Neurobiologia 2 RO3 VESTIBULO-OKULAARIREFLEKSI (VOR)

Transkriptio

1 RO3 VESTIBULO-OKULAARIREFLEKSI (VOR)

2 VALMISTAVAT TEHTÄVÄT KOTONA ENNEN INTRO-OPETUSTA TEHTÄVÄ 1: Tämän monisteen liitteenä on kaava, josta voit askarrella kolmiulotteisen mallin ihmisen oikeasta ja vasemmasta kaarikäytävästä. Käytä mallia apuna opiskellessasi. Pyri muodostamaan mielikuva missä asennossa kaarikäytävät kalloluussa sijaitsevat, ja miten ne kääntyvät pään kääntyessä eri asentoihin. Ohje: Leikkaa mallit irti ulommaista, kiinteää viivaa myöten. Taivuta katkoviivan kohdalta niin, että mustat pikkukolmiot tulevat kohdakkain. Teippaa malli kokoon kolmioiden kohdalta. OTA MALLIT MUKAAN SEKÄ INTROON ETTÄ KURSSITYÖHÖN! TEHTÄVÄ 2: Harjoitustyön taustalla olevan teorian ymmärtäminen tekee työstä mielekkään. Introtunnilla työn tausta esitellään, mutta voit tutustua siihen etukäteen oppikirjasta (Purves et al. Neuroscience, versio 2008, ; versio 2012, ). TEORIAA Tasapainoelin Tasapainon säätely tapahtuu useiden aistien välittämän tiedon varassa useiden eritasoisten heijasteiden yhteistoiminnan tuloksena. Tasapainon ylläpitoon osallistuvat sisäkorvan vestibulaarielin, aivorungon vestibulaaritumakkeet, silmät, kehon proprioseptiikka (asentotunto), niskalihakset ja niiden asentotunto, kehon lihakset ja pikkuaivojen tumakkeet. Vestibulaarielin sijaitsee sisäkorvassa. Sen koostuu kolmesta kaarikäytävästä ja utriculuksesta sekä sacculuksesta, jotka sisältävät viskoosia endolymfaa (Kuva 1). Kaarikäytavät sijaitsevat 90 kulmassa toisiinsa nähden. Horisontaaliset (l. lateraaliset) kaarikäytävät sijaitsevat noin 30 kulmassa vaakatasoon nähden. Anteriorinen (l. superiorinen) ja posteriorinen kaarikäytävä ovat vertikaalisesti, mutta pään keskisagittaalilinjaan nähden 45 kulmassa. Oikean anteriorisen kaarikäytävän parina toimii täten vasen posteriorinen kaarikäytävä (Kuva 2). Utriculuksen ja sacculuksen aistinsolut reagoivat pään ylös-alas liikkeelle kun taas kaarikäytävien ampullan solut reagoivat pään kääntymiselle (kulmakiihtyvyys). Aistinsolut sijaitsevat kaarikäytävien ampulla-osissa ja utriculuksen sekä sacculuksen maculaosissa. Aistinsolujen pinnalla on cilioita, joista yksi, kinocilium, on muita suurempi. Cilioiden taipuminen kinociliumiin nähden ratkaisee lisääkö aistinsolu aktiivisuuttaan vai vähentääkö sitä. Jos ciliat taipuvat kohti kinociliumia, aistinsolu depolarisoituu ja lisää afferentin hermosäikeensä aktiviteettia. Kun ciliat taipuvat poispäin kinociliumista, afferentin hermosäikeen aktiviteetti vähenee (Kuva 3). On siis huomattavaa, etta endolymfan liike kumpaan suuntaan tahansa ärsyttää aistinsolua ja välittää tiedon keskushermostoon. Yksittäisen aistinsolun polariteettiakseli määräytyy cilioiden suhteesta kinociliumiin: polariteettiakselin suunta on lyhyemmistä cilioista kohti kinociliumia. Ampullassa aistinsolut ovat järjestäytyneet samansuuntaisesti, joten soluilla on sama polariteettiakseli, joka siten on ao. kaarikäytävän polariteettiakseli (Kuva 5). Huomaa kuitenkin, että kaarikäytävien polariteettiakselit ampullaansa nähden ovat erilaiset: lateraalisissa kaarikäytävissä kohti ampullaa, mutta anteriorisissa ja posteriorisissa poispäin siitä. Käytä kolmiulotteista mallia apunasi: kunkin kaarikäytävän polariteettiakseli on merkitty nuolella ampullaan. Kaarikäytävät aisitivat pyörimisliikeestä johtuvaa kulmakiihtyvyyttä (ei pyörimisnopeutta). 2

3 Kuva 1. Kaarikäytävien rakenne (kuva kirjasta Human Physiology. From Cells to System, ed. Sherwood) Kuva 2. Kaarikäytävien sijainti kallossa (kirjasta Principles of Neural Science, eds. Kandel, Schwartz and Jessell) 3

4 Kuva 3. Karvasolun aktiivisuus karvojen taipumissuunnan mukaan. Kuva 4. Karvasolujen taipuminen painovoiman mukaan. 4

5 Neste liikkuu kohti ampullaa Neste liikkuu poispäin ampullasta Kuva 5. Kulmakiihtyvyys käännettäessä päätä sivulle (vasemmalle) jättää horisontaalisen kaarikäytävän endolymfan jälkeen, jolloin endolymfan liike aistinsoluihin nähden on päinvastainen ja ciliat taipuvat oikealle. Koska ciliat horisontaalisen kaarikäytävän ampullassa suhteessa kinokiliumiin sijaitsevat siten, että polariteettiakseli on kohti ampullaa, vasemmassa kaarikäytävässä ciliat taipuvat kinokiliumin suuntaan ja oikeassa siitä poispäin, eli impulssitaajuus kasvaa vasemman ja vähenee oikean kaarikäytävän aistinsoluissa. Vestibulo-okulaarirefleksi ja sen merkitys Vestibulo-okulaarirefleksin tarkoituksena on pitää katse kohdistettuna pään liikkuessa, jotta silmien kautta tuleva kuva pysyisi mahdollisimman vakaana pään liikkeestä huolimatta. Ilman tämän refleksin toimintaa olisi erittäin vaikea esim. lukea katukilpiä samanaikaisesti kun kävelee. Refleksin voi demonstroida itselleen käyttäen apuna paperia, johon on painettu kohtuukokoista tekstiä. Yritä lukea tekstiä ensin kun kääntelet päätä oikealta vasemmalle pitäen paperia paikallaan ja sen jälkeen kun liikutat paperia samalla nopeudella oikealta vasemmalle pitäen pää paikallaan. Kumpi onnistui paremmin? Refleksikaaren osat Liikkeen aistii vestibulaarielin. Kaarikäytävästä lähtevä hermosäie kulkee N. vestibulariksen (N. VIII) mukana aivorungon vestibulaaritumakkeisiin (4 kpl), joissa on ensimmäinen synapsi. Toinen synapsi on silmälihastumakkeissa (trochlearis, abducens ja oculomotorius). Sieltä lähtee kolmas hermosolu silmälihakseen (Kuvat 6). 5

6 Kuva 6. Refleksiratojen aktivoituminen ja inhiboituminen käännettäessä päätä vasemmalle. 6

7 Inferior oblique Superior rectus Superior rectus and inferior oblique Superior rectus Inferior oblique Oculomotor n. Medial rectus Medial rectus Superior oblique Inferior rectus Inferior rectus Superior oblique Inferior rectus Superior oblique Kuva 7. Silmiä liikuttavat lihakset ja niiden hermotus. Huomaa miten eri katsesuunnissa oikean ja vasemman silmän yhteistyö vaatii eri lihaksia. Endolymfan liike aktivoi silmälihaksia seuraavasti: Kun endolymfa liikkuu kohti kinokiliumia eli polariteettiakselin suuntaisesti a) horisontaalisessa kaarikäytävässä: supistuvat: ipsilateraalinen rectus medialis ja kontralateraalinen rectus lateralis rentoutuvat: ipsilateraalinen rectus lateralis ja kontralateraalinen rectus medialis b) posteriorisessa kaarikäytävässä: supistuvat: ipsilateraalinen oblique superior ja kontralateraalinen rectus inferior rentoutuvat: ipsilateraalinen oblique inferior ja kontralateraalinen rectus superior c) anteriorisessa kaarikäytävässä: supistuvat: ipsilateraalinen rectus superior ja kontralateraalinen oblique inferior rentoutuvat: ipsilateraalinen rectus inferior ja kontralateraalinen oblique superior 7

8 Refleksin toiminta Tarkastellaan horisontaalisia kaarikäytäviä. Niiden polariteettiakseli on sellainen, että endolymfan liikkuessa kaarikäytävässä kohti ampullaa aistinsolut lisäävät afferentin hermosäikeen aktiviteettia (Kuva 5). Kun päätä käännetään esim. vasemmalle, endolymfa jää ikään kuin paikoilleen viskoosin nesteen inertian (jatkavuus, vitkaisuus) takia. Vasemmalla puolella ciliat taipuvat kohti kinociliumia, joten vastaavat hermosäikeet lisäävät aktiviteettiaan. Tällöin vasemman silmän rectus medialis ja oikean silmän rectus lateralis supistuvat ja katse kääntyy oikealle. Oikealla puolella ciliat taipuvat poispäin kinociliumista, jolloin oikealla hermosäie vähentää aktiviteettiaan ja vasemman silmän rectus lateralis ja oikean silmän rectus medialis rentoutuvat (Kuva 7). Refleksin ansiosta siis pään kääntyessä vasemmalle silmät kääntyvät oikealle, jotta katse voisi pysyä kohdistuneena. KERTAUSTEHTÄVÄT (Tehdään kotona ennen kurssityötä) 1.Selitä omin sanoin vestibulo-okulaarirefleksin refleksikaari vasemmasta ja oikeasta horisontaalisesta kaarikäytävästä alkaen tilanteessa, jossa henkilön pää kääntyy vasemmalle. 2. Mihin polariteettiakseli suuntautuu lateraalisissa kaarikäytävissä? Jos karvasolun ciliat taipuvat polariteettiakselin suuntaan, mitä tapahtuu vestibulaarihermon aktiivisuudelle? Mitä tapahtuu samanaikaisesti lateraalisen kaarikäytävän parille toisella puolella päätä? 3. Mihin polariteettiakseli suuntautuu posteriorisessa ja anteriorisessa kaarikäytävässä? Jos endolymfa liikkuu kohti ampullaa, mitä tapahtuu vestibulaarihermon aktiivisuudelle? 4. Pohdi mikä on kullekin kaarikäytäväparille pään liikesuunta, joka saa ne maksimaalisesti ärtymään? 5. Miksi lukeminen on helpompaa, kun liikutat päätäsi paperiin nähden verrattuna siihen, että liikutat paperia vaikka liikenopeus on sama? 8

9 6. Tee itsellesi selväksi (taulukko, luettelo yms.) mitkä lihakset liikuttavat silmää ja mitkä hermot niitä hermottavat. 7. Kuvaa miten endolymfa liikkuu kaarikäytävissä ja silmät liikkuvat päässä silloin kun päätä liikutetaan vasemmalle eteen ja oikealle taakse. TEHTÄVIÄ KORVAN ANATOMIASTA 8. Nimeä ulko- väli- ja sisäkorvan rakenteet 9. Alla on kuva tärykalvosta korvakäytävästä nähtynä. Nimeä viivojen osoittamat kohteet. 9

10 10. Alla kuva tärykalvosta välikorvan suunnasta nähtynä. Nimeä viivojen osoittamat kohteet. Pohdi seuraavia kliinisiä tilanteita, sovella tietojasi ja laadi vastaus perusteluineen: Vastaanotollesi tulee 82-vuotias pappa valittamaan melko äkillisesti huonontunutta kuuloaan vasemmassa korvassa. Tutkit korvaa korvantähystimellä l. otoskoopilla. 11. Kuinka pitkä aikuisen korvakäytävä keskimäärin on? Kuinka syvälle uskallat työntää otoskoopin? 12. Et näe papan tärykalvoa lainkaan. Mistä se voi johtua? 13.Miten otat huomioon rakenteelliset seikat korvaa tähystäessäsi? 14.Mikä on korvakäytävän rauhasten tehtävä? 10

11 15.Miksi korvakäytävän vahatulppa poistetaan mielummin huuhtelemalla (esihoitona pehmennystipat) kuin pumpulitikulla kaivamalla? Päivystät Haminan terveyskeskuksessa. Kello 4.30, juuri uneen päästyäsi, vastaanotolle saapuu vanhempiensa tuomana itkevä 2-vuotias lapsi, jolla on ollut viikon ajan nuhaa ja edellisestä illasta alkaen kuumetta. Tutkit rimpuilevan potilaan ja toteat, että välikorvaontelossa on painetta. 16. Mihin havaintoon tämä perustuu? Toteat, että potilaan tärykalvolla on nähtävissä tiheä verisuonikuvioitus ja tärykalvon liikkuvuus on lähes olematon. Päätät tehdä tärykalvopiston (parasenteesi l. myringotomia), jotta paineen aiheuttama kipu rauhoittuisi ja jotta saisit näytteen bakteeriviljelyä varten. 17. Miten otat huomioon rakenteelliset seikat valitessasi pistopaikan? 18.Kertaa kuuloluut. Miten ne niveltyvät toisiinsa? 19. Annat 2-vuotiaan potilaasi vanhemmille ohjeeksi että pitkittynyt nuha kannattaa hoitaa limakalvojen turvotusta vähentävällä lääkityksellä. Miksi? 20. Kertaa korvatorven (tuba auditiva) anatomia. Mikä on sen tehtävä? Mitä tapahtuu korvan mennessä lukkoon? Mikä on korvatorven merkitys tulehduksen synnyssä? 11

12 HARJOITUSTYÖN SUORITUS Harjoitustyön kokeellisen osan tarkoituksena on demonstroida vestibulo-okulaarirefleksin toiminta sekä tutustua ulkokorvan anatomiaan otoskooppia käyttäen. Liikkeen aistiminen perustuu endolymfan liikkeeseen kaarikäytävissä. Endolymfa liikkuu pään asennon muuttuessa, aiheuttaen mm. kompensatoriset silmien liikkeet. Kokeellisesti endolymfa voidaan saada liikkeelle myös päätä liikuttamatta (ks. kalorinen koe), ja tällöinkin aivot tulkitsevat endolymfan liikkeen pään liikkeistä aiheutuvaksi käynnistäen kompensatoriset refleksit. Harjoitustyö tehdään kolmessa ryhmässä, joista yksi aloittaa liikekokeet ns. Baranyn tuolissa, yksi tekee kalorisen kokeen ja yksi tutkii korvia. Kun koe on tehty, siirrytään seuraavaan. 1. Vestibulo-okulaarirefleksin demonstrointi Baranyn tuolissa Pään liikkeen alkaessa esim. vasemmalle, endolymfa "jää jälkeen" inertiansa takia ja sen kiertosuunta kaarikäytävässä on oikealle. Jos pään liikettä jatketaan tarpeeksi kauan (noin 45 sekuntia) saavuttaa endolymfa saman nopeuden kuin pää ja alkaa vähitellen kiertää samaan suuntaan. Äkisti pään liikkeen pysähtyessä endolymfa jatkaa silti liikettään. Koska silmät eivät voi pyörähtää akselinsa ympäri, ne korjaavat asentoaan nopealla sakkadi -liikkeellä. Näin syntyy terveellä tutkittavalla nystagmus, jonka hidas komponentti kohdistaa katseen ja kertoo nesteen kiertosuunnan ja nopea komponentti palauttaa silmät liikkeen vastaiseen suuntaan. Vaikka nystagmuksessa on nämä kaksi komponenttia, nystagmuksen suunta ilmoitetaan nopean komponentin suuntana. Kokeen suoritus Liike Baranyn tuolissa on aina horisontaalinen ts. rotaatio tapahtuu z-akselin ympäri (katso kuva). 12

13 Jos halutaan tutkia eri kaarikäytäviä, saatetaan kukin kaarikäytäväpari horisontaalitasoon tarkoituksenmukaisesti pään asentoa muuttamalla. Pään taivutussuunnat, jotta kaarikäytäväpari saataisiin horisontaalisesti: Horisontaaliset kaarikäytävät: pää eteen alaspäin 30 astetta. Silmät kompensoivat liikkumalla akselilla oikea-vasen. Oikea anteriorinen ja vasen posteriorinen kaarikäytävä: pää taakse oikealle tai eteen vasemmalle. Silmät kompensoivat liikkumalla akselilla ylös oikealle - alas vasemmalle Vasen anteriorinen ja oikea posteriorinen kaarikäytävä: pää taakse vasemmalle tai eteen oikealle. Silmät kompensoivat liikettä akselilla ylös vasemmalle - alas oikealle Toimenpiteet Koehenkilölle asetetaan päähän pyörityksen ajaksi ns. Frenzelin lasit, jotta silmänliikkeet olisi helpompi havaita eikä koehenkilö pystyisi kohdentamaan katsettaan. Yhtä koehenkilöä pyöritetään vain yhteen suuntaan ja vain kerran. Samaa tutkittavaa voidaan pyörittää uudestaan noin 5-10 min kuluttua. 1. Tutkittavaa pyöritetään Baranyin tuolissa n. 15 kierrosta vauhdilla 1 kierros 1-2 sekunnissa, jonka jälkeen tuoli pysäytetään. 2.Koehenkilö jää istumaan tuoliin ja tutkijat tarkkailevat hänen silmänliikkeitään. Kirjataan pään liikesuunta, sekä hitaan ja nopean komponentin suunnat. 3. Kun silmänliikkeiden suunta on saatu selville, koehenkilö yrittää osoittaa sormella suoraan eteenpäin. Tutkijat havainnoivat sormen liikesuunnan. Huom! Tämän on tapahduttava melko pian pysäytyksen jälkeen (noin 30 sekunnin kuluessa), sillä vaste vaimenee nopeasti. Koehenkilöä huimaa pyörityksen jälkeen. Tutkijat huolehtivat siitä, että koehenkilö ei jää seisomaan itsekseen ja että avustaja seisoo hänen lähellään ja varmistaa, ettei koehenkilö kaadu. Täytä liitteessä 1 oleva tulostaulukko. 2. Kalorinen koe Koehenkilö asettuu makaamaan selälleen tutkimusvuoteelle. Tällöin tärykalvoa lähinnä oleva horisontaalinen kaarikäytävä sijoittuu vertikaalisesti. Korva täytetään hitaasti ad. 10 ml jäävedellä täytetyllä ruiskulla ja seurataan koko ajan silmän liikkeitä. Kirjataan myös koehenkilön subjektiiviset tuntemukset ja koetetaan selvittää tuntemusten ja silmänliikkeiden välistä yhteyttä. Koehenkilöllä ei saa olla korvatulehdusta eikä reikää tai tympanostomiaputkia tärykalvossa. Koehenkilöä voi huimata kokeen jälkeen. Tutkijat huolehtivat siitä, että koehenkilön vointia tarkkaillaan ja että hän ei nouse pystyyn liian nopeasti. Kirjaa tulokset liitteessä 2 olevaan taulukkoon. 13

14 3. Tärykalvon tarkastelu otoskoopilla Tarkista, miltä tärykalvon pitäisi näyttää korvakäytävästä katsottuna. Huomaa, että korvakäytävän mutka haittaa näkyvyyttä, etkä ehkä pysty näkemään kaikkia rakenteita. Heijaste ja umbo näkyvät kaikissa tapauksissa. Mikäli mahdollista, koehenkilöksi kannattaa valita mieshenkilö miehillä korvakäytävä on väljempi, mikä auttaa kokematontakin katsojaa saamaan rakenteet näkyviin. 1. Käännä tutkittavan pää hieman kallelleen, itsestäsi poispäin. Lievä samanaikainen pään eteenkumarrus auttaa parantamaan näkyvyyttä. 2. Pidä otoskooppi oikeassa kädessäsi ja tartu vasemmalla tutkittavan korvalehden yläkulmaan ja vedä varovasti ylöspäin. Oikein suoritettu toimenpide ei tuota tutkittavalle kipua! 3. Työnnä otoskooppi varovasti korvakäytävään. Älä riko korvakäytävän ihoa, joka on hyvin herkkää. Tarkista näkyvyys. Jos et näe tärykalvolle, älä työnnä (junttaa!) otoskooppia yhtään syvemmälle! Tarvitaan taitoa, ei ylimääräistä voimaa. Käännä otoskoopin vartta hieman alaspäin. Tarkista näkyvyys. Jos et vieläkään näe, pyydä opettajaasi apuun. Näkyvyyden ollessa hyvä, voit tunnistaa valoheijasteen, umbon ja malleoluksen varren. Huomioi lisäksi tärykalvon väri, rakenne, mahdolliset reiät ja arvet. Tarkista myös kohta, johon suorittaisit tärykalvopiston. 14

15 LIITE 1 VESTIBULO-OKULAARIREFLEKSIN TUTKIMINEN/TULOKSET PYÖRITYSSUUNTA OIKEALLE VASEMMALLE Endolymfan kiertosuunta *) dx sin Kilioiden taipuminen **) dx sin Afferentin hermon aktiviteetin muutos (+/-) dx sin Supistuvat silmälihakset o.dx o.sin Nystagmus, hitaan komponentin suunta Nystagmus, nopean komponentin suunta Liikkeen alussa Liikkeen lopussa Liikkeen alussa Liikkeen lopussa *)suhteessa ampullaan; kohti? poispäin?, **)suhteessa kinokiliaan, kohti? poispäin?, 15

16 LIITE 2 KALORINEN KOE/TULOKSET TUTKITTAVA KORVA VASTEET VESTIBULAARIELIMESSÄ Endolymfan kiertosuunta *) Cilioiden taipuminen **) Afferentin hermon aktiviteetin muutos (+/-) OIKEA KORVA VASEN KORVA VASTEET SILMÄLIHAKSISSA Supistuvat silmälihakset NYSTAGMUS Nystagmus, hitaan komponentin suunta Nystagmus, nopean komponentin suunta 16

17 LIITE 3 TÄRYKALVON TUTKIMINEN Koehenkilö Mies Nainen Tutkittu korva Oikea Vasen Tärykalvon väri Tärykalvon rakenne Piirros nähdyistä rakenteista ja niiden sijainnista Reiät, arvet, paksuuntumat? Sijainti? (piirrokseen) Koehenkilön arvio havaittujen muutosten syystä (toistuvat korvatulehdukset, tympanostomia yms.) 17

18 18

19 19