Somatoviskeraaliset refleksit
Somatoviskeraalisten refleksien olemassaolo osoittaa, että viskeraaliset afferentit kuidut eivät ole ainoat viskeraalisten vasteiden alullepanijat; myös somaattiset afferentit kuidut voivat refleksiivisesti stimuloida autonomisia efferenttejä kuituja. Tämä tapahtuu yleensä silloin, kun ihon lämpötilan muutokset aiheuttavat ihon vasomotorisia ja sudomotorisia vasteita. Vaikka on olemassa todisteita siitä, että somaattisten afferenttien kuitujen reseptorien stimulointi tuottaa muutoksia viskeraalisessa aktiivisuudessa, somatoviskeraalisten refleksien tarkkaa hermopiiriä ei ymmärretä selvästi.
Sato ja kollegat (Sato, Sato, & Schmidt, 1984; Sato & Swenson, 1984; Sato, 1992a,b) ovat toimittaneet paljon todisteita, jotka tukevat somatoviskeraalisten refleksien olemassaoloa. Käyttämällä nukutettuja rottia he stimuloivat ihon, lihaksen ja polvinivelen somaattisten afferenttien kuitujen reseptoreita ja mittasivat refleksimuutoksia sydämen sykkeessä, suoliston motoriikassa, virtsarakon supistuvuudessa, lisämunuaiskuoren hermoaktiivisuudessa ja lisämunuaiskuoren erityksessä. Refleksivasteet ihon ärsykkeisiin tuottivat seuraavat vaihtelevat vasteet ärsyketyypistä ja mukana olleesta elimestä riippuen:
Myrkylliset ja harmittomat mekaaniset ärsykkeet sekä lämpöärsykkeet aiheuttivat sykkeen nousun.
Vatsan ihon myrkyllinen nipistely johti mahalaukun motiliteetin estymiseen, vaikka motiliteetti joskus helpottui, kun takatassua nipistettiin.
Perianaalisen alueen stimulaatio aiheutti lisääntynyttä efferenttiä laukaisua ja refleksisupistuksia rauhallisessa (hieman laajentuneessa) virtsarakossa, mutta tämä aiheutti virtsarakon supistusten estymisen laajentuneessa virtsarakossa.
Ihon myrkyllinen nipistely ja myrkylliset lämpöärsykkeet johtivat lisämunuaisen medullaan suuntautuvan eritysaktiivisuuden ja neuraalisen aktiivisuuden lisääntymiseen (suuremman splannisen hermon kautta), kun taas harmittomilla ärsykkeillä oli päinvastainen vaikutus.
Tyypin III ja IV lihasafferentit kuidut, joita stimuloitiin intraarteriaalisilla kaliumkloridi- (KCl) ja bradykiniini-injektioilla (jotka molemmat ovat analgeettisia aineita), saivat aikaan seuraavat vaikutukset sydämen lyöntitiheyteen ja virtsarakon sileään lihakseen:
”KCl:n ruiskuttaminen kiihdyttää sydämen lyöntitiheyttä säännöllisesti. Bradykiniinillä voidaan havaita sekä kiihtyvyyttä että hidastuvuutta.” (Sato, 1992a).
Kummallakin aineella oli virtsarakkoon samanlaisia vaikutuksia kuin ihon ärsykkeiden käynnistämillä vaikutuksilla (eli kiihottuminen rauhallisessa virtsarakossa ja estyminen laajentuneen virtsarakon supistumisessa).
Nivelen reseptoreita sekä normaalista että tulehtuneesta polvinivelestä stimuloitiin liikkeillä, jotka tapahtuivat nivelen normaalin liikkumisalueen sisäpuolella ja sen ulkopuolella. Tulokset osoittivat, että sydämen syke sekä lisämunuaiskuoren eritys- ja hermoaktiivisuus lisääntyivät, kun normaalia polviniveltä liikutettiin normaalin liikeradan ulkopuolella ja kun tulehtunutta polviniveltä liikutettiin normaalin liikeradan sisä- ja ulkopuolella, ja suurempi lisäys tapahtui jälkimmäisen liikkeen aikana. Nämä tiedot osoittivat vaihtelua, jota voi esiintyä eri efektoreissa vasteena somaattisten afferenttien kuitujen erilaisiin ärsykkeisiin. Nämä kokeet osoittivat, että efektorit voivat välittyä sekä sympaattisten että parasympaattisten efferenttien kuitujen kautta ja että vaste voi olla kiihottava tai estävä. Lisäksi refleksivasteet voidaan integroida segmentaalisella tasolla (selkäydin) tai supraspinaalisella tasolla, ja tiedot osoittivat, että molempia reittejä käytettiin. Esimerkiksi hiljaisen virtsarakon cutaneovesikaalinen refleksi, cutaneoadrenaalinen refleksi ja cutaneogastrinen refleksi integroituvat segmentaalisesti, ja supraspinaalinen integroituminen oli välttämätöntä laajentuneen virtsarakon cutaneokardiaalisen refleksin ja cutaneovesikaalisen refleksin osalta.
Muissa somatoviskeraalisia refleksejä tutkivissa kokeissa anestesoitujen rottien immobilisoitujen selkärankojen kahden alueen lateraaliseen puoleen kohdistettiin erilaisia voimia (kuva 10-28), jotta voitiin tutkia vaikutusta sykkeeseen, verenpaineeseen ja aktiivisuuteen lisämunuaishermossa lisämunuaisytimen medullaan ja munuaishermossa munuaiseen (Sato & Swenson, 1984; Sato, 1992a). Sovelletusta mekaanisesta voimasta johtuva lateraalifleksio stimuloi selkärankaa syöttäviä afferentteja kuituja ja tuotti seuraavat tulokset:
Johdonmukaisesti suuri verenpaineen lasku, joka palautui normaaliksi sen jälkeen, kun ärsyke poistettiin
Epäjohdonmukaisesti pieni sydämen sykkeen lasku
Gastrocnemius- ja biceps femoris -lihasten verenkierron lasku ja samanaikainen systeemisen valtimoverenpaineen lasku
Munuaishermon aktiivisuuden alkuvaiheen lasku ja sen jälkeinen palautuminen, molemmat stimulaation aikana
Munuaishermon alkuvaiheen aktiivisuuden väheneminen ja asteittainen paluu perusaktiivisuuteen, jota seurasi aktiivisuuden lisäys (todennäköisesti baroreseptorivälitteisen refleksivasteen aiheuttama)
Tutkimus vuonna 2006 (Bolton, Budgell, & Kimpton, 2006) tutkittiin kaularangan nikamien harmittomien mekaanisten ärsykkeiden vaikutusta lisämunuaisen sympaattisen hermon aktiivisuuteen. Rotilla selvitettiin, aiheuttaako paikallinen kohdunkaulan nikamien välinen siirtymä muutoksen sympaattisen efferentin aktiivisuudessa. Vestibulaarijärjestelmän aktivoitumisen ja siitä johtuvien vestibulosympaattisten refleksivasteiden estämiseksi rottien päät kiinnitettiin paikoilleen. Sympaattisten hermojen reagointikykyä testattiin ensin harmittomilla mekaanisilla ihon ärsykkeillä (kaulan ihon siveleminen) ja haitallisilla ärsykkeillä (etukäpälän nipistäminen). Tulokset osoittivat, että aktiivisuus lisääntyi haitallisiin ärsykkeisiin eikä reagoinut harmittomiin ärsykkeisiin, mikä oli yhdenmukaista muiden tutkimusten tietojen kanssa. Rotille tehtiin C2-nikaman matala-amplitudinen ja -nopeuksinen siirto eri etäisyyksillä normaalin fysiologisen alueen sisällä. Yleisesti ottaen tutkimustulokset viittaavat siihen, että lisämunuaisen sympaattinen hermoaktiivisuus ei muuttunut refleksiivisesti C2-nikaman pienen amplitudin ja pienen nopeuden liikkeillä aikaansaadun harmittoman mekaanisen stimulaation seurauksena. Muutaman rotan kohdalla havaittiin kuitenkin, että C2-nikaman siirtymät yli 20 asteen kiertoliikkeellä (normaalin fysiologisen alueen ulkopuolella) johtivat lisämunuaishermon aktiivisuuden modulaatioon ja verenpaineen muutokseen. Nämä tiedot, jotka ovat tyypillisiä sympaattiselle vasteelle vahingolliseen tapahtumaan, saattavat osoittaa, että C2:n mekaanisen siirtymän seurauksena tapahtui vahingollinen tapahtuma niillä suuremmilla kiertoasteilla, jotka esiintyvät normaalin kiertorajan ulkopuolella.
Muut tutkimukset ovat vahvistaneet sen tosiasian, että vahingolliset ja vaarattomat ärsykkeet vaikuttavat sydän- ja verisuonitauteihin ja muihin autonomisiin vasteisiin. Kurosawa ja kollegat (2006) käyttivät nukutettuja rottia ja tutkivat harmittomien mekaanisten (harjaus) ärsykkeiden vaikutuksia selkäytimen selkäytimen verenkiertoon. Veren virtausnopeus mitattiin, kun etukäpälää, eturaajoja, ylä- ja alaselkää, takaraajoja ja takakäpälää stimuloitiin. Tiedot osoittivat, että ipsilateraalinen verenvirtaus lisääntyi ilman, että verenpaine muuttui, ja että se organisoitui segmenteittäin hermosolujen kiihottumisen perusteella selkäytimessä. Kurosawa ja kollegat ehdottivat, että sympaattiset hermot ja α-adrenoseptorit voivat olla osallisina tässä somato-autonomisessa refleksivasteessa, mutta myös neuronaalisen kiihottumisen aiheuttamat metaboliset vaikutukset (esim. paikallisten vasodilataattoreiden vapautuminen) voivat vaikuttaa siihen. Toda et al. (2008) tutkivat nukutettuja rottia ja haitallisen mekaanisen (nipistävän) ihon ärsykkeen vaikutuksia selkäytimen selkäytimen verenkiertoon. Tässä tutkimuksessa selkäytimen verenkierto (SCBF), joka mitattiin takaraajoihin liittyvällä selkäytimen alueella, lisääntyi, kun kaikkia neljää käpälää stimuloitiin, vaikka verenkierto lisääntyi eniten ipsilateraalisen takakäpälän stimulaatiossa. Keskimääräinen valtimopaine (MAP) nousi myös, kun stimulaatio kohdistettiin tassuihin. SCBF:n lisääntymisen mekanismin ymmärtämiseksi tehtiin kokeita, joissa baroreseptorit denervoitiin, fenoksibentsamiinia (α-adrenoseptoriantagonisti) ja fenyyliefriiniä (α-adrenoseptoriagonisti) annettiin suonensisäisesti ja rotat selkäydettiin. Tietojen perusteella kirjoittajat ehdottavat, että somato-autonomiset (sympaattiset) refleksit ja autoregulaatiovasteet (molemmat mahdollisesti α-adrenoseptorien aktivoinnin kautta) sekä systeeminen valtimopaine tarjoavat mekanismeja, jotka yleisesti säätelevät SCBF:tä. Koska SCBF:n lisääntyminen selkärangattomilla rotilla ja fenoksibentsamiinilla ja fenyyliefriinillä hoidetuilla rotilla tapahtui kuitenkin, kun ipsilateraalista takatassua stimuloitiin, ehdotettiin, että on olemassa myös mekanismi, joka on spesifinen tälle paikalliselle alueelle. Ipsilateraalisesti ja segmentaalisesti organisoitu sensorinen tulo johtaisi hermosolujen aktivoitumiseen, joka aiheuttaisi metabolisia vaikutuksia selkärangan vasomotoriseen sävyyn, joka olisi jo saattanut muuttua vasteena lisääntyneelle systeemiselle valtimopaineelle ja/tai haitalliselle mekaaniselle ihostimulaatiolle. Anatomiset ja kokeelliset todisteet ovat osoittaneet, että kaulan rakenteissa (esim. iho, lihakset, jänteet, nivelsiteet, luukalvo, nikamavälilevyt, zygapofyysiset nivelet) on lukuisia mekanoreseptoreita, jotka toimivat yhdessä vestibulaarisen järjestelmän kanssa ja tuottavat refleksivasteet asentomuutoksiin (Bolton, 1998). Asentosäätöihin liittyviä refleksejä ovat muun muassa cervicocollic-refleksi, tonic neck -refleksi ja cervico-ocular -refleksi. Lisäksi on näyttöä siitä, että niskareseptorien aktivoituminen saa aikaan refleksejä, jotka tuottavat autonomisia vasteita. Kissoilla tehdyt kokeelliset tutkimukset (Bolton ym., 1998) osoittivat, että kaulan kaularangan lihasten afferenttien stimulaatio tuotti cervicosympaattisia ja cervicorespiratorisia refleksivasteet. Tämä kävi ilmi hermojen aktiivisuudessa havaituista muutoksista suurissa splanchnicus- ja abdominaalihermoissa (vatsan seinämän lihaksiston hengitysmotoneuronit) sekä hypoglossaalihermossa. On todettu, että kaulan afferenttien hermosyötteet välittyvät aivorungon vestibulaaristen ytimien kautta sympaattisiin ja hengitysteiden hermosoluihin. Lisäksi aivorungon kaudaalisen välikarsinan läpileikkaukset, jotka on tehty vestibulaaristen ytimien yhteyksien erottamiseksi aivoselkäytimestä, ovat osoittaneet, että kaulasta tulevat afferentit kuidut stimuloivat myös sympaattisia ja hengityshermoja ilman, että ne välittyvät vestibulaaristen ytimien kautta. Sydänytimen keskikohdan kautta tehtyjen leikkausten, jotka mahdollisesti katkaisevat rostraalisesta ventrolateraalisesta (VL) ydinytimestä (osa autonomisen keskushermoston ohjausverkostoa) tulevat laskevat kuidut, on kuitenkin havaittu muuttavan sympaattisten ja hengitysteiden hermosolujen toimintaa. Näistä kokeista saatujen tietojen perusteella näyttäisi siis olevan olemassa monimutkainen mekanismi, joka tuottaa fysiologisesti normaalit cervikosympaattiset ja cervicorespiratoriset refleksit. Tähän monimutkaiseen mekanismiin liittyy kaudaalisia aivorungon ja selkäytimen rakenteita, joiden on oltava ehjiä, jotta nämä refleksit voivat tapahtua. Lisäksi lukuisat nukutetuilla eläimillä tehdyt tutkimukset osoittavat, että viskeraalisissa elimissä nähdään autonomisia refleksireaktioita vastauksena somaattisiin ärsykkeisiin. Joitakin tutkittuja efektorielimiä, joissa on havaittu muutoksia, ovat ruoansulatuskanavan kudokset, sydän, virtsarakko, ääreishermojen verisuonisto, aivojen verisuonisto, lisämunuaisen medulla ja perna (ks. Katon yleiskatsausartikkeli ).
Muut eläinkokeet vahvistavat myös sen, että somaattisten rakenteiden stimuloinnilla on vaikutusta autonomisiin vasteisiin. Eräässä tutkimuksessa havaittiin somaattisten ärsykkeiden vaikutuksia rauhallisen virtsarakon liikkuvuuteen. Tulokset osoittivat, että virtsarakon lihasjänteys lisääntyi vasteena haitallisiin kemiallisiin ärsykkeisiin, jotka kohdistuvat selkärangan väliseen kudokseen, mutta virtsarakon paineessa tapahtui vain vähän muutoksia vasteena harmittomiin somaattisiin ärsykkeisiin (Budgell, Hotta, & Sato, 1998). Toisessa eläinkokeessa tutkittiin interspinous-kudosten haitallisen kemiallisen stimulaation vaikutuksia mahalaukun motiliteettiin. Tulokset osoittivat, että motiliteetti estyi voimakkaasti ja että tästä vaikutuksesta vastaava refleksikaari sijaitsi segmentaalisesti rintakehän keski- ja alaosassa. Vaikka sekä vagus- että sympaattisen vatsan hermosyötön todettiin osallistuvan refleksiin, sympaattinen innervaatio näytti olevan tärkeämpi (Budgell & Suzuki, 2000).
On myös osoitettu, että sydämen toimintaa voidaan muuttaa mekanoreseptoreiden harmittomalla stimulaatiolla selkärangan manipulaation avulla. Näitä refleksejä kutsutaan joskus spinoviskeraalisiksi reflekseiksi. Budgell ja Igarashi (2001) raportoivat yhden tapaustutkimuksen nuoresta miehestä, jolla oli bradykardia ja rytmihäiriö. Kun potilasta seurattiin jatkuvasti elektrokardiografialla, hänelle tehtiin yksi kaularangan (C2) selkärangan manipulaatio, jonka seurauksena rytmihäiriö hävisi sattumalta. Vaikka tulos oli selvästi havaittavissa, mitään selkeää mekanismia ei ole vielä ehdotettu selittämään tapahtumaa. Toisessa tutkimuksessa tutkittiin terveiden nuorten aikuisten selkärangan manipulaation (C1- ja C2-tasot) vaikutuksia sydämen toimintaan. Tämän tutkimuksen tulokset, jossa käytettiin näennäis- ja aitoja manipulaatioita (ei-toksisia ärsykkeitä normaaleilla fysiologisilla liikealueilla), osoittivat merkittäviä muutoksia sydämen sykkeessä ja sykevaihtelussa (HRV), kun suoritettiin vain aitoja manipulaatioita (Budgell & Hirano, 2001).
Yhteenvetona voidaan todeta, että monet kokeet osoittavat, että somaattinen afferentti stimulaatio, erityisesti haitallinen stimulaatio, voi moduloida autonomista ulostuloa, mikä johtaa muutoksiin sydämen sykkeessä, verenpaineessa ja aktiivisuudessa sympaattisissa efferensseissä munuaiseen ja lisämunuaisen medullaan. Tähän sisältyvät tutkimukset, jotka osoittavat, että selkäydinrakenteisiin kohdistuvat erilaiset ärsykkeet voivat käynnistää somatoviskeraalisia refleksikaaria. Tutkimukset osoittavat esimerkiksi, että haitallinen kemiallinen stimulaatio johtaa sympaattisen ulostulon modulaatioon, joka liittyy sydän- ja verenkiertoelimistön ja lisämunuaisen medullaariseen aktiivisuuteen (Budgell, Hotta, & Sato, 1995; Budgell, Sato, & Suzuki, 1997), ja että mekaaninen stimulaatio saa aikaan vaihtelevia reaktioita riippuen käytetyn ärsykkeen sijainnista ja tyypistä (Sato & Swenson, 1984; Bolton, Budgell, & Kimpton, 2006). Selkärankaan vaikuttavat patologiset prosessit voivat myös johtaa refleksimuutoksiin viskeraalisessa toiminnassa (Sato, 1992a). Näiden todisteiden perusteella tämäntyyppisen somatoviskeraalisen refleksin hermokomponentit ovat olemassa. Lisäksi normaalin fysiologisen liikealueen sisällä suoritettu selkärangan manipulaatio voi stimuloida somaattisia afferentteja kuituja synnyttämään somatoviskeraalisia refleksireaktioita.