Neurofysiologie Inhoudstafel PDF

9 SOMESTHESIE 9.1 INLEIDING Meerdere systemen: tast-, pijn-, temperatuurzin en proprioceptie. De systemen detecteren stimuli op bepaalde locatie, met bepaalde intensiteit en kwaliteit. - Lemniscaal systeem: tastzin - Anterolateraal systeem: perceptie temperatuur...

9 SOMESTHESIE 9.1 INLEIDING Meerdere systemen: tast-, pijn-, temperatuurzin en proprioceptie. De systemen detecteren stimuli op bepaalde locatie, met bepaalde intensiteit en kwaliteit. - Lemniscaal systeem: tastzin - Anterolateraal systeem: perceptie temperatuur en pijn Naast discriminatieve tastzin, onderscheiden we ook affectieve tast. Het 1e orde neuron = primaire sensorische cel = DRG neuron = gemeenschappelijke element binnen systemen. Meerdere zintuigen: exteroceptie, interoceptie, proprioceptie 9.2 TASTZIN 9.2.1 HUIDRECEPTOREN Cutane (low treshold) mechanoreceptoren (LTM) - Gevoelig voor vervorming via Piezo2-mechano-sensitieve ionenkanalen. - Reageren op mechanische stress: uitrekken van membraan en dan staan ionenkanalen open. - Kanalen open als extra-/intracellulair er proteïnen op binden. - Zijn kationkanalen. 9.2.1.1 GESPECIALISEERDE MECHANORECEPTOREN Huid van hand bevat gespecialiseerde mechanoreceptoren verbonden via primaire afferente axonen en verdeeld in 4 groepen, naargelang ze snel of traag adapterend zijn. Snel adapterend: moving stimuli Traag adapterend: cte stimuli Oppervlakkig = type 1 vezels RA1: Lichaampjes van Meissner SA1: Cellen van Merkel à Kleine receptieve velden. à Gevoelig voor lichte à Gevoelig voor druk en aanrakingen, veranderingen. vervorming vd huid. Diep = type 2 vezels RA2: Lichaampjes van Pacini SA2: Lichaampjes van Ruffini à Grote receptieve velden à Gevoelig aan vibratie. à Gevoelig voor tractie op huid, staan zo in voor proprioceptie. 69 Selectiviteit van receptor wordt bepaald door pre-receptorstructuur. Lichaampjes van Meissner: RA1, oppervlakkig Lichaampjes van Paccini: RA2, diep - In pappillaire dermis van onbehaarde huid, - Tot meer dan 1 mm groot. bv vingertoppen. - Ajuinvormige lamellaire kapsel. - Discusvormige gestapelde cellen. Gevoeligheid: Gevoeligheid: - Mechanische stimulatie veranderingen. - Beperkte veranderingen in druk - Hoogfrequente vibraties rond 300Hz. - Laagfrequente vibraties. - Vibratiezin, kan getest worden met - Laterale bewegingen detecteren. stemvork. - Textuur van objecten. - Voorkomen zo het wegslippen van voorwerpen uit onze handen. Schijfjes van Merkel: SA1, oppervlakkig Uiteinden van Ruffini: SA2, diep - In epidermis, gespecialiseerde afgeplatte - Wijd verspreid: in zowel behaarde als epitheelcel, gekoppeld via afferent onbehaarde huid. zenuwuiteinde. - Collageenbundels in diepe dermis. - Typisch langs zweetkanaaltjes. Gevoeligheid: Gevoeligheid: - Huid-stretch detecteren. - Constante stimulatie. - Vertonen kinesthetische responsen. - Detectie vorm, grootte en hardheid. - Proprioceptie: detecteren positie van - Coderen ook grijpkracht. vingers bij grijpen van voorwerp. - Geschikt voor lezen van braille, in - Stereognosis: via tast herkennen van 3D combinatie met RA1 vezels. voorwerpen. Microneurografie: Elektrode plaatsen in n. medianus en met probe stimuleren om te bepalen wanneer afferenten respons gaat geven: type 1 of type 2 afferenten. Spatiale resolutie verschilt per lichaamsdeel, wordt bepaald mbv tweepuntsdiscriminatie en is afhankelijk van: - Densiteit vd receptoren - Grootte van receptieve velden - Corticale representatie - Specifieke neurale mechanismen 9.2.1.2 HAARFOLLIKELRECEPTOREN Vrijze zenuwuiteinden die gevoelig zijn aan deformatie en beweging van het haartje. 70 9.2.2 AFFERENTEN 9.2.2.1 PERIFEER ZENUWSTELSEL Classificatie van perifere zenuwvezels: Anterolateraal systeem 80-120 35-75 5-30 A-vezels: belangrijk voor discriminatie en herkenning C-vezels: niet gemyeliniseerd: trage geleiding. Info komt traag aan thv RM. Belangrijke rol bij affectieve tastzin. à C-tactiele vezels (CT’s) aangetroffen enkel in behaarde huid: reageren op trage, zachte strelingen met snelheid van 3cm/sec. à Ze projecteren naar andere gebieden in RM en hersenen. à Belangrijke autonome, hedonische en emotionele impact. Staan in voor zowel pijn als plezier. Info komt toe in achterhoorn van ruggenmerg, gaat dan door naar dorsale streng. 9.2.2.2 CENTRAAL ZENUWSTELSEL Verschillende spinale segmenten die allemaal bepaald dermatoom innerveren. Klinisch van belang: bij hernia pijnuitstraling in dermatomeer patroon. 9.2.2.3 DERMATOMEN Herpes zoster (zona) = varicella zoster virus actief. Onstaat in 1 dermatoom, bezenuwd door 1 spinale zenuw. 71 9.2.3 LEMNISCALE BAAN - Staat in voor vibratiezin en fijne tast. - Speelt proprioceptieve info door mbt stand van spieren en gewrichten. 9.2.3.1 GELEIDING Dikke Aß-neuronen van 1e orde met celkern in DRG: 1. Geleiden info van mechanoreceptoren naar RM. 2. Stijgen op in dorsale streng; hier is somatotopie. Deze bevat info over tastzin, proprioceptie, vibratie. a. Lumbosacrale vezels mediaal. b. Cervicothoracale vezels lateraal. 3. Synaps in dorsale strengkernen in medulla oblongata. 4. Door laterale inhibite à center-surround-organisatie met inhibitorische randzone in receptief veld. 5. Toename van contrastdetectie thv randen. Laterale inhibitie aanwezig thv dorsale strengkernen, ook thalamus en cortex is er contrastversterking. Vezels van neuronen van 2e orde: 1. Kruisen om verder te lopen door hersenstam in lemniscus medialis. 2. 2e synaps in VPL-kern (nc ventralis posterolateralis) van thalamus. 3. Projectie naar primaire somatosensoriële cortex (S1). Axonen met sensibele info afkomstig van gelaat: 1. Binnen via n. trigeminus: celkern in ganglion van Gasser. (NIET in DRG) 2. Komen via root entry zone binnen in hersenstam. 3. Synaps in nc. trigeminalis. 4. Kruisen middellijn. 5. Lopen dan contralateraal via VPM-kern naar somatosensoriële cortex. Informatie blijft somatotopisch! In RM ligt been mediaal à kruisen à thv thalamus ligt been lateraal, bijna tegen capsula interna. à Lateraal in VPL kern is somatotopie van been. à Thv cortex komt been opnieuw mediaal terecht. 72 9.2.4 SOMATOSENSORIËLE CORTEX - Info over tast, vibratie, pijn en temperatuurzin. - In gyrus postcentralis, posterieur van sulcus centralis. 9.2.4.1 S1 AREAS Elke area omvat volledige map van Homunculus van Penfield. - Area 3A: vooral info van SA, proprioceptieve info. Ligt vlak aan M1 à proprioceptie nodig om motorisch te sturen. - Area 3B (= S1-proper): ontvangt projecties van SA1- en RA1- afferenten à tactiele info, fijne tast. - Area 1: ontvangt info van area 3: vooral RA1-input à gevoelig voor textuur. - Area 2: ontvangt info van area 3: input van 3 andere gebieden o Grotere receptieve velden o Coderen complexere tastinformatie à richting, oriëntatie, beweging. o Neuronen met receptieve velden die meerdere vingers omvatten à vorm en grootte. Posterieure pariëtale cortex (area 5, 7) belangrijk om info te integreren, onderandere info van tast en visueel systeem. Bv: object willen vastgrijpen: proprioceptie + tastzin + visuele info … Bevat ook somatotopie en is belangrijk om aandacht te hebben voor ganse ruimte! Bv: letsel rechtse post par cortex à neglect: stoornis voor linker kant. 9.2.4.2 SOMATOTOPIE = HOMUNCULUS VAN PENFIELD Somatosensorieel: - Unilateraal en contralateraal: kruising thv thalamus. - Proportioneel aan perifere innervatiedensiteit. - Multipel: meerdere mappen. - Omgekeerd mannetje - Plastisch Somatotopie werd bepaald door elektrische stimulatie bij wakkere hersenoperaties en fMRI. S1: been ligt mediaal, gelaat lateraal. Thalamus: been lateraal, gelaat mediaal. Columnaire organisatie in cortex van 0,5mm, loodrecht op oppervlak van cortex georiënteerd. Is kleiner dan somatotopische organisatie, hierdoor liggen afferenten afkomstig van zelfde gebied dicht bij elkaar. Afferenten van merkelcellen SA1 en Meissner lichaampjes RA1 à Thalamus à Kolom SA en kolom RA; kolommen wisselen elkaar af. Organisatie S1: lagen, columnair en somatotopisch. 73 9.2.4.3 RECEPTIEVE VELDEN EN STIMULUSACTIVITEITEN RV gaan groter en groter worden als je verder in systeem zit. Stimulusactiviteiten worden ook complexer. - RV area 3B < 2 < 1 - RV in area 5 zijn bilateraal = posterieure pariëtale cortex. - RV in S2 ook bilateraal: belangrijk omdat we objecten soms met 2 handen identificeren. 9.2.4.4 PLASTICITEIT Organisatie van somatosensoriële cortex vertoont belangrijke plasticiteit. Plasticiteit kunnen we klinisch observeren: - Doorsnijden perifere zenuw of amputatie à Corticale neuronen die instonden voor afferenten van dat deel vd huid, worden prikkelbaar voor naburige huidgebieden. - Bij intensieve training zoals bij violisten, gaat dat deel vd cortex waar veel sensoriële stimulatie is toenemen. Fantoomsensaties: nog sensaties in lichaamsdeel terwijl dat afwezig is = verkeerde interpretatie. - Is gevolg van plasticiteit. - Bv: Hand weg, wel sensaties bij gezicht aanraken: gelaat ligt vlakbij hand id cortex. Er is deafferentatie van cortex vd hand en gelaat gaat vechten voor territorium. - Kan ook pijn optreden: pijn voelen thv lidmaat dat weg is door deafferentatie. 9.2.4.5 S2 Discriminatie (vorm/textuur) en leren via hippocampus. Belangrijk voor objectherkenning. 9.2.4.6 POSTERIEURE PARIETALE CORTEX - Groot receptief veld - Bilaterale receptieve velden - Toenemende stimuluscomplexiteit: tactiel, objectmanipulatie. - Multimodale responsen (somatosensorieel en visueel) Neglect: typisch rechtszijdige parietale letsels à verminderde aandacht voor linker kant. Asterognosie (zeldzaam): sleutel in hand en ogen toe à niet herkennen dat er nog sleutel in hand zit. Samenvatting: 74 9.3 PROPRIOCEPTIE Verloopt via lemniscaal systeem. Zie hfst 10. 9.4 PIJN “Pijn is een onaangename sensorische, emotionele en cognitieve ervaring geassocieerd met reële of mogelijke weefselbeschadiging of die wordt beschreven in termen van weefselbeschadiging.” 9.4.1 NOCIRECEPTOREN Nociceptie ≠ pijnperceptie! Nocireceptoren = vrije zenuwuiteinden die weefselbeschadiging detecteren. Zijn high-treshold mechanoreceptoren. Waar drempel voor tast hoog is à worden nocireceptoren geactiveerd door prikkels van hoge intensiteit. - Mechanische: A∂ à activatie bij intense druk of trauma. - Chemische à activeren door beschadigde cellen die stoffen vrijzetten zoals K, ATP, proteasen, bradykinine, prostaglandines, protonen, histamine (door mastcellen). - Thermische: A∂, C à zoals TRPV1-kanalen die vanaf 43°C openen. - Polymodale: C à TRPV1-kanalen binden capsaïcine en fungeren dan polymodaal. Mastcellen activatie: Figuur 3: inflammatoire respons 1. Weefselschade: K, ATP, proteasen vrij & bradykinine vrij. 2. Activatie nociceptoren (vrije zenuwuiteinde met verschillende soorten receptoren). 3. Info doorgeven aan ruggenmerg, ganglion ligt in spinaal ganglion 4. Orthodroom en antidroom geleiding waarbij substance P wordt vrijgezet. 5. Substance P activeert mastcellen. 6. Histamine vrij. 7. Extravasatie van vocht en vasodilatatie à oedeem + rubor, tumor, dalor, calor (inflammatoire soep). Licht gemyeliniseerde A∂-vezels à eerste scherpe pijn. Niet-gemyeliniseerde C vezels à latere doffe pijn. Nocireceptoren zijn niet aanwezig id hersenen. 9.4.2 PRIMAIRE AFFERENTEN EN CENTRALE BANEN: HET ANTEROLATERALE SYSTEEM 9.4.2.1 NEURONEN VAN 1 E ORDE A∂- en C-afferenten hebben celkern in dorsal root ganglion (DRG): 1. Treden RM binnen via dorsale wortel. 2. Vertakken onmiddellijk en stijgen en dalen over korte afstand in RM. 3. Gebruiken als NT: glutamaat + peptiden zoals substance P, CGRP thv synaps in oppervlakkige laminae I/II van dorsale hoorn. 75 Aß-vezels aftakkingen: maken synaps in diepere laminae III/IV. - Lamina V neuronen = wide dynamid range (WDR) neuronen: o Krijgen nociceptieve input (A∂) + Aß-input o Hebben grote complexe RV - Nocireceptoren van ingewanden à projectie op neuronen in lamina V: verschillende input vermengd. Gerefereerde pijn = activatie van viscerale nocireceptoren in huidgebied vh overeenkomstig dermatoom zoals schouderpijn bij diafragmaprikkeling en armpijn bij hartinfarct. 9.4.2.2 NEURONEN VAN 2 E ORDE 1. Kruisen middellijn en stijgen contralateraal op. 2. Belangrijk deel verloopt via anterolateraal gelegen tractus spinothalamicus (somatotopisch). 3. Projecteert naar sensorische VPL-kern van thalamus. Pijn vanuit aangezicht wordt geleid via tractus trigeminothalamicus en VPM-kern. 4. Naar S1-cortex. Deze laterale pathway staat vooral in voor discriminatie en lokalisatie van pijn. 3. Deel van spinothalamische projecties verloopt via intralaminaire kernen en vormt de mediale pijn pathway. 4. Er zijn hier belangrijke projecties naar hersenstam met multipele polysynaptische verbindingen naar formatio reticularis en andere hersenstamkernen, zoals: a. Periaqueductal gray (PAG) b. Rostrale ventromediale medulla (RVM) c. Parabrachiale nucleus 5. Van hersenstam projecties naar amygdala, insula, anterior cingulate cortex (ACC). Deze paleospinale polysynaptische pathway wordt gelinkt aan affectieve, emotionele, evaluatieve en motorische component van pijn. Cingulotomie wordt soms toegepast bij ernstige pijnsyndromen. 76 9.4.2.3 ANTEROLATERAAL SYSTEEM Geleidt pijn, temperatuurzin en grove tastinformatie. - Rechtstreekse projecties: via thalamus (spinothalamisch met discrete unilaterale RV), meer mediaal. o Interneuronlaag (IL) o VPL à identificatie van pijn. - Onrechtstreekse projecties: via formatio reticularis (spinoreticulair met bilaterale grote RV) à Wakker worden van pijn. - Diffuse projecties naar andere structuren in hersenstam. o Anterior Cingulate Cortex (ACC) = deel van frontale kwab. o Insula à verwerking van pijn. o Amygdala o Somatosensoriële cortex o RVM, PAG, parabrachiale kern. 9.4.3 REGULATIE VAN PIJN 9.4.3.1 SEGMENTALE CONTROLE: GATE CONTROL 9.4.3.1.1 PIJNPOORTTHEORIE Pijnpoorttheorie stelt dat: 1. Bepaalde projectieneuronen van: a. de tractus spinothalamicus b. de WDR-neuronen 2. Worden geactiveerd door dikke sensorische vezels + dunnere pijnvezels. 3. En geïnhibeerd door een interneuron dat zelf wordt geactiveerd door de dikke sensorische vezel en geïnhibeerd door de pijnvezel. 4. Op die manier kan gelijktijdige activatie van mechanoreceptieve axonen pijn verminderen. Bv: wrijven op plaats van pijn: 1. Aß-vezels activeren die licht gevoelig zijn = low treshold. 2. Projecteren naar RM, waar ook C-vezels projecteren die pijn info sturen naar brein. 3. Aß-vezels activeren de inhibitorische neuronen. 4. Pijn-info naar brein wordt geremd. Pijn vermindert. 77 9.4.3.2 DESCENDERENDE CONTROLE Pijn kan worden gemoduleerd door dalende banen. à Werd aangetoond met stimulation-produced analgesia (SPA). Elektrische stimulatie vh PAG bij ratten à sterk analgetisch effect te hebben. Periaqueductal Gray PAG: - Ontvangt input van limbische structuren, zoals de amygdala. - Ook input vd hypothalamus en speelt een rol bij de flight or fight response. - Stimulatie van PAG lokt dus eveneens angst uit, die overweldigend kan zijn. De RVM (rostroventromediale medulla): - Krijgt belangrijke input vanuit het PAG - Projecteert naar de dorsale hoorn vh ruggenmerg, vooral oppervlakkige lamina I/II en diepere lamina V. Dat systeem speelt ook een belangrijke rol bij opioïde analgesie. Parallelle descenderende pijnmodulatie: - Afkomstig van noradrenerge celgroepen in de hersenstam, zoals de locus coeruleus, die ook projecteren op dorsale hoorn. Bepaalde medicatie werkt hier in. 9.4.3.3 OPIOÏDEN Opioïdreceptoren bevinden zich talrijk in het PAG, de RVM en de dorsale hoorn. In de oppervlakkige dorsale hoorn bevinden zich talrijke opioïde interneuronen - Zowel pre- als postsynaptisch hun werking op signaaltransmissie vd nociceptoren. - Med: Naloxone blokkeert de effecten van opioïden en vermindert het placebo-effect. 78 9.4.3.4 UPREGULATIE EN SENSITISATIE Hyperalgesie = overgevoeligheid aan pijn. Alodynie = pijn bij aanbrengen van niet-pijnlijke stimulus. Sensitisatie: perifeer en centraal - Perifeer: lokale inflammatoire soep (bradykinine, prostaglandines, substance P, proteasen, H+, chemokines, leukotriënen, cytokines, neurotrophines) à verhoogt excitabiliteit van nociceptoren. 1. Via antidrome axonreflexen: substance P + CGPR vrij door nocireceptoren. 2. Leidend tot neurogene inflammatie met vasodilatatie, sensitisatie + histamine vrij. - Centrale: overmatige stimulatie van Aß-vezels owv plasticiteit thv dorsale hoorn à toename pijn. o NMDA-activatie: wind-up door NMDA-receptoractivatie (glutamaat receptoren) o Verlies van inhibitie. o Microglia activatie in dorsale hoorn. 9.4.3.5 PIJN SUBTYPES - Nociceptieve pijn = gevolg van effectieve activatie van nociceptoren door weefselschade. - Neuropathische pijn = gevolg van (perifeer) zenuwletsel. Bv. bij failed back surgery syndrome, post- stroke-pijn. Is moeilijk te behandelen. 9.5 TEMPERATUURZIN De afferente banen voor temperatuurzin maken deel uit van het anterolaterale systeem (zoals pijn). - Warmtereceptoren verlopen via C-vezels en verhogen hun activiteit bij toenemende temperatuur. - Koudevezels via Aδ- en C-vezels vooral activeren onder 30°C. à Boven 43°C zijn nociceptoren actief: hittegevoelige ionenkanalen TRPV1/2, info via Aδ- en C-vezels. Thermoreceptoren zijn vooral gevoelig voor temperatuurschommelingen. Hun RV zijn 1 mm groot, gescheiden en niet uniform verdeeld. Vooral koudereceptoren zijn extreem gevoelig aan temperatuursveranderingen. Thermale stimuli activeren kationenkanalen, de zogenaamde TRP-receptoren, die openen bij bepaalde temperatuurdrempels zoals: - Koude ‘munt’-receptor TRPM8 onder 25°C - Warmtereceptor TRPV3 boven 35°C. Capsaïcine activeert TRPV1-kanaal (brandende sensatie pepers). à Nattigheid kan worden waargenomen door de combinatie van koude en mechanisme stimulatie. 9.6 JEUK Jeuk ontstaat door allerlei exogene en endogene substanties, waaronder de vrijzetting van histamine. Geleiding verloopt via specifieke, zeer trage C-vezels. 79 80  10 PROPRIOCEPTIE 10.1 INLEIDING Proprioceptie fungeert als zintuig dat ons bewust en onbewust vertelt waar het lichaam en ledematen zich bevinden in de ruimte. Het omvat positiezin en bewegingszin. Van het hoofd worden deze geregistreerd door het vestibulaire systeem. 10.2 PROPRIOCEPTOREN 10.2.1 SPIERSPOELEN Als intrafusale spiervezels in parallel geschakeld met gewone extrafusale spiervezels. 1. Via Piezo2-ionenkanalen registreren ze kleine lengteverschillen. 2. Receptorpotentiaal neemt toe met snelheid en amplitudo van uitrekking. Type I-afferenten Type II-afferenten Gamma-motorneuronen Ia-afferenten II-afferenten eindigen op hun - Komen toe aan polen vd - Draaien spiraalvormig rond intermediaire gebied. spierspoelen. centrale gebied van - Geven statische informatie - Regelen gevoeligheid van spierspoel. door. spierspoelen. - Geleiden dynamische en statische informatie. Ib-afferenten - Meten contractiekracht en spierspanning. 10.2.2 GOLGI-PEESORGANEN - Zijn collageenbundels gelegen op spier-peesovergang, in serie geschakeld met spiervezels. - Meten spierspanning en contractiekracht via Ib-afferenten. 10.2.3 SA2-MECHANORECEPTOREN - In de huid (Ruffini/SA2) - Registreren stretch en coderen zo positie van vingers. 10.2.4 GEWRICHTSRECEPTOREN - In gewrichtskapsels en ligamenten, vaak verbonden met snel adapterende neuronen. - Gevoelig aan hoek, richting, snelheid van beweging in gewricht. 10.3 HET PROPRIOCEPTIEF NEURON EN HET RUGGENMERG 1. Via Ia-afferent neuron verloopt spierspoelinformatie naar het ruggenmerg. 2. Projecties naar hersenen via de lemniscale baan + verbindingen naar de ventrale hoorn in het RM. 3. In zijn eenvoudigste vorm vinden we proprioceptie terug in het monosynaptische myotatische reflex. 4. Rek op spier zoals de quadriceps in geval van het kniepeesreflex. 5. Ia-spierspoelafferenten activeren het alfa-motorneuron van deze spier. 81 Aantasting van proprioceptieve neuronen à onmogelijk om positie van ledematen te detecteren. 10.4 HET CEREBELLUM Onbewuste proprioceptieve informatie bereikt het spino-cerebellum via dorsale spinocerebellaire verbindingen. 10.5 HET CEREBRUM Bewuste proprioceptieve informatie 1. Projecteert vanuit thalamus vooral naar area 3a van de somatosensoriële cortex. 2. Zo verder naar area 2. De somatosensoriële cortex is via korte U-vezels verbonden met de primaire motorische cortex en fungeert als een sensory area with a motor function. Deze connecties zijn opvallend thv de handknobbel. Inactivatie van de handregio van area 2: à belangrijke coördinatieproblemen in de contralaterale hand wegens afwezige tactiele feedback. In pariëtale kwab convergentie van visuele en proprioceptieve input voor de controle van de motoriek. Daarbij kan visuele input gedeeltelijk compenseren voor proprioceptief functieverlies. 82