Запорізький національний університет
Міністерство освіти і науки України
Реферат на тему:
«Смак і смаковий аналізатор»
Запоріжжя 2010
План
1. Скільки існує видів смаків
2. З чого складається смак
3. Смаковий аналізатор
4. Як влаштований смаковий аналізатор
5. Смак на рівні клітини
6. Для чого нам смак і як його тренувати
7. Зв'язок смакових відчуттів з іншими відчуттями
8. Агевзія
1. Скільки існує видів смаків
Вважається, що людина розрізняє чи то чотири, чи то п'ять елементарних смаків: солоний, кислий, солодкий, гіркий і ще один, для якого немає російської назви. Його називають "umami" і приписують смаку глутамату натрію. Втім, іноді його називають "солодкуватим", а створите чи продуктів вважають, що глутамат натрію просто підсилює відчуття інших смаків. Якщо ж вірити книгам про їжу, то смаків виявляється не п'ять, а багато тисяч, - але кулінари мають на увазі не елементарні смаки, а комбіновані. Нещодавно і вчені запідозрили, що їх не п'ять.
З'ясувалося, що смакові рецептори щурів по-різному реагують на різні гіркі речовини. Горький збудник викликає в клітці рецептора збільшення концентрації кальцію, що спонукає клітку виділяти трансмітер (хімічний передавач імпульсів між нервовими клітинами). Для вивчення цього процесу біологи А. Каіседо і С. Ропер з університету Майамі (США) ввели у смакові клітини щурячого мови флуоресцентну мітку, що реагує на підвищення рівня кальцію. Потім вони піддали клітини впливу різних гірких сполук. Виявилося, що 66 відсотків чутливих до гіркого клітин реагували лише на одне з'єднання, 27 відсотків - на два і 7 відсотків - більш ніж на два з'єднання.
Це означає, що смакові рецептори, що реагують на різні гіркі речовини, різні, проте у нас для "гіркого" тільки одна назва. А можливо, що пацюки просто краще розбираються в гіркій стороні життя, ніж людина.
2. З чого складається смак
Різні речовини можуть мати чистим або змішаним смаком. Смак всіх чисто гірких речовин сприймається людиною абсолютно однаково. Так, розчини опію, стрихніну, морфію, хініну можуть відрізнятися один від одного інтенсивністю викликаного ними почуття гіркоти, але не його якістю. Якщо ж зрівняти інтенсивність відчуття, взявши перераховані розчини в різної концентрації, то вони стають невиразними. Те ж відноситься і до кислих смакам. Розчини соляної, азотної, сірчаної, фосфорної, мурашиної, щавлевої, винної, лимонної і яблучної кислот, взяті у відповідному розведенні, не відрізняються на смак. При дослідженні солодких речовин також було встановлено, що не існує декількох видів солодкого. Ті чи інші речовини можуть мати більш-менш вираженим смаком, але якщо цей смак чисто солодкий, то їх розчини не можна відрізнити один від іншого. Чисто солодким смаком володіють глюкоза, фруктоза, лактоза, сахароза. Щодо солоного смаку доведено, що в суто вираженому вигляді їм володіє тільки одне-єдине речовина - куховарська сіль. Всі інші солонуваті речовини мають гіркий або кислий присмак.
Як змішуються смаки? Кислі та солодкі речовини можуть викликати кисло-солодке відчуття, властиве багатьом сортам яблук або фруктовим напоям. Приклад кисло-солоного відчуття - смак огіркового розсолу. Гірке й солодке зливаються з працею, але гірке какао в суміші з цукром викликає своєрідне злите відчуття, властиве шоколаду. А ось злиття гіркого з солоним і особливо гіркого з кислим не відбувається зовсім. Суміші гірких і солоних, гірких і кислих речовин вкрай неприємні на смак.
3. Смаковий аналізатор
Смаковий аналізатор - нейрофізіологічна система, робота якої забезпечує аналіз хімічних речовин, що надходять у порожнину рота. Представлений периферичним відділом, утвореним смаковими цибулинами, розташованими насамперед у слизовій оболонці мови в грибоподібних, листоподібних і желобовідних сосочках; специфічними нервовими волокнами, які досягають довгастого мозку, потім вентральних і медіальних ядер таламуса; підкірковими і корковими структурами, що знаходяться в оперкулярной області великих півкуль і в гіпокампі. Чутливість різних ділянок язика до смакових подразників неоднакова (найбільш чутливі: до солодкого - кінчик язика, до кислого - краю, до гіркого - корінь, до солоного - кінчик і краю). При тривалій дії смакових подразників відбувається адаптація, наступаюча швидше до солодких і солоним речовин, повільніше - до кислих і гірким.
4. Як влаштований смаковий аналізатор
З'ясувати, що таке елементарний смак, можна було б, визначивши, скільки типів клітин-аналізаторів беруть участь у сприйнятті. Але, на відміну від зору, це до цих пір не зроблено. Зауважимо, гіпотетично можна мати один тип клітин і навіть просто одну-єдину клітину, але, вимірюючи з високою точністю що йде від неї сигнал, отримувати хоч п'ять, хоч п'ятдесят тисяч значень. Хороший цифровий вольтметр або частотомір має ще більшу роздільну здатність.
Звичайно, і людині і тварині доцільно вміти розрізняти кілька різних смаків - скажімо, за кількістю часто зустрічаються шкідливих речовин і продуктів, що вимагають різного складу шлункового соку. Як зручно було б мати безліч типів чутливих клітин, налаштованих на різні речовини або типи речовин, наприклад, індикатор тухлого м'яса, індикатор вовчих ягід, індикатори м'ясної та рослинної їжі, індикатор морозива крем-брюле.
Клітини, які сприймають смакові подразнення, зібрані під смакові цибулини (або нирки) розміром близько 70 мікрометрів, які розміщуються на смакових сосочках. У людини ці структури розташовані на язиці. Кількість смакових клітин під смакової цибулині становить від 30 до 80 (хоча в деяких джерела їх називають і менші й більші числа).
Великі сосочки біля основи мови містять до 500 смакових цибулин кожен, дрібні - на передній і бокових поверхнях язика - по кілька цибулин, а всього у людини кілька тисяч смакових цибулин. Є чотири типи сосочків, що розрізняються локалізацією і формою: грибоподібні на кінчику мови, листоподібні на бічній поверхні, желобкові на передній частині мови та ниткоподібні, містять рецептори, чутливі е не до смаку, а лише до температури і механічної дії. Вплив температури та механічної дії на відчуття смаку реалізовано не в мозку (як вплив запаху на відчуття смаку), а на рівні, що лежить нижче, тобто воно вже передбачено будовою рецепторного механізму. Вважається, що сприйняття температури та механічної дії важливо для виникнення відчуття їдкого, в'яжучого і терпкого смаку. Залози між сосочками секретують рідину, яка промиває смакові цибулини. Зовнішні частини смакових рецепторних клітин утворюють мікроворсинки довжиною 2 мікрометра і діаметром 0,1-0,2 мікрометра, що виходять в загальну камеру цибулини, яка через пору на поверхні сосочка сполучається з зовнішнім середовищем. Стимулюючі молекули досягають смакових клітин, проникаючи через цю пору. Поодинокі смакові цибулини (не пов'язані з сосочками) є у водних хребетних на поверхні голови, на зябрах, плавцях, в горлі, у наземних - на зворотній поверхні язика, щік, верхньої частини глотки. Смакові клітини заміщаються дуже швидко, тривалість їхнього життя становить лише 10 днів, після чого з базальних клітин формуються нові рецептори. Нові смакові сенсорні клітини зв'язуються з сенсорними нервовими волокнами - специфічність волокон при цьому не змінюється. Як сказав би інженер, деталі замінюються, але схема залишається тією ж. Механізм, який забезпечує таку взаємодію між рецептором і волокном, поки невідомий.
Смакові рецепторні клітини не мають аксонів (довгих клітинних відростків, які проводять нервові імпульси). Інформація передається закінченнях чутливих волокон за допомогою трансмітерів - "проміжних речовин". Обробка смакового сигналу (як, до речі, і зорового) організована ієрархічно. Одиночне нервове волокно розгалужується і отримує сигнали від рецепторних клітин різних смакових цибулин, тому в кожного волокна є свій "смаковий профіль". Одні волокна особливо сильно збуджуються при дії гіркого, інші - при дії солоного, солодкого або кислого. Подальша обробка відбувається в мозку. Можливо, що різні ешелони обробки сигналу - як смакового, так і зорового - спадщина еволюції (див. епіграф): еволюція не дає "задній хід", і метод обробки сигналу, реалізований на етапі, коли мозку ще не було, зберігається у роду Homo , тільки цей метод доповнюється іншими. Може бути, тому людина взагалі так складний? Зокрема, до цих пір невідомо, на якому рівні, то є де і як, п'ять елементарних сигналів утворюють всі ті тисячі смаків, які розрізняє тренована людина. Це може відбуватися принаймні у трьох різних місцях: прямо в клітинах, в нервовій мережі, що доставляє сигнал у мозок, і, нарешті, в мозку.
Зоровий сигнал, до речі, теж обробляється не в одному місці - в оці жаби є спеціалізовані групи клітин, що реагують на певні елементи зображення. Та й сітківка складається з кількох шарів клітин, тобто частково обробка сигналу відбувається в оці, а частково - в мозку. Запозичення у природи цієї ідеї дозволило американському кібернетику Ф. Розенблатту створити в середині минулого століття "перцептрон" - пристрій для обробки сигналів, яке нині щосили використовує людина при розпізнаванні образів. Причина ефективності перцептрона до цих пір не зрозуміла, як, втім, не зрозуміла і причина ефективності його прототипу, тобто очі. Підглянути і зрозуміти - зовсім різні речі; багато наших читачів - школярі та студенти - добре це знають.
5. Смак на рівні клітини
До цих пір не ясно, що є специфічним рецептором - смакова цибулина або смакова клітка. Якщо вірна перша гіпотеза, то можна припустити, що є сосочки, які містять цибулини тільки одного виду, двох або трьох видів і, нарешті, всіх видів. При цьому переважна кількість цибулин, порушуваних подразником кожного виду, знаходиться в сосочках, розташованих в різних областях поверхні мови, завдяки чому ці області неоднаково сприйнятливі до різних впливів, але все ж до певної міри мають чутливістю до кожного з них. А деякі автори вважають, що рецепторні ділянки смакових клітин реагують на смакові стимули різних типів, причому кожна смакова клітка може мати рецепторні ділянки декількох типів. Як саме клітина сприймає сигнал від речовини - теж поки достеменно невідомо.
Вважається, що рецептори для солоного і кислого - це іонні канали (причому кислий смак створюють просто водневі іони), а інші відчуття викликані тим, що смакові речовини впливають на клітини не самі, а спочатку вступають у хімічну реакцію з якимось білком, а вже результат реакції впливає на клітини.
Дійсно, у смакових сосочках існують фракції білкових макромолекул, що вступають у реакцію з солодкими і гіркими речовинами. У такому випадку нечутливість до солодкого і гіркого повинна бути пов'язана з порушеннями в діяльності якихось певних генів. На підтвердження цієї гіпотези були виявлені генетичні відмінності між людьми, відчувають і не відчувають солодке. У літературі є відомості про те, що взаємодія речовин з клітиною має кілька стадій, що останні з них носять ферментативний характер, що при цьому під смакової клітині відбувається каталітичне розщеплення АТФ (аденозинтрифосфорної кислоти) і вивільняється енергія, необхідна для виникнення рецепторного потенціалу.
Можливо, що існує друга рецепторна система - у деяких тварин виявлені розподілені між сосочками голі нервові закінчення. Вони реагують на високі концентрації і гальмують активність інших рецепторів - здійснюють, висловлюючись радіотехнічним мовою, негативний зворотний зв'язок, яка розширює динамічний діапазон аналізатора, тобто здатність сприймати як слабкі, так і сильні сигнали. Як це не дивно, зв'язок між хімічними властивостями речовин і їх смаком досить слабка, хоча відомо, що деякі хімічно подібні речовини мають подібний смак.
Наприклад, солодкий смак характерний для цукру, солей свинцю і замінників цукру - речовин, що мають з точки зору хіміка дуже мало спільного. Але смаковий аналізатор вважає інакше. Більш того, сприймається смак речовини залежить від концентрації останнього - наприклад, кухонна сіль у малих концентраціях здається солодким. Тому з'являються час від часу повідомлення про створення приладу, различающего смак, можна вважати деяким перебільшенням. Можна зробити хімічний аналізатор на будь-яку речовину або групу речовин, але до тих пір, поки не вдасться зрозуміти, як саме працює аналізатор природний, ми не зможемо стверджувати, що створений нами прилад здатний правильно ідентифікувати смак речовини, яке йому раніше не пред'являлося.
6. Для чого нам смак і як його тренувати
Сигнал від смакових рецепторів використовується організмом двояко. По-перше, несвідомо - наприклад, для управління шлунковою секрецією, причому як її кількістю, так і складом, тобто смак їжі - це не лише сигнал, що пора перетравлювати їжу, але і замовлення на склад шлункового соку. По-друге, смак використовується усвідомлено - для отримання задоволення від їжі. Деякі стверджують, що смакові відчуття можна тренувати. І якщо сконцентрувати увагу на кінчику мови, то почнеться слиновиділення. Візьміть, кажуть вони, шматочок цукру і покладіть його перед собою. Подивіться на нього, закрийте очі, уявіть собі цей шматочок і, продовжуючи утримувати увагу на кінчику мови, постарайтеся викликати смак цукру. Зазвичай смакові відчуття з'являються через 20-30 секунд, і від вправи до вправи вони посилюються. Якщо ж у вас погано виходить, спробуйте спочатку покласти крупинку цукру на кінчик язика, потім посилити відповідні смакові відчуття. Тренуйтеся по 15-20 хвилин 3-4 рази на день протягом 7-10 днів. Після того як ви навчитеся викликати смак цукру, сиру і полуниці, треба освоювати переходи від одного смаку до іншого, наприклад, навчитися витісняти смак сиру смаком полуниці. Освоївши цей спосіб, ви зможете довільно, легко і просто змінювати смакові відчуття. Я пробував, але, мабуть, потрапив у ті 5-7 відсотків людей, які нездатні "уявити" смак за своїм бажанням.
7. Зв'язок смакових відчуттів з іншими відчуттями
Смакові відчуття пов'язані з нюховими, відчутних і термічними. Відомо, як послаблюються смакові відчуття при виключенні нюху, наприклад при нежиті (до речі, і при курінні). Ті сторони смакових відчуттів, які визначаються такими словами, як в'яжучий, борошнистий, гострий, пекучий, терпкий, клейкий, обумовлені дотикальної реакцією.
Смак свіжості, наприклад, від м'яти або ментолу, можливо, пояснюється домішкою термічних відчуттів (локальним охолодженням через швидке випаровування). Іноді стверджується, що смакові відчуття можуть бути викликані механічним впливом, просто кажучи - дотиком або тиском струменя повітря, а також зміною температури. Але в першому випадку все ускладнено хімічною взаємодією, у другому - власне теплообміном, охолодженням за рахунок випаровування і, можливо, зміною вологості поверхні.
Виникнення відчуття при дотику до мови контактів батарейки (не здумайте використовувати напругу більше 4,5 вольта) пояснюється електролізом і утворенням іонів. Дослідники з Єльського університету (США) показали, що відчуття кислого або солоного виникає при охолодженні країв мови до 20 ° С; при зігріванні країв або кінчика язика до 35 ° С відчувається солодкий смак. За деякими даними, гіркі речовини, безпосередньо введені в кров, теж збуджують смакові нерви. Наприклад, у собаки після ін'єкції гіркої речовини з'являються ті ж рухи щелеп і гримаса відрази, як і при дії цієї речовини на язик. Буває, що люди скаржаться на гіркота в роті через деякий час після прийому хіни в облатках, коли хіна вже встигла вступити в кров. Втім, у всіх цих випадках не виключено попадання гіркої речовини безпосередньо на язик. Охолодження і нагрівання зменшують чутливість до смаку: мова, охолоджений льодом протягом хвилини, перестає відчувати смак цукру, при нагріванні поверхні язика до 50 ° С чутливість теж падає. Область найбільшої чутливості - від 20 до 38 ° С. Смак до відомого речовині може посилюватися за контрастом зі смаком іншого, попередньо подіяло речовини. Так, смак вина посилюється попередніми вживанням сиру і, навпаки, притупляється і псується після всього солодкого. Якщо спочатку пожувати корінь касатика (Iris pseudacorus), то кава і молоко здадуться кислими. Такий вплив одних смаків на інші може залежати як від суто хімічних процесів на мові, так і від змішання в нашій свідомості сліду, залишеного попереднім смаковим відчуттям, з новим смаковим збудженням. Смаки легко компенсувати один іншим і робити приємними, наприклад, надто кислий смак - солодким, але при цьому не відбувається прямого змішення відчуттів, що дає щось середнє, тому що смаки солодкого і кислого залишаються при змішуванні в тій же силі, і лише змінюється наше ставлення до них з точки зору приємності.
Компенсація смаків, що не супроводжується компенсацією хімічних властивостей смакових речовин, має місце в центральних органах наших відчуттів. Боротьбу смакових відчуттів найлегше спостерігати, якщо покласти на одну половину мови кисле, а на іншу - гірку речовину, при цьому в свідомості виникає відчуття те кислого, то гіркого, і людина може довільно зупинятися то на тому, то на іншому, але змішування обох смаків у щось середнє не відбувається.
Зв'язок смакових і нюхових відчуттів очевидна. Зменшити вплив нюхових відчуттів на смакові можна, затиснувши щільно ніс і утримуючись під час дегустації від дихальних рухів. При цьому "смак" багатьох речовин абсолютно змінюється: наприклад, цибуля стає солодким і за смаком важко відмінним від солодкого яблука. Фрукти, вина, варення - всі вони мають солодкий, кислим або кисло-солодким смаком. Між тим різноманітність відчуттів, що викликаються ними, величезна. Це визначається не їхніми смаковими, а нюховими властивостями.
8. Агевзія
Повна втрата всіх смакових відчуттів називається агевзія, ослаблення відчуттів - гіпогевзіей, інші зміни в сприйнятті смакових відчуттів - парагевзіей. Зміна смакових відчуттів може наступити в результаті пошкодження слизової оболонки мови при запаленні і опіках - термічних і хімічних. Втрата смакової чутливості спостерігається і при ураженні провідних шляхів смакового аналізатора: випадання смаку на передніх двох третинах однієї половини мови пов'язане з ураженням язичного або лицьового нерва, в області задньої третини язика - при пошкодженні язикоглоткового нерва. При ураженні деяких структур головного мозку може спостерігатися випадання смакової чутливості у всій половині мови. У ряді випадків зміни смаку викликаються захворюваннями внутрішніх органів або порушенням обміну речовин: відчуття гіркоти відзначається при захворюваннях жовчного міхура, відчуття кислоти - при захворюваннях шлунка, відчуття солодкого у роті - при виражених формах цукрового діабету. При деяких захворюваннях сприйняття одних смаків залишається нормальним, а інших - втрачається або перекручується. Найчастіше це спостерігається у психічних хворих, і походження цих розладів пов'язують з патологією глибинних відділів скроневої частки мозку. Такі хворі нерідко з задоволенням їдять неприємні або шкідливі для здоров'я речовини.