background image

 

Physiology

 

     Dr. Basim Mohammed Alwan                                       Lecture (3)                         

SENSORY NERVES 

 

Sensory  nerves 

(afferent  nerves) 

are  the  nerves  which  convey 

the  sensory  information  from  different  parts  of  the  body  to  the 
central nervous system. They make the first order of neurons in 
the nervous pathways of all sensations. 
All  the  spinal  sensory  nerves  enter  the  spinal  cord  through  the 
dorsal roots (sensory roots) of the spinal nerves. The cell bodies 
of  these  nerves  are  in  the  dorsal  root  ganglia  of  the  spinal 
nerves.  As  these  nerves  carry  impulses  towards  the  cell  bodies 
they are considered as long dendrites of the ganglion cells. 
 

BELL-MAGENDI  LAW

:  It  states  that  the  dorsal  roots  of  the 

spinal nerves are sensory and the ventral roots are motor". 
 

SENSORY UNIT

 Is the

 primary afferent nerve (sensory) and all its branches. 

RECEPTIVE FIELD: 

 Is the area which is supplied by a certain unit? 

DERMATOME 

A  dermatome  is  the  area  of  skin  which  is  supplied  by  a  spinal 
dorsal root i.e. it is the cutaneous receptive field of a spinal dorsal 
root  
(fig.  3-1).  The  dermatomes  of  different  roots  overlap  with 
each other. 


background image

 

 

Figure 3 - 1: Arrangements of Dermatomes   

 

THE DORSAL HORN OF THE SPINAL GRAY MATTER 

  
The

  dorsal  horn  of  the  spinal  gray  matter  is  the  site  of  relay  of 

most of the afferent sensory fibers. A cross section in the spinal 
cord shows several anatomical laminae of the gray matter. Each 
type of sensory fibers relays in certain specific laminae as shown 
in fig. 3-2. 

 


background image

 

 

Fig.3-2 the dorsal and ventral horn of SC 

 

THE COURSE OF THE AFFERENT SPINAL NERVE AFTER 

ENTERING THE SPINAL CORD 

As the afferent spinal nerve fiber enters the spinal cord, it takes 
one of the following courses: 
1.  Ascends or descends for few segments at the tip of the dorsal 
horn  forming  the  Lissaur's  tract before  entering into the dorsal 
horn. 
2.  Enter  the  dorsal  horn  to  relay  on  neurons  in  different 
laminae  of  the  dorsal  horn.
  These  neurons  are  either 
interneuron's  (intermediate  neurons)  or  second  order  neurons  of 
their sensory pathway. 
3.  Proceeds in the spinal gray matter to relay on motor neurons 
in the ventral horn (the reflex arc of the stretch reflex). 
4.  Ascends  without  relay  in  the  dorsal  column  of  the  spinal 
white  matter  forming  the  dorsal  column  tracts  (gracile's  and 
cuneate's tracts)
 terminate in the dorsal column nuclei (gracile's 
and cuneate's nuclei) in the medulla oblongata. 

 


background image

 

SENSORY RECEPTORS 

 

 

A  sensory  receptor  is  a  specialized  nerve  ending  which  is 
sensitive  to  a  specific  type  of  stimulus  and  produces  a 
specific type of sensation. 

FUNCTIONS OF RECEPTORS 

1.  Detectors  of  the  type  of  the  stimulus.  Each  receptor  is 
specialized  to  detect  a  certain  type  of  stimulus,  e.g.  touch,  heat, 
pain. 
2. Sensitizers, which lower the threshold of stimulation of nerve 
endings. 
3.  Transducers,  which  convert  the  energy  of  the  stimulus  into 
an electric response, i.e. a membrane potential which generates an 
action potential in the afferent nerve. 
 4. Gauges, which measure the intensity of the stimulus. 
Accordingly,  it  can  be  concluded  that  without  receptors,  the 
CNS becomes almost useless. 
 

PROPERTIES OF THE SENSORY RECEPTORS 

 

(A)  SPECIFICITY 

Each  receptor  is  highly  sensitive  to  a  certain  type  of  stimulus 
which is called the "adequate stimulus" for this receptor.  When 
the  adequate  stimulus  is  used,  the  receptor  is  stimulated  by  the 


background image

 

least  amount  of  energy.  If  the  receptor  is  stimulated  by  a 
stimulus other than its adequate stimulus, it needs high energy and 
still  gives  its  specific  type of  sensation;  e.g.  light  receptors  in  the 
eye could be stimulated by a strong mechanical blow on the eye, 
these results in seeing flashes and stars. 

 

(B)  EXCITABILITY 

(THE GENERATOR OR THE RECEPTOR POTENTIAL) 

When  a  receptor  is  stimulated,  it  increases  the  permeability  of 
the  membrane  of  the  nerve  ending  to  Na

+

  so  Na

influx  and 

membrane  depolarization  is  produced.  The  depolarization  of  the 
membrane  of  the  sensory  nerve  ending  on  stimulation  of  the 
receptor  is  called  the  "generator  potential"  or  the  "receptor 
potential"
  (fig.  3-3).  The  generator  potential  is  characterized 
by: 

 
 

  

Figure 3 - 3: The generator potentials produced by 4 increasing intensities of 

stimuli (1, 2, 3, 4). When the generator potential reaches the firing level, a full 

action potential is produced in the afferent nerve. 

 
 

The generator potential is characterized by:

 

1.  It  does  not  obey  the  all  or  none  rule.  Its  magnitude 
increases proportionately with the intensity of the stimulus. 
2.  It is not followed by a refractory period. 
3.  It  has  a  long  duration  (more  than  5  ms).  So,  it  can  be 
temporally summated. 
4.  When it reaches a threshold value, it activates the first node of 
Ranvier  of  the  afferent  nerve  to  generate  an  action  potential  in 
the afferent nerve. 


background image

 

 

 

Figure 3 - 3: The relationship between the magnitude of the generator 

potential and the frequency of discharge of impulses in its afferent nerve. 

 

5.  It  is  not  blocked  by  local  anesthetics.  Local  anesthetics 
prevent the development of the action potential at the first node 
of Ranvier but do not prevent the development of the generator 
potential. 
When  the  generator  potential  exceeds  the  threshold  value,  the 
frequency  of  discharge  of  impulses  in  the  sensory  nerve 
becomes  directly  proportionate  with  the  amplitude  of  the 
generator potential (fig. 3-3). 
 

(C) DISCHARGE OF IMPULSE 

The  response  of  a  receptor  to  a  change  in  the  intensity  of  the 
stimulus is  by  changing  the  "frequency"  of  impulses generated 
in the afferent nerve. That is why the response of receptors: to a 
change  in  stimulus  intensity  is  called  a  "frequency  modulated 
response" 
or "FM response". 
 Weber-Fechner  law  states  that  "The  frequency  of  discharge  of 
impulses from  a  receptor  is  directly  proportionate  with  the  log 
intensity of stimulus.  

 


background image

 

 

Figure 3 - 4: The compression function of receptors

.  

 
 
For  example,  a  hundred-fold  increase  in  the  intensity  of  the 
stimulus  leads  to  only  twofold  increase  in  the  frequency  of 
discharge of impulses from the receptor. The modulation of large 
changes  in  the  intensity  of  the  stimulus  to  small  changes  in  the 
frequency  of  impulses  is  referred  to  as  "the  compression 
function
"  
of  the  receptor  (fig.3-5).  This  function  enables  the 
receptor  to  respond  to,  and  discriminate,  a  wide  range  of 
stimulus  intensity,  e.g.  sound  receptors  can  inform  the  CNS  of 
sound intensity range of one to ten billion-folds. 
 

(D)  ADAPTATION OF RECEPTORS 

Adaptation  is  the  decline  in  response  to  a  constant  maintained 
stimulus. 
If  a  constant  maintained  stimulus  is  applied  to  a  receptor,  the 
frequency of discharge of impulses in its afferent nerve declines 
with time. The rate of decline depends on the type of receptor. 
The  sensory  receptors  are  classified  according  to  their  rate  of 
adaptation, into three types:  
1. Rapidly adapting receptors (phasic receptors), e.g. touch and hair 
touch receptors. 
2.  Moderately adapting receptors  e.g.  thermoreceptors  in  the 


background image

 

temperature rang ebetween 20-40°C
3.  Slowly  adapting  receptors  (tonic  receptors),  e.g.  muscle 
spindles and Golgi tendon organs. 
 
The rate of adaptation of each type of receptors fits its function.   
E.g. touch receptors adapt rapidly, so after putting clothes on; it 
would be irritating to feel the touch of clothes all the time. So, 
touch receptors adapt rapidly and stop discharging. On the other 
hand, muscle spindles send continuous proprioceptive signals to 
the  CNS  which  maintain  body  posture  and  equilibrium  which 
are needed all the time, so they adapt very slowly. 
 

 

Figure 3 - 5: rate of adaptation of different types of receptors. 

 
 

MECHANISM OF ADAPTATION OF RECEPTORS 

The following factors contribute to the process of adaptation of 
receptors: 
1.  Gradual  inactivation  (closure)  of  some  Na

+

  channels  in  the 

membrane  of  the  nerve  ending  so  membrane  depolarization 
becomes difficult. 


background image

 

2. Dissipation of some of the stimulus energy to the surrounding 

tissues i.e. redistribution of the energy of the stimulus. 

3. Decreased sensitivity of the node of Ranvier. 

 
 

CLASSIFICATION OF RECEPTORS ACCORDING TO THEIR 

ADEQUATE STIMULUS 

According  to  the  type  of  their  adequate  stimulus,  receptors  are 
classified into 6 main categories as shown in fig. 3-8. 
 

 

Figure 3-8: The types of receptors according to their adequate stimuli. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

10 

 

CODING OF SENSORY INFORMATION 

 

All  stimuli  are  transduced  by  the  sensory  receptors  into  nerve 
impulses  in  the  afferent  nerves.  These  impulses  reach  the  brain 
acting as code signals specific for each sensation. The brain then 
deciphers these code signals and identifies the modality (type), 
the locality and the intensity of the stimulus. 

 

1.  CODING  OF  THE  MODALITY  OF  THE  STIMULUS 

Each  sensory  pathway  from  the  receptor  up  to  the  final  sensory 
neuron  in  the  brain  is  specialized  to  serve  a  specific  sensory 
modality.  Stimulation  of  any  point  along  the  course  of  any 
sensory pathway produces its specific sensation. The reservation 
of  a  specific  sensory  pathway  to  serve  a  specific  type  of 
stimulus  is  referred  to  as  "the  labeled  line  principle";  i.e.,  the 
whole  line  from  the  receptor  to  the  final  sensory  neuron  in  the 
brain  is  "labeled"  for  conducting  impulses  of  a  specific 
sensation. 
So,  the  coding  of  a  stimulus  modality  is  by  sending  the 
impulses  through  its  specific  sensory  pathway  (i.e.  its  labeled 
line).
 

 

LABELED LINE PRINCIPLE  

(MULLER'S LAW) 

This law states that "stimulation of any point along the course 
of a sensory pathway produces the specific sensation served by 
this pathway regardless of the type of the stimulus used",
 
 

2.  CODING  OF  THE  LOCALITY  OF  THE  STIMULUS 
 

Each  locality  sends  sensory  impulses  to  the  brain  via  a  specific 
sensory  pathway.  Stimulation  of  any  point  along  the  course  of 
this  pathway  produces  a  sensation  felt  at  this  specific  locality. 
So,  the  locality  of  the  stimulus  is  also  coded  by  the  specific 
sensory  pathway  which  serves  this  locality.  
This  is  called  the 
"law  of  projection".  It  explains  the phantom limb phenomenon 
which occurs in amputees. 
 


background image

11 

 

THE  PHANTOM  LIMB  PHENOMENON 

 

This is the false sensation from  a  limb  when  the  limb  does  not 
really  exist.  It  occurs  in  amputees  who  complain  of  pain,  touch, 
itching  or  pressure  sensation  felt  in  the  absent  limb.  This  false 
sensation is due to irritation of the cut ends of the afferent nerves of 
the amputated limb which send impulses up to the brain. The brain 
projects the sensation on to the absent limb as if it is exist. 
 

3. CODING OF THE INTENSITY OF THE STIMULUS 

The intensity of the stimulus is coded by two factors: 
a. 

The frequency of discharge from the sensory receptor. The 

frequency is proportionate with the log intensity of the stimulus  
(Weber Feschner law) 
b. 

The  number  of  activated  receptors.  A  stronger  stimulus 

activates  more  receptors.  The  activation  of  more  receptors  by 
stronger stimuli is called "recruitment of receptors". 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 12 عضواً و 215 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل