Johan Dahlin
9d186a13b2
14 KiB
Smak och Lukt HT medicinare VT2026.pdf
OCR Transcript
- Pages: 39
- OCR Engine: pymupdf
- Quality Score: 1.00
Page 1
Lukt och smak Ingela Hammar Avd för fysiologi
Page 2
Geosmin – doften/smaken av jord Produceras av jordbakterie (Actinobacteria) som frisätts när bakterien dör Humant olfaktoriskt epitel mycket känsligt för geosmin Detekterar mycket låga koncentrationer (5x10-12) Sannolikt viktigt roll evolutionärt när människan sökt efter bördiga områden och färsk föda (kanske inte minst efter en period av torka) Vi omges av en värld av smaker och dofter
Page 3
Smak och doft i vardagen
Page 4
Varför lukt och smak? Identifiera farliga substanser / faror Identifiera nyttiga/”bra” substanser Viktigt med minnesfunktioner! Lundström et al ACS Chem. Neurosci. 2011
Page 5
Smaksinnets funktion Smak: detektion av näringsämnen föregår de fysiologiska förändringar som sker vid födointag. Två populationer av 5-HT (serotonin)- neuron i hjärnstammen hos bananflugor aktiveras selektivt av söta respektive bittra smakämnen:
- aktiveras av socker, exciterar insulinproducerande celler och begränsar konsumtion av socker (skydd mot överkonsumtion?)
- aktiveras av bittra ämnen, påverkar mag-tarmmotorik . Yao and Scott, Neuron 2022 5-HT neuron i drosophila
Page 6
Fem grundsmaker Protein/aminosyror, sött, bittert, salt och surt: de fem grundsmakerna Yarmolinsky et al, Cell 2009
Page 7
Smakreceptorer Scott , Curr Op Neurobiol 2004; G-proteiner: Umami Sött Bittert Jonkanaler: Surt Salt (Na+ / Cl-) …“The human sweet taste receptor responds to a considerable number of additional compounds compared to its rodent counterpart…” …”Whereas humans preferentially perceive l- glutamate as an umami tastant, rodents respond to most l-amino acids…” …”The recent screening of all 25 human TAS2Rs with more than 100 natural and synthetic bitter compounds confirmed that the breadth of tuning differs largely among the receptors…”
Page 8
Artificiella sötningsmedel Sukros: sötma och energi Binding till två olika Venus flytrap domäner (VFD) på sötreceptorer (T1R2/T1R3). Artificiella sötningsmedel ( aspartam, sukralos) utan kaloriinnehåll binder endast till en av dessa (VFD2)/T1R2) vilket ger en intensiv sötma. AS ofta låg affinitet så krävs hög koncentration för aktivering Genetisk variation!
Page 9
Vatten – en egen smak? Zocchi et al 2017 “Acid-sensing taste receptor cells (TRCs) that were previously suggested as the sour taste sensors also mediate taste responses to water” “Genetic silencing of these TRCs abolished water-evoked responses in taste nerves” Är vatten en egen smak?
Smaken av metalljoner?
Aquaporiner endast basalt i smakceller, inte på mikrovilli
Page 10
Aktivering av smakceller Aktivering av en smakreceptor på en smakcell leder till frisättning av ATP. ATP diffunderar till intilliggande cell som i sin tur frisätter en signalsubstans (serotonin; 5-HT) Signalsubstansen aktiverar smakfibrerna (afferenter) Roper Eur J Physiol 2007 Rodriguez et al 2021 Typ I cell: gliacell ( grön) omger typ II cell (röd) Deltar mer aktivt i signalering?
Page 11
Aktivering av smakceller 2 Oftast endast en typ receptor i en smakcell Dock överlapp i vissa celler: exv sött + umami ( förstärkning?) Sura smaker: detekteras sannolikt direkt via typ III celler Surt – typ III-cell Salt Umami Sött Bittert
Page 12
Smaken av saltlakrits/ammonium Ammoniumklorid: saltlakrits (NH4Cl) Aktiverar protonkanal (OTOP1) som uttrycks i Typ III / presynaptisk cell
Page 13
Smaksinnets organisation 1 En cell = en sorts smakreceptor? Information från celler med samma sorts smakreceptor löper i axon separata från de axon som förmedlar information från andra smakreceptorer Labelled line
Yarmolinsky et al, Cell 2009 Li & Luo Nature 2017
Page 14
Teng et al Cell 2019 Smaksinnets organisation 2 Aktivering av neuron i kortex efter aktivering av smakreceptorer påvisat hög selektivitet Korrelation mellan selektiv aktivering av smakreceptorceller på tungan och afferenter som förmedlar information från smakceller Specifik aktivering av selektiva neuron i gustatorisk kortex vid olika smakstimuli Bilden: aktivering av smakceller som uttrycker receptor för sura stimuli (otopetrin 1) utlöser också det beteende man ser efter aktivering av sur-receptorn.
Page 15
Smakreceptorer kan också vara lokaliserade utanför tungan med annan funktion än att generera en smakupplevelse Salt – ENaC –epithelial sodium channel (ENaC) viktig för transepitelial natriumtransport Smakreceptorer (G-proteinkopplade) Uttrycks i magsäck, tarm och pancreas matsmältning /aptit/insulinproduktion. Bittra ämnen kan bidraga till fördröjd tömning av magsäck – skydd mot absorption av toxiska substanser? Bitterreceptorer i luftvägarna – trigeminus – apné- nysning/hosta. Umamireceptorer på spermier – reglering av akrosomreaktion? Smakreceptorer – multipla uppgifter (Kinnamon 2013)
Page 16
Smaksinnet och saliv ”Aktivering av receptor för sur smak leder till ökad salivering” Uppgift: Sug på en citronskiva. Vad händer?
Page 17
Adaptation smaksinnet Smakadaptation – minskad känslighet efter långvarig exponering Förmedlas sannolikt via Glia-like type I cells (söta smaker) genom att ge inhibitorisk feedback till typ II cell. Glial type I cell aktiveras av puriner ( ATP) från typ II cell via P2RY2 and ger negative feedback som minskar aktivering av gustatoriska afferenter.
Page 18
Central modulering av smak Aktivering av söt smak och bitter smak samtidigt leder till att upplevelsen av den söta smaken reduceras Aktivering av nervbanor som förmedlar bitter smak kan modulera aktiviteten i de nervbanor som förmedlar söt smak Hjärnstammen/Nucleus Tractus Solitarius mål för bitter- och sötreceptor afferenter Neuron som kodar för bittra smaker i gustatoriska cortex liksom neuron i amygdala projicerar till NTS och kan utöva top-down kontroll av smakkretsar i hjärnstammen Feedback från cortex (bitter) kan förstärka bitter smak och reducera söt smak Feedback från amygdala kan förstärka aversionen mot bittra smaker (Jin et al 2021 Nature)
Page 19
Smakfibrerna löper via thalamus till
primära gustatoriska cortex lokaliserat i
parietalloben/frontalloben (operculum) /insula
Här genereras upplevelsen av smak.
All smak är inte smak!
Capsaicin (TRPV1) /menthol (TRPM8) :
temperaturkänsliga (smärt-) receptorer
Aktivering medieras av N. Trigeminus
Varför äter människan capsaicin?
Antibakteriell funktion, leder till endotelmedierad
kärldilatation (blodtryck), effekt på
insulinresistens (?)
Simon et al. Nature Reviews Neuroscience 2006 |
Centrala projektioner
Page 20
Centrala projektioner smak Spector and Glendenning, Curr Op Neurobiol 2009
Page 21
G-proteinkopplade odorantreceptorer är lokaliserade på de olfaktoriska
receptorcellernas cilier.
Finns cirka 400 funktionella receptorer hos människor
(jämför hund 800; mus 1000; afrikansk elefant 2000; tandvalar 0 st)
Varje odorantcell uttrycker endast en typ av receptor.
Receptorcellerna utspridda i olfaktoriskt epitel
Stor individuell variation mellan både
genetiska variationer och uttrycksfrekvens
av enskild receptor
Luktsinnet - Odorantreceptorer
Page 22
Hur kan vi skilja mellan olika dofter? En doftmolekyl – flera receptorer En receptor – flera doftmolekyler En doft – en unik kombination av receptorer Doftigenkänning - mönsterigenkänning
Page 23
Olfaktoriska bulben 1 Bear, Connors, Paradiso ”Neuroscience” 3rd Edition 2007
Varje glomerulus innerveras av
många mitralceller ( cirka 20 st)
Cirka 3000 glomeruli per bulb
Mitralceller
Glomeruli
Axon till cortex
Page 24
Olfaktoriska bulben 2 Mitralceller Glomeruli Axon till cortex
Page 25
Olfaktoriska bulben 3 En given odorant ger upphov till ett specifikt spatiotemporalt mönster av glomerular aktivering som reflekterar stimulering av motsvarande olfaktoriska receptorer. Glomeruli som aktiveras av specifika klasser av stimuli (aldehyder, alkoholer,) är ofta samlokaliserade i specifika regioner i bulben. Andra typer av stimuli, som exempelvis ketoner, ligger utspridda mellan glomeruli som aktiveras av helt andra klasser av stimuli, Bast and Albeanu Nature Neuroscience 2022 Olfaktoriska glomeruli –anatomisk struktur vars fysiologi vi fortfarande vet lite om!
Page 26
Luktnerven (n. Olfactorius) Sitter på hjärnans undersida Bulbus olfactorius
Page 27
Cajal (1852-1934): ritning visar de neuronala förbindelserna och riktning för signalerna (pilar) mellan bulb och cortex Gire et al Neuron 2013 Mitralcellernas aktionspotentialer aktiverar pyramidcellerna mest effektivt om de synkroniceras under en kort tidsrymd ( <2ms), dvs pyramidcellerna fungerar som coincidensdetektorer. Synkronisering av mitralcellernas aktivitet i piriformcortex beror inte bara på odorantens identitet utan också på dess belöningsvärde och var i andningscykeln man befinner sig Mitralceller projicerar direkt till piriformcortex Olfaktoriskt epitel Glomeruli Mitralceller Axon till cortex
Page 28
Centrala projektioner Centrala projektioner till primära luktcentrum i piriformcortex i temporalloben Bear, Connors, Paradiso ”Neuroscience” 3rd Edition 2007 Mitralcellerna projicerar endast ipsilateralt Commissurala förbindelser mellan cortex Cortikala neuron får bilateral information Viktigt för att avgöra varifrån lukten kommer
Page 29
... Representation av lukt i piriformcortex “Distributed representation of odors in the piriform cortex (PC). (A) Schematic summary of the results of a trans-synaptic tracing study confirming a diffuse projection from the olfactory bulb compared to the odotopic map in the bulb. Allows for a complex odor mixture to be translated into a unique odor object distinct from its complements” Synkronisering av mitralcellernas aktivitet i piriformcortex beror inte bara på odorantens identitet utan också på dess belöningsvärde och var i andningscykeln man befinner sig. Bekkers et al TINS 2013
Page 30
Lukt vid både in- och utandning Olfaktoriska receptorceller aktiveras vid inandning och vid utandning T ex föda i munhålan ger luktupplevelse under expiration Shepherd, Nature 2006
Page 31
Luftflöde och doftdetektion Asymetriskt cykliskt luftflöde i näsan /alternerar mellan näsborrarna cykel Nasal cykel påverkas av kroppsställning, ålder, hänthet, sömn och vakenhet. Korrelation mellan hemisfärsdominans och dominant nasal kavitet I nasal cykel Oklar function I doftdetektion : Leder inte till differentiering i luktpercetion
Page 32
DOI: (10.1152/jn.00200.2019) Olfaktoriska nervkretsar Lukt, respiration och minnesfunktioner Respiratoriska nervcellskretsar Nervcellskretsar från såväl olfaktoriska som respiratoriska system projicerar delvis till samma kortikala områden (såsom hippocampus, prefrontalcortex) och kan härigenom ömsesidigt förstärka/försvaga aktiviteten i dessa områden PFC: prefrontalcortex HPC: hippocampus
Page 33
Adaptation Adaptation 2 Långvarig (timmar/dagar) Synaptisk plasticitet Minnesfunktion Detektion av nya dofter sker mot bakgrund av andra dofter. Mitralcellerna aktiverade men filtreras i piriformcortex Adaptation 1 Korttids-depression av mitralcellernas afferenter Sekunder ( dvs fåtal andetag) Detektion av förändring i realtid
Page 34
Luktsinnet och adaptation ”Två olika dofter under en kort tidsrymd (sekunder) leder till korttidsadaptation” Uppgift:
- Kanel + blandning kanel + kardemumma
- Kardemumma + blandning kanel + kardemumma Vad händer?
Page 35
Sociala kemosignaler - feromoner
Prehn-Kristensen A et al 2009
Axillar-svett (pre-munta; anxiety) jämfört med
träningsutlöst svettning.
Aktiverar områden som bearbetar bl a
emotioner och social kommunikation/empati
kan människor lukta sig till rädsla/empati?
Feromoner detekteras i vomeronasala organet
Saknas hos människa – oklar mekanism
Människan kan ändå detektera feromonsignaler
( t ex tårvätska, menstruationscykler, rädsla mm)
Page 36
Handskakning och doftdetektion Människor vidrör ofta sitt ansikte och luktar på sin hand Människor hälsar på varandra genom att skaka hand
- Sätt att överföra sociala kemosignaler? Efter det att vi hälsat / skakat hand med någon ökar tendensen att beröra vårt eget ansikte
Page 37
Lukt och Covid-19
Page 38
Samspel luktepitel och blodtrycksreglering? “Aromatherapy: Activating olfactory calcium‐sensing receptors impairs renal hemodynamics via sympathetic nerve‐mediated vasoconstriction”
(Lee et al 2018)
I olfaktoriskt epitel hos råttor finns kalcium- känsliga receptorer (CaSR) Detekterar mineraler i inandad luft Aktivering initierar en sympaticusmedierad neurovaskulär reflex vasokonstriktion och minskat blodflöde i njure och lever. Aromaterapi: doft från grapefrukt och lavendel motsatt effekt (hämmande) på sympaticus (hos råtta) Miljömedicin: exponering för mangan (Mn) kan leda till central autonom dysfunktion, hitintills okänd underliggande mekanism (människa) - olfaktoriska celler del av förklaringen?
Page 39
Linster Current Op in Neurobiology 2014 Samverkan mellan lukt och smak Lukt Smak