Somatoviscerale reflekser
Eksistensen af somatoviscerale reflekser indikerer, at viscerale afferente fibre ikke er de eneste initiativtagere til viscerale reaktioner; somatiske afferente fibre kan også refleksmæssigt stimulere autonome efferente fibre. Dette sker normalt, når ændringer i hudens temperatur resulterer i kutane vasomotoriske og sudomotoriske reaktioner. Selv om der findes beviser for, at stimulering af receptorer i somatiske afferente fibre medfører ændringer i visceral aktivitet, er det nøjagtige neurale kredsløb for somatoviscerale reflekser ikke klart forstået.
Sato og kolleger (Sato, Sato, & Schmidt, 1984; Sato & Swenson, 1984; Sato, 1992a,b) har leveret mange beviser, der understøtter tilstedeværelsen af somatoviscerale reflekser. Ved hjælp af bedøvede rotter stimulerede de receptorerne for somatiske afferente fibre fra hud, muskel og knæled og målte refleksændringerne i hjertefrekvens, tarmmotilitet, blærekontraktilitet, binyremarvsnerveaktivitet og sekretion fra binyremarven. Refleksreaktioner på kutane stimuli gav følgende varierende reaktioner afhængig af typen af stimuli og det involverede organ:
Noxiske og uskadelige mekaniske stimuli og termiske stimuli gav en stigning i hjertefrekvensen.
Noxisk afklemning af mavehuden resulterede i hæmmet mavemotilitet, selv om motiliteten undertiden blev lettet, når bagpoden blev afklemt.
Stimulering af det perianale område forårsagede øget efferent affyring til og reflekskontraktioner i en hvilende (let ekspanderet) blære, men dette forårsagede hæmning af blærekontraktioner i en ekspanderet blære.
Noxisk afklemning af huden og noxiske termiske stimuli resulterede i en stigning i den sekretoriske aktivitet af og den neurale aktivitet til (via den større splanchniske nerve) binyremarven, mens uskadelige stimuli havde den modsatte effekt.
Type III- og IV-muskelafferente fibre, stimuleret af intraarterielle injektioner af kaliumklorid (KCl) og bradykinin (som begge er smertestillende midler), producerede følgende virkninger på hjertefrekvens og glat muskulatur i blæren:
“Injektion af KCl accelererer regelmæssigt hjertefrekvensen. Med bradykinin kan der observeres både accelerationer og decelerationer” (Sato, 1992a).
Både stoffer havde virkninger på blæren svarende til dem, der initieres af kutane stimuli (dvs. excitation af den hvilende blære og hæmning af sammentrækningerne i en ekspanderet blære).
Genistreceptorer fra både et normalt og et betændt knæled blev stimuleret af bevægelser både inden for og uden for leddets normale bevægelsesområde. Resultaterne viste, at hjertefrekvensen og den sekretoriske og nerveaktivitet i binyremarven steg, når det normale knæled blev bevæget uden for sit normale område, og når det betændte knæled blev bevæget inden for og uden for sit normale område, idet en større stigning fandt sted under sidstnævnte. Disse data viste den variabilitet, der kan forekomme i forskellige effektorer som reaktion på forskellige stimuli af somatiske afferente fibre. Disse eksperimenter viste, at effektorer kunne formidles gennem både sympatiske og parasympatiske efferentfibre, og at responsen kunne være excitatorisk eller hæmmende. Endvidere kan refleksresponser integreres på segmentniveau (rygmarv) eller på supraspinalt niveau, og dataene viste, at begge veje blev anvendt. F.eks. fandt segmental integration sted for den cutaneovesikale refleks i den hvilende blære, cutaneoadrenal refleks og cutaneogastrisk refleks, og supraspinal integration var nødvendig for cutaneocardiac refleks og cutaneovesikale refleks i den ekspanderede blære.
I andre forsøg, der udforskede somatoviscerale reflekser, blev der påført forskellige kræfter på den laterale side af to regioner af immobiliserede rygsøjler på bedøvede rotter (fig. 10-28) for at studere virkningen på hjertefrekvens, blodtryk og aktivitet i binyrebarnsnerven til binyremarven og nyrenerven til nyren (Sato & Swenson, 1984; Sato, 1992a). Lateral fleksion som følge af påført mekanisk kraft stimulerede afferente fibre, der forsyner rygsøjlen, og gav følgende resultater:
Et konsekvent stort fald i blodtrykket, der vendte tilbage til det normale, efter at stimulansen blev fjernet
Et inkonsistent lille fald i hjertefrekvensen
Et fald i blodgennemstrømningen til gastrocnemius- og biceps femoris-musklerne med et samtidigt fald i det systemiske arterielle blodtryk
Et indledende fald i aktiviteten i nyrenerven og efterfølgende genopretning, begge i løbet af stimuleringsperioden
Et indledende fald i aktiviteten i binyrenerven med en gradvis tilbagevenden til baselineaktiviteten, som blev efterfulgt af en yderligere stigning i aktiviteten (sandsynligvis forårsaget af et baroreceptormedieret refleksrespons)
En undersøgelse i 2006 (Bolton, Budgell, & Kimpton, 2006) undersøgte virkningen af uskadelige mekaniske stimuli af halshvirvler på aktiviteten i den sympatiske nerve til binyrerne. Rotter blev brugt til at se, om lokaliseret cervikal intervertebral forskydning resulterede i en ændring i den sympatiske efferente aktivitet. For at forhindre aktivering af det vestibulære system og eventuelle deraf følgende vestibulosympatiske refleksreaktioner blev rotternes hoveder fikseret på plads. Den sympatiske nervereaktion blev først testet ved hjælp af uskadelige mekaniske kutane stimuli (børstning af nakkehuden) og skadelige stimuli (klemmeri på forpoterne). Resultaterne viste en stigning i aktiviteten ved skadelige stimuli og ingen reaktion på uskadelige stimuli, hvilket var i overensstemmelse med data fra andre undersøgelser. Der blev foretaget en forskydning af C2-hvirvelen med lav amplitude og lav hastighed i forskellige intervaller inden for det normale fysiologiske område på rotterne. Generelt tyder resultaterne af undersøgelsen på, at den sympatiske nerveaktivitet til binyrerne ikke blev ændret refleksivt ved uskadelig mekanisk stimulering forårsaget af bevægelser med lav amplitude og lav hastighed af C2-hvirvelen. Det blev dog bemærket hos nogle få rotter, at C2-hvirvelforskydninger på mere end 20 graders rotation (uden for det normale fysiologiske område) resulterede i en modulation af binyrebarnsnerveaktiviteten og en ændring i blodtrykket. Disse data, som er typiske for et sympatisk respons på en skadelig hændelse, kan indikere, at en skadelig hændelse opstod som følge af den mekaniske forskydning af C2 ved de højere rotationsgrader, der forekommer uden for de normale rotationsgrænser.
Flere undersøgelser har bekræftet, at skadelige og uskadelige stimuli påvirker kardiovaskulære og andre autonome responser. Kurosawa og kolleger (2006) brugte bedøvede rotter og undersøgte virkningerne af uskadelige mekaniske (børstende) stimuli på blodgennemstrømningen til den dorsale rygmarv. Blodgennemstrømningen blev målt, når forpoden, forbenet, den øvre og nedre del af ryggen, bagbenet og bagbenet blev stimuleret. Dataene viste, at der skete en ipsilateral stigning i blodgennemstrømningen uden ændring i blodtrykket, og at den var segmentvis organiseret af neuronal excitation i rygmarven. Kurosawa og kolleger foreslog, at sympatiske nerver og α-adrenoceptorer kan være involveret i dette somato-autonomiske refleksrespons, men at metaboliske virkninger (f.eks. frigivelse af lokale vasodilatatorer), der induceres af neuronal excitation, også kan bidrage. Toda et al. (2008) undersøgte bedøvede rotter og virkningerne af noxious mekaniske (klemmende) kutane stimuli på blodgennemstrømningen i den dorsale rygmarv. I denne undersøgelse blev rygmarvsblodgennemstrømningen (SCBF), som blev målt i rygmarvsregionen i forbindelse med baglåret, øget, når alle fire poter blev stimuleret, selv om blodgennemstrømningen steg mest til den ipsilaterale bagpote-stimulering. Det gennemsnitlige arterielle tryk (MAP) steg også, når der blev foretaget stimuli på poterne. For at få større indsigt i mekanismen bag stigningen i SCBF blev der udført forsøg, hvor baroreceptorer blev denerveret, phenoxybenzamin (α-adrenoceptorantagonist) og phenylephrin (α-adrenoceptoragonist) blev administreret intravenøst, og rotterne blev spinalopereret. På baggrund af dataene foreslår forfatterne, at somato-autonomiske (sympatiske) reflekser og autoregulatoriske reaktioner (begge muligvis gennem aktivering af α-adrenoceptorer) samt det systemiske arterielle tryk udgør mekanismer, der generelt regulerer SCBF. Da der imidlertid skete en stigning i SCBF hos spinaliserede rotter og hos rotter behandlet med phenoxybenzamin og phenylephrin, når den ipsilaterale bagpote blev stimuleret, blev det foreslået, at der også eksisterede en mekanisme, der var specifik for denne lokale region. Organiseret ipsilateralt og segmentalt ville det sensoriske input resultere i neuronal aktivering, der inducerer metaboliske virkninger på den vasomotoriske tone i rygsøjlen, som måske allerede var blevet ændret som reaktion på forhøjet systemisk arterielt tryk og/eller skadelig mekanisk kutan stimulation. Anatomiske og eksperimentelle beviser har vist, at der findes talrige mekanoreceptorer i strukturer i nakken (f.eks. hud, muskler, sener, ligamenter, periosteum, intervertebrale skiver, zygapofysiske led), som arbejder sammen med det vestibulære system for at give refleksreaktioner på posturale ændringer (Bolton, 1998). Reflekser, der er forbundet med posturale justeringer, omfatter den cerviko-kolikale refleks, den toniske nakkerefleks og den cerviko-okulære refleks. Desuden er der beviser for, at aktivering af nakkereceptorer fremkalder reflekser, der giver autonome reaktioner. Eksperimentelle undersøgelser på katte (Bolton et al., 1998) tyder på, at stimulering af afferenser i de cervikale nakkemuskler frembragte cervicosympatiske og cervicorespiratoriske refleksreaktioner. Dette fremgik tydeligt af de ændringer, der blev set i nerveaktiviteten i de store splanchniske og abdominale nerver (respiratoriske motoneuroner til bugvægsmuskulaturen) samt i den hypoglossale nerve. Det er blevet fastslået, at input fra nakkeafferenter videresendes gennem vestibulære kerner i hjernestammen til sympatiske og respiratoriske neuroner. Desuden har transektioner af hjernestammen gennem den kaudale medulla, der er foretaget for at adskille forbindelserne mellem de vestibulære kerner og hjernemarven, vist, at afferente fibre fra nakken også stimulerer sympatiske og respiratoriske nerver uden at gå gennem de vestibulære kerner. Man har imidlertid fundet, at transektioner gennem midten af medulla, som muligvis afbryder nedadgående fibre fra den rostrale ventrolaterale (VL) medulla (en del af det centrale autonome kontrolnetværk), ændrer aktiviteten af de sympatiske og respiratoriske neuroner. På grundlag af dataene fra disse eksperimenter synes der derfor at eksistere en kompleks mekanisme til at frembringe de fysiologisk normale cervicosympatiske og cervicorespiratoriske reflekser. Denne komplekse mekanisme involverer caudale hjernestamme- og rygmarvsstrukturer, som skal være intakte, for at disse reflekser kan finde sted. Desuden viser talrige undersøgelser på bedøvede dyr også, at der ses autonome refleksreaktioner i viscerale organer som reaktion på somatiske stimuli. Nogle af de undersøgte effektororganer, der viste ændringer, er mave-tarmvæv, hjerte, urinblære, vaskulatur i de perifere nerver, vaskulatur i cerebrum, binyremarv og milt (se oversigtsartikel af Sato ).
Andre dyreforsøg bekræfter også, at stimulering af somatiske strukturer har en effekt på de autonome reaktioner. I en undersøgelse blev virkningerne af somatiske stimuli observeret på motiliteten af den hvilende blære. Resultaterne viste, at der var en stigning i blærens muskeltonus som reaktion på skadelige kemiske stimuli af det interspinøse væv, men kun en lille ændring i blærens tryk som reaktion på uskadelige somatiske stimuli (Budgell, Hotta, & Sato, 1998). En anden dyreundersøgelse undersøgte virkningerne af skadelig kemisk stimulering af interspinøse væv på gastrisk motilitet. Resultaterne viste, at motiliteten blev stærkt hæmmet, og at den refleksbue, der var ansvarlig for denne virkning, var segmentalt placeret i den midterste til nederste thorakale region. Selv om både vagus- og sympatisk nerveforsyning til maven viste sig at være involveret i refleksen, syntes den sympatiske innervation at være vigtigere (Budgell & Suzuki, 2000).
Det er også blevet påvist, at hjertefunktionen kan ændres ved uskadelig stimulering af mekanoreceptorer ved hjælp af spinal manipulation. Disse reflekser omtales undertiden som spinoviscerale reflekser. Budgell og Igarashi (2001) rapporterede et casestudie af en ung mand med bradykardi og arytmi. Mens han blev overvåget kontinuerligt med elektrokardiografi, blev der udført en cervikal (C2) rygmarvsmanipulation på patienten, hvilket resulterede i, at arytmien forsvandt ved et tilfælde. Selv om resultatet var tydeligt, er der endnu ikke blevet foreslået nogen klar mekanisme, der kan forklare hændelsen. En anden undersøgelse undersøgte virkningerne af spinal manipulation (C1- og C2-niveau) af raske unge voksne på hjertefunktionen. Resultaterne fra denne undersøgelse, hvor der blev anvendt sham- og autentiske manipulationer (ikke-noxiske stimuli inden for normale fysiologiske bevægelsesområder), viste signifikante ændringer i hjertefrekvensen og hjertefrekvensvariabiliteten (HRV), når kun de autentiske manipulationer blev udført (Budgell & Hirano, 2001).
Sammenfattende viser mange eksperimenter, at somatisk afferent stimulation, især noxious stimulation, kan modulere det autonome output, hvilket resulterer i ændringer i hjertefrekvens, blodtryk og aktivitet i sympatiske efferenter til nyrerne og binyremarven. Dette omfatter undersøgelser, der viser, at forskellige stimuli, der påføres rygmarvsstrukturer, kan udløse somatoviscerale refleksbuer. F.eks. viser undersøgelser, at skadelig kemisk stimulering resulterer i modulering af sympatiske output relateret til kardiovaskulær og binyremarvets aktivitet (Budgell, Hotta, & Sato, 1995; Budgell, Sato, & Suzuki, 1997), og at mekanisk stimulering forårsager varierende reaktioner afhængigt af placeringen og typen af den anvendte stimulus (Sato & Swenson, 1984; Bolton, Budgell, & Kimpton, 2006). Patologiske processer, der påvirker rygsøjlen, kan også resultere i refleksændringer i visceral aktivitet (Sato, 1992a). På baggrund af disse beviser findes de neurale komponenter til denne type somatoviscerale refleks. Desuden kan spinal manipulation udført inden for det normale fysiologiske bevægelsesområde stimulere somatiske afferente fibre for at skabe somatoviscerale refleksresponser.