Ugrás a tartalomhoz

Az orvosi élettan tankönyve

Attila, Fonyó (2011)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

38. fejezet - Az idegrendszer szomatomotoros működése

38. fejezet - Az idegrendszer szomatomotoros működése

A központi idegrendszer működésének jelentős része a mozgatórendszer (szomatomotórium) irányítása: a központi idegrendszert elhagyó effektorneuronok túlnyomó hányada a vázizomzatot idegzi be. A szomatomotoros funkciók magukba foglalják az elemi reflexeket, a testtartást, a helyváltoztatást, egyes létfenntartási működéseket (légzés, táplálkozás), a szexuális aktus szomatomotoros összetevőit és az emóciók szomatomotoros komponenseit, de a legmagasabb rendű intellektuális funkciók részét képező beszédnek és írásnak is vannak szomatomotoros összetevői.

A szomatomotoros rendszer szervezésében kimutatható a hierarchikus elv.Amint arra a fejezet további részeiben részletesen kitérünk, minden mozgás a gerincvelő vagy az agytörzs α-motoneuronjainak közvetítésével jön létre. (Az agyidegeknek az agytörzsben elhelyezkedő motoros magjai ebből a szempontból analógok a gerincvelői motoros magokkal.) A gerincvelő és az agytörzs α-motoneuronjai a neuraxis magasabb szintjeinek kontrollja alatt állnak (38-1. ábra).Az alsóbb szintek önállósága korlátozott , pl. a gerincvelő önállóan is képes reflexmozgások szervezésére, azonban ezeket a reflexeket a felsőbb szintek befolyásolni képesek. Afelsőbb szintek az alsóbb szintek bevonásával működnek: az akaratlagos mozgások során az agykéreg közvetlenül vagy közvetve működteti az α-motoneuronokat. Az α-motoneuronok alkotják a C. S. Sherrington megfogalmazása szerinti végső közös pályát (final common pathway).

A hierarchikus szervezéshez két további szint, a kisagyés a bazális ganglionok rendszere csatlakozik. Ezek párhuzamosan kapcsolódnak a hierarchikus rendszerhez.

Az egész központi idegrendszeri mozgatórendszer a szomatotópia(szomatotopikus szerveződés) alapján épül fel. Ez annyit jelent, hogy a motoros működésekben szereplő neuronok minden szinten az izmok anatómiai elhelyezkedésének megfelelően rendeződnek; a szomszédos izmokat, ill. izomcsoportokat beidegző neuronok a központi idegrendszeren belül egymás közelségében találhatók. A szomatotópiás elrendezésre a fejezet további részei tartalmaznak példákat.

38-1. ábra . A mozgatórendszer hierarchikus és párhuzamos szervezése . E. R. Kandel, J. H. Schwartz és T. M. Jessel (1991): Principles of Neural Science. 3. kiadás, Prentice-Hall International Inc. London alapján

Az α-motoneuronok és a motoros egység

Minden mozgásban a végső efferensek a spinalis és agytörzsi α-motoneuronok, épségük minden fajta szomatomotoros tevékenység feltétele. Az α-motoneuronok sérülése az érintett motoros egység funkciójának végleges megszűnésével jár.

Fontos tudnunk, hogy egy adott izmot ellátó α-motoneuronok nem képeznek kompakt sejtcsoportot; e helyett a gerincvelő mellső szarvában egytől négy szegmentumnyi kiterjedésben foglalnak helyet („motoros mag”), és keverednek a γ-motoneuronokkal. (Az angol nyelvű szakirodalomban gyakran használják a motoros mag helyett a lefordíthatatlan motor neuron pool kifejezést, ami jobban kifejezi, hogy nem kompakt neuroncsoportról, magról van szó.)

A motoros egység

Egy α-motoneuron és az általa beidegzett valamennyi izomrost képezi a motoros egységet (l. a 7. fejezetet): az egység valamennyi izomrostja szinkronizáltan húzódik össze. A motoros egységhez tartozó izomrostok számát a beidegzési arány jellemzi, ami a különböző izmokban jelentősen eltér: a külső szemizmokban mindössze 10 izomrost tartozik a motoros egységhez, a tenyérizmokban kb. 100, a lábszárizmokban pedig kb. 2000. A kevés izomrostból álló motoros egységek α-motoneuronja kisebb, a nagyobbaké pedig nagyobb méretű. A beidegzési arány azonban egy izmon belül is különbözik, egy-egy izmot kisebb és nagyobb motoros egységek építenek fel. Az alacsony beidegzési arány finomabb szabályozást tesz lehetővé. A fokozatosan erősödő izom-összehúzódást az egyre nagyobb motoros egységek egymás utáni bekapcsolása teszi lehetővé.

Az izmokban három, különböző típusú izomrost található: gyorsan összehúzódó, rövid kitartású (fáradékony), gyorsan összehúzódó, közepes kitartású (nehezebben fáradó), végül lassan összehúzódó, kitartó (nem fáradó) rostok. Minden egyes motoros egységet csak azonos típusú izomrostok alkotnak.

A különböző reflex- és akaratlagos mozgásokban az afferens inger növelésével vagy a mozgatási szándék erősödésével az izom-összehúzódás is egyre erősebb lesz („gradált válasz”). (Sem a legerősebb afferens inger, sem a legnagyobb teljesítés elérésének igénye nem aktiválja a teljes izmot, csak annak egy frakcióját: ez Sherrington „frakcionálási elve”.) Az összehúzódás erősítésének egyik módja a reflexben részt vevő motoros egységek számának emelése, a reflexbe való besorozása” (angolul recruitment). A besorozás mindig meghatározott rendben, legelőször a legkisebb motoros egységek, majd a nagyobbak, végül a legnagyobbak beléptetésével történik: ez a „méret szerinti belépés” („méret elv”, angolul size principle).

A méret elv a különböző méretű gerincvelői α-motoneuronok eltérő elektromos tulajdonságaira vezethető vissza. Az α-motoneuronok ingerlékenysége fordított arányban áll méretükkel, egy adott szintű synapticus aktiválás kisebb motoneuronokban nagyobb EPSP-t vált ki, mint nagy motoneuronokban, így ingerküszöbük alacsonyabb, mint a nagyobb méretűeké.

A nagy motoros egységek általában gyorsan összehúzódó, rövid kitartású izomrostokból állnak, és csak akkor aktiválódnak, ha a szervezetnek rövid időre nagy erőt kell mozgósítania (pl. ugrás, rövid távú futás).

Az izom-összehúzódás erejének fokozására másik lehetőség az α-motoneuronok leadási frekvenciájának fokozása. Akaratlagos izom-összehúzódások alatt az akciós potenciálok frekvenciája 8-25 Hz között van. Az egyszerű izom-összehúzódások alkalmával az egyes motoros egységek egymást váltják (alternáló aktiválódás). Teljes tetanuszhoz vezető nagy frekvenciájú impulzussorozat csak a nagyon gyors és erőteljes összehúzódások legkezdetibb fázisában jön létre. A reflexes és az akaratlagos izom-összehúzódások során mindkét mechanizmus, a méret szerinti aktiválódás és az α-motoneuronok kisülési frekvenciájának fokozódása egyaránt előfordul.

A szomatomotoros működés proprioceptiv ellenőrzése

A mozgatórendszer hibátlan működésének egyik követelménye, hogy a szervező idegrendszeri struktúra folyamatosan tájékoztatást kapjon a mozgást végrehajtó izmok állapotáról. Az információnak tartalmaznia kell az izom passzív feszítettségének (nyújtottságának) mértékét, ezen belül két fontos részletet: a nyújtás éppen most következik-e be (fázisos változás), vagy a megnyújtott állapot már állandósult (statikus állapot). További szükséges információ az aktív kontrakció mértékének jelzése. Mindezt az izmokban és a hozzájuk tartozó ínakban lévő receptorok, az izomorsók és a Golgi-féle ínorsók érzékelik. Az izom által mozgatott ízületek helyzetét az ízületi receptorok érzékelik. A szenzoros receptorokból jut el az információ valamennyi szegmentális és magasabb koordinációs szintre, a gerincvelőbe, az agytörzsbe, az agykéregbe és a kisagyba.

Az izomorsók szerkezete és működése

Az izomrostok között, velük párhuzamosan helyezkednek el azok az orsó alakú (fusiformis) képletek, az izomorsók, amelyek az izomra ható feszítésről, azaz az izom két végpontjának egymástól való távolságáról tájékoztatják az idegrendszert (38-2. ábra). Az izomorsó tokkal körülvett, 4-10 mm hosszúságú, sok elemből álló szerkezet, amelyet kötőszöveti tok vesz körül: a benne lévő kétféle afferens idegvégződés teszi lehetővé a feszítettség dinamikus és statikus összetevőinek már a receptoron belül megkezdődő analízisét.

Az izomorsók belsejében intrafusalis (izom)rostok (kontraktilis, efferens beidegzést kapó elemek) vannak. (A tényleges izomkontrakciót létrehozó, az izomorsón kívüli izomrostokat extrafusalis rostoknak nevezzük.) Minden egyes izomorsó belsejében háromféle különböző intrafusalis rost található: egy dinamikus magzsákrost, egy statikus magzsákrostés néhány (átlagosan 5) magláncrost (38-3. ábra). Mindhárom típusú intrafusalis rost középső részén egyetlen Ia afferens axon elágazódásai végződnek (ún. primer végződések). A statikus magzsákrost és a magláncrostok körül viszont egyetlen II.típusú afferens axon végződései képezik az ún. szekunder végződéseket (tehát ezek kihagyják a dinamikus magzsákrostokat). Az axonok elágazásai spirálisan veszik körül az intrafusalis rostok középső szakaszát: ha ez a szakasz az izom feszítése követketében megnyúlik, az idegvégződések deformálódnak, mechanoszenzitív ioncsatornáik megnyílnak, és a végződéseken receptorpotenciál alakul ki.

38-2. ábra . Az izomorsók és a Golgi-féle ínorsók elhelyezkedésének összehasonlítása . E. R. Kandel, J. H. Schwartz és T. M. Jessel (1991): Principles of Neural Science. 3. kiadás, Prentice-Hall International Inc. London alapján

38-3. ábra . Az izomorsó vázlatos szerkezete . A: Az intrafusalis izomrostok kontraktilis és nem kontraktilis szakaszai és beidegzésük. M. Hullinger (1984): The mammalian muscle spindle and its central control. Rev. Physiol. Biochem. Pharmacol. 101, 1–110. Alapján. B: A statikus és dinamikus magzsákrostok, magláncrostok és beidegzésük. I. A. Boyd (1980): The isolated mammalian muscle spindle. Trends Neurosci. 3. 258–265. Alapján. Az efferens axonok feketék, az afferens axonokat és végződéseiket piros szín jelzi.

A dinamikus és a statikus fázisok megkülönböztetése

A dinamikus magzsákrostok középső szakasza inkább elasztikus, a két szélső szakasz viszont inkább viszkózus mechanikai tulajdonságú (38-4. ábra). Gyors nyújtásra a változás dinamikus fázisában a középső szakasz azonnal megnyúlik, a rajta lévő végződések azonnal akciós potenciál sorozattal reagálnak. Minél gyorsabb a nyújtás, annál nagyobb lesz az akciós potenciál frekvencia („sebességérzékeny receptorok”). A statikus fázisban a viszkózus szélső részek „utánaengednek” a nyújtásnak, a középső elasztikus szakasz „visszakúszik” eredeti hosszára, így az afferens végződésekben csökken az akciós potenciál frekvencia. A statikus magzsák- és magláncrostok egyenletes mechanikai tulajdonságúak, a rajtuk lévő végződések a nyújtásra egyenletes akciós potenciál frekvencia fokozódással reagálnak. Ebből adódik, hogy az Ia afferenseken a nyújtás dinamikus fázisában fokozódik az akciós potenciál frekvencia, majd a statikus fázisban valamelyest csökken (a statikus magzsák- és magláncrostok miatt nem csökken egészen a kiindulási szintre), míg a II. típusú afferensekben a nyújtás statikus fázisában nagyjából állandó az akciós potenciál frekvencia.

A nyújtás megszűntének dinamikus fázisa alatt a primer végződésekben megszűnik az akciós potenciál generálás, majd a statikus fázisban helyreáll a nyugalmi akciós potenciál frekvencia (bifázisos válasz), a szekunder végződésekben pedig egyszerűen a nyugalmi szintre csökken a leadás.

38-4. ábra . A dinamikus magzsákreceptor mechanikai tulajdonságai . E. R. Kandel, J. H. Schwartz és T. M. Jessel (1991): Principles of Neural Science. 3. kiadás, Prentice-Hall International Inc. London alapján. A: A γ-efferens és az Ia afferens végződések elhelyezkedése a dinamikus magzsákroston. B: Az intrafusalis rost mechanikai analóg modellje. C: Az intrafusalis rost két szakaszának válasza a nyújtásra.

Az intrafusalis rostok efferens beidegzése (gamma-efferensek)

Az izomorsók az extrafusalis izomrostokkal párhuzamosan helyezkednek el. Amikor ezen utóbbiak aktívan összehúzódnak, a köztük lévő izomorsók feszítettsége csökken (38-5 ábra). Ha nem lenne semmilyen kisegítő mechanizmus, az izomorsók az izom összehúzódása alatt nem érzékelnék az izom feszítettségét, pedig erre az információra a motorikát koordináló idegrendszeri struktúráknak szükségük van. Az izomorsók azonban izom-összehúzódás alatt is megbízhatóan tájékoztatnak, mert egy efferens neuromuscularis mechanizmusfenntartja érzékenységüket. Az intrafusalis izomrostok kontraktilis elemei ugyanis mind a három rost (a dinamikus, a statikus magzsákrostok és a magláncrostok) két szélső szakaszát foglalják el, a középső centrális zóna – ahol az afferens axonok végződnek – pedig mentes a kontraktilis elemektől. A szélső zónák összehúzódásuk alkalmával megfeszítik a középsőt, és ezzel lehetővé teszik, hogy az izomorsók érzékenysége az izom aktív kontrakciója alatt is megmaradjon. Az intrafusalis izomrostokat vékony velőhüvelyes Aγ efferens axonok (röviden γ-rostok, más néven γ-efferensek) idegzik be. A γ-efferensek az intrafusalis izomrostok kontraktilis (szélső) szakaszain végződnek, az intrafusalis rostok összehúzódását hozzák létre, ezzel folyamatosan „utánaállítják” az izomorsók nyújtással szembeni érzékenységét (jellegzetes szervomechanizmus). A γ-efferens rendszert – szemben az Aα skeletomotor rendszerrel – fusimotorrendszerként is említik. A fusimotor rendszer aktiválására és szerepére a fejezet további részeiben térünk vissza.

38-5. ábra . Az izomorsók feszítettsége az extrafusalis rostok aktív összehúzódásakor . E. R. Kandel, J. H. Schwartz és T. M. Jessel (1991): Principles of Neural Science. 3. kiadás, Prentice-Hall International Inc. London alapján. A: Az izom extra- és intrafusalis rostjainak passzív nyújtására az izomorsók afferens axonjairól elvezetett akciós potenciálok frekvenciája nő.

38-5. ábra . Az izomorsók feszítettsége az extrafusalis rostok aktív összehúzódásakor . E. R. Kandel, J. H. Schwartz és T. M. Jessel (1991): Principles of Neural Science. 3. kiadás, Prentice-Hall International Inc. London alapján. B: Az izom aktív összehúzódásakor a párhuzamosan kapcsolódó intrafusalis rostokra nehezedő terhelés együtt csökken az elvezetett akciós potenciál frekvenciájával.AP: akciós potenciál

Ha kísérletes körülmények között elektromosan szelektív módon ingerlik a γ-efferens rostokat, az izomorsóból elvezető Ia afferens axonokon azonos nyújtás mellett is fokozódik az akciós potenciálok frekvenciája. Ha szelektíven csak az izom extrafusalis rostjaihoz menő Aα-rostokat ingerlik, és az izom összehúzódik, az Ia afferensekben az akciós potenciál frekvencia csökken, vagy meg is szűnik. Ha viszont az Aα- és γ-rostokat szimultán ingerelik, az Ia rostokban nem csökken az akciós potenciálok frekvenciája.

Az akaratlagos izomműködés során egyszerre aktiválódnak a motoros aktusért felelős Aα- és az izomorsó-érzékenységet biztosító Aγ-neuronok, ezzel az aktív izom-összehúzódás alatt is biztosítják az izomorsók érzékenységét. (Egyes Aα-axonok kollaterálisokat küldenek az intrafusalis izomrostokhoz: ezek a skeletofusimotor rostok.)

Az izomzatot beidegző axonok típusait a 38-1. táblázat foglalja össze. Következetlenségnek tűnik, hogy az afferens axonokat a Lloyd–Hunt-, az efferenseket pedig az Erlanger–Gasser-osztályozás szerint említjük, de az élettani szakkönyvekben ez így honosodott meg.

10.7. táblázat - 38-1. táblázat . Az izomzatot beidegző axonok és funkcióik

Az axon típusa

A beidegzett struktúra

Funkció

Afferens rostok

(Lloyd–Hunt-szerinti osztályozás)

Ia

Intrafusalis izomrostok (valamennyi)

Fázisos és statikus nyújtás

Ib

Ínorsók

Az ín nyújtása;

aktív izom-összehúzódás

II

Intrafusalis izomrostok (statikus magzsák- és magláncrostok)

Statikus nyújtás

Efferens rostok

(Erlanger–Gasser-szerinti osztályozás)

Intrafusalis izomrostok

Az érzékenység szervokontrollja

Extrafusalis izomrostok

Izom-összehúzódás


Az ínorsók

Az izmok aktív összehúzódásáról a Golgi-féle ínorsók szolgáltatnak információt a központoknak (38-6. ábra). Ezek a receptorok közel az izom és az ín határához az ín kollagénrostjai között helyezkednek el. A kb. 1 mm hosszúságú, tokkal körülvett képletek – szemben az izomorsókkal – sorosan kapcsolódnak az extrafusalis izomrostokhoz. Az Ib afferens axonok az ínorsóba belépve elvesztik velőhüvelyüket, és az ínorsón belüli kollagénrostok köré tekerednek. Az extrafusalis izomrostok megrövidülése meghúzza az ínorsón belüli spirális lefutású kollagénrostokat, a köztük lévő axonok deformálódnak, és azokban akciós potenciál sorozat generálódik.

38-6. ábra. A Golgi-féle ínorsók szerkezete . R. F. Schmidt: Motor systems. In: R. F. Schmidt és G. Thews (1983): Human Physiology. Springer, Berlin alapján módosítva

A szomatomotoros működés spinalis szerveződése: a reflexműködés alapjai

Minden idegrendszeri funkció – legyen az egyszerű vagy bármennyire komplex – az egyes neuronok synapticus összekapcsolódására vagy neuronok hálózatára vezethető vissza. A gerincvelői neuronok szerepét a motoros reflexekben a 19. század végén Charles S. Sherrington laboratóriumában kezdték vizsgálni. A felsőbb idegrendszeri szintek hatásának kiküszöbölésére a gerincvelőt átmetszették, a sebészi beavatkozás következtében jött létre az ún. spinalis készítmény. A neuronok működését az izometriásan regisztrált izom-összehúzódás kvantitatív mérésével követték: az izom-összehúzódás az akkor még közvetlenül hozzáférhetetlen motoneuron aktivitásának (vagy gátlásának) indikátora volt. Sherrington az idegélettan alapfogalmait a gerincvelői és agytörzsi reflexek kvantitatív vizsgálatával alkotta meg. Egyes általa bevezetett fogalmak, mint pl. a „facilitálás”, a „végső közös pálya”, ma is élnek, másokat, mint pl. a „központi izgalmi állapot” (CES) és a „központi gátlási állapot” (CIS) fogalmát fél évszázaddal később Sherrington utolsó (és legnagyob tekintélyre szert tett) tanítványa, John C. Eccles megfelelő elektrofiziológiai fogalmakkal, az excitáló és az inhibitoros postsynapticus potenciálok (EPSP és IPSP) fogalmával váltotta fel.

Egyes motoros funkciók, mint pl. egyszerű reflexek vagy ritmikus mozgásokintakt idegrendszer mellett is gerincvelői szinten szerveződnek. A felsőbb szintek gyakran meglévő spinalis mozgató mintázatokat aktiválnak, ezzel egyszerűsítik a motorika szervezését. A gerincvelői integrációnak ugyanakkor arra is lehetősége van, hogy felsőbb parancsokat módosítson, vagy akár meg is akadályozza azok végrehajtását.

A nyújtási (myotaticus) reflex

Az izom megnyúlását eredményező passzív feszítés (a klasszikus példa a musculus quadriceps femoris, a térdízületet feszítő izom, amely a ligamentum patellaeben folytatódik) ugyanezen izom reflexes összehúzódására vezet: ez a nyújtási vagy myotaticus reflex. Minthogy a reflexet kiváltó afferensek ugyanabból az izomból erednek, a reflexet proprioceptiv reflexnek (saját reflex) nevezzük. Az összehúzódáskor kialakuló aktív izomfeszülés mértéke arányos a nyújtás mértékével.

A reflexet az izomorsók ingerülete váltja ki. Az izom megnyújtása depolarizálja az izomorsók afferens végződéseit, és a nyújtás mértékével arányos akciós potenciál sorozatot generál az afferens idegroston. Mivel a receptorokból a Lloyd–Hunt-beosztás szerinti Ia axonok vezetik a gerincvelőbe az ingerületet, az izomorsókat szokásos Ia receptoroknak is nevezni.

Az Ia axonok a gerincvelőn belül elágazva több helyre is adnak le ingerületet. Az elágazódások egy része közvetlenül kapcsolódik az α-motoneuronokhoz (az említett példában m. quadriceps motoneuronok) és váltják ki a nyújtási reflexet. A reflexválasz késése a gerincvelőn belül kevesebb mint 1 ms. Abban az időben, amikor ezt először megmérték, fedezték fel, hogy egyetlen synapticus áttevődés időtartama 0,5-0,9 ms. Ezen az alapon tételezték fel, hogy a nyújtási reflexben az afferens axon és az α-motoneuron között csak egyetlen átcsatolódás, közbeiktatott synapsis van (monosynapticus reflex), a reflexet két neuron közvetíti. A reflex szegmentális, minthogy az afferens axonok ugyanabban a szegmentumban lépnek be a gerincvelőbe, ahol a motoneuronok is elhelyezkednek.

A reflex monosynapticus voltát további elektrofiziológiai vizsgálatok bizonyították (38-7. ábra). Az Ia rostok a gerincvelői hátsó gyökben kis intenzitású elektromos impulzusokkal szelektíven ingerelhetők. Az afferens axonok elektromos ingerlésére a megfelelő motoneuronokban azonnal kialakult az EPSP, jelezve a közvetlen összeköttetést. (A központi idegrendszerben rendkívül kevés monosynapticus típusú reflexet azonosítottak.)

Jellemző, hogy az izomorsók Ia afferens axonjai a gerincvelőn belül kiterjedten szétágaznak, és ugyanazon izom sok motoneuronjával képeznek synapticus összeköttetést. Ezenkívül az Ia afferens kollaterálisok a szinergista izmok (az ugyanarra az ízületre ható többi extensorizom) motoneuronjaival is összeköttetést létesítenek. Ez a divergencia jelensége, ami lehetőséget ad arra, hogy a nyújtási inger erősödésével egyre több motoros egység lépjen működésbe.

Az előző példánál maradva, a szinergista izmokból jövő Ia afferensek is kapcsolódnak a m. quadriceps motoneuronjaihoz. Ez a konvergencia jelensége. Egyetlen gerincvelői α-motoneuron dendritjein és sejttestén morfológiai módszerekkel mintegy 6000 synapticus végződést („bemenet”-et) lehet kimutatni.

38-7. ábra . A monosynapticus reflexív (a myotaticus reflex pályája) és a reciprok beidegzés . A: A kapcsolódás vázlata. B: Az ingerlést követő membránpotenciál-változások. E: extensor (neuron); F: flexor (neuron)

Facilitáció

Már Sherrington megfigyelte, hogy a nyújtási reflex nehezebben váltható ki spinalis készítményben (amelyben a gerincvelő folytonosságát az agytörzs alatt szakították meg), mint decerebrált készítményben (amelyben a neuraxist az agytörzs felső szintjén metszették át). Azt a jelenséget, amelyben a felsőbb agyi szintekből érkező ingerületek („bemenet”) megnövelik a spinalis EPSP-k hatékonyságát, facilitálásnak nevezzük (a kifejezés egyéb jelentéseit l. a 6. fejezetben).

A facilitálás mechanizmusát az elektrofiziológiai analízis magyarázta meg. Egyetlen synapticus végződésben („bouton”) egy befutó AP kevesebb mint 1 mV-nyi EPSP-t hoz létre. Az α-motoneuron akciós potenciáljának kiváltásához viszont legalább 30 mV-os depolarizáció (EPSP) szükséges. Az izomorsók felől a nyújtási reflex tehát vagy akkor váltódik ki, ha sok Ia afferens konvergál a motoneuronon és aktiválódik egyidőben, vagy ha a felsőbb agyi szintekről jövő tónusos impulzus sorozatok részlegesen depolarizálják a motoneuront, és annak membránpotenciálját közelítik az ingerküszöbhöz. A decerebrált készítményben az agytörzsi magok felől állandóan aktiváló impulzusok („bombázás”) érik a gerincvelői α-motoneuronokat, ezért a motoneuronok eleve részlegesen depolarizált állapotban vannak.

Az ínreflexek

A ligamentum patellaera (a m. quadriceps femoris inára) mért kisebb ütés rövid időre megnyújtja az izmot, a nyújtás valamennyi izomorsóra szinkronizáltan hat. A válaszul jelentkező rövid reflexes szinkronizált izom-összehúzódás, amelyet patellareflex, más néven térdínreflex néven ismerünk, az ínreflexek sorába tartozik. Ínreflexek mindazon izmokban kiválthatók, amelyekben az izom az ínra mért ütéssel megnyújtható. Így váltható ki az Achilles-ínra mért ütéssel a m. triceps surae összehúzódása (Achilles-reflex), valamint a felkarizmok egyes reflexei. Az ínreflexek kiváltása ma is nélkülözhetelen része az általános orvosi/neurológiai vizsgálatnak. Hiányuk a reflex pályájának megszakadását jelenti, az esetek többségében a hátsó gyöki afferensek folytonossága sérül.

Az izomtónus

„Izomtónus”-on a klinikai neurofiziológia az izmoknak (elsősorban a végtagok izmainak) a passzív mozgatással szembeni ellenállását érti. A neurofiziológia fogalmai szerint az izomtónust az izomból nyugalomban – az akaratlagos mozgások kiküszöbölésével – elvezetett elektromos aktivitás (az extracellulárisan elvezetett akciós potenciálok frekvenciája) jellemzi. Az izomtónust az elektromiográfia módszerével, az izomba szúrt elvezető tűelektródokkal vizsgálják. (A két definíció azonos fogalmat takar.)

Az izomtónus az izmot beidegző α-motoneuronok váltakozó aktivitása következtében jön létre, az egyes motoros egységek aszinkrón módon egymást váltják: az α-motoneuronok kisüléseit az izomorsókból származó afferens impulzusok váltják ki. A spinalis készítményekben az – egyébként gyenge – izomtónus valójában az előzőekben leírt monosynapticus myotaticus reflexek sorozata; az izomafferensek átvágása megszünteti a tónust. Ezen „gerincvelői (spinalis) tónus” kisebb mértékű, mint a normális izomtónus. Az izomtónus supraspinalis összetevőit a fejezet további részeiben ismertetjük.

Reciprok beidegzés a nyújtási reflexben

Az extensor („agonista”) izmokban kiváltott myotaticus reflex az azonos ízületben antagonistaként működő flexorizmok ellazulásához vezet. A flexorizmok ellazulása a beidegző gerincvelői α-motoneuronok gátlása következtében jön létre: ez a reciprok beidegzés jellegzetes példája. A gátlást az „agonista” (azaz extensor) izom izomorsó afferenseinek kisülései váltják ki. A jelenséget a spinalis α-motoneuronokból intracellulárisan elvezetett potenciálok magyarázzák: az extensorizom nyújtása alatt a flexorizom α-motoneuronjain IPSP lép fel (l. a 38-7. ábrát), a flexorizom addigi tónusa az α-motoneuronok hiperpolarizációja következtében csökken.

A monosynapticus nyújtási reflex és az antagonista izmokon létrejövő reflexes ellazulás közötti jelentős különbség, hogy ez utóbbi reflex pályája három neuront vesz igénybe, az izomorsóból jövő afferens neuron és az antagonista (flexor) izom spinalis α-motoneuronja közé még egy gátló interneuron kapcsolódik. Voltaképpen ez is a divergencia egy további példája: az Ia afferens axon nemcsak az agonista motoneuronokhoz (nyújtási reflex), hanem az antagonista α-motoneuronokat gátlóan beidegző interneuronokhoz is ad synapsist: ezt az interneuront egyébként Ia interneuronnak is nevezik.

Az előzőeket összegezve, az elágazó Ia afferensek közvetlen synapticus kapcsolatban állnak az agonista, és közvetett kapcsolatban az antagonista izmok α-motoneuronjaival. Az Ia afferens agonista és antagonista motoneuronokkal való központi összeköttetéseinek összességét szokásos myotaticus egységként említeni. A myotaticus egységbe szerveződés teszi lehetővé az agonista és az antagonista izmok koordinált működését. A myotaticus egység részben szegmentális, részben azonban interszegmentális kiterjedésű. A myotaticus egységhez a Golgi-féle ínorsókból, továbbá az izmok II. típusú (szekunder) afferenseiből is érkezik ingerület.

A kizárólag spinalis szerveződésű motoros működésekre (amelyeket csak kísérleti körülmények között vagy sérülést követően látunk) jellemző a kötelező reciprok beidegzés. Az intakt szervezetben nemritkán szükséges, hogy egy adott ízületet mozgató valamennyi (extensor és flexor) izom együttesen összehúzódva (azaz a reciprok beidegzést kikapcsolva) fixálja egy adott helyzetben a végtagot. Az agonista és az antagonista izmok együttes kontrakcióját azonban csak a magasabb motoros centrumok bekapcsolódásával lehet létrehozni, minthogy a gerincvelő önmagában képtelen a reciprok beidegzés elnyomására.

Polysynapticus reflexek

A végtagok bőrének erőteljes mechanikai ingerlése (csípés, szúrás) az ingerelt végtagnak a behatástól való eltávolítását, a végtag behajlítását eredményezi (flexorreflex). Minthogy a reflexet kiváltó inger ártalmas (fájdalmas), és az ingerelt receptorok a nociceptorok (l. a 37. fejezetet), ezek a reflexek a nociceptiv reflexek sorába tartoznak. A test egyes régióiban (pl. a hasfalon) a bőrön alkalmazott erőteljes – bár nem feltétlenül fájdalmas – inger az ingerelt terület alatti izmok reflexes összehúzódását váltja ki. Minthogy külső ingerléssel válthatók ki, ezek a reflexek exteroceptiv reflexek.

Flexorreflexek spinalis készítményben is kiválthatók: átcsatolódási helyük a gerincvelő. A receptorok főként a bőrben (de az izmokban és az ízületekben is) helyezkednek el, az afferens axonok a Lloyd–Hunt-beosztás szerinti III. vagy IV. típusú rostok. A reflexválasznak több összetevője van. Az ingerelt oldalon a flexorizmok csoportja összehúzódik, az extensor izomcsoport ellazul. A reciprok beidegzés tehát ebben a reflextípusban is érvényesül. A flexiós mozgás mértéke, azaz az ingerületbe került motoros egységek száma az ártalmas inger intenzitásától függ. A primer afferens axonok mind a flexor, mind az extensor α-motoneuronokat többszöri átcsatolódás után érik el, a reflex polysynapticus(38-8. ábra).

A nociceptiv ingerléssel kiváltott reflex egy további összetevője az ellenoldali végtagban jelentkezik: ebben az extensorizmok összehúzódnak és a flexorok ellazulnak. Ezt az összetevőt keresztezett extensorreflexként ismerjük. Ennek jelentősége abban áll, hogy miközben a „fenyegetett” végtag eltávolodik az ártalmas ingertől, az ellenoldali végtag megtámasztja a törzset.

Az érintett α-motoneuronok a gerincvelő különböző szegmentumaiban helyezkednek el, a nociceptiv reflexek interszegmentálisak.

38-8. ábra. A polysynapticus reflexek átcsatolódásának vázlata (nociceptiv flexorreflex)

Ritmikus mozgások keletkezése gerincvelői szinten

Egyes bőrterületek afferenseinek ingerülete kutyában vakarási reflexet hoz létre. Ez kísérletesen a bőr enyhe elektromos ingerlésével váltható ki, míg fiziológiásan többnyire a szőrben lévő bolha csípésével aktiválódik. A reflex az azonos oldali hátsó végtag ritmikusan váltakozó, célirányos mozgásainak sorozata, amelynek célja az irritáló élősdi eltávolítása; ugyanakkor az ellenoldali végtag extensióba kerül. Az ép kutyában kiváltható reflex megmarad a gerincvelő átmetszése után is, azaz spinalis szinten szerveződik. A spinalis integráció mind időben, mind térben összetett mozgássorozat létrehozására képes, az ehhez szükséges synapticus kapcsolatok a gerincvelőben veleszületetten rögzültek.

A vakarási reflex mozgató összetevőinek vizsgálata spinalis kutyákban már a kezdeti úttörő vizsgálatokban a gerincvelői reflexek szerveződésének egy sor alapvető jellegzetességét derítette fel. A későbbi vizsgálatokban az izommozgások követése helyett a mellső gerincvelői gyökök akciós potenciáljainak elvezetése kvantitatív megközelítést tett lehetővé.

A reflexválasz nagysága arányos a bőr ingerlésének intenzitásával. Nagyon lényeges azonban, hogy az alternáló mozgások ritmusa a gerincvelői neuronhálózaton belül endogén módon rögzült, és teljesen független az ingerlés intenzitásától.

A reflex jellegzetessége, hogy a motoros működés hosszabb ideig tart, mint a kiváltó inger. Ezt a jelenséget utóleadás (angolul after discharge) néven ismerjük. Az utóleadás hátterében valószínűleg a neuronok közötti reverberáló körök állnak (önmagukba visszatérő interneuronláncok). Ilyen körökkel valószínűleg minden olyan reflexben számolni kell, amelyben a reflexválasz hosszabb ideig tart, mint a kiváltó inger. A reverberáló körökben az afferensek olyan interneuronokra csatolódnak át, amelyek visszacsatolnak a sorban megelőző neuronhoz. A neuronalis jelzések így zárt körben keringenek (reverberálnak).

A reflex egy további jellemzője, hogy az alternáló neuronalis működés akkor is létrejön, ha a központok nem kapnak az izmok proprioceptoraiból visszajelzést. (Ezt az elülső gyöki elektromos aktivitás regisztrálásával lehetett kimutatni, miközben a tényleges izomkontrakciót d-tubokurarinnal gátolták.) Minthogy a reflex mozgatási komponens nélkül is létrejön, fel kell tételeznünk egy központi mintázatgenerátor létezését a gerincvelőben.

Mi lehet a flexor- és extensorneuronok egymást váltó ingerületi és gátlási állapotának mechanizmusa? A mintázatgenerátor strukturális alapját a flexor és extensor motoros magokat összekötő interneuronok reciprok összeköttetései képezik (38-9. ábra). A funkcionális alap a neuronok ingerlékenységének ingadozása, amelyet valószínűleg az egyes neuronok adaptálódása okoz. A tartós ingerlést követő depolarizálódás következménye a kisülési frekvencia csökkenése. Az adaptálódást egy „visszacsapási effektus” (angolul rebound, ami a magyar terminológiába is átment) követi: az antagonista motoneuronok tartós gátlásával párhuzamosan az előbb gátolt neuronok ingerlékenysége fokozódik, és már kis depolarizálódás is akciós potenciálokat vált ki. A neuronhálózat endogén ritmusgenerálása ezekből az elemi tulajdonságokból épül fel. Az elképzelések szerint két összekapcsolt „fél központ” áll kölcsönhatásban, előbb gátolják, majd felerősítik egymás aktivitását. A két „fél központ” ingerlékenységében bekövetkező periódikus fluktuáció vezet az alternáló ritmikus mozgásokhoz. A ritmus frekvenciája csak a neuroncsoportok endogén tulajdonságaitól függ.

A vakarási reflex vizsgálatának az volt a jelentősége, hogy rajta keresztül váltak megérthetővé más ritmikus motoros funkciók, mindenekelőtt a járás központi szervezése. A járás alapmintázata is gerincvelői szinten rögzült automatizmus.

38-9. ábra . A ritmikus spinalis aktivitás neuronalis szerveződése (a két félcentrum modell) . E. R. Kandel, J. H. Schwartz és T. M. Jessel (1991): Principles of Neural Science. 3. kiadás, Prentice-Hall International Inc. London alapján]. A: A neuronhálózat kapcsolási sémája. A modellben két afferens (bemenő) neuronhoz csatlakozó két interneuron (1. és 2.) szerepel. Az 1. interneuron egyrészt a flexor α-motoneuront aktiválja, másrészt pedig a 3. interneuronnal szimbolizált félcentrumot; ez utóbbi a 2. interneuronon keresztül gátolja az extensor α-motoneuront. A 2. interneuron – hasonló módon – aktiválja az extensor α-motoneuront, valamint a 4. interneuronnal szimbolizált másik gátló félcentrumon keresztül a flexor α-motoneuront. A félcentrumok ingerlékenysége spontán ingadozik, az éppen domináns félcentrum gátolja a hozzá kapcsolódó kimenetet. B: Az α-motoneuronok kimenő aktivitása. Az A vázlat szerint előbb (piros nyíl) a 4. interneuron gátolja az 1. interneuronon keresztül az 5. flexor α-motoneuront (miközben a 6. extensor motoneuron akciós potenciál sorozatot ad le). Amikor a 4. interneuron ingerlékenysége lecsökken, az 1. interneuronon a gátlást követő visszacsapás („post-inhibitory rebound”) jelensége lép fel. Ez egyrészt aktiválja a kimenő flexor α-motoneuront, másrészt pedig a 3. gátló interneuront, amely utóbbi ismét gátlás alá helyezi a 2. interneuront és a hozzá csatlakozó 6. extensor α-motoneuront

A α-motoneuronok összeköttetései: leszálló pályák és interneuronok

Hosszú leszálló pályák

A gerincvelői – és a velük azonos elbírálás alá eső motoros agyidegmagvak – α-motoneuronjai innerválják a vázizomrostokat, ezek az ún. alsó motoneuronok. Az alsó motoneuronokra csatolódnak át közvetlenül a corticospinalis pályákban futó, agykérgi eredetű ún. felső motoneuronok. (A corticospinalis pályákra, az axonok eredetére, lefutására, kereszteződésére és szerepére a továbbiakban még visszatérünk.)

A gerincvelőben több leszálló pálya fut, amelyek közvetve, interneuronok közvetítésével csatolódnak át az α- és a γ-motoneuronokra. Ezek közé tartozik a lateralis és a medialis vestibulospinalis pálya, amelyek a lateralis, ill. a medialis vestibularis magból erednek, a nucleus ruberből eredő rubrospinalis pálya, az agytörzs formatio reticularisából eredő reticulospinalis pálya. A pályák szerepét az izomtónus kialakulásában és módosításában a továbbiakban részletezzük.

Ia interneuronok

Azok a már említett gátló interneuronok, amelyekkel az Ia afferensek elágazásai létesítenek synapticus kapcsolatot (Ia interneuronok), felsőbb idegrendszeri szintekből is kapnak beidegzést. Az agykéregből az agonista izmok α-motoneuronjaihoz érkező leszálló axonok kollaterálisokat adnak azokhoz az Ia interneuronokhoz, amelyek az antagonista izmok α-motoneuronjaihoz mennek (38-10. ábra). A reciprok beidegzés a magasabb agykérgi szintről kiinduló mozgások szervezésének is része. Az Ia interneuronoknak azonban további szerepe is van, amelyet gátlásoldásnak (angolul dysinhibition) nevezünk: ezeken a gátló Ia interneuronokon is végződnek leszálló gátló pályák, és az Ia interneuronok gátlásával felszabadítják a gátolt állapotból az α-motoneuronokat (azaz valójában facilitáló hatásúak). Erre kerül sor, ha az agonista és az antagonista izmokat egyidőben kell működtetni, és ehhez a reciprok innervációt ki kell kapcsolni. Ez a követelmény érvényesül pl. azokban a testtartási reakciókban, amelyek során a végtagok merev oszlopokká válnak.

38-10. ábra . A gerincvelői gátló interneuronokon végződő axonok vázlata . A gerincvelői Ia gátló interneuronon (piros szín jelzi) két aktiváló és egy gátló axon konvergál (az Ia interneuron meghatározását l. a szövegben). Az Ia primer afferens axon kollaterálisa aktiválja az Ia gátló interneuront, ez az átcsatolódás felelős a gerincvelői reflexek reciprok beidegzéséért. Az agykérgi leszálló motoros pálya kollaterálisai az Ia interneuronra csatolódnak át, ez az összeköttetés vesz részt az akaratlagos mozgások során érvényesülő reciprok beidegzésben. Az Ia interneuronokon leszálló gátló axonok is végződnek: ezek akkor lépnek működésbe, ha a reciprok beidegzést ki kell kapcsolni (pl. ha a flexorokat és az extensorokat egyidejűleg kell működtetni).

Renshaw-interneuronok

A Renshaw által 1941-ben leírt, majd róla elnevezett gátló interneuronok (Renshaw-interneuronok vagy Renshaw-sejtek) helyi neuronalis körök részei, és összetett gátló funkciójuk van. A Renshaw-sejthez érkező egyik „bemenet” az α-motoneuron egy kollaterálisa, és a Renshaw-sejt axonja ugyanazon α-motoneuronon végződve annak funkcióját közvetlenül gátolja (38-11. ábra). Ezzel a visszacsatolt körrel a Renshaw-sejt csökkenti az α-motoneuron aktivitását: ezt visszakanyarodó vagy Renshaw-gátlásnak nevezzük. A Renshaw-sejtek további szerepe az α-motoneuronok supraspinalis modulálása: az agytörzsből leszálló gátló és aktiváló pályák érik el a Renshaw-sejteket, és ezek végül az α-motoneuronon vagy gátlásoldást vagy gátlást hoznak létre.

38-11. ábra . A Renshaw-sejt kapcsolatai

Ib interneuronok

A harmadik típusú gátló spinalis interneuron az Ib interneuron, amely nevét a hozzá érkező Ib primer afferens rostoktól kapta (ezek a Golgi-féle ínorsók ingerületét szállítják a gerincvelőbe). A primer Ib afferensek mellett ezeken az interneuronokon még ízületi és bőrafferensek axonjai, továbbá supraspinalis leszálló pályák is végződnek. Ezek az interneuronok szabályozzák a mozdulat alatt az izomkontrakció erejét, teszik lehetővé a tapintó mozdulatok alatt a „felderítő” mozdulat pontosságát, a gyengéd érintést.

A motoros magok szomatotópiája a gerincvelőben

A gerincvelői motoneuronok szomatotópiás elrendeződésűek, azaz a mellső szarvban a proximalisabban elhelyezkedő izmok motoneuronjai („motoros magok”) medialisan, a distalisabb izmok motoneuronjai lateralisabban helyezkednek el. A test tengelyében (axiálisan) elhelyezkedő nyaki és hátizmok motoneuronjai mind a cervicalis, mind a thoracalis szakaszon a mellső szarv legmedialisabb részét foglalják el. Ennek az elrendezésnek az eredményeként az ingerületeket elosztó helyi interneuronok mindkét oldalon elérik a motoneuronokat (bilateralis helyi hálózat). Így a törzs axiális izomzata – amely a minden más mozgás hátterét képező testtartásban játszik szerepet – bilateralis szabályozású. A váll- és medenceöv motoneuronjai az alsó cervicalis és a lumbosacralis szegmentumokban a lateralis mellső szarv medialisabb részén, a distalisabb izmoké pedig egészen lateralisan helyezkednek el. A végtagok distalis izomzatát a helyi interneuronhálózat főként azonos oldalon (ipsilateralisan) éri el. A proximalis-distalis elrendeződés mellett a gerincvelőben a flexor- és az extensorizmok motoneuronjai is elkülönülnek: a flexorizmok motoneuronjai dorsalisabban, az extensorok pedig ventralisabban vannak.

A testtartás szabályozása

Az intakt szervezetben minden akaratlagos vagy automatikus mozgás a testtartásnak megfelelő izomtónus hátterében zajlik. A mozgások folyamán – az egyensúly megőrzésének érdekében – az egyes izomcsoportok testtartási tónusa is változhat.

A tónus megfelelő átrendezésének hiányában a mozdulat kezdetén felborulhat az egyensúly, a megmozduló ember vagy állat elesik. Ezért az izomtónust a motoros kéreg már a tervezett mozgásnak megfelelően alakítja. Erre egy jellemző példa, hogy ha egy macska egyik mellső lábával nyúl valamiért, az ellenkező oldali mellső és az azonos oldali hátsó végtagban megnő a feszítő izmok tónusa. Ugyanez a koordinált tónusváltozás jön létre akkor is, ha a mellső végtagnak megfelelő agykérgi motoros mezőt elektromosan ingerlik. A német nyelvű szakirodalomban az izomzat kettős motoros szabályozást szemléletesen fejezi ki a „Stützmotorik” (támasztó motorika) és „Zielmotorik” (célra irányuló motorika) elnevezések.

Az integrálás szintjei; afferens és efferens mechanizmusok

Az izomtónus alapja a monosynapticus nyújtási (myotaticus) reflex, amelyet az előzőekben írtunk le. A reflexív megszakítása – akár helyi érzéstelenítéssel időlegesen, akár a hátsó gyöki afferensek átvágásával véglegesen – az izomtónus megszűnésével jár.

A gerincvelő teljes harántsérülését, továbbá kísérletes átmetszését közvetlenül követően az izomtónus és valamennyi gerincvelői reflex egy időszakra teljesen megszűnik (areflexia): ez a spinalis shock állapota. Ennek időtartama a fajnak a filogenezisben elfoglalt helyétől függ, kétéltűekben néhány másodperc, alacsonyabb fejlődési fokon álló emlősökben percek, míg emberben hónapokig tarthat.

Intakt idegrendszer mellett a legtöbb emlős fajban az izomtónus az antigravitációs izmokban, az axiális törzsizomzatban, továbbá a végtagok extensorizmaiban nagyobb mértékű, mint az antagonista izmokban. A normális testtartási tónus a spinalis myotaticus reflexre épülve supraspinalisan integrálódik. A tónus egyenlőtlen elosztásának eredete legalsó szinten azokban az agytörzsi struktúrákban van, amelyek facilitálják a spinalis myotaticus reflexet. Ezt a működést még felsőbb szintek ellensúlyozzák: az agytörzsi mechanizmusokat a kisagy és a nagyagykéreg „ellenőrzik”. A testtartást szabályozó pályák sérülése a sérült szinttől függően vagy a tónus fokozódásához (rigiditás), vagy csökkenéséhez (hypotonia, atonia) vezet. A testtartás, a differenciált izomtónus keletkezésében világosan nyomon követhető a motoros működések hierarchikus szerveződése.

Az antigravitációs izmok domináló tónusa agytörzsi neuroncsoportok működésére vezethető vissza. Az egyik ezek közül a Deiters-mag (nucleus vestibularis lateralis), a másik neuroncsoport, a hídbeli formatio reticularis működésére később térünk vissza. Az efferens axonok a vestibulo- és a reticulospinalis pályákon keresztül jutnak le a gerincvelő mellső szarvában elhelyezkedő α- és γ-motoneuronokhoz, amelyek az axiális izmokat és a végtagok extensorizmait idegzik be. Az ellensúlyozás hiányában a facilitáló működés – a fajtól függően – egyes izomcsoportok tónusának jelentős fokozódásával jár. A supraspinalis struktúrák (agykéreg, kisagy, Deiters-mag, nyúltvelői formatio reticularis és a nucleus ruber) együttese teszi kiegyensúlyozottá az izomtónust, és adaptálja azt a mindenkori testhelyzethez.

A Deiters-mag jelentős integrációs központ. A belőle eredő efferens axonok képezik a tractus vestibulospinalis lateralist. Dorsalis részének neuronjain a vestibularis érzékszervből származó axonokon kívül még a kisagyból származó, továbbá a gerincvelőből jövő felszálló axonok is végződnek; a Deiters-mag a vestibulocerebellum „mély mag”-jaként működik (l. a kisagyról szóló részt a fejezeten belül). A mag – a vestibularis érzékszervből, kisagyból és a proprioceptoroktól kapott információk alapján – jelentős szerepet játszik az izomtónus, és ezzel a testtartás szabályozásában.

A testtartási izomtónus keletkezéséről jelenleg vallott nézeteink kialakulásában nagy része volt a négylábúakban végzett vizsgálatoknak. A facilitálás mechanizmusát először macskákban vizsgálták. Ebben a fajban az említett neuroncsoportok az antigravitációs izmokhoz menő α- és γ-motoneuronokat egyaránt facilitálják, ezzel fokozzák a nyújtásra bekövetkező reflexválaszt; a neuraxisnak a Deiters-mag és a nucleus ruber közötti átmetszése (decerebratio) néhány másodperc múlva az izomtónus jellegzetes változásához vezet. Az átmetszést követően mind a négy végtag extensorizmaiban, továbbá az antigravitációs törzsizmokban hatalmas mértékben fokozódik a tónus, olyannyira, hogy a kétoldalt megtámasztott állat megáll a négy végtagján. (Ma már tudjuk, hogy a rubrospinalis pálya subprimata emlősökben a legfontosabb agytörzsi facilitálást ellensúlyozó tényező.) Az állapotot Sherrington decerebratiós rigiditásnak nevezte. (Mind a decorticatiós, mind a decerebratiós rigiditás típusosan felszabadulási, „release” jelenség, a neuraxis rostralis részei nem gátolják a caudalisabb neuroncsoportokat.)

A Deiters-mag szerepe egyes központi idegrendszeri sérülések után lesz szembetűnő. A gerincvelő α- és γ-motoneuronjain a felsőbb motoros mezőkből jövő gátló neuronok is konvergálnak, ellensúlyozzák a vestibulospinalis pálya facilitáló hatását. (A gátlás eredete primatákban, így az emberben is, főként az agykéreg, a négy lábon járó fajokban a nucleus ruber.) Ha a gátló pályák sérülnek, a Deiters-mag ellensúlyozatlan aktivitása az izomtónus jelentős fokozódását eredményezi.

Az agytörzsi facilitáló neuroncsoportok tónust növelő hatását a kisagy is ellensúlyozza. A kisagy elülső lebenyének elektromos ingerlése gátolja a decerebratiós rigiditást. Ezzel összhangban a kisagy elülső lebenyének eltávolítása tovább fokozza a merevséget (ez is felszabadulási jelenség).

Sérüléseket követően az izomtónus-eloszlásban jelentős különbség van az ember és a négylábú fajok között. A rubrospinalis pálya emberben is gátolja az agytörzsi facilitáló neuroncsoportokat, azonban ez a pálya nem terjed túl a cervicalis szegmentumokon. Részleges decorticatiót követően a megtartott rubrospinalis beidegzés a felső végtagokban képes a Deiters-mag és a pontin formatio reticularis facilitáló hatását gátolni, így ezekben nem alakul ki az extensortónus túlsúlya (sőt a flexortónus fokozott). Az alsó végtagokra azonban már nem terjed ki a hatása, és a corticalis gátlás hiányában akadálytalanul érvényesül az agytörzsi extensortúlsúly. Emberben az agytörzsi facilitálást elsősorban az agykéreg ellensúlyozza, ezért a kiterjedt agykérgi sérülések fokozott izomtónushoz, decorticatiós rigiditáshoz vezetnek. Jellemző az állapotra, hogy az alsó végtag extensorainak fokozott tónusa mellett a felső végtag flexorizomzatának fokozott tónusa dominál.

Emberre jellemző – és más fajokban nem megnyilvánuló – tünet, hogy sérüléseket követően az extensortónus intermittálóan fokozódik, és néha csak erős fájdalmas ingerekkel váltható ki. Ilyen ingert képez valamelyik bőr alatti csontfelszín erőteljes megnyomása: ez diagnosztikai jelként is szolgál a központi idegrendszeri sérülés kiterjedtségének megítélésére.

A normális tónuskiegyenlítődési mechanizmusban szerepel a formatio reticularis nyúltvelői része, ahonnan a reticulospinalis pályánkeresztül közvetlen tónusos gátló impulzusok érik el a végtagextensorok és az axiális törzsizomzat gerincvelői motoneuronjait.

A nyaki proprioceptorok és a vestibularis rendszer szerepe

Álló testhelyzetben a fejnek a gerincoszlop vonalához viszonyított helyzete, valamint az egyes végtagok extensor- és flexortónusának eloszlása a fajra jellemző. Emberben a fej egyenes vonalú folytatását képezi a gerincoszlopnak; a normális testtartásra a teljesen függőleges tengely jellemző. A fejhelyzet a nyakizmok meghatározott fokú tónusának következménye: a nyakizmok tónusa ellensúlyozza a gravitáció hatását. A nyakizmok tónusát proprioceptiv és vestibularis reflexek tartják fent, és aktív mozgások, passzív mozgatások, valamint magának a fejnek a helyzete módosítja.

A vestibularis rendszer működését a 36. fejezetben ismertettük. Összefoglalva: a félkörös ívjáratok a fej elfordulásáról, az otholitszerv a fej térbeli helyzetéről tájékoztatja a központi idegrendszert, ami ennek megfelelően változtatja meg a testtartásban szereplő izmok tónusát. A receptorzónákból az ingerületet – helyesebben az ingerületi mintázat megváltozását – a ganglion vestibularéban (Scarpa-féle ganglion) elhelyezkedő bipoláris neuronok továbbítják a négy vestibularis maghoz [nucleus vestibularis lateralis (Deiters-mag), superior, inferior és medialis].

A fej térbeli helyzetét jelző vestibularis otolithszervből kiinduló afferensek közvetlenül hatnak a nyakizmok spinalis motoneuronjaira, amelyek a fej helyzetét korrigálják (a motoros kéreg képes ezeket a reflexeket felfüggeszteni). A fej helyzetének a gerincoszlop vonalához viszonyított eltéréseit a nyaki proprioceptorok, közöttük a nyakizmok izomorsói, az ínorsók és a felső csigolyák ízületi receptorai érzékelik. A nyakizmok izomorsóiból kiinduló afferensek – éles ellentétben a legtöbb izomorsó-afferenssel – nem monosynapticus nyújtási reflexeket közvetítenek, hanem interneuronokhoz csatlakoznak, amelyeken a vestibularis magokból származó axonok is végződnek. Így a nyakizmok tónusát a vestibularis és a nyaki afferensek közösen határozzák meg: a korrekciós reflexek a vestibularis érzékszervből és a nyaki receptorokból együttesen indulnak ki. Mindkét említett receptorzóna afferensei a végtagok izomtónusának beállításában is szerepelnek

Újszülöttekben egyes nyaki afferensek sztereotip végtagmozgásokat váltanak ki, így pl. a fej jobbra fordítására a jobb felső és alsó végtag extensióba, az ellenkező oldali felső és alsó végtag flexióba kerül. Később az élet folyamán ez a reakció intakt neuraxis mellett már nem mutatható ki. Kiterjedt agyi sérüléseket követően azonban az újszülöttkorihoz hasonló – ebben az esetben már kóros – reflexek válthatók ki, és diagnosztikai jelként használhatók.

A testtartás tanult elemei

A testtartás alapjául szolgáló eddig ismertetett mechanizmusok mind veleszületett, sztereotip lefolyású reflexmozgások, amelyekben nem szerepelnek tanult elemek. Ezek a reflexek alkalmasak egy nagyjából mozdulatlan szervezet egyensúlyának a gravitációs erőkkel szembeni megtartására. A szervezet azonban rendszeresen végez mozgásokat, amelyek veszélyeztetik egyensúlyát, és a tartási tónus folyamatos változtatását kívánják meg.

A mozgások közben új, későn észlelt tényezők, mint pl. járás közben talajegyenetlenségek fenyegetik az egyensúlyt. A testtartási reakciók egy része az egyensúly elvesztését követően korrigálja a testtartást [visszacsatolt (feed-back) tartási reakciók]. Ezeket a reakciókat a különböző ismertetett szenzoros afferensek (proprioceptorok, ínorsók, ízületi receptorok) aktiválják. A testtartási reakciók másik része – az agykéregben még csak tervezett mozgások alapján – előre felméri a testtartás megőrzéséhez szükséges korrekciókat, és az izomműködést már ennek megfelelően állítja be (előreható, „anticipáló” vagy feed-forwardreakciók, amelyeket prediktív funkcióknak is neveznek). Ezek a reakciók előlegezik az egyensúlyban bekövetkező változásokat, és felkészítenek az egyensúly várható kibillenésére. Mindkét idegrendszeri szabályozásra jellemző, hogy bár sztereotipiákra, agytörzsi és gerincvelői mechanizmusokra épül, sok benne a tanult, begyakorolt elem, amelyek a későbbiekben automatikussá válnak. A tanult reakciók neuronalis kapcsolása már főként az agykéregben és a kisagyban van. A reakciók kialakulásában a bőrreceptorok és a látási receptorok felől érkező információk is szerepelnek.

Olyan akaratlagos mozgások során, amelyek várhatóan erőkifejtést igényelnek, és ezzel az egyensúlyt befolyásolják (pl. nehéz súly emelése), elsőként a testtartás stabilizálódik („testtartási készenlét”), és az akaratlagos mozgás csak ezt követően kezdődik meg. Embereken végzett vizsgálatokban, amelyeket elektromiográfiával kombináltak, súlyt kellett emelni; az alsó végtag testtartásban szereplő izmai már megkezdték az összehúzódást, mielőtt még a súly emelése a felső végtagokkal megkezdődött volna. Ezek szerint az akaratlagos izom-összehúzódás késést szenved, amíg a „testtartási készenlét” be nem következik. Ezek a testtartási reakciók az agykéregben szabályozódnak, a bennük szereplő pályák, és ezért a latenciaidő viszonylag rövidek.

A szomatomotoros működés agykérgi szervezése és az akaratlagos mozgások

A gerincvelői és agytörzsi szervezésű motoros működések jelentős része hátteret biztosít az akaratlagos mozgások számára. A szándékos (más néven akaratlagos) működések az agykéreg meghatározott areáiban integrálódnak. A 19. század kiemelkedő élettani felfedezése volt, hogy a frontalis agykéreg egyes pontjainak elektromos ingerlése ellenkező oldali izom-összehúzódásokat eredményez.

Az akaratlagos motoros működések agykérgi szervezésében nemcsak azok a kérgi területek vesznek részt, amelyek alacsony intenzitású elektromos ingerlésével motoros válaszokat lehetett kiváltani (az ún. primer szomatomotoros area), hanem a kéreg kiterjedt területei, amelyek között egyeseknek addig elsősorban szenzoros működéseket tulajdonítottak. Ugyanakkor kiderült, hogy magukhoz a kérgi motoros mezőkhöz közvetlenül és közvetetten szenzoros információk is érkeznek, ezek az areák valójában szenzomotoros areák.

A mai napig az agytörzsi és a gerincvelői motoros működésekről többé-kevésbé koherens kép alakult ki, bár valószínűleg még további részletek adódnak ehhez a képhez. A motoros működések agykérgi szerveződéséről az elmúlt 130 évben egy sor tényt ismertünk meg. Így tudjuk, hogy az akaratlagos mozgásokhoz mely agykérgi területek épsége szükséges, és mely agykérgi neuronokban jelenik meg elektromos aktivitás egyes akaratlagos mozgások során. Az akaratlagos mozgások agykérgi szerveződéséről azonban még nem alakult ki átfogó képünk. A neurofiziológia ezen területén ma is érvényes a Sherrington-tanítvány David Witteridge, a kitűnő elektrofiziológus aforizmája: „a fiziológia = anatómia + gondolat” (Physiology equals anatomy plus thought).

Az ember motoros működéseinek agykérgi szervezéséről adataink öt fő forrásból származnak. Az első ezek közül Fritsch és Hitzig eredeti ingerléses kísérleteinek kiegészítése emberen, a motoros kéreg feltérképezése. Ennek kiemelkedő jelentősége volt az idegsebészet 20. századi fejlődésére. A sebésznek tisztában kellett lennie a mozgató agykéreg környékén végzett beavatkozás esetén a motoros funkciók várható sérüléséről. Wilder Penfield és munkatársai a műtétek során feltárt agykéreg szisztematikus ingerlésével alakították ki a szomatomotoros működések agykérgi „térképét”. A második forrás az emberi agykérgi sérülések (kóros folyamat vagy idegsebészeti beavatkozás) helyének összevetése a következményes klinikai tünetekkel, motoros defektusokkal, bénulásokkal, ill. az esetleg kialakuló motoros görcsökkel. A harmadik forrás közvetett: tanult mozgások kivitelezése során majmok motoros agykérgéből vezettek el potenciálváltozásokat, és ebből következtettek az aktivitást mutató kérgi terület szerepére. Az így kapott „térkép”-et hasonlították össze az emberi motoros kéreg „térkép”-ével. A negyedik forrás, amely az utóbbi időben kiemelkedő jelentőségre tett szert, az emberi kéreg éppen aktív mezőinek vizsgálata nem invazív képalkotó eljárásokkal tervezett vagy végrehajtott mozgások/mozdulatok során („EEG-mapping”, PET és fMRI, l. a 33. fejezetet). Ezek közül eddig a legtöbb információt az aktív terület lokális keringésének változásából (funkcionális hyperaemia) lehetett kapni. Végül az ötödik forrás a klasszikus és a modern morfológiai megközelítés, a neuronalis összeköttetések és a leszálló pályák követése.

A primer motoros area

Emberen (és majmokban) az agykéreg szomatomotoros areái a frontalis lebenyben a sulcus centralistól rostralisan helyezkednek el. (Már az első, majmokon végzett kísérletekben feltűnt, hogy erős elektromos ingerekkel más agykérgi területek felől is ki lehetett mozgásokat váltani, de azokat a területeket, amelyekről csak nagy intenzitású elektromos ingerek váltanak ki motoros választ, nem nevezzük szomatomotoros areáknak.) Közvetlenül a sulcus centralis előtt helyezkedik el a praecentralis gyrus: ennek elektromos ingerlése az ellenkező oldali testfélben vált ki mozgási mintázatokat (pattern). Ez a terület a primer szomatomotoros area, a Brodmann-féle citoarchitektoniai felosztás szerinti 4-es areának felel meg. (Az agykéreg citoarchitektoniai felosztását és a Brodmann-féle mezőket illetően l. a 33. fejezetet.)

A primer motoros areában a test egyes izmai képeződnek le, és szomatotópiásan rendeződnek: az anatómiai közelségben lévő izmok reprezentációja egymás mellett helyezkedik el. Ez alól csak kevés kivétel van. Az elektromos ingerlés alapján felvett „térkép”, a „motoros homunculus” (Penfield kifejezése) mutatja az egyes izomcsoportok kérgi reprezentációját (38-12. ábra). Legmedialisabban a lábizmok reprezentációja helyezkedik el, leglateralisabban pedig az arc izmaié: mintha a homunculus lábával beakasztva, fejjel lefelé feküdne a corpus callosum felett a gyrus praecentralison. A corticalis neuronok száma (az izmok reprezentációjának mérete) nem az izom méretével, hanem az általa végzett mozgás differenciáltságával („finomságával”) arányos. Így az izmok közül aránytalanul nagy reprezentációja van a kéz, az arc és a nyelv izmainak. A terület körülírt sérüléseit az érintett izom(csoport) gyengesége vagy funkcióvesztése követi. A primer szomatomotoros area neuronjai adják a legfontosabb mozgatópálya, a corticospinalis pálya (tractus corticospinalis) axonjainak kb. a felét (l. alább).

38-12. ábra . Az agy coronalis síkjára vetített „motoros homunculus” . W. Penfield és T. Rasmussen (1950): The Cerebral Cortex of Man A Clinical Study of Localization and Function. The MacMillan Company, New York alapján

Penfield műtétek alatt, feltárásban végzett vizsgálatait évtizedekel később nem invazív módszerekkel is megerősítették. A kérgi ingerlést transcranialis mágneses ingerléssel végezték: ennél erős mágneses teret hoznak létre a koponyán kívül, ami fokálisan, veszély és fájdalom nélkül ingerli az alatta lévő kéregrészletet. A mozgatóideg extracelluláris aktivitását (compound action potential, l. a 6. fejezetet) percutan neuronográfiával követték. A primer mozgatókéreg szomatotópiája ezzel a módszerrel is beigazolódott.

J. Hughlings Jackson írta le először az azóta róla elnevezett epilepsziás görcsrohamtípust (Jackson-típusú görcsroham): a konvulziók az egyik oldalon, egy izomcsoport rángásaivalkezdődnek, ráterjednek a környező izmokra, és az egész testfélre kiterjedő görcsökben végződhetnek. A görcsök terjedése a cortex szomatotópiás elrendezését követi. A görcsöket valamely koponyán belüli kóros folyamat (daganat, a primer szomatomotoros area környéki hegesedés) váltja ki.

A nem primer és a szupplementer motoros areák

A mozgások corticalis szervezése több fázisban megy végbe. A primer szomatomotoros kéreg felelős a de facto kivitelezett mozgás végső fázisáért. Ezt azonban – különösen komplikáltabb mozgások esetén – előkészítő fázisok előzik meg, amelyekben az egyén felismeri a feladatot, és tervet készít a kitűzött feladathoz szükséges egyes mozdulatok sorrendjére. Ezek az előkészítő funkciók integrálódnak a primer szomatomotoros area előtt (rostralisan) elhelyezkedő Brodmann-féle 6-os area két részében (38-13. ábra). A két areát közös néven premotoros areákként szokás említeni. (A premotoros areákat újabban nem primer motoros kéregnek is nevezik.) A nem primer motoros kéreg funkcionálisan két különálló részből, a valódi premotoros areából (true premotor area, PMA) és a szupplementer motoros areából (SMA) áll. Jelentőségüket tükrözi, ha emberben és majomban összehasonlítjuk méretüket: a nem primer motoros kéreg emberben (a testtömeghez viszonyítva) mintegy hatszorosa a majoménak, viszont a majom és az ember primer motoros areái nagyjából testtömegükkel arányosak.

Kísérleti körülmények között a nem primer motoros kéreg elektromos ingerlése is mozgásokat vált ki, de ehhez nagyobb intenzitásra van szükség. Az ingerlési kísérletek szerint mind a PMA, mind az SMA külön-külön szomatotópiásan rendezett.

A nem primer motoros kéreg szerepét a mozgások előkészítési fázisában alátámasztja, hogy – kísérleti állatokban – az onnan elvezetetett potenciálok mindig megelőzik a tanult mozgás tényleges kivitelezését. Az időbeli eltolódás néhány száz milliszekundum lehet.

A nem primer motoros kéregből eredő axonok vagy a corticospinalis pályához járulnak hozzá, vagy a primer motoros areában végződnek. A primer szomatomotoros area sérüléseit követően a nem primer motoros kéreg elektromos ingerlésével egyes mozgások kiválthatók, de az ujjak mozgásai már nem: a nem primer motoros kéreg az ujjak hajlítóizmait a primer szomatomotoros areán keresztül idegzi be.

38-13. ábra . Az emberi frontalis kéreg motoros mezői . A primer motoros area (Brodmann 4 area) a sulcus centralistól rostralisan a praecentralis gyrusban helyezkedik el, a szupplementer és a premotoros area a primer motoros areától rostralis területnek (Brodmann 6 area) felel meg. A primer motoros kéreg mögött helyezkedik el a parietalis kéreg (Brodmann 3, 1 és 2 areák).

A nem primer motoros kéreg sérülései után az összetett mozgások kivitelezése lehetetlen, vagy legalábbis súlyosan zavarttá válik. Emberben ezt az állapotot apraxiának nevezzük: az izmok nem bénultak, erejük nem gyengült, és egyszerűbb mozgások (pl. az ujjak behajlítása) könnyen kivitelezhető, de összetettebb mozgásokra (pl. fésülködésre) a beteg képtelen.

A PMAa primer motoros areától rostralisan, az SMA-tól lateralisan foglal helyet: a PMA a Brodmann 6aα és 6aβ areának felel meg. E kéregrész szerepét ma még nem értjük, elképzeléseink anatómiai összeköttetéseire alapozódnak. Minthogy a PMA-axonok nagy része az agytörzsbe, illetve a gerincvelőbe projiciál, feltételezzük, hogy a PMA a motoros reakciók kezdeti szakaszában játszik szerepet, és a tervbe vett mozgás végrehajtásához szükséges testtartás stabilitásáért – a törzs és a proximalis végtagizmok tónusáért – felelős. Elektromos elvezetések szerint a PMA-neuronok a végrehajtást megelőzően aktiválódnak, ezzel a tervezett/szándékolt mozgás előkészítésében játszanak szerepet.

Valószínűleg a PMA és az SMA teremt kapcsolatot a mozgások tervezése alatt a motoros rendszer, a vizuális és az auditív jelzések között. A fixált tárgy helyzetéről tájékoztató ingerületek a PMA- és SMA-neuronokban hoznak létre elektromos aktivitást: kézenfekvő tehát arra gondolni, hogy ezek a neuronok szerepelnek a vizuális vagy auditív ingerekre adott mozgási válasz(ok) előkészítésében.

A nem primer motoros kérgen belül a szupplementer motoros area (SMA, a premotoros kéreg medialis tagozata) a primer szomatomotoros areától rostralisan helyezkedik el. Élettani jelentőségére először embereken végzett vizsgálatok mutattak rá, amelyekben különböző motoros feladatok teljesítése közben nem invazív módon mérték az agykéreg körülírt részeinek véráramlás-változását. Egyszerű feladatok teljesítése közben a véráramlás az ellenkező oldali primer motoros areában, valamint a szomatoszenzoros cortexben fokozódott. Összetettebb feladatok megoldása közben a véráramlás a szupplemeter motoros areában is növekedett. Ha a vizsgált személynek nem kellett valóban végrehajtania a feladatot, csak megterveznie az egyes szükséges mozdulatokat, akkor egyedül a szupplemeter motoros areában növekedett a véráramlás.

Az SMA majmokban végzett kísérletes sértését követően az állatok nem képesek többé összetett, két kezüket igénylő feladatokat elvégezni, továbbá kezük különböző ujjainak mozgásait összerendezni.

Az SMA valószínűleg az aktuális motoros cselekvés és az ehhez szükséges testtartási háttér összerendezésében is szerepel.

A motoros kéregrészek afferentációja

A motoros kéreg a mozgások koordinációjához a szomatoszenzoros kéregből, valamint a thalamusból kap információt: a thalamus a kisagy és a bazális ganglionok felől jövő információt közvetíti (38-14. ábra). A motoros koordinációban a thalamus ventrolateralis magja szerepel („motoros thalamus”). Az információk jellegét tekintve a primer motoros kéreg jelzéseket kap mind az általa beidegzett izmok proprioceptoraitól, mind az izom-összehúzódás régiójába eső bőrterületről. Ezeken kívül a kisagyon és a bazális ganglionokon keresztül „megszűrt” és „feldolgozott” vizuális, auditív és szomatoszenzoros információk is eljutnak a motoros kéregbe. Az összeköttetések reciprok jellegűek: a bazális ganglionok, valamint a kisagy jelentős afferentációt kap a neocortex felől.

38-14. ábra . A mozgatókéreg közvetlen reciprok összeköttetései és a közvetett visszacsatolású körök . E. R. Kandel, J. H. Schwartz és T. M. Jessel (1991): Principles of Neural Science. 3. kiadás, Prentice-Hall International Inc. London alapján

A corticospinalis pálya

Emberben a corticospinalis pálya a szervezet legfontosabb mozgatópályája. A pálya mindkét oldalon mintegy 106 axonból áll. A rostok kevesebb mint fele a primer motoros areából (Brodmann 4-es mező), a többi rost nagy része a Brodmann 6-os mezőből származik. Az SMA több, a PMA kevesebb axont szolgáltat. A corticospinalis pálya azonban sokkal több kérgi területről szedődik össze, mint azt eredetileg feltételezték: a pálya rostjai még a szomatoszenzoros kéregből (a Brodmann 3-as, 2-es és 1-es mezők), az 5-ös és 7-es areákból továbbá a cingularis területből (23/24 mezők) szedődnek össze. A mozgások így bizonyos szernzoros információkkal integrálódnak.

A corticospinalis pályának a primer motoros kéregből származó axonjai 90%-ban az ellenkező oldali gerincvelő szürkeállományában (ventralis szarv) végződnek (decussatio), és a lateralis corticospinalis pályát alkotják. Az axonok egy része közvetlen és nélkülözhetetlen funkciójú aktiváló ingerületeket közvetít az α-motoneuronokhoz (monosynapticus összeköttetés). Az axonok másik része polysynapticus összeköttetésben áll a motoneuronokkal: interneuronokon végződik, és közvetve idegzi be az α- és a γ-motoneuronokat. Mindezek az összeköttetések vezetnek a primer motoros kéreg ingerlését követő válaszokhoz. A pályában futnak azok az ingerületek, amelyek az akaratlagos, finoman koordinált mozgásokat közvetítik. A corticospinalis pálya a nyúltvelő piramisán fut keresztül, ezért – főként a klinikai neurológiában – piramispályaként említik. A corticospinalis pálya lefutását a 38-15. ábrán mutatjuk be.

38-15. ábra . A keresztezett és a nem keresztezett corticospinalis pálya (piramispálya) . Komoly Sámuel és Palkovits Miklós: Gyakorlati neurológia és neuroanatómia (Medicina, 2010) c. könyvéből a szerzők engedélyével. A: keresztezett tractus corticospinalis (feltüntettük a tractus rubrospinalist is).

38-15. ábra . A keresztezett és a nem keresztezett corticospinalis pálya (piramispálya) . Komoly Sámuel és Palkovits Miklós: Gyakorlati neurológia és neuroanatómia (Medicina, 2010) c. könyvéből a szerzők engedélyével. B: nem keresztezett tractus corticospinalis

A lateralis corticospinalis pálya a végtagok distalis végének – emberben mindenekelőtt a kézizmoknak – a működtetésében nélkülözhetetlen. A pályának elsősorban a capsula internán áthaladó része sérülékeny; vérellátási zavara a finomabb mozgások – így pl. a kéz ujjainak egyenkénti mozgatása – elvesztéséhez vezet.

Az agykéregből eredő mozgatórostok egy része nem jut el a gerincvelőbe. Ezek az axonok a nyúltvelőben leválnak a tractus corticospinalisból, és mint corticobulbaris pálya a mozgató agyidegmagvakon (V., VII., IX., XI. és XII.) keresztül a fej és az arc izmait innerválják. Egyes izmok beidegzése kétoldali, az arc mimikai izmai azonban csak az egyik oldalról kapnak beidegzést.

A corticospinalis pálya sérülését – egyes funkciók elvesztése mellett – kóros reflexek megjelenése is kíséri. Ilyen, diagnosztikailag fontos tünet a Babinski-féle jel. Normálisan a talp lateralis szélének mechanikus ingerlését a lábujjak flexiója követi. Piramispálya-sérülést követően az öregujj (hallux) lassú tónusos izolált dorsalflexiója következik be.

„Alsó” és „felső” motoneuron sérülések

A klinikai gyakorlatban a bénulásos tünetekkel jelentkező betegekről először el kell dönteni, hogy a bénulás (paresis) a gerincvelői (spinalis) α-motoneuronok – klinikai szóhasználattal „alsó motoneuronok” – vagy a corticalis eredetű leszálló pályák, a „felső motoneuronok” sérülésének következménye.

Az alsó motoneuron sérülésnél petyhüdt bénulás lép fel, egy idő múlva az izom sorvad (izomatrófia), majd még később az izom degenerálódik. Az ínreflexek – a sérülés kiterjedésétől függően – gyengülnek vagy teljesen hiányzanak. Kóros reflex nem alakul ki.

Felső motoneuron bénulás oka lehet az agykéreg érintettsége vagy az onnan kiinduló pálya megszakadása. Az ilyenkor kialakuló paresis vagy paralysis (az első részleges, az utóbbi teljes bénulást jelent) – szemben az alsó motoneuron sérülésével – spasticus, nincs vagy alig van izomatrófia, az ínreflexek fokozottak (hiperaktívak), és kóros reflexek jelenhetnek meg (Babinski-jel, l. előbb).

Lefutása során valamennyi hosszú leszálló pálya bárhol sérülhet. A 19. század nagy neurológusa, J. Hughlings Jackson a sérülések következtében fellépő tüneteket két csoportba osztotta. A negatív tünetek funkcióhiányt (pl. izomgyengeséget) jelentenek. A tünetek másik csoportját normálisan gátolt működések megjelenése vagy felerősödése jellemzi, Jackson szerint „felszabadulási jelenség” (release phenomenon). Ezek akár az izomtónus fokozódásában, akár a sérülés előtt elnyomott reflexekben (kóros reflexek, l. a neurológiai tankönyveket) nyilvánulnak meg.

A kisagy működése

A latin „cerebellum”, magyarra fordítva „kis agy”, valójában hibás elnevezés, csak az anatómiai terjedelemre vonatkoztatható: a kisagykéregben a neuronok száma több, mint a nagyagykéregben. A kisagy meghatározó jelentőségű a motoros működések koordinációjában, és nagyon valószínű, hogy más funkciói is vannak (pl. összetett mozgások megtanulása, l. a 42. fejezetet).

A kisagy működéseiről alkotott mai – még mindig hézagos – képünk fokozatosan alakult ki. A kezdeti információk a kisagy szerkezetére és anatómiai összeköttetéseire vonatkoztak. Ezt később mozgásban lévő kísérleti állatok kisagyából elvezetett elektrofiziológiai változások elemzése egészítette ki. Az ismeretek további forrása főemlősökben célzott, körülírt kísérletes sértések következményeinek vizsgálata volt: ennek egy újabb metodikai továbbfejlesztése a mély kisagyi magvak időleges kikapcsolása helyi hűtéssel vagy gyógyszerekkel.

A kisagyi modulok

A kisagy szerkezete, belső és külső összeköttetései viszonylag egyszerűek, morfológiai módszerekkel is áttekinthetők, ezenkívül az információáramlás elektrofiziológiai módszerekkel is jól követhető.

A kisagy funkcionális egysége a kisagyi modul, elemi neuronalis kapcsolat (hibásan „kisagyi kör”-ként is említik, bár nem önmagába visszatérő összeköttetés). A kisagy nagyszámú, egymás mellé párhuzamosan kapcsolt modulból épül fel. A modul 1. a kisagykéreghez és a mély magokhoz egyaránt információkat szállító elágazó afferensekből, 2. az információt feldolgozó kéregsejtekből, 3. a kéregből a mély magokhoz menő efferensekből, végül 4. a mély kisagyi magok neuronjaiból áll (38-16. ábra). A kisagy efferensei – a Deiters-maghoz menő axonok kivételével – a mély kisagyi magokból erednek: a Deiters-maghoz futó efferens axonok eredetét a kisagy corticalis neuronjai képezik. Az afferens axonok a modulokon belül ágaznak el: az egyik ág közvetlenül a mély kisagyi magok neuronjaihoz, a másik ág felszállva a kisagykéreghez fut.

Az afferens impulzusokat követő elektromos válasz (kiváltott potenciál) regisztrálásával a kisagykéregben és a mély kisagyi magokban többszörös szomatotóp szervezettséget lehetett kimutatni (38-17. ábra). A spinocerebellaris pálya afferensei a kisagyi kéreghez projiciálnak, és két szomatotópiás mezőt eredményeznek. Külön-külön szomatotópiás rendezettség mutatkozik mindhárom mély kisagyi magban.

38-16. ábra . A kisagyi információáramlás vázlata . E. R. Kandel, J. H. Schwartz és T. M. Jessel (1991): Principles of Neural Science. 3. kiadás, Prentice-Hall International Inc. London alapján

38-17. ábra . A kisagy többszörös szomatotópiás térképei . E. R. Kandel, J. H. Schwartz és T. M. Jessel (1991): Principles of Neural Science. 3. kiadás, Prentice-Hall International Inc. London alapján. A: Többszörös szomatotópiás elrendezés a kisagykéregben. B: A kisagy nucleus dentatusában, a nucleus interpositusban (nucleus globosus + emboliformis) és a nucleus fastigiiben a majom teljes szomatotóp reprezentációja megtalálható

A kisagykéreg neuronjai két csoportba sorolhatók (38-18. ábra). Az egyik csoport mind aktiváló, mind gátló interneuronokat tartalmaz (ide tartoznak a csillag-, a kosár-, a Golgi- és a granularis sejtek). A másik csoportban csak egyetlen, gátló funkciójú neurontípus van: a Purkinje-sejtek a kisagy (és valójában az egész idegrendszer) morfológiailag legjellegzetesebb sejtjei.A Purkinje-sejtek óriási dendrithálózattal rendelkeznek. A kisagykéregből egyedül a Purkinje-sejtek küldenek axont a mély kisagyi magvakhoz. A mély magok neuronjain így egyrészt a közvetlenül hozzájuk futó afferens, másrészt a Purkinje-sejt axonjai konvergálnak. Mindezeket az információkat a mély magok neuronjai dolgozzák fel, és küldik tovább az agykéreg, az agytörzs, valamint a gerincvelő felé.

A kisagyi modulhoz futó afferensek mind morfológiai, mind pedig funkcionális szempontból két eltérő csoportra oszlanak. Az egyik csoportot a moharostok (mossy fibers) képezik. Ezek az axonok egyrészt az agytörzsi magokból, másrészt a gerincvelőből jönnek, az utóbbiak a spinocerebellaris pályák axonjai. A másik csoport, a kúszórostok (climbing fibers) eredete a nyúltvelői oliva inferior.

38-18. ábra . A kisagykéreg szerkezetének vázlata . J. G. Nicholls, A. R. Martins, B. G. Walace és P. A. Fuchs (2001): From Neuron to Brain. 4. kiadás. Sinauer AssociatesInc. Sunderland, MA alapján

A moharostok kollaterálisai aktiváló interneuronokkal (granularis sejtek) léphetnek synapticus kapcsolatba. A szemcsesejtekben (granularis sejtek) spontán akciós potenciálok keletkeznek: a moharostok befutó jelzései módosítják a granularis sejtek akciós potenciáljainak frekvenciáját. A granularis sejtek elágazó axonjai mint parallel rostok hosszú (több mm-es) lefutásuk során aktiválják az útjukba eső Purkinje-sejteket. (Egyetlen Purkinje-sejt hatalmas dendritikus arborizációja több mint 200 000 synapticus kapcsolatot létesít.) A parallel rostok a gátló hatású kosársejteket is ingerületbe hozzák: ezek gátolják a gátló Purkinje-sejteket, és gátlásoldást (disinhibitio) hoznak létre a mély magvak neuronjaiban. A mély kisagyi magok neuronjainak aktivitása a gátló Purkinje-sejteken érvényesülő bemenetek mérlegétől függ: egyrészt a granularis sejtek felől jövő aktiválástól (ami a Purkinje-sejt kimenetén gátlást jelent), másrészt a kosársejtek felől jövő gátlástól (ami viszont a Purkinje-sejteken gátlásoldást jelent). A végeredmény a moharostokon keresztül befutó ingerületek kisagykérgen belüli „szétosztásától” függ.

A kúszórostok közvetlenül képeznek synapsist a Purkinje-sejtekkel. A kúszórost akciós potenciáljának hatására a Purkinje-sejben akciós potenciál sorozat generálódik. A kúszórostbemenet így módosítja a moharostok ingerületével vezérelt Purkinje-sejt ingerületi frekvenciáját.

A kisagy fejlődéstani és funkcionális felosztása

A kisagy, ugyanúgy mint az idegrendszer többi része, hosszú filogenetikai fejlődés eredménye. A mai emberi kisagy egyes részeinek filogenetikailag megalapozott elkülönülése pregnánsan nyilvánul meg mind az anatómiai összeköttetésekben, mind a működésekben. A kisagy összeköttetései és funkciói alapján vestibulocerebellumra, spinocerebellumra és cerebrocerebellumra oszlik.

A vestibulocerebellum

A kisagy filogenetikailag legrégebbi része, a vestibulocerebellumkülönül el leginkább anatómiai szempontból a két újabb résztől. A vestibulocerebellumot a flocculus és a nodulus képviseli, és ezeket közös néven flocculonodularis lebenyként (archicerebellum) ismerjük. A vestibulocerebellumnak szerkezet szempontjából két különlegessége van. 1. Ez az egyetlen része a kisagynak, amelyet közvetlenül érnek el a vestibularis szerv primer afferensei. 2. A vestibulocerebellumban a „mély mag” (ill. az ennek megfelelő stuktúra) a kisagyon kívül, az agytörzsi Deiters-mag részét képezve helyezkedik el (tehát a Deiters-mag egy részét mély kisagyi magként is felfoghatjuk).

A vestibulocerebellum további, nem primer afferens ingerületeket kap a vestibularis magvakból (ezek már átcsatolódtak a vestibularis magokban), továbbá a látópálya egyes relémagjaiból. A vestibulocerebellum fontos szerepet játszik a szemmozgások koordinációjában, a fej reflexes mozgásaiban és az egyensúly megtartásában.

A spinocerebellum

A spinocerebelluma kisagy középső régióit, a vermist és a kisagyféltekék centrális, ún. intermedier részét foglalja el (palaeocerebellum). Az ide befutó információ jelentős része a gerincvelőből származik, a befutó impulzusok valamennyi szomatoszenzoros modalitást tartalmazzák.

A spinocerebellum összehasonlítja egymással a megtervezett mozdulatot vagy mozgássorozatot a tényleges végrehajtás valamennyi fázisával. A működésnek két visszacsatoló kör az alapja: a „belső visszacsatolású kör” a motoros pálya kollaterálisaiból származik, és még mielőtt a mozgatóparancsokból kivitelezett mozgás lesz, megkapja a mozgatóparancsról szóló „jelentést”; a „külső visszacsatolású kör” a proprioceptorok és a somaesthesiás receptorok felől kapja meg a de facto már kivitelezett mozgás információját. A visszacsatolt körök szerkezeti alapja a két spinocerebellaris pálya. A dorsalis spinocerebellaris pálya a szenzoros afferensekből tevődik össze, a ténylegesen bekövetkezett változások információit szállítja. A ventralis spinocerebellaris pálya az interneuronok aktivitását jelzi, amelyekben mind a leszálló impulzusok („parancsok”), mind pedig a megvalósított motoros események tükröződnek. Ezen kívül azonban a spinocerebellumba látási, hallási és vestibularis információk is érkeznek. Valószínűleg mindezek együttesen teszik lehetővé a széles körű motoros koordinációt.

A spinocerebellum nemcsak a mozgás kivitelezését hasonlítja össze az eredeti mozgatóparanccsal, de szükség esetén korrekciós utasításokat ad a mozgást kivitelező leszálló rendszereknek. Ennek kapcsán az izom-összehúzódás erejét folyamatosan a váratlanul felmerülő ellenállás-változásokhoz igazítja, ezzel „simává” teszi a mozdulatokat, kivédi az izom-összehúzódások hullámszerű változásait, az izomremegést (tremor). Emellett a spinocerebellum a γ-motoneuronok működésén keresztül szabályozza az izomtónust. Kisagyi sérülések után a γ-motoneuronok aktivitása csökken, a fusimotor működés csökkenése az izomorsókból jövő afferens aktivitás – és következményesen az izomtónus – csökkenésével jár, amelyet cerebellaris hypotonia néven ismerünk (l. alább).

A vermis és a kisagykéreg intermedier része különböző mély magvakhoz projiciálnak, amelyek – mint a fentiekben említettük – mind külön-külön szomatotópiásan rendezettek. A vermis a nuclei fastigiihez küld rostokat, innen az információ az agytörzsi magokon keresztül jut a gerincvelőbe. A nuclei fastigii más projekciói a thalamuson keresztül érik el a primer motoros kérget, ezzel befolyásolhatják a leszálló motoros pályákat. Az intermedier kisagyi kéreg az interpositus magvakhoz (nucleus globosus et emboliformis) projiciál, amelyek thalamocorticalis projekciójukon keresztül idegzik be a motoros kérget. Úgy tűnik azonban, hogy ezek a párhuzamosságok, az ismétlődő szomatotópia más és más motoros modalitást szabályoznak, és a körülírt sérülések szelektív motoros hiányosságokkal, készségek elveszésével járnak.

A cerebrocerebellum

A cerebrocerebellum(neocerebellum) anatómiai szempontból a kisagyféltekék lateralis részét foglalja el. A filogenetikailag legújabb kisagyrész más jellegű funkciót végez, mint a régebbiek: nem annyira a mozgások visszacsatolásos ellenőrzésében, mint inkább tervezésében, elindításában és leállításában működik közre. A kisagy ezek mellett a mozgások tanulásában és a megtanult mozgások rögzülésében is szerepet játszik. (Egyes kisagyi sérülések után pl. a megtanult hangszeres játék készsége vész el.) Mindezek szerkezeti alapját a nagyagykéreggel és a nucleus ruberrel való reciprok összeköttetések adják.

A cerebrocerebellum afferensei főként a szenzoros és a primer motoros kéregből, a premotoros areákból és a hátsó parietalis kéregből származnak, de a kisagyat csak a hídban való átcsatolódás(ok) után érik el. (A pálya a brachium pontison megy át.) A cerebrocerebellum mély magja a nucleus dentatus, amelyben ugyancsak szomatotópiás elrendezés érvényesül. A nucleus dentatusból az információ a brachium conjunctivumon keresztül jut el a thalamusba, ahol átkapcsolódik, és vissza-, ill. eljut az agykéreg primer motoros és premotoros areáiba. A nucleus dentatus még a nucleus ruber egy részével is összeköttetésban van, ahonnan egy másik visszacsatolásos kör az alsó oliván keresztül juttatja az információt ismét a cerebellumba.

A cerebrocerebellum és a motoros cortex közötti összeköttetések a mozgások pontos elindításában szerepelnek. A bizonyítékot majmokon végzett kísérletek szolgáltatták, amelyek során körülírt hűtéssel reverzíbilisen kikapcsolták a nucleus dentatust. A megtanult mozgást megelőző corticalis elektromos aktivitás a kikapcsolás után csak késve indul meg, és maga a mozgás is késéssel indul. A mozgás pontos elindításához tehát a motoros kéreg és a cerebrocerebellum összjátéka szükséges.

Egy további megismert funkció az agonista és az antagonista izmok működésének koordinálása. A koordinált mozdulat egyik eleme, hogy a mozgás nem pillanatszerűen, hanem fokozatosan lelassulva szűnjék meg. Ehhez az kell, hogy a mozdulat végén az agonistákban fokozatosan csökkenjen az aktivitás, és e közben kezdjék meg működésüket az antagonista izmok. A nucleus dentatus reverzíbilis kikapcsolása után az agonista izmok tovább maradnak összehúzódott állapotban, mint azt a finom mozgás megkívánná, és az antagonista izmok később lépnek működésbe. Mindennek következtében a mozdulat „túllő a célon”. (Emberi kisagysérüléseket követően a szükségesnél nagyobb mozdulatot dysmetriának nevezzük.) Minthogy a tervezett mozdulat (pl. egy tárgy elérése kézzel) nem fejeződik be időben, a mozdulat ellenkező irányban folytatódik (korrekciós mozdulat), majd ismét az eredeti irányban: ezért a szükséges egyenes vonalú mozdulat helyett a kéz oszcilláló mozgást végez. Az ún. intentiós tremorra jellemző, hogy minél inkább megközelíti a beteg végtagja a mozdulat célját, annál nagyobb hullámú az oszcilláció.

A cerebro- és a spinocerebellum együttműködése

A kisagyban a cerebro- és a spinocerebellum egymást kiegészítve működik. A cerebrocerebellum az agykéregből jövő információkat analizálva vesz részt a motoros aktusok tervezésében és a motoros parancs kiadásában. A parancs kiadásáról értesül a spinocerebellum, és ezt követően ellenőrzi a parancs megfelelő végrehajtását, és kezdeményezi a szükséges korrekciókat. (A szabályozásban a bazális ganglionok is részt vesznek, működésüket a továbbiakban írjuk le.)

Kisagyi sérülések tünetei

A kísérletes neurofiziológia a kisagyi funkciók tanulmányozását az 1950-es években kezdte meg. Korábbi klinikai vizsgálatok azonban, amelyekben a kisagyi sérülés helyét vetették össze a kialakult tünetekkel, már utaltak egyes kisagyi funkciókra. Gordon HOLMES brit neurológus 1917-től kezdődően rendszeresen elemezte az első világháborúban elszenvedett kisagyi lövési sérüléseket követő neurológiai tüneteket.

A kisagyi sérüléseket követő izomhypotoniaabban nyilvánul meg,hogy a végtagok csak kevéssé állnak ellen a passzív mozgatásoknak, ill. a mozgatással szembeni ellenállás csak jelentős késéssel kezdődik meg. A mozgások kivitelezése nehézkes, ügyetlen. A mozgások késéssel indulnak, a kivitelezés során a beteg rosszul méri fel a tárgy megragadásához szükséges távolságot és a kifejtendő erőt (dysmetria, l. előbb). Ritmikus feladatok nem kivitelezhetők, a beteg nem képes ütemesen tapsolni. A beteg nem képes gyorsan alternáló mozgásokat végrehajtani: ez a dysdiadochokinesis. Összetett mozgásoknál a beteg hibás sorrendben végzi az egyes mozdulatokat (asynergia vagy a mozgások dekompozíciója). A megfogó mozdulatok alkalmával jelentkező, egyre erősödő mozgáshullámzást, az intentiós tremort az előzőekben ismertettük.

A bazális ganglionok működése

Bazális ganglionokon neuronalisan kapcsolt, funkcionálisan szorosan összetartozó magokat értünk (38-19. ábra). A medialisabb elhelyezkedésű nucleus caudatus és a lateralisabb putamen képezi a neostriatumot(amelyet corpus striatumnak is neveznek). A rendszer többi tagja a pallidum(más néven globus pallidus), a substantia nigraés a subthalamicus mag. Ezek a magok alapvető szerepet játszanak az izomtónus és a mozgások szabályozásában. A magok szabályozzák az emocionális indíttatású mozgásokat. Ezek mellett a bazális ganglionoknak a kognitív és az affektív funkcióban és talán a memóriában is szerepük van (38-2. táblázat).

38- 19. Ábra . A bazális ganglionok összeköttetései . E. R. Kandel, J. H. Schwartz és T. M. Jessel (1991): Principles of Neural Science. 3. kiadás, Prentice-Hall International Inc. London alapján

10.8. táblázat - 38-2. táblázat . A bazális ganglionok funkciói

Tónuseloszlás szabályozása

Mozgási mintázatok, automatizmusok vezérlése

Akaratlagos mozgások szervezése

Érzelmi és ösztönélettel kapcsolatos mozgások irányítása

Egyes vegetatív funkciók módosítása

Memória kialakítása?

Kognitív funkciók?

Affektív magatartás?


A bazális ganglionok külső összeköttetéseit és az egyes magok közötti belső kapcsolatokat aránylag jól ismerjük. Ennek ellenére a motoros működésekben betöltött szabályozó működésükre/működéseikre ma is még leginkább azokból a nagyon súlyos neurológiai funkciózavarokból következtetünk (Parkinson-kór, Huntington-chorea stb.), amelyek a neuronok egy-egy adott csoportjának pusztulását követik. Ezek a súlyos klinikai működészavarok hívták fel a figyelmet a bazális ganglionoknak a mozgások és az izomtónus szabályozásában betöltött szerepére.

Hosszú ideig feltételezték, hogy a corticospinalis („piramis”) mozgatórendszer mellett egy ún. „extrapiramidalis rendszer” szabályozza a mozgásokat, és ennek kapcsolási centrumai lettek volna a bazális ganglionok. A „piramisrendszer” mellett egy további, „extrapiramidalis rendszer” feltételezése azonban túlhaladott, koncepcionálisan elhibázott. Ezért – bár a klinikai neurológiai könyvekben a fogalom helyenként még él – a továbbiakban az elnevezést nem használjuk.

A bazális ganglionok összeköttetései

A bazális ganglionok szerkezeti felépítésében és működési mechanizmusaiban közös vonások vannak. A bazális ganglionok a cortexből kiinduló és ugyanoda visszatérő (corticocorticalis) hurokpályák feldolgozó állomásai: a fő felvevő állomás („bemenet”) a neostriatum. Az ide befutó információ az agykéreg egészéből szedődik össze (corticostriatalis projekció). A feldolgozott információ a kimenetet képező magokból, a pallidum pars internából és a substantia nigra pars reticularisból előbb a thalamusba jut, és onnan kerül vissza a cortexbe.

A thalamusnak a corticocorticalis hurokpályákba közbeiktatott neuronjai a frontalis kéreg mozgatómezőinek bemenetét képezik. A thalamus felől érkező bemenet egy „tölcsér”-hez hasonlítható, amelyen keresztül az egész agykéregből jövő információk a corticalis motoros areákba jutnak. A különböző corticalis areákból származó információk azonban végig megőrzik önállóságukat, „individualitásukat”, azaz végig szegregáltan haladnak. Így az egész „cortex-bazális ganglionok-thalamus-cortex” hurok nagyon sok párhuzamos hurokból épül fel, amelyek valamennyien különböző természetű információkat hordoznak [a párhuzamos(parallel) kompartmentáció elve].

Szemben a kisagyi szabályozó körrel, a bazális ganglionok nem projiciálnak közvetlenül sem az agytörzsi, sem a gerincvelői mozgatóstruktúrákhoz: a bazális ganglionok rendszere csak a cortexen keresztül hat a motoros működésekre.

A bazális ganglionok működése

A bazális ganglionok funkcionális szerveződésének megértése jelenleg az egyes átkapcsolódások transzmittereinek feltérképezésén, valamint a neuronalis aktivitás elektromos regisztrálásán alapul.

A neostriatumon keresztül érvényesülő motoros szabályozás– rendkívül leegyszerűsítve– egymástól némileg eltérő párhuzamos többneuronos láncokkal írható le, amelyekben a kéregből jövő első (corticofugalis) aktiváló neuron két sorosan kapcsolt gátló (GABA-erg) neuronhoz kapcsolódik. Ennek a kapcsolásnak köszönhetően az aktiváló (1.) neuron aktiválja az őt követő (2.) gátló neuront, amely azután gátolja a következő (3.) gátló neuront. A láncban következő aktiváló neuron (4.) felszabadul az addig érvényesülő gátlás alól (gátlásoldás, disinhibitio), azaz akadálytalanul továbbítja az egyéb befutó pályák felől érkező aktiváló ingerületeket. A szabályozásnak ez a módja csak akkor hatékony, ha a második gátló neuron jelentős spontán aktivitással rendelkezik (azaz tónusosan gátolja a láncban elhelyezkedő, 4. aktiváló neuront).

A neostriatalis bemenet felől érkező információ két alternatív úton, vagy egy közvetlen (direkt), vagy egy közvetett (indirekt) pályán juthat vissza a cortexbe.Ezt a két ellentétesen viselkedő pályát írjuk le az alábbiakban. A két pálya között az a lényegbevágó különbség, hogy a közvetlen pálya megnyitja a thalamocorticalis utat, a közvetett pálya ellentétesen hat, és zárja a pályát. A pályákat a 38-20. ábrán tüntettük fel.

Ezekben a pályákban a „klasszikus” (azaz gyors) neurotranszmitterek mellett, amelyek néhány milliszekundum alatt váltanak ki de- vagy hiperpolarizációt (EPST-t vagy IPSP-t), egy sor lassabban ható vagy tartós hatású neuroaktív anyag játszik esszenciális szerepet. Ezek közé tartozik a P-anyag (SP), az enkefalinok, a muszkarinos ACh-receptorokon ható ACh, továbbá a dopamin (amely két különböző, ellentétes hatást közvetítő 7-TM receptoron keresztül hat).

38-20. ábra . Közvetlen és közvetett striatothalamicus kapcsolatok . A közvetlen összeköttetés során (bal oldal) a neostriatum aktiválását a pallidum pars interna/substantia nigra pars reticularis gátlása követi. A két utóbbi struktúra gátló hatása a thalamusra így csökken, és a thalamocorticalis pálya „megnyílik”. A közvetett összeköttetésben (jobb oldal) a neostriatum aktiválása gátolja a pallidum pars externát. Ez utóbbi nem gátolja a nucleus subthalamicus neuronjait, annak glutamáterg efferensei felszabadulnak a gátlás alól. A glutamáterg ingerlő projekció aktiválja a pallidum pars interna/substantia nigra pars reticulata gátló neuronjait, amelyek végül is „zárják” a thalamusból kimenő aktivitást

A bazális ganglionok-thalamus-cortex közötti közvetlen pálya

A neostriatumba érkező glutamáterg bemenet a striatopallidalisés striatonigralis pályákon keresztül közvetlen úton jut a pallidum(pars interna)és a substantia nigra(pars reticularis)sejtjeihez. A neostriatumon belül a specifikus funkciójú neuronok szétválva projiciálnak az egyes magokhoz: a pályák szétválásának következménye, hogy a kéreg specifikus areái a pallidum, ill. a substantia nigra specifikus részeihez juttatnak információt. Ezek a pályák gátló jellegűek, így a neostriatum corticalis aktiválása gátolja a pallidumot és a substantia nigrát. A pallidum és a substantia nigra thalamushoz projiciáló neuronjai GABA-erg gátló sejtek. Úgy tűnik, hogy ez a második gátló neuron még nyugalomban is tónusosan aktív, és erőteljes gátlás alatt tartja a thalamus neuronjait. A corticalis izgalom felszabadítja a thalamust ezen tónusos gátlás alól (gátlásoldás). A neostriatumon keresztüli bemenet nyitja a motoros cortex felé a thalamusban elhelyezkedő „kapu”-t.

A bazális ganglionok-thalamus-cortex közötti közvetett pálya

A közvetett pályában a pallidum (pars externa) és a subthalamicus mag kerülő útként vannak a rendszerbe iktatva (l. a 38-20. ábrát). A cortexből jövő glutamáterg axonok a neostriatumban GABA-erg vagy enkefalinerg neuronokra csatolódnak át, amelyek a továbbiakban gátolják a pallidum külső szegmentumában a tónusosan aktív GABA-erg (gátló) neuronokat. Az utóbbiak a subthalamicus mag glutamáterg (aktiváló) neuronjaira csatolódnak át. Az innen származó axonok aktiválják a pallidum belső szegmentuma és a substantia nigra pars reticularis GABA-erg (gátló) neuronjait, amelyek a thalamushoz projiciálnak. A két egymást követő GABA-erg neuronhoz tehát még két további neuron, egy aktiváló és egy végső, gátló neuron csatlakozik. A subthalamicus mag neuronjai felszabadulnak a tónusos gátlás alól, és glutamáterg projekciójuk aktiválja a thalamushoz futó említett GABA-erg (gátló) pályát. A közvetett pályatehát – szemben a közvetlen pályával– gátolja a thalamus neuronjait, a cortex felé felszálló ingerületek számára „zárja” a kaput.

A dopaminerg pályák szerepe

A substantia nigra két jól elkülönülő részből áll (l. a 38-20. ábrát). Az egyik a már ismertetett pars reticularis, amely a pallidum belső szegmentumával együtt a bazális ganglionrendszer fő kimenetét képezi. Ettől mind morfológiailag, mind funkciójában elkülönül a dopaminerg neuronokat tartalmazó pars compacta. A dopaminerg neuronokban a dopamin-anyagcsere polimer mellékterméke, a sötét színű neuromelanin keletkezik, ez teszi a substantia nigrát sötét csíkként láthatóvá. A pars compacta felszálló neuronjai a neostriatumba projiciálnak (nigrostriatalis pálya). Farmakológiai adatok szerint a dopaminerg innerváció kolinerg interneuronok közbeiktatásával, a neostriatalis interneuronok muszkarinos metabotrop receptorain keresztül hat.

Parkinson-kór

A felszálló dopaminerg pályának különleges jelentőséget ad az a tény, hogy szelektív elroncsolása vagy farmakológiai bénítása akinesishez, és ezzel együtt gyakran izomrigiditáshoz vezet. Ezek a tünetek az emberi Parkinson-kórra emlékeztetnek. Ennek az 1817-ben leírt súlyos betegségnek a fő tünete a nyugalomban is állandó tremor(remegés); az egyéb tünetek között van az izomtónus fokozódása (rigiditás), ami csökkent motoros aktivitással és a mozdulatok elindításának nehézségével kombinálódik (akinesis), továbbá a mozdulatok kivitelezésének lassúsága (bradykinesis). A Parkinson-kórban szenvedő betegek agyában bekövetkező legjelentősebbb változás a dopaminerg neuronok elvesztése. Nagyon valószínű, hogy a dopaminerg bemenet hiánya felelős a rendellenes motoros működésekért.

Egy szintetikus neurotoxikus anyag, az MPTP (1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridin) adagolása emberekben és kísérleti állatokban egyaránt a substantia nigra pars compacta dopaminerg sejtjeinek pusztulását és a Parkinson-kórra jellegzetes tünetek megjelenését okozza. A tulajdonképpeni toxikus hatóanyag az MPTP-ből a szervezetben keletkező 1-metil-4-fenilpiridinium. Az MPTP-mérgezés állatkísérleti modellt szolgáltatott a Parkinson-kór kutatása számára.

Hyperkineticus kórképek

A nucleus subthalamicus helyi vérellátási zavar vagy vérzés következtében sérülhet. A tünetek között jelentkeznek az akarattól független hirtelen nagy féloldali mozdulatok, a jelenséget (hemi)ballismusnak nevezzük. A hyperkineticus kórkép hátterében valószínűleg a nucleus subthalamicus gátló hatásának elvesztése áll, amely egyébként a specifikus thalamicus afferenseken érvényesül. Ugyanezeket a tüneteket lehet kiváltani kísérleti állatokban a nucleus subthalamicusban elhelyezett célzott sértésekkel is.

Emberben genetikai oka van a neostriatumneuronok progresszív pusztulásának, amely a Huntington-chorea kialakulásához, majd dementiához, végül halálhoz vezet. A betegséget rángatózásos, néhol táncszerű, ún. choreiform mozgások jellemzik (chorea görögül tánc). A betegségre jellemző patológiai elváltozások a neostriatum kolinerg és GABA-erg neuronjainak pusztulása. Feltételezik, hogy a betegséget előidéző genetikai defektus következménye a glutamáterg NMDA-receptorok „túlingerlése”, az ún. excitotoxikus hatás, amely a receptorokat hordozó sejtek pusztulását vonja maga után.

Mérföldkövek

A kezdetek

1817: James Parkinson, egy londoni orvos leírja a később róla elnevezett mozgászavart.

1824: P. Flourens eltávolítja galambok cerebellumát (sebészi szempontból egyszerű beavatkozás), és megfigyeli a mozgások koordinációjának műtét utáni zavarait.

1870: Gustav Fritsch és Eduard Hitzig felfedezik, hogy a feltárt agykéreg elektromos ingerlésével kutyán mozgások válthatók ki. 1875-ben David Ferrier hasonló eredményekkel majmokban ismétli meg a vizsgálatokat. (A primer motoros mezőt majomban A. Leyton és C. S. Sherrington csak 1917-ben írják le.)

További klinikai megfigyelések

1872: George Huntington, egy New York mellett praktizáló orvos beszámol arról a több generáción keresztül öröklődő betegségről, amelyet akarattól független mozgások és előrehaladó dementia jellemez, és 15-20 év elteltével halálhoz vezet (a betegséget ma Huntington-choreaként ismerjük).

1896: J. Babinski francia neurológus leírja a corticospinalis pálya sérülését követő kóros reflexet: a talp bőrének ingerlésére az egyébként normális plantarflexio helyett bekövetkező öregujj-dorsalflexiót (Babinski-féle jel).

1912: Kinnier Wilson leírja, hogy a bazális ganglionok sérülései esetén a beteg akarattól független mozgásokat végez.

1917: Gordon Holmes brit neurológus megkezdi azon háborús veteránok idegrendszeri sérüléseinek feldolgozását, akik az első világháborúban kisagyi lövési sérülést szenvedtek (erről szóló monográfiája 1939-ben jelent meg).

A szomatomotoros rendszer szisztematikus vizsgálata

1895: Charles S. Sherrington megkezdi a gerincvelői reflexek és azok supraspinalis kontrollja több évtizeden át tartó vizsgálatát. A decerebratiós rigiditást 1898-ban írja le. Munkáit 1906-ban megjelent „The Integrative Action of the Nervous System” című, korszakot jelentő monográfiájában összegezi, amelyet 2. kiadásban 1947-ben ismét kinyomtattak. 1932-ben munkatársaival együtt írott monográfiában foglalja össze a gerincvelői reflexek kutatását: „Reflex Activity of the Spinal Cord”, Oxford University Press, London, amely szintén klasszikus mű. A társszerzők egyike az akkor még fiatal J. C. Eccles, aki későbbi hosszú pályafutása alatt a neuronok szintjén értelmezte Sherrington alapvető felfedezéseit [J. C. Eccles: (1977): „My Scientific Odyssey”, Annu. Rev. Physiol. 39. 1–18, lebilincselő beszámoló a neurofiziológia születéséről és fejlődéséről].

1926: R. Magnus utrechti farmakológus leírja a testtartási reakciók középagyi integrálását.

1933: B. H. C. Matthews úttörő kísérleteiben első ízben regisztrálja az izom afferens idegeinek elektromos aktivitását, és megállapítja az izomorsók és a Golgi-féle ínorsók működése közötti különbségeket.

1943: D. P. C. Lloyd amerikai fiziológus kimutatja a myotaticus reflex monosynapticus jellegét, és az antagonista izmok motoneuronjainak ún. direkt gátlását.

1945: L. Leksell felfedezi az intrafusalis izomrostok efferens beidegzését és ennek szerepét a motoros koordinációban.

1946: Horace W. Magoun és munkatársai felfedezik az agytörzsi formatio reticularis facilitáló és gátló mezőit (a motoros szabályozás mellett ezek a mezők alapvető fontosságúak az „ébresztési reakció”-ban).

1950: Wilder Penfield és T. Rasmussen amerikai idegsebészek publikálják monográfiájukat („The cerebral cortex of man: A clinical study of localization of function” The Macmillan Company, New York), amelyben közzéteszik az emberi motoros kéreg térképét, amelyet agyműtétek alkalmával szerzett információkból alkottak meg.

1950-es évek: John C. Eccles (Sherrington legutolsó tanítványa) kidolgozza a gerincvelői motoneuronok elektrofiziológiáját, értelmezi a postsynapticus potenciálváltozásokat (EPSP, IPSP).

1967: J.C. Eccles, M. Ito és Szentágothai János közösen írott monográfiájukban összegezik a kisagy működéséről felállított modelljüket („The cerebellum as a neuronal machine” Springer, Berlin-Heidelberg-New York)

Biokémiai analízis

1959: Arvid Carlsson felfedezi, hogy az agy dopamintartalmának legnagyobb része a bazális ganglionokban koncentrálódik.

1966: O. Hornykiewicz kimutatja, hogy Parkinson-kórban elhunyt személyek agyában a dopamin mennyisége lecsökkent.