis felszínéig, ahol közrefogják az „ízlelőpórust”; ezen a helyen reagálnak az ízanyagok a szenzoros sejtek receptoraival vagy specifikus csatornáival.

A szenzoros sejtek – szemben a korábbi vélekedésekkel – az ízre nézve monospecifikusak, csak az említett öt íz valamelyikére érzékenyek (a keserű ízre érzékeny sejtek különlegességét a megfelelő helyen részletezzük). Az öt íz közül az édes, az umami és a keserű ízanyagok specifikus, G-fehérjékhez kapcsolt receptormolekulákkal (7-TM receptorok) reagálnak, a savanyú ízt specifikus, a TRP-ioncsatorna családba tartozó H+-csatorna detektálja („fedőneve” PKD2L1), a sós íz detektálásában biztosan valamelyik amiloriddal gátolható, de molekulárisan még nem azonosított epithelialis Na+-csatorna szerepel.

37-4. ábra. Izlelősejtek, ízlelőbimbók és papillák

Az édes és az umami ízanyagokat detektáló 7-TM receptorok

Az édes és az umami ízanyagok két különböző szempont alapján is egy csoportot alkotnak: mindkettő az „értékes” tápanyagok attributuma, és detektálásukban rokon fehérjék játszanak szerepet. A fehérjék elnevezésében a „T” betű az ízérzésre utal (T = tastant), a követő 1-es számjegy a csoporta utal, az „R” a receptorfunkciót jelöli, a végső 1, 2 és 3 számjegy a molekula saját azonosítója: maguk a molekulák így a T1R1, T1R2 és a T1R3 elnevezést viselik, és homo- vagy heterodimert képeznek a sejtmembránban. A három molekula expressziója jellemző magára az ízre specifikus ízérző sejtre: az ízérző sejtek vagy a T1R1 és T1R3, vagy a T1R2 és T1R3, vagy egyedül a T1R3 monomer fehérjét fejezik ki, az ízérzékenység a monomerek kombinációjától függ.

A T1R2 + T1R3 kombináció (T1R2+3 heterodimer) kifejezése esetén a sejt az édes ízt detektálja: ezek a sejtek valamennyi természetes cukorra, mesterséges édesítőszerre (pl. szacharin) és intenzíven édes fehérjékre érzékenyek. (A különböző ízanyagok a receptorkomplex különböző doménjeivel reagálnak, ez a magyarázata a kémiailag teljesen különböző anyagok azonos ízének. Érdekesség, hogy a macskafélék kialakulása során törlődött a T1r2 gén, ennek következtében a házi macskától a tigrisig egyetlen faj sem érzékeli az édes ízt.)

Az emlős fajok „nagyra értékelik” az aminosavak ízét (a japán nyelvből átvett umami íz); az ember annyiban különbözik, hogy mindössze két aminosav, a Na-glutamát és az aszparaginát attraktív íz. Az ízérzetet jelentősen fokozzák egyes purinnukleotidok pl. IMP és GMP. (Az élelmiszeripar alaposan kihasználja magát a tényt azzal, hogy termékeibe beépíti az ízfokozókat.) Az ízérzet azokban a sejtekben keletkezik, amelyekben T1R1 és T1R3 monomerek dimerizálódnak (T1R1+3). (Érdekes módon rágcsálókban a komplex az összes aminosavval aktiválható, emberben csak a két említett aminosavval.)

A keserű íz detektálása

Szemben az édes és az umami ízzel, a keserű érzet erősen repulzív (bár beteg állatok keserű füveket keresnek, és az emberek egy része sem idegenkedik pl. a keserű kávétól, kesernyés gyümölcsöktől). Keserű ízérzetet rendkívül különböző kémiai szerkezetű anyagokkal lehet kiváltani, és ezt ma már receptorszinten tudjuk értelmezni. Nagyon alacsony koncentrációban okoz keserű ízhatást a sztrichnin, a kinin, az ópiumalkaloidok, de az állati produktumok közül az epesavas sók (a magyar nyelvben használt szófordulat ”keserű mint az epe”).

A keserű ízt mintegy 30 7-TM membránfehérje detektálja, amelyek a T2R családba tartoznak. Ezek a fehérjék csak a keserű ízre érzékeny sejtekben fejeződnek ki (nem találhatók meg azokban a sejtekben, amelyekben T1R-fehérjék fejeződnek ki), és egy sejten belül nagyon sok különböző T2R-receptorfehérje fejeződik ki: a T2R-t hordozó sejtek univerzális keserű íz detektorok. Ez az oka annak, hogy különböző szerkezetű keserű anyagok váltják ki az ízérzetet, viszont a különböző szerkezetű keserű anyagokat nem lehet egymástól elkülöníteni. A különböző kísérleti állatok és az ember keserű anyagok iránti érzékenysége, ill. érzéketlensége oka a T2R-fehérjéik közötti szerkezeti különbség.

Az ízérző rendszer működésének elvét, a receptorsejt és a hozzá csatlakozó idegpálya szerepét az érzet kialakulásában meggyőzően mutatják a genetikai manipulációk segítségével végzett – látszólag nagyon bizarr – vizsgálatok, amelyekben egerekben az „édes” receptorokban T2R-fehérjét fejeztettek ki. Ezek az egerek „szerették” a keserű ízt, pozitívan reagáltak. Ha más egerekbe a T2R-sejtekbe T1R1+3 receptorkombinációt fejeztettek ki, az édes ízanyag repulzív hatást nyert.

Jelátvitel a T1 és T2 receptorokat hordozó sejtekben

A T1 és a T2 receptorokat hordozó sejtekben a jel felvételét követő jelátalakítás azonos paradigmát követ: a 7-TM receptorokhoz csatlakozó heterotrimer G-fehérje az ízérzősejtekre specifikus gustducin (Gα12). A ligand megkötését követően a G-fehérjéről leválik a βγ-alegység, aktiválódik a foszfolipáz Cβ2, ez hidrolizálja a foszfatidil-inozitol-4,5-biszfoszfátot, és szabaddá válik a két intracelluláris hírvivő, az IP3 és a diacil-glicerin. Itt lép be egy eddig nem ismertetett, az ízérzésben szereplő, a TRP-proteinek közé tartozó transzdukciós csatorna (TRPM5). (Ez a jelátviteli mechanizmus nem szerepel az ioncsatornákkal közvetített sós és savanyú ízérzetek közvetítésében.) A TRP-csatornán keresztül Ca2+-ok áramlanak be, és az ízérző sejtből felszabaduló transzmitter akciós potenciált generál a csatlakozó idegrostban. Az akciós potenciál generálásában szereplő neurotranszmitter minden valószínűség szerint az ízérző sejtekből felszabaduló ATP, ami purinerg receptorokon keresztül hat az idegvégződésre (ugyanez a mechanizmus szerepel a sós és a savanyú íz közvetítésében is).

A sós és a savanyú íz detektálása

A sós és a savanyú íz érzetét ionok, Na+- és H+-ok váltják ki: ezek az anyagok specifikus csatornákon keresztül a sejtbe lépve közvetlenül indítanak meg jelátviteli mechanizmust. Az előzőekben említettük, hogy a Na+-ok még nem azonosított, amiloridra érzékeny Na+-csatornákat vesznek igénybe a belépéshez és a sejt depolarizációjához. A savanyú íz jelzésében szereplő csatorna identitása tisztázódott: a TRP-csatornák közé tartozó H+-csatorna felelős az ízérzésért. Ez a csatorna (PKD2L1) nem található meg az édes, az umami és a keserű ízt érzékelő sejtekben, csak a savérzékenyekben (viszont megtalálható az ízérzéssel össze nem függő struktúrákban, amelyekben H+-érzékelés folyik).

A csípős érzet kialakulása

A fűszeres ételek „csípős” íze voltaképpen nem az ízérző sejteken keresztül jön létre. A csípős, égető „ízű” ételekben lévő anyagok, pl. a kapszaicin a szájüreg fájdalomérző receptoraira, a bennük lévő TRP-csatornákra hatnak (vanilloid receptorok, amelyeket részletesebben a 34. fejezetben ismertettünk), azokban váltanak ki előbb ingerületet, majd később érzéstelenséget.

Az ízérző neuronok projekciója: tudatosuló és autonóm reakciók

Az ingerületet a szenzoros sejt és a csatlakozó afferens végződés közötti junkció (synapsis) közvetíti. Az afferens axonok a chorda tympaniban (VII), a nervus glossopharyngeusban (IX) és a nervus vagusban (X) futnak, és a nyúltagyban a nucleus tractus solitariiban csatolódnak át. Ezen mag egy aránylag kicsiny része az ún. „ízérző mag”, innen indulnak ki a thalamushoz futó másodrendű neuronok. A thalamusból az agykéregbe vezető pálya a gyrus postcentralisban, a Brodmann 3b areában végződik.

Laboratóriumi állatokban a nyelv különböző részein lévő ízérző szenzorok projekciója mind az agytörzsben, mind a thalamusban, mind pedig az agykéregben területileg elkülöníthető. Ez az elkülönülés felveti annak a lehetőségét, hogy az egyes ízérzetminőségek (édes, sós stb.) különálló vonalakon („vezetékeken”) jutnak az idegrendszerbe, és egy-egy íz érzete a megfelelő központi idegrendszeri neuronok specifikus ingerületéből adódna.

A nucleus tractus solitariiból lépnek ki azok a neuronok, amelyek az ízérzéssel kiváltott autonóm reflexeket közvetítik, továbbá azok, amelyek az ízérzéshez kapcsolódó affektív reakciókban (kellemes, kellemetlen, visszataszító íz) szerepelnek. A savanyú íz azonnal nyálelválasztást vált ki. A táplálkozási motiváció egyik integráló központja a hypothalamus (l. a 39. fejezetet). A kísérletes és a klinikai megfigyelések szerint a táplálék íze az egyik legjelentősebb tényező a táplálkozási motivációban, ill. a táplálék visszautasításában. Egyes hypothalamussértések után a kísérleti állat visszautasítja a „közömbös” ízű táplálékot, ugyanakkor a jóízű, kedvelt táplálékot elfogyasztja.

A tudatosulás mellett az édes íz egy reflexet is kivált: a pancreas β-sejtjeinek inzulinszekréciója fokozódik (a reflexet a nervus vagus közvetíteti, l. a 23. fejezetet).

A sós íz a szervezet Na+-homeosztázisának egyik fontos tényezője: sóhiányos állapotban a szervezetek keresik a sós táplálékot vagy folyadékot. A sóhiány megváltoztatja a szenzoros sejtek érzékenységét. Maga a sós íz antidiuresist (AVP-elválasztást) válthat ki.

Az ízérzethez kapcsolódó tanult reakciók specifikusak és nagyon tartósak. Ha egyszer egy íz megtapasztalását követően kísérleti állatban vagy emberben rosszullét (hányinger, hányás, egyéb kellemetlen gyomor-bél rendszeri reakció) lépett fel, akkor azt az ízt mind a kísérleti állat, mind az ember nagyon határozottan és tartósan kerüli, visszautasítja. Ez a táplákozási averzív reakció évekig is fennállhat.

Van-e a víznek íze?

Vannak olyan szenzoros sejtek, amelyek víz hatására jönnek ingerületbe. Emberben ez az érzet valószínűleg nem tudatosul, az inger azonban befolyásolhatja a szervezet vízháztartását.

A szenzoros sejtek valószínűleg nem ozmoreceptorok, hanem a környező folyadék Cl-koncentrációjának csökkenése aktiváló hatású. Vízérzékeny szenzoros sejtek a garatban és a gégében helyezkednek el. Desztillált víz akkor is diuresist vált ki, ha a folyadékot nem nyeljük le.

Folyadékhiányban szenvedő önkéntes kísérleti alanyokban, akikben a vérplazma AVP-szintje magas volt, a vízivás 3 perc alatt csökkentette a plazma AVP-szintjét; a csökkenés az ízérző receptorokon keresztül váltódott ki. Ez a reakció is része a táplálék- és vízfelvételt kísérő „kefalikus fázis” reakcióknak, amelyeket részben a 21. fejezetben ismertettük, és amelyekhez még hozzátartozik az édes íz hatására bekövetkező inzulinszekréció, a sós íz hatására létrejövő AVP-szekréció is.

Emberben, ha a szájüregben előbb csak nyál volt, a víz íztelennek tűnik. Ha azonban a vizet megelőzően citromsav vagy kinin volt a szájban, akkor a víz édesnek hat, ha pedig megelőzően szacharóz vagy NaCl volt jelen, akkor a vizet keserűnek, ill. savanyúnak érezzük.

Mérföldkövek

Szaglórendszer

A szenzoros neurofiziológia úttörője, E. D. Adrian érdeklődése 1942-ben fordult a szaglórendszer felé. 1953-ban első ízben vezetett el akciós potenciált olfactorius neuronokról; ezzel megalapozta a szaglás elektrofiziológiáját. Szaganyagokkal kiváltott depolarizációt az olfactorius neuronokon azonban csak 1987-ben a patch-clamp technika segítségével regisztrált R. A. Maue és V. E. Dionne.

Az odoráns receptorok felismeréséhez vezető út első lépése annak felfedezése volt, hogy a szagérzékelő idegvégződésekben a szag hatására az adenilát-cikláz aktivitása és a cAMP szintje emelkedik (1985-86), és ebből kézenfekvő volt az a következtetés, hogy a jelátvitelben G-fehérje szerepel. A hiányzó láncszemet, az odoráns receptorok géncsaládját 1991-ben Linda Buck és R. Axel közös munkájuk során találta meg (A novel multigene family may encode odorant receptors: a molecular basis for odor recognition). Reális becslések szerint a teljes emlős génállománynak (kb. 60.000 gén) 1%-a odoráns gén!

Ízérzékelés

Egészen a 20. század legvégéig az ízérzékelés paradigmája az volt, hogy egy-egy ízérzékelő sejt több ízanyaggal is ingerületbe hozható, továbbá, hogy egy-egy ízérző sejt több neuronnal is kapcsolatban áll. Mindezek következtében az íz felismerésében a különböző ízérzékelő sejtekből kiinduló ingerületi mintázat központi analízise szerepel (pattern theory). A 21. század első évtizedében – a szaglóreceptorok azonosításának példájára, több esetben ugyanazok a kutatók – azonosították az ízérző receptorokat: 2000-ben a keserű íz receptorát (T2R), 2001-ben az édes receptort, 2002-ben az umami receptort, 2005-ben a T1R és T2R alegységének logikáját, végül 2005-ben a savdetektálásban szereplő H+-csatornát. Mindezek tarthatatlanná tették az addigi teóriát. A jelenleg rendelkezésre álló adatok az ízérzékelő sejtek monospecificitása alapján az „elkülönített ízérző vonalak” (labeled lines) paradigmáját támogatják, azzal, hogy a különböző ízek interakciói a központi feldolgozás szintjén valósulnak meg.