Somatoviszerale Reflexe
Die Existenz somatoviszeraler Reflexe zeigt, dass viszerale afferente Fasern nicht die einzigen Initiatoren viszeraler Reaktionen sind; somatische afferente Fasern können auch autonome efferente Fasern reflexartig stimulieren. Dies geschieht normalerweise, wenn Änderungen der Hauttemperatur zu kutanen vasomotorischen und sudomotorischen Reaktionen führen. Obwohl es Hinweise darauf gibt, dass die Stimulation der Rezeptoren somatischer afferenter Fasern Veränderungen der viszeralen Aktivität hervorruft, ist die genaue neuronale Verschaltung für somatoviszerale Reflexe nicht eindeutig geklärt.
Sato und Kollegen (Sato, Sato, & Schmidt, 1984; Sato & Swenson, 1984; Sato, 1992a,b) haben viele Belege für das Vorhandensein von somatoviszeralen Reflexen geliefert. Sie stimulierten bei betäubten Ratten die Rezeptoren somatischer afferenter Fasern aus der Haut, dem Muskel und dem Kniegelenk und maßen die reflexartigen Veränderungen der Herzfrequenz, der Darmmotilität, der Blasenkontraktilität, der Aktivität des Nebennierenmarknervs und der Sekretion des Nebennierenmarks. Reflexantworten auf kutane Stimuli erzeugten die folgenden unterschiedlichen Reaktionen, abhängig von der Art der Stimuli und dem betroffenen Organ:
Noxische und harmlose mechanische Stimuli und thermische Stimuli erzeugten einen Anstieg der Herzfrequenz.
Schmerzhaftes Kneifen der Bauchhaut führte zu einer gehemmten Magenmotilität, obwohl die Motilität manchmal erleichtert wurde, wenn die Hinterpfote gekniffen wurde.
Stimulation des perianalen Bereichs verursachte erhöhtes efferentes Feuern zu und Reflexkontraktionen in einer ruhigen (leicht expandierten) Blase, aber dies verursachte die Hemmung von Blasenkontraktionen in einer expandierten Blase.
Noxisches Zwicken der Haut und noxische thermische Reize führten zu einer Erhöhung der sekretorischen Aktivität und der neuralen Aktivität zum (über den Nervus splanchnicus major) Medulla der Nebenniere, während harmlose Reize den gegenteiligen Effekt hatten.
Muskelafferente Fasern vom Typ III und IV, stimuliert durch intraarterielle Injektionen von Kaliumchlorid (KCl) und Bradykinin (beides analgetische Wirkstoffe), erzeugten die folgenden Effekte auf die Herzfrequenz und die glatte Muskulatur der Blase:
„Die Injektion von KCl beschleunigt regelmäßig die Herzfrequenz. Mit Bradykinin können sowohl Beschleunigungen als auch Verlangsamungen beobachtet werden“ (Sato, 1992a).
Beide Substanzen hatten ähnliche Wirkungen auf die Blase, wie sie durch kutane Stimuli ausgelöst werden (d.h. Erregung der ruhenden Blase und Hemmung der Kontraktionen einer expandierten Blase).
Gelenksrezeptoren sowohl eines normalen als auch eines entzündeten Kniegelenks wurden durch Bewegungen sowohl innerhalb als auch außerhalb des normalen Bewegungsbereichs des Gelenks stimuliert. Die Ergebnisse zeigten, dass die Herzfrequenz und die sekretorische und nervale Aktivität des Nebennierenmarks zunahmen, wenn das normale Kniegelenk über seinen normalen Bereich hinaus bewegt wurde und wenn das entzündete Kniegelenk innerhalb und über seinen normalen Bereich hinaus bewegt wurde, wobei bei letzterem ein größerer Anstieg auftrat. Diese Daten wiesen auf die Variabilität hin, die bei verschiedenen Effektoren als Reaktion auf verschiedene Stimuli der somatischen afferenten Fasern auftreten kann. Diese Experimente zeigten, dass Effektoren sowohl durch sympathische als auch durch parasympathische efferente Fasern vermittelt werden können und dass die Reaktion erregend oder hemmend sein kann. Außerdem können Reflexantworten auf der segmentalen Ebene (Rückenmark) oder auf der supraspinalen Ebene integriert werden, und die Daten zeigten, dass beide Wege genutzt wurden. Zum Beispiel erfolgte die segmentale Integration für den kutaneovesikalen Reflex der ruhenden Blase, den kutaneoadrenalen Reflex und den kutaneogastrischen Reflex, und die supraspinale Integration war für den kutaneokardialen Reflex und den kutaneovesikalen Reflex der expandierten Blase notwendig.
In anderen Experimenten zur Erforschung der somatoviszeralen Reflexe wurden unterschiedliche Kräfte auf den lateralen Aspekt von zwei Regionen der immobilisierten Wirbelsäule von anästhesierten Ratten ausgeübt (Abb. 10-28), um die Auswirkungen auf die Herzfrequenz, den Blutdruck und die Aktivität des Nervus adrenalis zum Nebennierenmark und des Nervus renalis zur Niere zu untersuchen (Sato & Swenson, 1984; Sato, 1992a). Die seitliche Beugung durch die Einwirkung einer mechanischen Kraft stimulierte afferente Fasern, die die Wirbelsäule versorgen, und führte zu den folgenden Ergebnissen:
Ein durchgängig starker Abfall des Blutdrucks, der sich nach Aufhebung des Stimulus wieder normalisierte
Eine uneinheitlich geringe Abnahme der Herzfrequenz
Eine Abnahme des Blutflusses zu den Muskeln Gastrocnemius und Biceps femoris, mit einer gleichzeitigen Abnahme des systemischen arteriellen Blutdrucks
Eine anfängliche Abnahme der Aktivität im Nieren-Nerv und eine anschließende Erholung, Beide während des Stimulationszeitraums
Eine anfängliche Aktivitätsabnahme im Nervus adrenalis mit einer allmählichen Rückkehr zur Basisaktivität, gefolgt von einem zusätzlichen Aktivitätsanstieg (wahrscheinlich verursacht durch eine Barorezeptor-vermittelte Reflexantwort)
Eine Studie aus dem Jahr 2006 (Bolton, Budgell, & Kimpton, 2006) untersuchte die Wirkung harmloser mechanischer Reize an der Halswirbelsäule auf die Aktivität des Sympathikusnervs zur Nebenniere. An Ratten wurde untersucht, ob eine lokalisierte Verschiebung der Halswirbel zu einer Veränderung der sympathischen efferenten Aktivität führt. Um eine Aktivierung des vestibulären Systems und daraus resultierende vestibulosympathische Reflexreaktionen zu verhindern, wurden die Köpfe der Ratten fixiert. Die Reaktionsfähigkeit des Sympathikus wurde zunächst durch harmlose mechanische kutane Reize (Bürsten der Haut des Halses) und noxische Reize (Kneifen der Vorderpfote) getestet. Die Ergebnisse zeigten einen Anstieg der Aktivität auf noxische Reize und keine Reaktion auf harmlose Reize, was mit den Daten anderer Studien übereinstimmte. An den Ratten wurde eine Verschiebung des C2-Wirbels mit niedriger Amplitude und geringer Geschwindigkeit in verschiedenen Bereichen innerhalb des normalen physiologischen Bereichs durchgeführt. Im Allgemeinen deuten die Ergebnisse der Studie darauf hin, dass die sympathische Nervenaktivität zur Nebenniere durch eine harmlose mechanische Stimulation, die durch Bewegungen des C2-Wirbels mit geringer Amplitude und niedriger Geschwindigkeit ausgelöst wurde, nicht reflexartig verändert wurde. Es wurde jedoch bei einigen wenigen Ratten festgestellt, dass C2-Wirbelverschiebungen mit mehr als 20 Grad Rotation (außerhalb des normalen physiologischen Bereichs) zu einer Modulation der Nebennieren-Nervenaktivität und einer Veränderung des Blutdrucks führten. Diese Daten, die typisch für eine sympathische Reaktion auf ein schädigendes Ereignis sind, könnten darauf hinweisen, dass ein schädigendes Ereignis als Folge der mechanischen Verschiebung von C2 bei jenen höheren Rotationsgraden auftrat, die jenseits der normalen Grenzen der Rotation liegen.
Weitere Studien haben die Tatsache bestätigt, dass schädigende und harmlose Reize kardiovaskuläre und andere autonome Reaktionen beeinflussen. Kurosawa und Kollegen (2006) verwendeten anästhesierte Ratten und untersuchten die Auswirkungen harmloser mechanischer (bürstender) Reize auf den Blutfluss zum dorsalen Rückenmark. Die Blutflussrate wurde gemessen, wenn die Vorderpfote, die Vorderextremitäten, der obere und untere Rücken, die Hinterextremitäten und die Hinterpfoten stimuliert wurden. Die Daten zeigten, dass ein ipsilateraler Anstieg des Blutflusses bei unverändertem Blutdruck auftrat und dass er segmental durch neuronale Erregung im Rückenmark organisiert war. Kurosawa und Kollegen schlugen vor, dass sympathische Nerven und α-Adrenozeptoren an dieser somato-autonomischen Reflexantwort beteiligt sein könnten, dass aber auch metabolische Effekte (z. B. Freisetzung lokaler Vasodilatatoren), die durch neuronale Erregung induziert werden, dazu beitragen könnten. Toda et al. (2008) untersuchten anästhesierte Ratten und die Auswirkungen von noxischen mechanischen (kneifenden) kutanen Reizen auf den Blutfluss des dorsalen Rückenmarks. In dieser Studie war der Rückenmarksblutfluss (SCBF), der in der mit der Hintergliedmaße assoziierten Rückenmarksregion gemessen wurde, erhöht, wenn alle vier Pfoten stimuliert wurden, obwohl der Blutfluss bei der ipsilateralen Hinterpfotenstimulation am stärksten anstieg. Der mittlere arterielle Druck (MAP) stieg ebenfalls an, wenn Stimuli an den Pfoten angewendet wurden. Um einen besseren Einblick in den Mechanismus des Anstiegs des SCBF zu erhalten, wurden Experimente durchgeführt, bei denen die Barorezeptoren denerviert wurden, Phenoxybenzamin (α-Adrenozeptor-Antagonist) und Phenylephrin (α-Adrenozeptor-Agonist) intravenös verabreicht wurden und die Ratten spinalisiert wurden. Basierend auf den Daten vermuten die Autoren, dass somato-autonome (sympathische) Reflexe und autoregulatorische Reaktionen (beide möglicherweise durch die Aktivierung von α-Adrenozeptoren) sowie der systemische arterielle Druck Mechanismen darstellen, die den SCBF generell regulieren. Da jedoch ein Anstieg des SCBF bei spinalisierten Ratten und bei Ratten, die mit Phenoxybenzamin und Phenylephrin behandelt wurden, auftrat, wenn die ipsilaterale Hinterpfote stimuliert wurde, wurde vorgeschlagen, dass auch ein Mechanismus existiert, der spezifisch für diese lokale Region ist. Ein ipsilateral und segmental organisierter sensorischer Input würde zu einer neuronalen Aktivierung führen, die metabolische Effekte auf den spinalen vasomotorischen Tonus induziert, der möglicherweise bereits als Reaktion auf einen erhöhten systemischen arteriellen Druck und/oder eine noxische mechanische kutane Stimulation verändert wurde. Anatomische und experimentelle Beweise haben gezeigt, dass zahlreiche Mechanorezeptoren in Strukturen des Halses zu finden sind (z. B. Haut, Muskeln, Sehnen, Bänder, Periost, Bandscheiben, Zygapophysengelenke), die in Verbindung mit dem vestibulären System arbeiten, um Reflexantworten auf Haltungsänderungen zu liefern (Bolton, 1998). Zu den Reflexen, die mit posturalen Anpassungen verbunden sind, gehören der zervikokollische Reflex, der tonische Nackenreflex und der zerviko-okulare Reflex. Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass die Aktivierung von Nackenrezeptoren Reflexe auslöst, die autonome Reaktionen hervorrufen. Experimentelle Studien an Katzen (Bolton et al., 1998) legten nahe, dass die Stimulation von Afferenzen der zervikalen Halsmuskulatur zervikosympathische und zervikorespiratorische Reflexantworten hervorruft. Dies wurde durch die beobachteten Veränderungen der Nervenaktivität im Nervus splanchnicus major und im Nervus abdominalis (respiratorische Motoneuronen zur Bauchwandmuskulatur) sowie im Nervus hypoglossus deutlich. Es wurde festgestellt, dass der Input von Halsafferenzen über die vestibulären Kerne des Hirnstamms zu den sympathischen und respiratorischen Neuronen weitergeleitet wird. Darüber hinaus haben Hirnstammtranssektionen durch die kaudale Medulla, die durchgeführt wurden, um die Verbindungen der vestibulären Kerne vom Rückenmark zu trennen, gezeigt, dass afferente Fasern aus dem Nacken auch sympathische und respiratorische Nerven stimulieren, ohne durch die vestibulären Kerne weitergeleitet zu werden. Es wurde jedoch festgestellt, dass Durchtrennungen durch die Mitte der Medulla, die möglicherweise absteigende Fasern aus der rostralen ventrolateralen (VL) Medulla (Teil des zentralen autonomen Kontrollnetzwerks) unterbrechen, die Aktivität der sympathischen und respiratorischen Neuronen verändern. Basierend auf den Daten aus diesen Experimenten scheint daher ein komplexer Mechanismus zu existieren, um die physiologisch normalen zervikosympathischen und zervikorespiratorischen Reflexe zu erzeugen. An diesem komplexen Mechanismus sind kaudale Hirnstamm- und Rückenmarksstrukturen beteiligt, die intakt sein müssen, damit diese Reflexe stattfinden können. Darüber hinaus deuten zahlreiche Studien an betäubten Tieren darauf hin, dass autonome Reflexantworten in viszeralen Organen als Reaktion auf somatische Reize zu beobachten sind. Einige der untersuchten Effektororgane, die Veränderungen aufwiesen, sind das gastrointestinale Gewebe, das Herz, die Harnblase, das Gefäßsystem der peripheren Nerven, das Gefäßsystem des Großhirns, das Nebennierenmark und die Milz (siehe Übersichtsartikel von Sato ).
Weitere Tierstudien bestätigen ebenfalls, dass die Stimulation somatischer Strukturen einen Einfluss auf autonome Reaktionen hat. In einer Studie wurden die Auswirkungen somatischer Stimuli auf die Motilität der ruhenden Blase beobachtet. Die Ergebnisse zeigten, dass es eine Erhöhung des Blasenmuskeltonus als Reaktion auf schädliche chemische Reize des interspinösen Gewebes gab, aber nur eine geringe Veränderung des Blasendrucks als Reaktion auf harmlose somatische Reize (Budgell, Hotta, & Sato, 1998). Eine andere Tierstudie untersuchte die Auswirkungen einer noxischen chemischen Stimulation des interspinösen Gewebes auf die Magenmotilität. Die Ergebnisse zeigten, dass die Motilität stark gehemmt wurde und dass der für diese Wirkung verantwortliche Reflexbogen segmental in der mittleren bis unteren Thoraxregion lokalisiert war. Obwohl sowohl die vagale als auch die sympathische Nervenversorgung des Magens an dem Reflex beteiligt war, schien die sympathische Innervation wichtiger zu sein (Budgell & Suzuki, 2000).
Es wurde auch gezeigt, dass die Herzfunktion durch die harmlose Stimulation von Mechanorezeptoren durch spinale Manipulation verändert werden kann. Diese Reflexe werden manchmal auch als spinoviszerale Reflexe bezeichnet. Budgell und Igarashi (2001) berichteten über eine Fallstudie eines jungen Mannes mit Bradykardie und einer Arrhythmie. Während der Patient kontinuierlich elektrokardiographisch überwacht wurde, wurde eine zervikale (C2) Wirbelsäulenmanipulation an ihm durchgeführt, die zum zufälligen Verschwinden der Arrhythmie führte. Obwohl das Ergebnis klar ersichtlich war, wurde noch kein eindeutiger Mechanismus vorgeschlagen, um das Ereignis zu erklären. Eine andere Studie untersuchte die Auswirkungen einer Wirbelsäulenmanipulation (C1- und C2-Ebene) bei gesunden jungen Erwachsenen auf die Herzfunktion. Die Ergebnisse dieser Studie, bei der Schein- und echte Manipulationen (nicht-noxische Reize innerhalb normaler physiologischer Bewegungsbereiche) verwendet wurden, zeigten signifikante Veränderungen der Herzfrequenz und der Herzfrequenzvariabilität (HRV), wenn nur die echten Manipulationen durchgeführt wurden (Budgell & Hirano, 2001).
Zusammenfassend zeigen viele Experimente, dass somatische afferente Stimulation, insbesondere noxische Stimulation, den autonomen Output modulieren kann, was zu Veränderungen der Herzfrequenz, des Blutdrucks und der Aktivität der sympathischen Efferenzen zur Niere und zum Nebennierenmark führt. Dazu gehören Studien, die zeigen, dass verschiedene Stimuli, die auf spinale Strukturen einwirken, somatoviszerale Reflexbögen auslösen können. Zum Beispiel zeigen Studien, dass eine schädliche chemische Stimulation zu einer Modulation des Sympathikus-Outputs führt, der mit der kardiovaskulären und medullären Aktivität der Nebenniere verbunden ist (Budgell, Hotta, & Sato, 1995; Budgell, Sato, & Suzuki, 1997) und dass mechanische Stimulation unterschiedliche Reaktionen hervorruft, je nach Ort und Art des angelegten Reizes (Sato & Swenson, 1984; Bolton, Budgell, & Kimpton, 2006). Pathologische Prozesse, die die Wirbelsäule betreffen, können auch zu reflexartigen Veränderungen der viszeralen Aktivität führen (Sato, 1992a). Basierend auf dieser Evidenz existieren die neuralen Komponenten für diese Art von somatoviszeralen Reflexen durchaus. Darüber hinaus kann eine Wirbelsäulenmanipulation, die innerhalb des normalen physiologischen Bewegungsbereichs durchgeführt wird, somatische afferente Fasern stimulieren, um somatoviszerale Reflexantworten zu erzeugen.