Olfakcija

V življenju kopenskih živali ima voh pomembno vlogo pri komunikaciji z zunanjim okoljem. Služi za prepoznavanje vonjav in določanje plinastih dišečih snovi v zraku. V procesu evolucije se je vohalni organ, ki ima ektodermalni izvor, sprva oblikoval v bližini ustne odprtine, nato pa se je združil z začetnim delom zgornjih dihalnih poti in se ločil od ustne votline. Nekateri sesalci imajo zelo dobro razvit voh (makrozmatiki). V to skupino spadajo žužkojede živali, prežvekovalci, kopitarji in plenilske živali. Druge živali sploh nimajo voha (anasmatiki). Mednje spadajo delfini. Tretjo skupino sestavljajo živali, katerih voh je slabo razvit (mikrozmatiki). Mednje spadajo primati.

Pri ljudeh se vohalni organ (organum olfactorium) nahaja v zgornjem delu nosne votline. Vohalni predel nosne sluznice (regio olfactoria tunicae mucosae nasi) vključuje sluznico, ki pokriva zgornjo nosno školjko, in zgornji del nosnega septuma. Receptorska plast v epiteliju, ki pokriva sluznico, vključuje vohalne nevrosenzorične celice (ccllulae neurosensoriae olfactoriae), ki zaznavajo prisotnost vonjavnih snovi. Med vohalnimi celicami so podporne epitelijske celice (epitheliocyti sustenans). Podporne celice so sposobne apokrinega izločanja.

Število vohalnih nevrosenzoričnih celic doseže 6 milijonov (30.000 celic na 1 mm2 ⁾. Distalni del vohalnih celic tvori odebelitev - vohalni kij. Vsaka od teh odebelitev ima do 10-12 vohalnih miglic. Miglice so mobilne in se lahko krčijo pod vplivom vonjavnih snovi. Jedro zavzema osrednji položaj v citoplazmi. Bazalni del receptorskih celic se nadaljuje v ozek in zavit akson. Na apikalni površini vohalnih celic je veliko resic,

Vohalne žleze (glandulae olfactoriae) se nahajajo v debelini rahlega vezivnega tkiva vohalne regije. Sintetizirajo voden izloček, ki vlaži pokrovni epitelij. V tem izločku, ki izpira cilije vohalnih celic, se raztopijo dišeče snovi. Te snovi zaznavajo receptorski proteini, ki se nahajajo v membrani, ki pokriva cilije. Osrednji odrastki nevrosenzoričnih celic tvorijo 15-20 vohalnih živcev.

Vohalni živci prodrejo v lobanjsko votlino skozi odprtine kribriformne plošče vohalne kosti, nato v vohalni bulbus. V vohalnem bulbusu pridejo aksoni vohalnih nevrosenzoričnih celic v vohalnih glomerulih v stik z mitralnimi celicami. Izrastki mitralnih celic v debelini vohalnega trakta so usmerjeni v vohalni trikotnik, nato pa kot del vohalnih prog (vmesne in medialne) vstopijo v sprednjo perforirano snov, subkalozalno območje (area subcallosa) in diagonalni trak (bandaletta [stria] diagonalis) (Brocov trak). Kot del lateralnega traku sledijo izrastki mitralnih celic v parahipokampalni girus in v kavelj, ki vsebuje kortikalni vohalni center.

Nevrokemični mehanizmi vohalne zaznave

V zgodnjih petdesetih letih prejšnjega stoletja je Earl Sutherland na primeru adrenalina, ki spodbuja nastajanje glukoze iz glikogena, razvozlal načela prenosa signalov skozi celično membrano, kar se je izkazalo za skupno širokemu spektru receptorjev. Že konec 20. stoletja so odkrili, da zaznavanje vonjav poteka na podoben način, celo podrobnosti strukture receptorskih beljakovin so se izkazale za podobne.

Primarni receptorski proteini so kompleksne molekule, katerih vezava ligandov povzroči opazne strukturne spremembe v njih, ki jim sledi kaskada katalitičnih (encimskih) reakcij. Za odorantni receptor, pa tudi za vidni receptor, se ta proces konča z živčnim impulzom, ki ga zaznajo živčne celice ustreznih delov možganov. Ti polipeptidni segmenti vsebujejo od 20 do 28 ostankov v vsakem, kar je dovolj za prehod skozi membrano debeline 30 Å. Ta polipeptidna področja so zvita v α-vijačnico. Telo receptorskega proteina je torej kompaktna struktura sedmih segmentov, ki prečkajo membrano. Takšna struktura integralnih proteinov je značilna za opsin v mrežnici očesa, receptorje serotonina, adrenalina in histamina.

Za rekonstrukcijo strukture membranskih receptorjev ni dovolj rentgenskih strukturnih podatkov. Zato se v takšnih shemah trenutno pogosto uporabljajo analogni računalniški modeli. V skladu s temi modeli je vohalni receptor sestavljen iz sedmih hidrofobnih domen. Aminokislinski ostanki, ki vežejo ligande, tvorijo "žep", ki se nahaja 12 A od celične površine. Žep je prikazan kot rozeta, zgrajena na enak način za različne receptorske sisteme.

Vezava odoranta na receptor povzroči aktivacijo ene od dveh signalnih kaskad, odprtje ionskih kanalov in nastanek receptorskega potenciala. AG protein, specifičen za vohalne celice, lahko aktivira adenilat ciklazo, kar vodi do povečanja koncentracije cAMP, katerega tarča so kationsko-selektivni kanali. Njihovo odprtje vodi do vstopa Na+ in Ca2+ v celico in depolarizacije membrane.

Povečanje znotrajcelične koncentracije kalcija povzroči odprtje Ca-nadzorovanih Cl-kanalov, kar vodi do še večje depolarizacije in nastanka receptorskega potenciala. Do gašenja signala pride zaradi zmanjšanja koncentracije cAMP, zaradi specifičnih fosfodiesteraz in tudi zaradi dejstva, da se Ca2+ v kompleksu s kalmodulinom veže na ionske kanale in zmanjša njihovo občutljivost na cAMP.

Druga pot gašenja signala vključuje aktivacijo fosfolipaze C in protein kinaze C. Fosforilacija membranskih proteinov odpre kationske kanale in posledično takoj spremeni transmembranski potencial, kar ustvari tudi akcijski potencial. Tako se je izkazalo, da je fosforilacija proteinov s protein kinazami in defosforilacija z ustreznimi fosfatazami univerzalni mehanizem za takojšen odziv celice na zunanji dražljaj. Aksoni, usmerjeni v vohalni čebulic, so združeni v snope. Nosna sluznica vsebuje tudi proste konce trigeminalnega živca, od katerih so nekateri sposobni reagirati tudi na vonjave. V žrelu lahko vohalni dražljaji vzbudijo vlakna glosofaringealnega (IX) in vagusnega (X) možganskega živca. Njihova vloga pri zaznavanju vonjav ni povezana z vohalnim živcem in se ohrani v primeru disfunkcije vohalnega epitelija zaradi bolezni in poškodb.

Histološko je vohalna čebulica razdeljena na več plasti, za katere so značilne celice specifične oblike, opremljene z določenimi vrstami izrastkov s tipičnimi vrstami povezav med njimi.

Konvergenca informacij se pojavi na mitralnih celicah. V glomerularni plasti se približno 1000 vohalnih celic konča na primarnih dendritih ene mitralne celice. Te dendriti tvorijo tudi recipročne dendrodendritične sinapse s periglomerularnimi celicami. Stiki med mitralnimi in periglomerularnimi celicami so ekscitatorni, stiki v nasprotni smeri pa zaviralni. Aksoni periglomerularnih celic se končajo na dendritih mitralnih celic sosednjega glomerula.

Granularne celice tvorijo tudi recipročne dendrodendritične sinapse z mitralnimi celicami; ti stiki vplivajo na generiranje impulzov s strani mitralnih celic. Sinapse na mitralnih celicah so prav tako zaviralne. Granularne celice tvorijo stike tudi s kolateralami mitralnih celic. Aksoni mitralnih celic tvorijo lateralni vohalni trakt, ki je usmerjen v možgansko skorjo. Sinapse z nevroni višjih redov zagotavljajo povezave s hipokampusom in (prek amigdale) z avtonomnimi jedri hipotalamusa. Nevroni, ki se odzivajo na vohalne dražljaje, se nahajajo tudi v orbitofrontalnem korteksu in retikularni formaciji srednjih možganov.