AUTONOMISEN HERMOSTON OSAT AUTONOMINEN HERMOSTO by Liisa Peltonen Biolääketieteen laitos/fysiologia Sympaattinen (efferentti, motorinen) Parasympaattinen (efferentti, motorinen) Enteerinen ruoansulatuselimistön sisäinen hermoverkko miniaivot suolessa AUTONOMOS = ITSENÄINEN Glaudius Galenos (n. 130 200 jkr): aivoista onttoja hermoja pitkin virtaavat animaaliset henget loivat sympatian eri kudosten välille toiminnallisesti erillinen hermoston osa rakenteellisesti osia keskushermostosta ja ääreishermostosta ohjaa ja säätelee tahdosta riippumattomien sileiden lihasten, rauhasten, erittävien epiteelien ja sydänlihaksen toimintaa Bilateraalinen! Selkäydinjaokkeet Sympaattinen runko; paravertebraaligangliot Kollateraaliganglio; prevertebraaliganglio Terminaaliganglio Ainoastaan sympaattinen hermotus: - hikirauhaset - lisämunuaisen ydin - karvankohottajalihakset - useimmat valtimot parasympaattinen sympaattinen Preganglionaarinen Postganglionaarinen ANS YLLÄPITÄÄ ELÄMÄÄ hengitys, verenkierto, ruoansulatus, eritys, lämmönsäätely, lisääntyminen homeostasis= sisäinen tasapaino amerikkalainen fysiologi Walter Bradford Cannon ANS = autonomic nervous system sisusvaltimohermosolmu (g. caeliacum) ylempi suolilievehermosolmu (g. mesentericum superius) alempi suolilievehermosolmu (g. mesentericum inferius) 1
Preganglionaarinen neuroni SELKÄYDIN JA SYMPAATTINEN RUNKO Prevertebraaliganglio selkäydin takajuuri takajuuriganglio Paravertebraaliganglio ( chain ganglion ) Sympaattinen runko Postganglionaarisia hermosäikeitä effektoreihin Harmaa yhdyshaara ramus Valkea yhdyshaara ramus Postganglionaarinen neuroni Millaista informaatiota afferentit välittävät? kipu kipusäikeet kulkevat usein sympaattisten säikeitten mukana fysiologiset ärsykkeet useinmiten parasympaattisia säikeita pitkin; n. vagus mekaaniset ärsykkeet (paine, venytys) kemialliset ärsykkeet (hengityskaasujen osapaineet, ph, [glukoosi] fysikaaliset ärsykkeet (lämpötila) Autonomisten hermojen mukana kulkevat afferentit 80-85% vaguksen hermosäikeistä on afferentteja!! AUTONOMISEN HERMOSTON TOIMINTAPERIAATE Ydinjatkeeseen 30 000-40 000 afferenttia Selkäytimeen ~ 15 000 thorakolumbaarista afferenttia neuroeffektoriliitos Selkäytimeen ~ 7 500 sakraalista afferenttia SYÖTTÖÄ SENSORISISTA HERMOISTA -20-80 nm (vert. synapsirako 15-30 nm) -kontakteja varikositeetin ja effektorisolun välillä Slide 8, selitteet CSN = carotid sinus nerve NTS = nervus tractus solitarius CN = cardiac nerves MiSN = minor splanchnic nerves MaSN = major splanchnic nerves LSN = lumbar splanchnic nerves HGN = hypogastric nerve PSN = pelvic splanchnic nerve multiunit single unit 2
VÄLITTÄJÄAINEET JA RESEPTORIT RESEPTORIT ASETYYLIKOLIINI JA KATEKOLIAMIINIT TÄRKEIMMÄT VÄLITTÄJÄAINEET kaikki preganglionaariset neuronit vapauttavat asetyylikoliinia ensimmäinen eristetty hermoston välittäjäaine, 1920 luku Otto Loewi Vagusstoff TOIMINTA kaikki parasympaattiset postganglionaariset neuronit vapauttavat asetyylikoliinia suurin osa sympaattisista postganglionaarisista neuroneista vapauttaa noradrenaliinia ENERGIA MUUT VÄLITTÄJÄAINEET ganglioissa substanssi P ja CGRP (calcitonin gene related peptide) postganglionaarisissa neuroneissa neuropeptidi Y, somatostatiini, VIP (vasoactive intestinal peptide), opiaatit, NO (typpioksidi), ATP enteerisessä hermostossa kymmeniä GANGLIOISSA RESEPTORIT VOIVAT MUUNNELLA POSTGANGLIONAARISEN NEURONIN ÄRTYVYYTTÄ (N 2 -reseptori) (M-reseptori) M-reseptorien aktivoituminen pienentää hyperpolarisoivaa K + -virtaa (M-virta) Postganglioniset hermosolut ilmentävät myös M-reseptoreita, joiden tuottamat PSPt ovat hitaita. Toiminnallinen merkitys: postganglionisen neuronin ärtyvyyttä voidaan muokata ja siten lisätä autonomisen hermoston kykyä kontrolloida elimistön toimintaa. 3
GANGLIOT TIEDONSIIRROSSA ENEMMÄN KUIN VÄLIASEMIA: INFORMAATION JA REFLEKSIRATOJEN MUOKKAUS ILMAN KESKUSHERMOSTOA MAHDOLLISTA Klassinen väite: sympaattisella ja parasympaattisella hermostolla on toisilleen vastakkaiset vaikutukset (universaali antagonismi) Dopamiinin eritys ganglioiden välineuroneista (SIF-solut). (Ganong, 2005) AUTONOMISEN HERMOSTON TOIMINTA Sympaattinen ja parasympaattinen itsenäisesti toimivia toimivat yhdessä, common goal Divergenssi suurta sympaattisessa järjestelmässä: yksi viesti CNS:stä voi vaikuttaa useisiin elinjärjestelmiin samanaikaisesti yksi preganglionaarinen neuroni voi synapsoida 8-9 (jopa 32!) postganglionaarisen neuronin kanssa yksi postganglionaarinen neuroni voi hermottaa useita eri elimiä.antagonismi tutkittu käyttämällä eksogeenisiä välittäjäaineita (huom! kuvassa somaattisen hermoston synapsi) vaikuttamassa myös veren adrenaliini, joka on metabolinen hormoni vastakkainen vaste havaittu usein toisistaan poikkeavissa toiminnallisissa tilanteissa o molemmat osat toimivat kuitenkin usein synergistisesti ( common goal ) o vaste riippuu reseptorista (esim. sepelvaltimossa α 1 ja α 2 välittävät valtimon supistumisen ja β 2 laajentumisen) joissakin tilanteissa vaikutus kohdistuu eri kohde elimeen (esim. pupillarefleksi) Sympaattisen ja parasympaattisen hermoston dominanssi vaihtelee eri tilanteissa Esim. jyrsijä Sisäinen rytmi Mitä tietoa autonomisten hermojen sähköfysiologiset tutkimukset ovat antaneet? suurinta osaa elimistä hermottaa vain jompikumpi vain harvoja hermottaa molemmat iiris, sydämen tahdistaja solut, virtsarakko, paisuvaisen, sylkirauhasten ja suun limakalvon verisuonet, kallonsisäiset verisuonet vastakkaiset reaktiot aktivaatiolle pikemminkin poikkeus kuin sääntö sydämen syke, paisuvaiskudos, insuliinia tuottavat solut haimassa aktivaation vaikutus on yleensä eksitatorinen inhibitorinen vaikutus harvinainen (sileälihaksen relaksaatio, erityksen väheneminen) (Jänig, 2006) 4
SYMPAATTINEN HERMOSTO Walter Cannon in truismi (1915) VÄLITTÄJÄAINEIDEN KOTRANSMISSIO Sympaattisen aksonin varikositeetti Sympaattinen hermosto aktivoituu kaikki tai ei mitään periaatteella Kyllä : SH pystyy massiiviseen aktivaatioon henkiinjääminen ja fight or flight reaktio (slide 26) epätarkoituksenmukaiset reaktiot; paniikkireaktio ja Ei :SH aktivaatio ei vaikuta kaikkiin kohde elimiin samalla tavalla tarkoituksenmukaisempi vaste postganglionaaristen hermosolujen erilaiset elektrofysiologiset ominaisuudet chemical coding ; välittäjäaineiden kolokalisaatio ja kotransmissio Boron 2009, s.364 INTEGROITU VASTE STRESSIIN SPESIFINEN VASTE spesifinen stressori STRESSORI IHMINEN EPÄSPESIFINEN KOKONAISVASTE riippumaton stressorista stressireaktio Valtimon sileälihassolun eksitoivien reseptorien (α 1 ) ja kalsiumia solunsisäisistä varastoista vapauttavien kanavien (IP 3 R, RyR) kolokalisaatio Pucovsky & Bolton, 2006 INTEGROITU VASTE STRESSIIN Sympaattisen hermoston aktivaatio sydämen, verenkiertoelimistön ja hengityksen aktivaatio; fight-or-flight Sympaattisen hermoston vaikutusten vahvistaminen adrenaliinin humoraalinen vaikutus; metaboliset vaikutukset CRH-ACTH-Kortisoli metaboliset vaikutukset ja energiansaannin turvaaminen; ACTH osallistuu oppimisprosesseihin, jotka auttavat selviytymään stressistä; ACTH:n mukana erittyvät β-endorfiinit estävät kivuntunnetta Insuliini-glukagoni veren glukoosin ja rasvahappojen pitoisuuden nousu energiaaineenvaihdunta Reniini-angiotensiini-aldosteroni järjestelmä verenpaineen säätely Vasopressiini (jos stressiin liittyy akuutti plasmatilavuuden lasku) verenpaineen säätely (vasopressiini edesauttaa myös oppimista) PARASYMPAATTINEN HERMOSTO REST AND DIGEST parasympaattisen hermoston toiminta kohdennettua, elinspesifistä ja refleksiivistä vähemmän divergenssiä ja interneuroneita PH dominanssi mahdollistaa elimistön huoltotoimet vanhentuneet nimitykset vegetatiivinen (kasvua edistävä) tai anabolinen hermosto 5
TOIMINTAMEKANISMIT (mekanismi=prosessi, jolla jokin toiminto saadaan aikaan, syntyy ) HYPOTALAMUS Autonomiset refleksit (feedback kontrolli) automaattista toimintaa, luonteeltaan samanlaisena toistuvaa (stereotyyppistä) ja tiedostamatonta Ennakoiva toiminta (feedforward kontrolli) Estää suuret, homeostasiaa järkyttävät muutokset toiminnan aikana vaste oletettuun vaaraan maksimaalinen mekanismia ei tarkoin tunneta Väliaivot, diencephalon HYPOTALAMUS ( head ganglion ) on väliaivojen osa. BAROREFLEKSI SÄÄTELEE VERENPAINETTA LYHYELLÄ AIKAVÄLILLÄ Hypotalamuksen tumakkeet anteriorposterior suunnassa paraventrikulaarinen lateraalinen ja mediaalinen preoptinen suprakiasmaattinen supraoptinen arkuaatti mamillaarilisäke, mamillar body SÄÄTELYKESKUKSET keskushermoston eri tasoilla selkäydin (virtsaamisrefleksi, lapset) ydinjatke (hengityksen ja verenkierron säätelyrefleksit, esim. verenpainetta säätelevä barorefleksi) säätelykeskukset moniosaisia tärkein nucleus tractus solitarius, NTS (erillistumake) keskiaivot (silmän adaptaatio ja akkommodaatio) hypotalamus (homeostaattiset refleksit; nälkä, lämmönsätely, seksuaalitoiminnot ) hypotalamus ja limbinen järjestelmä yhdessä emotionaaliset ja vaistonvaraiset toiminnat TEHTÄVÄ? päätehtävänä integroida autonomisen hermoston vasteet ja hormonaalinen toiminta tarkoituksenmukaiseen, homeostasiaa ylläpitävään käyttäytymiseen (Iversen et al., 2000, kirjassa: Principals of Neural Science, toim. Kandel et al.) 6
MITEN? PSYKOGEENISEN REFLEKSIN (VASOVAGAALINEN SYNKOPEE) MEKANISMI 1. Verenpaineen ja elektrolyyttitasapainon säätely esim. veren väkevyys ja verisuonten läpimitta 2. Lämmönsäätely esim. lämmöntuotto ja lämmönhukka, kylmäkäyttäytyminen 3. Energiametabolian säätely syömisen, ruoansulatuksen ja aineenvaihdunnan nopeuden säätely 4. Lisääntymisen säätely lisääntymiskäyttäytyminen, raskaus ja imetys 5. Puolustusreaktioiden säätely fysikaaliset ja immunologiset vasteet MITEN? Hypotalamus saa sensorista informaatiota käytännöllisesti katsoen koko kehon alueelta Hypotalamus vertaa saamaansa informaatiota biologisiin asetusarvoihin (set point; ohjausarvo) lämpötila, veren väkevyys (osmolaliteetti) ja natriumpitoisuus, verensokeri (glukoosi), hormonipitoisuudet Hypotalamus havaitsee erot saamansa informaation ja asetusarvojen välillä ja aktivoi tarkoituksenmukaiset vasteet homeostaasin ylläpitämiseksi AUTONOMINEN DOMINANSSI nothing else matters Nälkä Pahoinvointi Hengenahdistus Rakon ja suolen venytys AUTONOMISEN HERMOSTON JA AIVOKUOREN VÄLISET YHTEYDET Aivokuoren vaikutus autonomiseen output iin Pelko; flight or fight Paniikkireaktio; spontaani fight or flight Emotionaalinen stressi ja/tai kipu; vasovagaalinen synkopee (pyörtyminen) Hermostuneisuus; ripuli Unen puute; häiriintynyt lämmönsäätely, kardiovaskulaarinen kontrolli ja immunopuolustus (HS 5.10.) eläinkoemalleissa seurauksena jopa kuolema VOIDAANKO AUTONOMISIIN REFLEKSEIHIN VAIKUTTAA? Ns. biopalaute (biofeedback) tiedostamattomaan asiaan voidaan vaikuttaa tekemällä siitä tietoinen (mind body therapy)? käyttö esim. inkontinenssi, päänsärky, astma http://nccam.nih.gov/ Verenpaineen hoito, Käypä hoito suositus 2009 : Erilaisten rentoutus ja biopalauteohjelmien ja akupunktuurihoidon pitkäaikaisvaikutuksista verenpaineen alentajina ei ole selvää näyttöä 7
AUTONOMISEN HERMOSTON TOIMINTAHÄIRIÖT Syöpätaudit, leikkausten jälkitilat, traumaan liittyvät tilat (selkäydinvauriot) PSYKOSOMAATTISET OIREET (Psykiatria, Achte, Alanen ja Tienari, 1994, WSOY) Hengitys Ruoansulatus Astma Vatsa ja pohjukaissuolihaavat Hyperventilaatio Ärtynyt suoli syndrooma Yskä Ilmavaivat Vasomotorinen nuha Ripuli Hengenahdistus Nielemisvaikeudet Lentsu Ruokahaluttomuus Afoniat Haavainen koliitti Kurkunpään toimintahäiriöt Sappidyskinesiat Verenkierto Eritys Rytmihäiriöt Tihentynyt virtsaamistarve Migreeni ja muut prim. Prostatiitti päänsäryt Virtsaamiskivut Sepelvaltimotauti Kohonnut verenpaine Dystonia Vasomotoriset häiriöt DIABETES VAIKUTTAA NORMAALIIN SYKEVAIHTELUUN NORMAALI: syke kiihtyy sisäänhengitettäessä ja hidastuu uloshengitettäessä (respiratorinen sinusarytmia) Sykevaihtelu suurta; pienenee iän myötä SYVÄHENGITYSKOE DIABETES: sykevaihtelu on miltei kokonaan hävinnyt luotettava vagaalisen säätelyhäiriön mitta PSYKOSOMAATTISET OIREET Aineenvaihdunta Liikalihavuus Anoreksia Diabetes Spontaani hypoglykemia Hypertyreoosi Lisääntyminen Impotenssi Ennenaikainen siemensyöksy Frigiditeetti Yhdyntäkivut Kuukautiskivut Iho Kutina Nokkosrokko Krooniset ihottumat Liikahikoilu Ihon kuivuminen Kaljuuntuminen Neurodermatiitti Allergiset reaktiot Maitorupi Muut Päänsärky Myalgia Huimaus Unettomuus Pyörtyminen Alaselän kivut Torticollis PSYKOSOMAATTISET OIREET Psykosomaattiset oireet määritellään ihmisen tunneelämän ja fyysisten oireiden väliseksi yhteydeksi Ajankohtaisiin vaikeuksiin ja kriiseihin liittyvät ahdistusreaktiot näyttävät nimenomaan olevan sellaisia, joilla on taipumus saada ilmaisunsa psykosomaattisena oireena Psykosomaattiset oireyhtymät liittyvät lähinnä autonomisen hermoston hermottamiin elimiin Fysikaalinen uhka OIREIDEN SYNTYMEKANISMISTA Patogeeneihin liittyvät molekylaariset mekanismit Muut vaarasignaalit Pelkomotivaatio Sairausmotivaatio NORMAALIA ELIMISTÖN TOIMINTAA ON: 1. Pelontunne, pelkokäyttäytyminen ja niihin liittyvat fysiologiset muutokset uhkaavissa tilanteissa 2. Huonovointisuus, sairaudentunne ja aineenvaihdunnalliset muutokset tietyn taudinaiheuttajan tai vaarasignaalin laukaisemissa prosesseissa Pelontunne Pelkokäyttäytyminen Fysiologiset muutokset Huonovointisuus Sairaudentunne Metaboliset muutokset 8
Patogeenit Elimistön vaarasignaalit Periferaalinen säätelyjärjestelmä Solujen väliset viestiaineet (esim. sytokiinit) Aivojen säätelyjärjestelmä + Estojärjestelmä anti-inflammatoriset sytokiinit vasopressiini kortisoli Epäspesifiset sairauden oireet anoreksia, anhedonia, kakeksia, mielialahäiriöt, kognitiiviset häiriöt, kipu, uupumus Dantzer R 2005. Psychoneuroendocrinology, 30:947-952 MITEN PATOLOGINEN SAIRAUDENTUNNE SYNTYY? Elimistön periferaalinen uhkantunnistus(immuuni)järjestelmä tunnistaa elimistön uhat ja koordinoi vasteen Aivojen säätöjärjestelmä organisoi vasteen eri komponentit (subjektiiviset, käyttäytymiseen liittyvät ja metaboliset komponentit) Tehokas estojärjestelmä lopettaa vasteen, kun uhka on poistunut. Esto toimii molemmilla tasoilla. Jos aivojen säätöjärjestelmä herkistyy liikaa (useita syitä) 1) vaste ei kytkeydy pois päältä 2) vaste aktivoituu myös mm. psykogeenisistä syistä psykosomaattiset oireet 9