background image

1

 

 

Physiology 

Dr. Basim Mohamad Alwan                                 Lecture (4) 

SOMATIC

 

SENSATIONS 

Somatic  sensations  are  sensations  which  are  conducted  by  the  somatic 
nerves and come to conscious perception. Testing of all sensations should 
be: 
(a) Bilateral, symmetric and systematic.  
(b) By using the same strength of stimulation. 
(c)  Including all dermatomes. 
(d)  Testing  are  performed  while  the  eyes  are  closed  to  eliminate  the          
effect of vision on recognizing the sensation under test. 
 
Somatic sensations are classified into three categories: 

 [I] MECHANORECEPT1VE SENSATIONS 

These  are  sensations  produced  by  mechanical  stimuli.  They  include 
senses  of  touch,  texture  of  material,  vibration,  pressure,  stereognosis, 
muscle tension and proprioception. 

[II] THERMORECEPTIVE SENSATIONS 

These are  sensations produced  by  thermal  stimuli. They  include  warmth 
and cold sensations. 

 [III] PAIN SENSATION 

These are produced by noxious stimuli 
 

   MECHANORECEPTIVE SENSATIONS 

 These  sensations  produced  by  mechanical  stimuli  which  stimulate 
mechanoreceptors.  It  is  a  group  of  sensations  which  comprises  several 
sensory modalities. 
MECHANORECEPTORS 
Mechanoreceptors  are  receptors  which  are  especially  sensitive  to 
mechanical  stimuli.  They  are  classified  into  cutaneous  and  deep 
mechanoreceptors as follows: 
1. CUTANEOUS MECHANORECEPTORS 
    They are of three types (Fig. 4-1): 
i. Naked nerve endings; The free nerve endings and the basket endings 
around hair follicles. 


background image

2

 

 

ii. Expanded nerve endings; Merkel discs and Ruffini corpuscles. 
iii.  Encapsulated  nerve  endings;  Pacinian  corpuscles  and  Meissner 
corpuscles. 

 

Figure 4 - 1: Cutaneous mechanoreceptors 

 

These  receptors  differ  in  their  excitability,  rate  of  adaptation,  and  the 
ability  to  respond  to  repetitive  stimuli.  They  are  present  in  the  skin  all 
over the body, but highly condensed in the finger tips, lips and other areas 
which are highly sensitive to touch. 
 [II] DEEP MECHANORSCEPTORS 
These receptors are of two types: 
i. Muscle spindles: which are stretch receptors found in the fleshy part of 
skeletal muscles? 
ii.  Golgi  tendon  organs:  which  are  tension  receptors  found  in  the 
tendons of the skeletal muscles.  

 

MECHANORECEPTIVE SENSATIONS 

 

1. TOUCH OR TACTILE SENSATION 
Touch  is  the  cutaneous  sensation  produced  by  light  mechanical  stimuli. 
There are two types of touch sensation either crude or fine touch. 
  


background image

3

 

 

(A) CRUDE TOUGH 
This  is  touch  sensation  without  accurate  identification  of  the  locality  or 
the number of stimuli and it is of two types: 
a.  Tickle;  is  a  sensation  produced  by  mild  tactile  stimulation  of  certain 
areas of skin, usually leading to reflex involuntary laughter. 
b.  Itch;  is  a  sensation  of  skin  irritation  which  leads  to  the  desire  for 
scratching  of  the  skin  (the  scratch  reflex).  It  is  produced  by  either  a 
moving  tactile  stimulus  a  moving  flea  or  by  substances  released  in  the 
skin as histamine.  
The  receptors  for  tickle  and  itch  sensation  are  specialized,  highly 
sensitive,  rapidly  adapting  free  naked  nerve  endings.  They  are  found 
exclusively in the superficial layers of the skin. Tickle and itch signals are 
transmitted by the slowly conducting type IV nerve fibers. 
Scratching  relieves  itch  by  removing  the  irritating  stimulus  and  by 
presynaptic lateral inhibition of the central terminals of the primary itching 
conducting  fibers.  Nerve  fibers  carrying  scratch  signals  send  collaterals 
inside  the  spinal  cord  to  inhibit  fibers  of  itch  sensation  by  presynaptic 
inhibition  mechanism.  So,  scratch  conducting  fibers  inhibit  the  itch 
conducting fibers by lateral presynaptic inhibition. 
 
(B) FINE TOUCH 
This is touch sensation with accurate identification of the locality and the 
number of stimuli. Fine touch sensation are classified into: 
a. TACTILE LOCALIZATION (Topgnosis) 
It  is  the  ability  to  identify  the  point  where  the  stimulus  is  applied.  It  is 
tested  by  touching  the  skin  of blind-folded  subject by  the  tip  of a blunt-
pointed object, then asking the subject to open his eyes and point out the 
site  where  he  was  touched.  The  acuity  of  this  sense  is  inversely 
proportionate to the distance of error in localizing the stimulus. 
 
 b. TACTILE  DISCRIMINATION 
It is the ability to identify two tactile stimuli applied simultaneously as two 
separate  points  of  contact.  It  is  tested  by  the  compass  test  or  using 
discriminator.
 The two blunt ends of test compass are applied to the skin 
of a blind-folded subject. The distance between the two ends of the compass 
is increased step by step until the subject feels the two ends of the compass 
as two separate points. Acuity of this sensation is inversely proportionate to 


background image

4

 

 

the  two-point  threshold  which  is  the  minimal  distance  at  which  the  two 
stimuli are felt as two separate points.
 

 

Figure 4-2: Two-point discrimination; the compasses or discriminator test 

 

Tactile  discrimination  is  not  equally  developed  in  different  parts  of  the 
skin (Fig. 4-2). It is highly developed in the tips of the fingers and tongue 
(two-point threshold = 2-3 mm) but poorly developed on the back of the 
trunk  (threshold  =  65  mm).  This  sensation  is  conducted  by  the  gracile 
and cuneate 
pathway. 


background image

5

 

 

 

For  two-point  discrimination  to  occur,  impulses  from  the  two  points  on 
the  skin  should  reach  two  separate  final  sensory  neurons  in  the  sensory 
cerebral  cortex.  Accordingly,  three  conditions  which  favor  the 
development of high degree of tactile discrimination in a skin area.  
i. High density of touch receptors. 
ii. Minimal convergence in the sensory pathway. 
iii.  Large  area  of  sensory  cortical  representation  in  the  sensory 
cortex; i.e. a large number of final sensory neurons. 
These conditions are all found in the skin of the lips and fingertips. 
 
c. TEXTURE OF MATERIAL SENSATION 
This is the ability to identify the substance from which a textile is made; 
e.g. silk, wool, cotton, synthetic material ...etc., by touching and without 
seeing it. It is a special type of fine touch sensation which is conducted by 
the gracile and cuneate pathway. 
 
d. VIBRATION SENSE 
This  is  a  flickering  (repetitive)  tactile  sensation.  There  are  two  types  of 
vibration  receptors;  the  high  frequency,  rapidly  adapting  Pacinian 
corpuscles
  
which  respond  to  vibration  frequency  up  to  800  Hz,  and  the 
low  frequency,  slowly  adapting  Meissner  corpuscles  which  respond  to 
vibration frequency up to 80 Hz. 
Vibration sense is tested by putting the base of a vibrating tuning fork on 
the skin. A sense of buzzing or thrill is felt. The tuning fork is usually put 
on a subcutaneous bony prominence just to magnify the vibrations. Bone 
itself is insensitive to vibrations. 
Vibration  sense  is  conducted  by  the  gracile  and  cuneate  pathway.  In 
cases  of  uncontrolled  diabetes  mellitus  or  pernicious  anemia, 
degeneration  of  the  dorsal  column  occurs.  An  early  sign  of  this 


background image

6

 

 

degeneration  is  decreased  sensitivity  or  disappearance  of  the  vibration 
sense. 
 
2. PRESSURE SENSATION 
This  is  the  sensation  produced  by  a  strong,  blunt,  static  mechanical 
stimulus. There are two types of pressure receptors: the rapidly adapting 
Pacinian corpuscles, 
and the slowly adapting Ruffini endings. 
Pressure  sensation  may  be  divided  according  to  the  intensity  of  the 
mechanical  stimulus  into  two  types  either  Light  pressure  (pressure 
touch)  sensed  by  cutaneous  receptors  or  Deep  pressure  sensed  by 
receptors in deeper structures as fasciae and connective tissues. 
The acuity of pressure sensation is tested by applying different weights on 
a  supported  hand  of  a  blind-folded  subject,  then,  the  subject  is  asked  to 
identify which weight is heavier and which is lighter. 
Like touch sensation, there are two types of pressure sensation: 
A. CRUDE PRESSURE SENSATION 
This  is  pressure  sensation  with  low  ability  to  discriminate  different 
weights. This sensation is conducted by the anterolateral pathway. 
B. FINE PRESSURE SENSATION 
This  is  pressure  sensation  with  high  ability  to  discriminate  different 
weights. This sensation is conducted by the gracile and cuneate pathway
 

STEREOGNOSIS 

This is special type of sensation which is defined as the ability to identify 
objects by handling them without seeing them (a key, a coin). This ability 
depends  on  touch  and  pressure  sensations  as  well  as  the  cortical 
sensory somatic association area of the parietal lobe. 
This sensation is 
conducted by the gracile and cuneate pathway. 

 


background image

7

 

 

3.  MUSCLE TENSION SENSATION 
This  is  the  sensation  produced  by  traction  on  muscle  tendons.  The 
receptors  are  the  Golgi  tendon  organs.  It  enables  the  person  to 
discriminate  different  weights  by  lifting  them.  It  is  tested  by  applying 
different weights on an unsupported hand of a blind-folded subject, then, 
the subject is asked to identify the lighter and the heavier weight. 
 
4.  PROPRIOCEPTIVE SENSATIONS  
Proprioception  is  the  sensation  of  the  position  of  different  parts  of  the 

body relative to each other and the position of the body in space. 
 
Proprioception is divided into two types: 
 
(A)  STATIC PROPRIOCEPTION 

(SENSE OF POSITION)

 

 Static proprioception is the sense of the position of different parts of the 
body relative to each other. The receptors are the deep mechanoreceptors 
(muscle  spindles  and  Golgi  tendon  organs).  It  is  tested  by  putting  a 
limb in an unusual position and asking the blind-folded subject to put the 
other limb in a similar position. 
 
 (B) DYNAMIC PROPRIOCEPTIO (

SENSE OF MOVEMENT) 

Dynamic  proprioception 

(KINESTHETIC  SENSATION)

  is  the  sense  of 

movement  of  joints.  The  receptors  are  the  Pacinian  corpuscles  and 
Golgi  tendon  organs
  in  ligaments  and  synovial  membranes  of  joints. 
This  sense  is  tested  by  moving  a  joint  and  the  blind-folded  subject  is 
asked  to  tell  when  the  movement  begins  and  when  it  stops  or  when  the 
rate of movement changes. 
 

THERMORECEPTIVE SENSATIONS 

 

Thermoreceptive  sensations  are  those  of  warmth  and  cold.  There  are 
two types of specialized thermoreceptors, one is sensitive to warmth and 
the other is sensitive to cold. 
 Thermoreceptors  are  found  in  the  base  of  the  epidermal  layer  of  the 
skin.  There  are  warmth  sensitive  spots  on  the  skin  where  there  are 
warmth  receptors  only  and  cold  sensitive  spots  where  there  are  cold 
receptors  only.  The  number  of  cold  spots  on  the  skin  is  (4-10)  times  as 
many  as  those  of  the  warmth  spots.  The  highest  density  of 


background image

8

 

 

thermoreceptors is found in the skin of the face and hands. 
Thermoreceptors are also found in the abdominal viscera, the spinal cord 
and  around  great  veins.  These  receptors  are  concerned  mainly  with 
informing  the  hypothalamic  thermostat  of  any  increase  in  the  body  core 
temperature. They do not give rise to warmth or cold sensations. 
Cutaneous thermoreceptors monitor the  temperature of the skin,  not that 
of the body. An alcoholic drink in cold weather gives a sense of warmth 
mainly  because  it  causes  cutaneous  vasodilation  leading  to  warming  of 
the  skin.  In  this  case,  the  sense  of  warmth  reflects  an  increase  in  the 
temperature of the skin, not that of the body. The body temperature might 
even decrease because of the excessive heat loss from the skin. 
 
THERMORECEPTORS 
There are two types of thermoreceptors: 
 
1. WARMTH RECEPTORS 
Warmth receptors are specialized free nerve endings. They are stimulated at 
temperatures  between  25-50 

o

C  with  maximum  frequency  of  discharge  at 

about  40°C  (Fig.  4-3).  At  temperatures  lower  than  40

o

C  the  frequency  of 

discharge decreases and the discharged impulses take the separated impulses 
pattern  (ungrouped  pattern).  At  temperatures  higher  than  40°C,  the 
frequency  decreases  and  the  discharged  impulses  take  a  grouped 
pattern,  "volley  pattern"
  (Fig.  4-5).  Warmth  sensation  is  conducted  by 
the thin, type IV fibers. 
 

 

Figure 7-3: The frequency of discharge from thermoreceptors and 

thermal pain receptors at different temperatures. 


background image

9

 

 

2. COLD RECEPTORS 
Cold  receptors  are  the  Krause  end-bulbs  which  are  specialized, 
encapsulated  nerve  endings  (Fig.  4-4).  They  are  stimulated  at 
temperatures between 10-35°C with maximum frequency of discharge at 
about 25°C (Fig. 7-3). At temperatures lower than 25°C, the frequency of 
discharge  decreases  and  the  discharged      impulses      take  the      grouped   
pattern (volley pattern). 

 

 

Figure 4 - 4: Krause end bulb. 

 

At  temperatures  higher  than  25°C,  the  frequency  of  discharge  decreases 
and the discharged impulses take the ungrouped pattern. Cold sensation 
is transmitted by type III nerve fibers. 

 

Figure 4-5: The change in

 

frequency and pattern of discharge from 

thermoreceptors with the change of temperature 


background image

11

 

 

Thermoreceptors adapt at temperatures between 20-40°C, giving a feeling 
of  thermeneutrality,  but  no  adaptation  occurs  outside  this  range.  At 
temperatures below 15

o

C  or  above  45°C,  thermosensitive  pain  receptors 

are activated giving rise to pain sensation (cold pain and heat pain). Pain 
sensation  at  temperature  ranges  of  10-15  and  45-50  is  very  mild  and 
masked  by  the  senses  of  extreme  cold  or  extreme  warmth  respectively. 
The sense  of thermal  pain is  clearly  perceived  at  temperatures below 10 
or above 50 °C. 
 
STIMULATION OF THERMORECEPTORS 
The  effectiveness  of  a  stimulus  applied  to  thermoreceptors  depends  on 
two factors: 
1.  The  absolute  temperature:  In  the  temperature  range  of  10  -  50°C, 
anything warmer than the skin is felt warm and anything colder than the 
skin is felt cold. 
2.  The  rate  of  change  of  temperature;  i.e.  the  rate  of  warming  or 
cooling. A rapidly changing temperature (rising or falling) is much more 
effective stimulant to thermoreceptors than a slowly changing or a steady 
temperature. 
 
 
PARADOXICAL COLD SENSATION 

Rapid  warming  of  the  skin  to  temperatures  between  45-50 

o

C  gives  a 

transient  false  sense  of  cold  (paradoxical  cold  sensation).  This  is 
because  at  this  temperature  range,  cold  receptors  are  transiently 
stimulated.  Paradoxical  cold,  like  any  cold  sensation,  produces  reflex 
vasoconstriction  and  rise  in  arterial  blood  pressure  (the  cold  pressor 
effect).
 
Hot water showers are not recommended for cardiac patients because they 
may give a sense of cold and then cold pressor effect which lead to rise in arterial 
blood pressure and increase in the work load on the heart and heart failure. 
 

NONSPECIFIC THERMORECEPTORS 

Some  pressure  receptors  (Ruffini  endings)  are  stimulated  also  by  cold. 
This explains why a colder of two otherwise identical weights placed  on 
the hand is felt heavier than the warmer weight (Weber's illusion). This is 


background image

11

 

 

because  the  colder  weight  is  a  stronger  stimulant  of  pressure  receptors 
than  the  warmer  weight  because  it  makes  double  stimulation  of  Ruffini 
pressure receptors, first by its weight, and second by its coldness 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 13 عضواً و 220 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