Informatie

Neurowetenschap van temperatuurregeling en perceptie


Het is bekend dat de hypothalamus belangrijk is bij het reguleren van de lichaamstemperatuur, maar ik ben benieuwd of iemand iets weet van het neurocircuit van waargenomen temperatuur. Het lijkt erop dat er een verschil kan zijn tussen hoe warm/koud iemand zich voelt en de temperatuur waaraan zijn lichaam zich probeert aan te passen. Intuïtief zou ik me voorstellen dat elk schijnbaar verschil hierin te maken heeft met een soort vertraagde feedback die wordt ervaren voordat het autonome zenuwstelsel kan beginnen. Weet iemand hier iets meer over?


Ik heb hiervoor een goede bron gevonden - een open-access review door Nakamura, "Central Circuitries for Body Temperature Regulation and Fever." Daarin geeft de auteur een mooi samenvattend figuur van de schakelingen die betrokken zijn bij temperatuurregeling (zie hieronder). Zoals ik al vermoedde, staat de hypothalmus vrij centraal in de temperatuurregulatie. Ik was de betrokkenheid van het perifere zenuwstelsel bij het reageren op omgevingstemperaturen vergeten, wat, nu ik erover nadenk, logisch is, maar nog steeds behoorlijk interessant. Het lijkt erop dat er een verschil is in de specifieke circuits en neurotransmitters die worden gebruikt bij het reageren op warme en koude temperaturen (vooral GABA v. 5-HT), dus ik denk dat een redelijke hypothese is met betrekking tot de basis van individuele verschillen in de waargenomen temperatuur van een externe omgeving kunnen verschillen zijn in perifere 5-HT-systemen (naast verschillen in lichaamssamenstelling). Misschien kan iemand met een achtergrond in het perifere zenuwstelsel hier beter over spreken dan ik, maar single nucleotide polymorphisms (SNP's) die leiden tot verschillen in centrale 5-HT-systemen is de laatste tijd een actief onderzoeksgebied in de neurowetenschappelijke gemeenschap (bijv. , Nordquist & Oreland, 2010, Gonda et al., 2010), wat volgens mij dit idee enigszins valide maakt.


Temperatuurregeling

Mensen en andere zoogdieren zijn homeotherm, in staat om een ​​relatief constante lichaamstemperatuur te handhaven ondanks sterk variërende omgevingstemperaturen. Hoewel de gemiddelde menselijke lichaamstemperatuur 36,7 graden Celsius (98,2 graden Fahrenheit) is, varieert deze temperatuur afhankelijk van individuele verschillen, het tijdstip van de dag, het slaapstadium en de ovulatiecyclus bij vrouwen. Temperatuurregeling, of thermoregulatie, is de balans tussen:

Warmte stroomt van hogere temperatuur naar lagere temperatuur. Geleiding is de overdracht van warmte tussen objecten die in direct contact met elkaar staan. Als een persoon bijvoorbeeld op de koude grond zit, verplaatst de warmte zich van het lichaam naar de koude grond. Convectie is de overdracht van warmte door de beweging van lucht of vloeistof die langs het lichaam beweegt. Dit verklaart waarom een ​​briesje over de huid iemand kan afkoelen, terwijl lucht in kleding het lichaam warm houdt.

Een hagedis die op een warme zomerdag op een rots ligt te zonnen, illustreert straling: de overdracht van warmte-energie via elektromagnetische golven. Terwijl geleiding, convectie en straling zowel warmteverlies als warmtewinst voor het lichaam kunnen veroorzaken, is verdamping alleen een mechanisme van warmteverlies, waarbij een vloeistof wordt omgezet in een gas. Transpiratie die van de huid verdampt is een voorbeeld van dit warmteverliesmechanisme.

Wanneer het lichaam te warm is, vermindert het de warmteproductie en verhoogt het warmteverlies. Een manier om het warmteverlies te vergroten is door perifere vasodilatatie, de verwijding van bloedvaten in de huid. Wanneer deze bloedvaten verwijden, worden grote hoeveelheden opgewarmd bloed vanuit de kern van het lichaam naar de huid getransporteerd, waar warmteverlies kan optreden via straling, convectie en geleiding. Verdamping van vloeistoffen uit het lichaam veroorzaakt ook warmteverlies. Mensen verliezen voortdurend vocht uit de huid en in de uitgeademde lucht. Het onbewuste verlies van vocht wordt ongevoelig transpireren genoemd.

Hoewel het lichaam geen actieve controle heeft over ongevoelige transpiratie, sympathisch zenuwstelsel regelt het zweetproces en kan de afscheiding stimuleren tot 4 liter (4,22 vloeibare quarts) zweet per uur. Om het zweet te laten verdampen en het lichaam af te koelen, moet de omgevingslucht een relatief lage luchtvochtigheid hebben.

Wanneer het lichaam te koud is, verhoogt het de warmteproductie en vermindert het warmteverlies. Vasoconstrictie, de vernauwing van de bloedvaten van de huid, helpt warmteverlies te voorkomen. Rillen, wat een ritmische samentrekking is van het skelet

Hormonen zoals epinefrine, norepinefrine en schildklierhormoon verhogen de stofwisseling door de afbraak van vet te stimuleren. Mensen veranderen ook van houding, activiteit, kleding of beschutting om zich aan te passen aan temperatuurschommelingen. Het kippenvel dat in de kou op de huid ontstaat, is een ander teken dat het lichaam warmteverlies probeert te voorkomen. Ze zijn te wijten aan pilo-erectie, de erectie van de haarzakjes op de huid. Dit is een overblijfsel uit de tijd dat mensen bedekt waren met haar: pilo-erectie zou lucht vasthouden en warmte vasthouden.

De lichaamstemperatuur wordt geregeld door een systeem van sensoren en controllers over het hele lichaam. De hersenen ontvangen signalen over lichaamstemperatuur van de zenuwen in de huid en het bloed. Deze signalen gaan naar de hypothalamus, die de thermoregulatie in het lichaam coördineert. Signalen van de hypothalamus sturen het sympathische zenuwstelsel aan, dat de vasoconstrictie beïnvloedt, metabolisme , rillen, zweten en hormonale controle over de temperatuur. Over het algemeen regelt de posterieure hypothalamus de reacties op koude, en de voorste hypothalamus regelt reacties op warmte.

Onderkoeling, of lage lichaamstemperatuur, is het gevolg van langdurige blootstelling aan kou. Met een verlaging van de lichaamstemperatuur beginnen alle metabolische processen te vertragen. Onderkoeling kan levensbedreigend zijn.

Hyperthermie beschrijft een lichaamstemperatuur die hoger is dan normaal. Een voorbeeld van hyperthermie is koorts. Koorts wordt over het algemeen beschouwd als een lichaamstemperatuur van meer dan 38 graden Celsius (100,4 graden Fahrenheit). Koorts is de natuurlijke afweer van het lichaam tegen een infectie door een bacterie of virus. Koorts is een van de mechanismen van het lichaam om een ​​binnendringend organisme te elimineren. Koorts kan er zelfs voor zorgen dat het immuunsysteem effectiever werkt. Hitte-uitputting en zonnesteek zijn andere voorbeelden van hyperthermie. Deze treden op wanneer de warmteproductie de verdampingscapaciteit van de omgeving overschrijdt. Een zonnesteek kan dodelijk zijn als het niet wordt behandeld.


Hoe we temperatuur voelen

Steek uw linkerhand in de container met het ijs en uw rechterhand in de container met het water op badtemperatuur. Zorg ervoor dat het water ten minste tot aan de basis van de vingers komt - tot aan de eerste knokkels, ook wel de grote knokkels genoemd. Laat je handen ongeveer 2 minuten in het water.

Beweeg dan gelijktijdig beide handen in de middelste container.

Resultaat

U zult waarschijnlijk iets heel eigenaardigs ervaren - een mismatch, of verschil in temperatuursensatie, tussen de twee handen. Hoewel beide handen nu in dezelfde container zitten en dezelfde temperatuur ervaren, zou de linkerhand warm moeten aanvoelen, terwijl de rechterhand het water behoorlijk koud zou moeten vinden.

Uitleg

Welk deel van de hersenen is verantwoordelijk?

De somatosensorische cortex. Dit hersengebied is een weefselband die langs de bovenkant van je hersenen loopt, van de achterkant van het ene oor naar je andere oor en verwerkt alle sensorische informatie. De somatosensorische cortex zit onder waar je koptelefoon op je hoofd rust.

Waarom gebeurt dit?

Je ervaart iets dat een sensorische aanpassing wordt genoemd - een fenomeen waar handen bijzonder vatbaar voor zijn.

Onze handen, vooral onze vingertoppen, zijn goed ontwikkeld om ons te helpen informatie te verzamelen om de wereld om ons heen te verkennen, en ons informatie te verschaffen over temperatuur, textuur en vorm. Menselijke vingertoppen bevatten enkele van de dichtste delen van zenuwuiteinden op het lichaam - er zijn ongeveer 25.000 zenuwreceptoren per vierkante cm! Het is deze overvloed aan zenuwuiteinden die hen in staat stelt om in zo'n fijne mate informatie te verzamelen en signalen naar de hersenen te sturen om deze informatie te verwerken.

Uw handen en vingertoppen zijn de belangrijkste componenten van het zogenaamde somatosensorische systeem dat ons voorziet van onze fysieke gewaarwording van de wereld. Dit omvat ook onze huid, spieren, het hart, gewrichten, botten en hart.

Sensatiedetecterende zenuwen die in dit systeem worden aangetroffen, worden sensorische zenuwen genoemd en worden geactiveerd door verschillende sensaties, of het nu gaat om temperatuur, pijn of tactiele zin (aanraking). Aan het uiteinde van elke sensorische zenuw bevinden zich veel verschillende receptoren die verschillende gevoelens detecteren. Thermoreceptoren detecteren bijvoorbeeld specifiek de temperatuur. Sommige thermoreceptoren detecteren koude omstandigheden, terwijl andere thermoreceptoren worden geactiveerd door warmte.

In dit experiment, wanneer de linkerhand in ijskoud water wordt geplaatst, worden de koudegevoelige thermoreceptoren geactiveerd, waardoor een elektrische puls wordt veroorzaakt die langs de sensorische zenuw in de vingertoppen en handen naar de hersenen gaat.

Aan de andere kant, wanneer de rechterhand in het bad wordt geplaatst, worden de warmte-thermoreceptoren geactiveerd, waardoor een ander type elektrische puls de warme sensorische zenuw in de vingertoppen en handen naar de hersenen voortplant.

Elektrische informatie van de activering van de thermoreceptor wordt doorgegeven van je handen, langs je armen, omhoog door het bovenste deel van je ruggenmerg en in de hersenen via de sensorische zenuwen. De informatie wordt vervolgens verwerkt in het gebied van de hersenen dat de somatosensorische cortex wordt genoemd, zie hierboven.

Als uw hand lange tijd wordt blootgesteld aan hitte, zullen de warmtegevoelige receptoren, net als spieren na een lange training, moe beginnen te worden. Ze worden minder gevoelig voor de stimulus en dempen hun activiteit en verminderen het elektrische signaal dat naar het somatosensorische deel van je hersenen wordt gestuurd.

Dezelfde dingen gebeuren met de koude-receptoren als je hand lange tijd wordt blootgesteld aan de kou, dan worden de zenuwuiteinden minder gevoelig voor kou.

Je hebt je koude zenuwuiteinden aan je linkerhand ongevoelig gemaakt door ze bloot te stellen aan ijskoud water. Toen je vervolgens hun hand naar een warmere omgeving bewoog, hadden de koudegevoelige receptoren hun activiteit aangepast en gedempt, maar de warme receptoren niet, en hadden relatief een hoog potentieel activiteitsniveau, wat betekent dat je linkerhand de middelste container als warmer dan het waarneemt. echt geweest.

Aan de rechterkant heb je effectief je hete gevoelige zenuwuiteinden versleten door ze bloot te stellen aan warm water. Toen je je hand naar een koudere omgeving bewoog, hadden de warmtegevoelige receptoren hun activiteit aangepast en gedempt, maar de koude receptoren niet, dus de rechterhand nam de middelste container als kouder waar dan hij in werkelijkheid was.

Dit proces van aanpassing van de thermoreceptoren en sensorische zenuwen verklaart waarom je zo'n mismatch van temperatuursensatie ervoer toen je handen in de middelste container waren. Gevoeligheid voor temperatuur was veranderd op basis van uw vorige omgeving.

Hetzelfde proces verklaart waarom wanneer je op een echt warme dag voor het eerst in zee springt, de zee in het begin nogal koud aanvoelt, maar dan merk je niet zo veel van de temperatuur. Maar als je op een koudere dag in zee springt, lijkt de zee niet zo pittig. Het is allemaal relatief!

Evenzo, wanneer je je hand voor het eerst op een tafel laat rusten, merk je de textuur en temperatuur van de tafel op, maar na een tijdje voel je het niet meer. Neem je hand even weg en leg hem dan weer terug en je zult de zin van de tafel weer gaan opmerken. Dit komt ook door sensorische aanpassing.

Waarom bestuderen wetenschappers dit?

Er wordt veel onderzoek gedaan naar temperatuursensatie. Wetenschappers bestuderen regenwormen, zebravissen en fruitvliegen om het te begrijpen! Waarom? Welnu, het helpt ons een betere greep te geven op hoe ons zenuwstelsel informatie over de wereld eromheen opneemt en verwerkt om onze perceptie van de wereld te geven.

Eén studie heeft aangetoond dat mensen met een aandoening die depressieve stoornis wordt genoemd, minder gevoelig zijn voor echt koude temperaturen. We hebben geen idee waarom dit zou kunnen zijn! Veroorzaakt de depressie een lagere respons op pijn, of andersom? Of zijn de temperatuurpijn- en depressiecircuits in de hersenen op de een of andere manier met elkaar verbonden? Vliegen, regenwormen en zebravissen hebben hier nog geen antwoord op, maar misschien binnenkort wel.

Het riskante deel: waar u op moet letten en hoe u de wetenschap veilig kunt houden:


Structurele basis van temperatuursensatie door het TRP-kanaal TRPV3

Bij zoogdieren en andere dieren wordt temperatuurperceptie gemedieerd door primaire afferente neuronen, maar de identiteit van de moleculaire temperatuursensoren bleef raadselachtig totdat werd ontdekt dat een lid van de transient receptor potential (TRP) superfamilie van ionkanalen, TRPV1, optreedt als een thermoreceptor 1 . Deze ontdekking resulteerde in de snelle identificatie van tien andere leden van de TRP-kanaalsuperfamilie, gezamenlijk beschreven als de thermo-TRP's. Thermo-TRP's vertonen een ongewoon hoge temperatuurcoëfficiënt (Q10) waarden vergeleken met niet-temperatuurgevoelige ionenkanalen 2-4 , waardoor ze kunnen openen en sluiten als reactie op temperatuurveranderingen binnen een fysiologisch relevant bereik. Thermo-TRP's zijn van nature polymodaal en reageren synergetisch op verschillende chemische stimuli, membraanpotentiaal en temperatuur 5 .

De tweede stap van de activering van TRPV3, het openen van de poriën, gaat gepaard met verwijdering van de lipiden van de bindingsplaatsen 1 en 2 en verdere verplaatsing van de S1-S4- en poriedomeinen dichter bij elkaar. Bovendien spreiden de S6-helices weg van de porie-as, kantelen de TRP-helices naar de S4-S5-linker en ondergaat het linkerdomein conformationele veranderingen, die worden gestabiliseerd door het ontgrendelen van de C-terminus van de inter-subeenheidinterfaces. Over het algemeen zijn de conformationele herschikkingen die gepaard gaan met porieopening dramatischer in vergelijking met die die optreden tijdens sensibilisatie, en omvatten verkorting van het ionenkanaal en rotatie van het intracellulaire rokdomein.

Om de overgang van het kanaal van de gesensibiliseerde naar de open toestand te isoleren, hebben we TRPV3 . gebruiktY564A, die zelfs bij 4 °C gesensibiliseerd lijkt. Deze mutant vertoont een hoge open waarschijnlijkheid in het temperatuurbereik van 22-42 °C en heeft een lage Q10 waarde. Dit suggereert dat de overgang van de gesensibiliseerde naar de open toestand zwak temperatuurafhankelijk is. Dienovereenkomstig veronderstellen we dat de sterke temperatuurafhankelijkheid en hoge Q10 van TRPV3WT afkomstig zijn van de overgang van gesloten naar gesensibiliseerde toestand. Ons hypothetische tweestaps temperatuurgeïnduceerde activeringsmechanisme van TRPV3 doet denken aan de activeringsmechanismen van TRPM8 en TRPV1, die twee contrasterende Q vertonen.10 waarden evenals entropie- en enthalpieveranderingen tijdens overgangs- en gestabiliseerde kanaalgating 31-35. Omdat de overgang van gesloten naar gesensibiliseerde toestand gepaard gaat met conformationele veranderingen die alleen plaatsvinden in het transmembraandomein, kunnen de componenten ervan - het S1-S4-domein, het poriedomein en de TRP-helix - bijdragen aan een TRPV3-temperatuursensor. Het poorten van het ionenkanaal, dat culmineert in de ionengeleiding door de TRPV3-porie, is echter een meerstapsproces dat zowel sensibilisatie als porieopening vereist. Om deze reden kan een verandering in een van de activeringsstappen de schijnbare respons van het kanaal 29 veranderen. Dienovereenkomstig zijn het linkerdomein en de C-terminus, die de overgang van gesensibiliseerde naar open toestand reguleren, niet noodzakelijk verantwoordelijk voor temperatuurwaarneming, maar dragen ze bij aan warmteactivering en lijken ze belangrijk voor temperatuurafhankelijke poorten, naast het transmembraandomein 5 ,34,36-44 .

Wat zijn de fysieke grondslagen van de sterke temperatuurafhankelijkheid van de overgang van gesloten naar gesensibiliseerde toestand? De wetten van de thermodynamica schrijven voor dat deze overgang gepaard moet gaan met een ongewoon grote verandering in enthalpie tussen de gesloten en gesensibiliseerde toestanden 29,30,45,46 . Aangezien de overgang tussen deze twee toestanden relatief kleine conformationele veranderingen met zich meebrengt, kunnen de veronderstelde grote veranderingen in enthalpie worden verklaard door significante veranderingen in warmtecapaciteit 39,40,45,47. In eiwitten lijken de veranderingen in de warmtecapaciteit voornamelijk het gevolg te zijn van de hydratatie van residuen. Blootstelling van hydrofobe residuen aan de waterige omgeving gaat gepaard met een positieve verandering in warmtecapaciteit, terwijl die van polaire of geladen residuen gepaard gaat met een negatieve verandering. Tijdens de TRPV3-sensibilisatiestap zou de verandering in warmtecapaciteit daarom kunnen voortvloeien uit verschillende blootstelling van de transmembraandomeinelementen aan het membraan versus oplosmiddel in de gesloten en gesensibiliseerde toestand. Inderdaad, de 100° axiale rotatie van de onderkant van S6, de verlenging en verkorting van de TRP-helix tijdens sensibilisatie zorgen voor

8 residuen per subeenheid van het TRPV3-tetrameer die hun hydrofobe omgeving veranderen. Analoge conformationele veranderingen in het homologe gebied van TRPV1 werden voorgesteld om bij te dragen aan TRPV1-activering via de veranderde bevochtiging van de porie en van de vier perifere holtes die zich tussen elke S6 en S4-S5 linker 48 bevinden.

TRPV3-achtige conformationele herschikkingen werden ook waargenomen tijdens TRPV6-gating, wat niet temperatuurafhankelijk is 49 . Aan de andere kant vertoont TRPV6 niet zulke sterke gating-geassocieerde veranderingen in ringvormige lipidebezetting als TRPV3, wat de mogelijkheid benadrukt van de belangrijke rol van lipiden in TRPV3-thermogevoeligheid. Omdat lipidedubbellagen temperatuurafhankelijke faseovergangen ondergaan, zou het smelten van ringvormige lipiden die het transmembraandomein van TRPV3 omringen met toenemende temperatuur kunnen resulteren in een energie die voldoende is voor de thermische activering ervan 29 . Dienovereenkomstig kan de grote verandering in enthalpie tussen de gesloten en gesensibiliseerde toestanden van TRPV3 gedeeltelijk voortkomen uit verschillende interacties van de omringende lipiden met de veranderde S1-S4-poriedomeininterfaces. Cholesterolmoleculen, die de vloeibaarheid van lipidemembranen sterk moduleren, kunnen enkele van deze ringvormige lipiden vertegenwoordigen. In feite lijkt de vorm van het cholesterolmolecuul op de vorm van vermeende lipiden in de TRPV3-structuur, heel anders dan een typisch tweestaartig uiterlijk van fosfolipiden. Verdere ondersteuning van de belangrijke rol van lipiden in TRPV3-thermogevoeligheid, de Y564A-mutatie in de vermeende lipidebindingsplaats 2 maakt TRPV3Y564A kanalen zwak temperatuurgevoelig. Aanvullend onderzoek is nodig om de rol van lipiden, hydrofobe interacties en residusolvatie bij de temperatuurafhankelijke poorting van thermo-TRP's beter te begrijpen en onze structuren vormen een basis voor dergelijke studies.

Dit werk werd gedaan in samenwerking met de Dr. Zakharian-groep van het University of Illinois College of Medicine Peoria.

1. Caterina, MJ et al. De capsaïcine-receptor: een door warmte geactiveerd ionenkanaal in de pijnroute. Natuur 389, 816-24 (1997).

2. Patapoutian, A., Peier, A.M., Story, G.M. & Viswanath, V. Thermotrp-kanalen en verder: mechanismen van temperatuursensatie (vol 4, pg 529, 2003). Natuurrecensies Neurowetenschap 4, 691-691 (2003).

3. Jordt, SE, McKemy, D.D. & Julius, D.Lessen van pepers en pepermunt: de moleculaire logica van thermosensatie. Huidige mening in neurobiologie 13, 487-492 (2003).

4. Clapham, DE. TRP-kanalen als cellulaire sensoren. Natuur 426, 517-524 (2003).

5. Voets, T. et al. Het principe van temperatuurafhankelijke poorten in koude- en warmtegevoelige TRP-kanalen. Natuur 430, 748-754 (2004).

6. Peier, AM et al. Een warmtegevoelig TRP-kanaal uitgedrukt in keratinocyten. Wetenschap 296, 2046-9 (2002).

7. Guler, AD et al. Door warmte opgewekte activering van het ionenkanaal, TRPV4. J Neurosci 22, 6408-14 (2002).

8. Caterina, M.J., Rosen, T.A., Tominaga, M., Brake, A.J. & Julius, D. Een capsaïcine-receptor-homoloog met een hoge drempel voor schadelijke hitte. Natuur 398, 436-41 (1999).

9. Smith, GD et al. TRPV3 is een temperatuurgevoelig vanilloïde receptor-achtig eiwit. Natuur 418, 186-190 (2002).

10. Bautista, DM et al. De mentholreceptor TRPM8 is de belangrijkste detector van omgevingskou. Natuur 448, 204-208 (2007).

11. Dhaka, A. et al. TRPM8 is vereist voor koude sensatie bij muizen. neuron 54, 371-378 (2007).

12. Zimmermann, K. et al. Voorbijgaande receptorpotentieel kationkanaal, subfamilie C, lid 5 (TRPC5) is een koude-transducer in het perifere zenuwstelsel. Proceedings van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten van Amerika 108, 18114-18119 (2011).

13. Kwan, KY et al. TRPA1 draagt ​​bij aan koude, mechanische en chemische nociceptie, maar is niet essentieel voor haarceltransductie. neuron 50, 277-289 (2006).

14. Karashima, Y. et al. TRPA1 fungeert als koudesensor in vitro en in vivo. Proceedings van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten van Amerika 106, 1273-1278 (2009).

15. Talavera, K. et al. Warmte-activering van TRPM5 ligt ten grondslag aan de thermische gevoeligheid van zoete smaak. Natuur 438, 1022-5 (2005).

16. Vriens, J. et al. TRPM3 is een nociceptorkanaal dat betrokken is bij de detectie van schadelijke hitte. neuron 70, 482-494 (2011).

17. Song, K. et al. Het TRPM2-kanaal is een hypothalamische warmtesensor die koorts beperkt en hypothermie kan veroorzaken. Wetenschap 353, 1393-1398 (2016).

18. Tan, CH & McNaughton, PA Het TRPM2-ionkanaal is nodig voor gevoeligheid voor warmte. Natuur 536, 460-+ (2016).

19. Caterina, MJ et al. Verminderde nociceptie en pijnsensatie bij muizen zonder de capsaïcine-receptor. Wetenschap 288, 306-13 (2000).

20. Davis, JB et al. Vanilloïde receptor-1 is essentieel voor inflammatoire thermische hyperalgesie. Natuur 405, 183-187 (2000).

21. Moqrich, A. et al. Verminderde thermosensatie bij muizen zonder TRPV3, een warmte- en kamfersensor in de huid. Wetenschap 307, 1468-72 (2005).

22. Huang, SM, Li, X.X., Yu, Y.Y., Wang, J. & Caterina, MJ TRPV3- en TRPV4-ionkanalen leveren geen belangrijke bijdrage aan het warmtegevoel van de muis. Moleculaire pijn 7(2011).

23. Park, U. et al. TRP vanilloid 2-knock-out muizen zijn vatbaar voor perinatale letaliteit, maar vertonen normale thermische en mechanische nociceptie. J Neurosci 31, 11425-36 (2011).

24. Vandewauw, I. et al. Een TRP-kanaaltrio bemiddelt bij acute schadelijke warmtewaarneming. Natuur 555, 662-+ (2018).

25. Liu, B.Y., Yao, J., Zhu, M.X. & Qin, F. Hysterese van gating onderstreept sensibilisatie van TRPV3-kanalen. Tijdschrift voor algemene fysiologie 138, 509-520 (2011).

26. Zubcevic, L. et al. Conformationeel ensemble van het menselijke TRPV3-ionkanaal. Nat Commun 9, 4773 (2018).

27. Singh, A.K., McGoldrick, L.L. & Sobolevsky, A.I. Structuur en poortmechanisme van het tijdelijke receptorpotentiaalkanaal TRPV3. Nat Struct Mol Biol 25, 805-813 (2018).

28. Diaz-Franulic, I., Poblete, H., Mino-Galaz, G., Gonzalez, C. & Latorre, R. Allosterisme en structuur in thermisch geactiveerde tijdelijke receptorpotentiële kanalen. Jaaroverzicht van biofysica, deel 45 45, 371-398 (2016).

29. Feng, Q. Temperatuurwaarneming door thermische TRP-kanalen: thermodynamische basis en moleculaire inzichten. Thermische sensoren 74, 19-50 (2014).

30. Voets, T. Kwantificering en modellering van de temperatuurafhankelijke poorten van TRP-kanalen. Recensies van Fysiologie, Biochemie en Farmacologie, Vol 162 162, 91-119 (2012).

31. Brauchi, S., Orio, P. & Latorre, R. Aanwijzingen voor het begrijpen van koude sensatie: thermodynamica en elektrofysiologische analyse van de koude receptor TRPM8. Proceedings van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten van Amerika 101, 15494-9 (2004).

32. Zakharian, E., Cao, C. & Rohacs, T. Gating van tijdelijke receptorpotentiële melastatine 8 (TRPM8)-kanalen geactiveerd door koude en chemische agonisten in vlakke lipidedubbellagen. The Journal of neuroscience: het officiële tijdschrift van de Society for Neuroscience 30, 12526-34 (2010).

33. Sun, X. & Zakharian, E. Regulering van de temperatuurafhankelijke activering van voorbijgaande receptorpotentiaal vanilloid 1 (TRPV1) door fosfolipiden in vlakke lipidedubbellagen. J Biol Chem 290, 4741-7 (2015).

34. Brauchi, S., Orio, P. & Latorre, R. Aanwijzingen voor het begrijpen van koude sensatie: thermodynamica en elektrofysiologische analyse van de koude receptor TRPM8. Proc Natl Acad Sci U S A 101, 15494-9 (2004).

35. Zakharian, E., Cao, C. & Rohacs, T. Gating van tijdelijke receptorpotentiële melastatine 8 (TRPM8)-kanalen geactiveerd door koude en chemische agonisten in vlakke lipidedubbellagen. Journal of Neuroscience 30, 12526-12534 (2010).

36. Vlachova, V. et al. Functionele rol van de C-terminale cytoplasmatische staart van de vanilloïdereceptor van de rat 1. J Neurosci 23, 1340-50 (2003).

37. Yao, J., Liu, B. & Qin, F. Modulaire thermische sensoren in temperatuurgestuurde transiënte receptorpotentiaal (TRP) kanalen. Proc Natl Acad Sci U S A 108, 11109-14 (2011).

38. Liu, B. & Qin, F. Moleculaire schakelaar met één residu voor hoge-temperatuurafhankelijkheid van vanilloïdereceptor TRPV3. Proc Natl Acad Sci U S A 114, 1589-1594 (2017).

39. Grandl, J. et al. Door temperatuur geïnduceerde opening van TRPV1-ionkanaal wordt gestabiliseerd door het poriedomein. Natuur Neurowetenschap 13, 708-714 (2010).

40. Grandl, J. et al. Het poriegebied van het TRPV3-ionkanaal is specifiek vereist voor warmteactivering. Natuur Neurowetenschap 11, 1007-1013 (2008).

41. Brauchi, S., Orta, G., Salazar, M., Rosenmann, E. & Latorre, R. Een hot-sensing koude receptor: C-terminaal domein bepaalt thermosensatie in tijdelijke receptorpotentiële kanalen. J Neurosci 26, 4835-40 (2006).

42. Zhang, F. et al. Warmte-activering is intrinsiek aan het poriedomein van TRPV1. Proceedings van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten van Amerika 115, E317-E324 (2018).

43. Gregorio-Teruel, L. et al. De integriteit van het TRP-domein is cruciaal voor correcte TRPV1-kanaalpoorten. Biofysisch tijdschrift 109, 529-541 (2015).

44. Kim, SE, Patapoutian, A. & Grandl, J. Enkele residuen in de buitenste porie van TRPV1 en TRPV3 hebben temperatuurafhankelijke conformaties. Plos One 8(2013).

45. Clapham, DE. & Miller, C. Een thermodynamisch raamwerk voor het begrijpen van temperatuurwaarneming door transiënte receptorpotentiaal (TRP) kanalen. Proc Natl Acad Sci U S A 108, 19492-7 (2011).

46. ​​Latorre, R., Zaelzer, C. & Brauchi, S. Structuur-functionele intimiteiten van tijdelijke receptorpotentiële kanalen. Q Rev Biophys 42, 201-46 (2009).


Betrokken orgaansystemen

Meerdere organen en lichaamssystemen worden aangetast wanneer de thermoregulatie wordt aangetast. Tijdens een hittegerelateerde ziekte kan onvoldoende thermoregulatie leiden tot meerdere orgaan- en systeemstoornissen. (Merk op dat veel van deze problemen met elkaar verbonden zijn.)

Wanneer de lichaamstemperatuur bij onderkoeling sterk daalt, worden ook de lichaamssystemen nadelig beïnvloed. Het cardiovasculaire systeem is gevoelig voor ritmestoornissen zoals ventrikelfibrilleren. De elektrische activiteit van het centrale zenuwstelsel (CZS) is merkbaar verminderd. Niet-cardiogeen longoedeem kan optreden, evenals koude diurese. Bovendien veroorzaakt hypothermie preglomerulaire vasoconstrictie, wat leidt tot verminderde glomerulaire filtratiesnelheid (GFR) en verminderde renale bloedstroom (RBF). [3]


Temperatuurwaarneming en nociceptie

De specificiteitstheorie van sommige thesis stelt dat percepties van warmte, koude en pijn worden bediend door afzonderlijke zintuigen. Hoewel niet langer in al zijn details geaccepteerd, zijn de basisveronderstellingen van de theorie van anatomische en functionele specificiteit leidende principes gebleven in onderzoek naar temperatuurperceptie en de relatie met pijn. Dit artikel bespreekt de responskenmerken van thermoreceptoren, temperatuurgevoelige nociceptoren en hun bijbehorende paden in de context van oude en nieuwe perceptuele verschijnselen, waarvan de meeste niet bevredigend kunnen worden verklaard door de specificiteitstheorie. Het bewijs geeft aan dat temperatuurgevoeligheid gedurende het grootste deel van het perceptuele bereik afhangt van co-activering van en interacties tussen thermische en nociceptieve routes die zijn samengesteld uit zowel specifieke "gelabelde lijnen" als niet-specifieke, multimodale vezels. Het toevoegen van deze complexiteit is het bewijs dat tactiele stimulatie de manier waarop thermische stimulatie wordt waargenomen kan beïnvloeden. Er wordt betoogd dat thermoreceptie het best kan worden gedefinieerd als een functioneel subsysteem van een thesis dat de zeer verschillende en soms tegenstrijdige eisen van thermoregulatie, bescherming tegen thermische schade en haptische waarneming dient. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. J Neurobiol 61: 13–29, 2004


Abstract

We hebben een acuut temperatuurgevoel. De meesten van ons zoeken schaduw op een warme zomerdag, geven de voorkeur aan een warme douche boven een koude en genieten van rode wijnen die geserveerd worden bij een temperatuur van 15-18°C. Thermosensatie heeft niet alleen invloed op ons comfort, maar is ook essentieel voor het voortbestaan ​​van de meeste organismen. We beginnen nu de moleculaire identiteit te ontdekken van eiwitten die thermosensatie verlenen. De thermoTRP's, een subset van tijdelijke receptorpotentiële ionkanalen, worden geactiveerd door verschillende fysiologische temperaturen en zijn betrokken bij het omzetten van thermische informatie in chemische en elektrische signalen binnen het sensorische zenuwstelsel.


6. Open vragen

Veel fundamentele vragen over het thermoregulatiesysteem blijven onbeantwoord. Hieronder bespreken we er vier.

Wat is het mechanisme en de functionele betekenis van temperatuurmeting in de hypothalamus?

Ons huidige begrip van hoe de hersenen de lichaamstemperatuur reguleren, is sterk beïnvloed door de baanbrekende ontdekking dat POA-opwarming hypothermie induceert (Magoun et al., 1938). Maar 80 jaar later is er nog steeds geen overeenstemming over de fysiologische betekenis van deze waarneming of het onderliggende moleculaire mechanisme. Recent werk heeft specifieke POA-neuronen geïdentificeerd die selectief worden geactiveerd door omgevingswarmte (Tan et al., 2016), maar of deze cellen ook de hersentemperatuur voelen, is onduidelijk. Omgekeerd is de kandidaat-warmsensor TRPM2 geïdentificeerd in de hypothalamus (Song et al., 2016), maar de brede uitdrukking ervan roept de vraag op hoe het zou kunnen functioneren als een specifieke warmtesensor en bovendien in welke neurale celtypes het handelingen. Om deze vragen aan te pakken, zijn experimenten nodig die exogene controle van de hersentemperatuur combineren met celtype-specifieke neurale opname en manipulatie.

Wat zijn de celtypen die de homeostatische reactie op koude orkestreren?

De POA is vereist voor thermoregulerende reacties op koude, en blootstelling aan koude activeert neuronen in de POA (Bachtell et al., 2003 Bratincsak en Palkovits, 2004 Yoshida et al., 2005). De specifieke celtypen die de thermoregulerende reactie op koude mediëren, zijn echter niet geïdentificeerd. Optische opnames van door warmte geactiveerde POA PACAP/BDNF-neuronen onthulden dat deze cellen selectief zijn afgestemd op onschadelijke warmte, en geen reactie vertonen op perifere koeling onder de 30 °C, tenminste op het niveau dat gedetecteerd zou kunnen worden door vezelfotometrie (Tan et al. ., 2016). Dit suggereert dat de POA een afzonderlijke populatie van op koude reagerende cellen kan bevatten die het doelwit zijn van het stijgende koude kanaal. Moleculaire identificatie van deze cellen en opheldering van hun interacties met door warmte geactiveerde POA-neuronen zullen een belangrijk onderzoeksgebied zijn.

Wat zijn de neurale substraten van thermoregulerend gedrag?

Thermoregulerend gedrag blijft het meest raadselachtige van de klassieke gemotiveerde gedragingen die eten en drinken omvatten. Er is nog geen voorhersenenregio of celtype nodig gebleken voor deze reacties. Hoewel het dogma was dat de POA er niet bij betrokken is, onthult het feit dat stimulatie van specifieke POA-celtypes robuust hitte-defensief gedrag kan veroorzaken, dat deze cellen kunnen dienen als een genetisch toegangspunt tot het onderliggende circuit (Tan et al., 2016 Yu et al., 2016). Bovendien suggereert de recente bevinding dat laesies van de LPB, maar niet van de thalamus, het temperatuurselectiegedrag blokkeren dat stroomafwaartse doelen van de LPB, zoals de POA, erbij betrokken zijn (Yahiro et al., 2017). Het zal verhelderend zijn om deze circuits te identificeren en te begrijpen hoe ze verbinding maken met het bredere motiverende systeem dat ander homeostatisch gedrag aanstuurt.

In hoeverre modelleert thermoregulatie bij knaagdieren nauwkeurig de menselijke fysiologie?

We hebben in deze review de kracht van muisgenetica benadrukt om het neurale circuit te onderzoeken dat de lichaamstemperatuur regelt, maar het is belangrijk om te erkennen dat er verschillen zijn in thermoregulatie tussen knaagdieren en mensen. Muizen die aan voedselgebrek zijn blootgesteld, raken bijvoorbeeld verdoofd, een toestand van langdurige, gereguleerde onderkoeling, terwijl ratten en mensen dat niet doen. Evenzo hebben grote dieren zoals mensen een veel grotere thermische traagheid dan knaagdieren en worden daardoor minder beïnvloed door voorbijgaande veranderingen in de omgevingstemperatuur (Romanovsky, 2014). Op het niveau van neurale circuits blijft het een open vraag in hoeverre de specifieke celtypes en onderlinge verbindingen die de lichaamstemperatuur bij muizen regelen, behouden zullen blijven bij andere soorten, hoewel het duidelijk is dat veel van dezelfde hersengebieden erbij betrokken zijn. Het aanpakken van deze vragen vereist een vergelijkende benadering die thermoregulatie tussen soorten onderzoekt, mogelijk mogelijk gemaakt door nieuwe technologieën voor genbewerking.


Regulering van gedragsplasticiteit door systemische temperatuursignalering in Caenorhabditis elegans

Dieren gaan om met veranderingen in de omgeving door hun gedragsstrategie te veranderen. Omgevingsinformatie wordt over het algemeen ontvangen door sensorische neuronen in het neurale circuit dat gedrag genereert. Hoewel de omgevingstemperatuur onvermijdelijk het hele lichaam van een dier beïnvloedt, blijft het mechanisme van systemische temperatuurwaarneming grotendeels onbekend. We laten hier zien dat systemische temperatuursignalering een verandering in een op geheugen gebaseerd gedrag in C. elegans induceert. Tijdens gedragsconditionering reageren zowel niet-neuronale cellen als neuronale cellen op kweektemperatuur door middel van een hitteschoktranscriptiefactor die de nieuw geïdentificeerde genexpressiedynamiek aandrijft. Deze systemische temperatuursignalering reguleert thermosensorische neuronen niet-cel-autonoom via de oestrogeensignaleringsroute, waardoor thermotactisch gedrag wordt geproduceerd. We leggen een verband tussen systemische omgevingsherkenning en gedragsplasticiteit in het zenuwstelsel.


Individuele verschillen: de behoefte aan prospectie

De grootste uitdaging voor radicale belichamingstheorieën is om van verkenning naar voorspelling te gaan. Hoe verhouden bijvoorbeeld temperatuurvoorspellingen zich tot veranderingen in de huidtemperatuur? Zijn dergelijke noties gebaseerd op het idee om abstracte concepten weer te geven, zoals gepostuleerd door Lakoff en Johnson (1999)? Een kenmerkende studie van Boroditsky en Ramscar (2002) vond dat tijd kan worden gegrondvest in de concrete ervaring van ruimte. Srinivasan en Carey (2010) ontdekten echter dat vergelijkbare tijd-ruimte-effecten al worden gedetecteerd bij preverbale zuigelingen. Dergelijke abstracte representaties kunnen dus worden verklaard door ofwel belichaamde processen, ofwel een proces van steigers (zie ook IJzerman en Koole, 2011 IJzerman et al., 2015b).

Steigertheorieën suggereren dat associaties tussen sociale ervaringen en lichamelijke omstandigheden de basis vormen voor latere modellen van de wereld (Piaget en Inhelder, 1969 Mandler, 2004 Williams et al., 2009). Fysiek contact tussen twee lichamen creëert een aantal lichamelijke toestanden die als basis dienen voor gefundeerde relatiemetaforen. Contact via seks, borstvoeding, knuffelen, vasthouden en intiem contact produceren allemaal sensorische stimulatie van mechanoreceptoren en thermoreceptoren in de huid. Het verband tussen zachtheid en warmte aan de ene kant en basis sociaal contact aan de andere kant kan zowel genetisch voorbereid als sterk versterkt worden in het begin van het leven, en later in het leven opnieuw gepresenteerd worden in hechtingsstijlen (Caporael, 1997 Damasio, 1999 Fiske, 2004 Cohen en Leung, 2009 IJzerman en Semin, 2010 IJzerman en Cohen, 2011). Dit roept minstens twee belangrijke vragen op. Hoeveel gehechtheid is radicaal belichaamd en hoeveel is representatief? En hoe kan steigerbouw ontstaan?

Tot op heden is het onduidelijk hoe steigers kunnen ontstaan. Een mogelijke kandidaat is de theorie van PARCS'en (Tops en Boksem, 2011 Tops et al., 2014), die twee niveaus van controle suggereert, een voorspellende en een reactieve. Volgens PARCS kan radicale belichaming de regel zijn voor reactieve controlesystemen, maar voorspellende controlesystemen zijn representatief van aard. Vanuit dit perspectief kan motivationele controle worden verschoven tussen voorspellende systemen en reactieve systemen, wat representatieve invloed op gedrag mogelijk maakt, maar die representatiestructuur is fundamenteel verbonden met een belichaamd reactief controlesysteem. Op deze manier wordt de representatieve architectuur van de geest (een zachte representatie van Zajonc en Markus, 1984) gebouwd in nauwe samenwerking met de belichaamde architectuur, wat leidt tot dit steigerfenomeen. Een aanraking van een ander kan dus niet alleen bijdragen aan het gevoel dat de wereld veilig is, maar dat de omgeving ook over voldoende middelen beschikt. Vanuit dat perspectief kan het organisme voorspellingen doen over welke toekomstige actie moet worden ondernomen. Deze benadering maakt dus duidelijke voorspellingen mogelijk over wanneer representatieve processen worden gebruikt en de neurale mechanismen die ze ondersteunen. Om dit idee te verduidelijken, onderzoeken we nu hoe radicaal belichaamde cognitieve systemen interageren met op representatie gebaseerde cognitieve systemen, en hoe representatiesystemen kunnen zijn geëvolueerd om relatiecognitie te ondersteunen.

Integratie van radicale belichaming en representatie: theorie van voorspellende en reactieve controlesystemen

Een fascinerende bevinding is dat maternale thermoregulatie bij ratten kan leiden tot een grotere hersengroei. En we weten dat veilige hechtingsstijlen verband houden met grotere zelfcomplexiteit bij mensen (bijv. Mikulincer, 1995). Zou het kunnen dat er naast de voorgestelde radicaal belichaamde architectuur voorspellende modellen zijn ten behoeve van meer verkenning? Dit idee van stabiele individuele verschilpatronen van gehechtheidsgedrag is altijd een van de kenmerkende kenmerken van de gehechtheidstheorie geweest. Met name Bowlby (1969/1982) theoretiseerde dat deze verschillen – en hun stabiliteit gedurende het hele leven – te wijten waren aan interne werkmodellenof representaties van de relatie met de verzorger.

Een mogelijkheid is dat de hersenen aanvullende systemen hebben ontwikkeld voor representatieve cognitie die afhankelijk zijn van radicaal belichaamde architecturen in de hersenen, deels vanwege een toename in socialiteit in de loop van de evolutionaire tijd. Met name de hersengrootte en de grootte van sociale groepen bij zoogdieren, met name primaten, zijn positief gecorreleerd (Barrett et al., 2002) op een zodanige manier dat een verband tussen neocorticaal volume en socialiteit wordt aangegeven dat zinvol is. Dunbar en Shultz (2007) stellen dat deze relatie werd gepromoot omdat een grotere sociale groepsgrootte en monogame paarbinding een groter voorspellend vermogen vereisten om door sociale relaties te navigeren. Het kan inderdaad zijn dat in de evolutionaire geschiedenis grotere socialiteit leidde tot druk die verhoogde corticale groei bevorderde en tegelijkertijd de energetische efficiëntie verhoogde door sociale samenwerking.

Waarom zou dit het geval kunnen zijn? We denken dat het menselijk brein grotere prospectieve/voorspellende capaciteiten heeft ontwikkeld om de planning en simulatie van mogelijke uitkomsten te bevorderen als gevolg van een toegenomen behoefte om het gedrag van anderen te voorspellen dat naar voren kwam met verhoogde socialiteit, zoals complexere meta-relaties x0201D (Fiske, 2012 Bohl, 2014). Om de toekomst van relaties en sociale partnerschappen te voorspellen, werd een grotere prospectieve capaciteit essentieel, zodat men de juiste afwegingen kon maken tussen de huidige resultaten op een egoïstisch niveau en de potentieel grotere beloning van samenwerking met anderen, min of meer als een weersvoorspelling rapport” van de sociale omgeving (IJzerman et al., 2015b). Deze afweging en balans vereist het vermogen om de betrouwbaarheid van anderen te bepalen en hun gedrag te voorspellen als een functie van verschillende situaties. Dit gebeurt op twee manieren. Ten eerste werd voorspellende cognitie bevorderd en als functie nam de hersengrootte waarschijnlijk toe. Bovendien bevorderde een groter coöperatief gedrag ook de energetische efficiëntie – een positief weerbericht – waardoor een grotere verkenning van de omgeving mogelijk was, het bevorderen van meerdere niveaus van schakelaars, gedeeltelijk bestuurd via OT-mechanismen, tussen verkennend en defensief gedrag, en voorspellend (representatieve ) en reactieve (belichaamde) cognitie.

In lijn met deze redenering suggereert PARCS dat reactieve controlesystemen vroeg in de evolutionaire geschiedenis zijn geëvolueerd met het oog op gedragscontrole in onvoorspelbare omgevingen. Dit systeem is samengesteld uit structuren van het laterale limbische systeem, zoals het ventrale striatum (VS), de vorming van de voorste hippocampus en de amygdala, evenals ventrolaterale corticale structuren zoals de inferieure frontale gyrus (IFG) en de voorste insula (AI). Men denkt dat dit systeem gespecialiseerd is in de verwerking van nieuwigheid (vgl. Whalen, 2007), biologische opvallendheid (vgl. Adolphs, 2010) en dringende omgevingsstimuli om te reageren op urgenties. Het functioneert feedbackgestuurd naar de directe situatie en richt de aandacht nauw op de lokale situatie. Dus wanneer het organisme eenzaam is, zal het waarschijnlijk warme en beschermende anderen zoeken. Op deze manier kan het organisme nieuwe informatie opnemen en communiceren met voorspellende systemen om interne voorspellende modellen bij te werken en een grotere voorspellende controle in de toekomst te bevorderen (Hasher en Zacks, 1979, Tops en Boksem, 2011).

Voorspellende controlesystemen daarentegen bestaan ​​uit dorsomediale structuren zoals de posterieure cingulate cortex (PCC), precuneus, angulaire gyrus, parahippocampale cortex, posterieure hippocampale vorming, mediale prefrontale cortex en dorsolaterale prefrontale cortex. Er wordt aangenomen dat dit netwerk van systemen grotendeels een uitvloeisel is van evolutionaire druk die ontstond in zeer voorspelbare en stabiele omgevingen (Tops et al., 2014). Dit systeem ondersteunt een verscheidenheid aan cognitieve functies die representatief van aard kunnen zijn, en is sterk verweven met het reactieve systeem. PARCS theoretiseert dat het systeem grotendeels is samengesteld uit neurale structuren die intrinsiek zijn aan het standaardmodusnetwerk (DMN), zoals het achterste cingulaat, de precuneus, de mediale temporale kwab en de mediale prefrontale cortex (Raichle et al., 2001) evenals de dorsale uitvoerende Regio's. Het is betrokken bij cognitieve taken met intern gerichte aandacht, zoals het zich een andere tijd of ruimte voorstellen (Buckner en Carroll, 2007), of het perspectief van een andere persoon (Waytz en Mitchell, 2011). Craik (1943) suggereerde dat het voorstellen van de toekomst met behulp van interne modellen het mogelijk maakt om alternatieve mogelijkheden te testen en betere voorspellingen te doen met betrekking tot situationele uitkomsten. In dezelfde zin suggereert PARCS dat de functie van het dorsale voorspellende systeem is om simulaties uit te voeren om toekomstige gebeurtenissen te voorspellen, en, in overeenstemming met de rest van ons artikel, waarschijnlijk de hoeveelheid beschikbare middelen zal “gage” (zie ook IJzerman et al., 2015a). Het dorsale voorspellende systeem houdt zich dus bezig met het creëren van interne modellen die toekomstige resultaten voorspellen door middel van simulatie, en werkt die modellen langzaam bij, in overeenstemming met het idee dat het reageert op voorspelbaarheid van de omgeving.

Een kerngedachte is dat het voorspellende besturingssysteem simulaties creëert die grotendeels gebaseerd zijn op informatie uit belichaamde bronnen. Een groot deel van de hersenen kan dus op een radicaal belichaamde manier functioneren, maar voorspellende controle vereist een vorm van representatieve architectuur die gebruikmaakt van simulatieprocessen en zich bezighoudt met computationele processen. Zachte representaties zijn gebaseerd op belichaamde architectuur, maar kunnen desalniettemin bestaan ​​en de basis vormen van interne werkmodellen. Om een ​​dergelijke hypothese te testen, moeten falsifieerbare voorspellingen worden geproduceerd die kunnen worden gebruikt om dit model te betwisten.


Abstract

Achtergrond en Doel Symptomen die worden geïnterpreteerd als eenzijdige stoornissen van het autonome functioneren, zoals kou, droogheid, zweten en trofische veranderingen, zijn algemeen bekende, maar onvolledig begrepen klinische problemen na een beroerte. De huidige studie levert gegevens met betrekking tot de incidentie en mechanismen achter dergelijke symptomen.

Methoden: Drempels voor temperatuurperceptie, huidtemperaturen, verdampingssnelheden en reacties op de bloedstroom van de huid werden bilateraal gemeten bij 37 patiënten met een beroerte in de leeftijd van 58 ± 13 jaar (gemiddelde ± SD) en in een controlegroep van 15 patiënten van 64 ± 15 jaar met een enkele voorbijgaande ischemische aanval.

Resultaten Van de 37 patiënten met een beroerte rapporteerde 43% een gevoel van kou in de contralesionale zijde van het lichaam. De doorbloeding en temperatuur van de basale huid waren relatief lager aan de contralesionale zijde. Er was een overmatige verdamping aan de contralesionale zijde na hersenstamlaesies en aan de ipsilesionale zijde na hemisferische laesies. Vasomotorische reflexasymmetrieën kwamen voor bij 34% van de patiënten en waren te wijten aan zwakke vasodilaterende of vasoconstrictorreflexen aan de ipsilesionale zijde. Deze afwijkingen correleerden significant met gevoelens van unilaterale kou, hypalgesie en thermohypesthesie in de contralesionale zijde en anatomisch met laesies in spino-thalamo-corticale paden.

conclusies Focale laesies van het centrale zenuwstelsel als gevolg van een beroerte kunnen leiden tot symptomen en meetbare aanwijzingen voor een eenzijdige verstoring van de sympathische functie van de huid. Vasomotorische asymmetrieën zijn waarschijnlijk te wijten aan laesies van vasomotorische paden die niet gekruist afdalen. Subjectieve kilheid kan te wijten zijn aan een verstoorde centrale verwerking.

Symptomen die worden geïnterpreteerd als een eenzijdige verstoring van de autonome functie, zoals kou, droogheid, zweten en trofische veranderingen, zijn bekende klinische problemen na een beroerte. De literatuur bevat tegenstrijdige berichten over de frequentie en mechanismen achter deze symptomen. Klinische hyperhidrose van de paretische zijde in de acute fase van een beroerte was bijvoorbeeld ongebruikelijk bij een grote groep patiënten met een beroerte1, maar hyperhidrose gemeten met een verdampingsmeter kwam in andere onderzoeken vrij vaak voor. 2 3 4 Verschillende temperatuur- en bloedstroomasymmetrieën zijn ook beschreven na hersenletsels. 5 6 7 8 9 10 11 In deze studies werden de patiënten onderzocht met verschillende methoden op verschillende tijdsintervallen na de beroerte, wat de tegenstrijdige resultaten zou kunnen verklaren met betrekking tot welke kant van het lichaam veranderde autonome effectorfuncties vertoonde. Bovendien is er geen consensus over welke locaties van laesies van het centrale zenuwstelsel leiden tot autonome disfunctie. Het doel van deze studie was om de incidentie van symptomen van autonome disfunctie na de acute fase van een beroerte te bepalen in relatie tot de plaats van de laesie en objectieve metingen van de autonome functie en om te testen of de klacht van koude een symptoom is van autonome disfunctie of een gevolg van een verstoorde thermische waarneming. Patiënten zonder voorgeschiedenis of tekenen van vroegere cardiovasculaire of neurologische ziekte werden onderzocht tijdens hun eerste opname voor een beroerte.

Onderwerpen en methoden

Zevenendertig patiënten (19 mannen, 18 vrouwen) met acute monofocale beroerte (leeftijd, 58 ± 13 jaar, gemiddelde ± SD-bereik, 20 tot 73 jaar) werden achtereenvolgens geïncludeerd. Patiënten en controlepersonen met andere laesies van het centrale of perifere zenuwstelsel, diabetes of perifere arterieziekte (aangegeven door anamnese en lichamelijk onderzoek) werden uitgesloten. Tien patiënten gebruikten op het moment van onderzoek antihypertensiva: diuretica, 4 ß-adrenerge blokkers, 2 en calciumantagonisten, 4 met cerebrale bloedingen. Het onderzoek werd gedaan op dag 6 tot 113 (mediaan, 14) na het acute incident bij 35 patiënten (op dag 6 tot 25 bij driekwart en op dag 26 tot 113 bij een vierde van de patiënten) en na 1 jaar bij 2 patiënten opnieuw opgenomen in het ziekenhuis vanwege pijn in een paretische extremiteit. (Deze patiënten verschilden in geen enkel ander aspect van de andere patiënten met een beroerte.) Zesentwintig patiënten hadden hemisferische en 11 hadden hersenstamlaesies. De laesies waren ischemisch in 21 van de hemisferische beroertes en in 9 van de hersenstam beroertes. Patiënten met onverwachte radiologische tekenen van reeds bestaande laesies die niet door de acute symptomen werden aangegeven, werden nooit in het onderzoek opgenomen.

De controlegroep bestond uit 15 proefpersonen, 5 vrouwen en 10 mannen in de leeftijd van 18 tot 80 jaar (gemiddeld 64 ± 15 jaar), met een voorgeschiedenis van één voorbijgaande ischemische cerebrale aanval met een normale CT-scan en geen resterende symptomen van neurologische of autonome disfunctie . Allen slikten 75 mg/d aspirine en 2 slikten ß-adrenerge blokkers voor hypertensie.

De neurologische evaluatie was gebaseerd op interviews en herhaalde klinische onderzoeken. De patiënten werd gevraagd of ze een eenzijdig gevoel van kou of warmte hadden ervaren of dat ze asymmetrie van transpiratie, huidskleur, oedeem, "ganzenvlees" of eczeem hadden opgemerkt. Bepaling van de locatie van de laesie was gebaseerd op klinische evaluatie en CT-scan van de hersenen.

CT-scannen

Het CT-onderzoek werd uitgevoerd met het scanvlak evenwijdig aan het canthomeatale vlak, dwz een portaalkanteling van ongeveer -10° vanaf de basislijn van Reid met een plakdikte van 5 tot 10 mm. Onderzoeken werden in alle gevallen op dag 1 of 2 gedaan en nog eens ten minste 4 weken later bij patiënten met hemisferische laesies (behalve bij vijf patiënten die een tweede onderzoek weigerden) om een ​​betere afbakening te krijgen van de blijvende schade en de locatie en omvang ervan in verband met een neuroanatomie-atlas. 12 De evaluatie van de CT-scans is gemaakt door twee ervaren neuroradiologen zonder kennis van klinische gegevens. Onder begeleiding van de atlas werden 65 anatomische structuren gedefinieerd in de scans, en de laesies werden gerelateerd aan deze structuren en geclassificeerd volgens hun vasculaire toevoer.

Laboratoriumonderzoeken

Drempels voor temperatuurperceptie werden geregistreerd als de thermoneutrale zone met behulp van de Marstock thermotest-methode (Somedic) bij patiënten die een asymmetrische temperatuursensatie ervoeren. 13 Huidtemperatuur werd gemeten met een elektronische thermometer (Exacon) en huidverdamping met een verdampingsmeter (Servomed AB). Metingen werden bilateraal gedaan aan de plantaire zijde van de grote tenen, het dorsum van de voeten, preibiaal, subcostaal op de buik, bij de ellebogen tussen de laterale epicondylus en de bicepspees, in de handpalmen, aan de palmaire zijde van de derde vinger , en op het voorhoofd, altijd in dezelfde volgorde. De doorbloeding van de huid werd continu en bilateraal gecontroleerd aan de plantaire zijde van de grote tenen met laser-Doppler-flowmeters (Periflux PF1a, Perimed). Ademhalingsbewegingen werden gevolgd door een rekstrookje dat met een rubberen band aan de borst van de patiënt was bevestigd. Laser-Doppler- en ademhalingssignalen werden opgenomen op een inkjetrecorder (Mingograph 800, Siemens-Elema) en een achtkanaals FM-bandrecorder (Sangamo Sabre VI, Sangamo-Weston Schlumberger) en later overgebracht naar een computer (PDP-11 /70, bemonsteringsfrequentie van 25 Hz). Er werden drie soorten stimuli gebruikt om vasomotorische reflexen op te roepen: een enkele diepe ademhaling, opwinding (een plotseling hard geluid) en mentale stress (aftrekken van 6, 7 of 17 van 1000) gedurende 60 seconden. De stimuli werden in willekeurige volgorde gegeven, drie keer elk, met ten minste 3 minuten tussen de stimuli. De onderzoeken werden door dezelfde onderzoeker (H.N.) in een stille kamer gedaan, nadat de proefpersonen 1 uur met kleren aan in bed hadden gelegen en bedekt waren met twee wollen dekens. De kamertemperatuur was 21°C tot 23°C. De lichaamstemperatuur in de ochtend was bij alle patiënten normaal.

Analyse

Vasomotorische reflexreacties

Voor het bepalen van de sterkte van de vasomotorische respons heeft de computer voor elke stimulus het gemiddelde laser-Doppler-signaal berekend uit de drie herhalingen gedurende een periode van 30 seconden voor en 150 seconden na het begin van de stimulus. De gemiddelde laser-Doppler-perfusiewaarde gedurende de 30 seconden vóór stimulatie werd gedefinieerd als de basale perfusie. De respons werd gedefinieerd als de afwijking van de basale perfusie (zie figuur 3). Voor elke proefpersoon werd het verschil tussen de reacties aan de linker- en rechterkant berekend als (linkerreactie-rechterreactie)/([linker basale perfusie+rechter basale perfusie]×).

Reacties op een diepe ademhaling en opwinding werden bepaald voor de eerste 15 seconden, terwijl de reactie op mentale stress werd bepaald voor de periode van 15 tot 75 seconden na de start. Deze analyseperioden zijn gekozen omdat de vaatvernauwende reacties na opwinding of een diepe ademhaling na enkele seconden beginnen en meestal binnen 15 seconden een maximum bereiken. De reacties op emotionele stress beginnen langzamer (gebruikelijke duur meer dan 60 seconden) en om besmetting met de opwindingsreactie te voorkomen, werden de eerste 15 seconden uitgesloten. Om de symmetrie van het tijdsverloop van de reacties te onderzoeken, werd kruiscorrelatie uitgevoerd gedurende een periode van 30 seconden (diepe ademhaling en opwinding) of 60 seconden (mentale stress) na het begin van de stimulus. Kruiscorrelatie-indexen werden berekend tijdens opeenvolgende verplaatsingen in elke richting van overeenkomstige laser-Doppler-curven van de twee kanten. De correlatie-indexwaarde bij verplaatsing in de tijd nul werd gekozen als maat voor de mate van symmetrie (zie figuur 3 ).

Huidverdamping en huidtemperatuur

Voor elk paar meetpunten werd respectievelijk het verschil in verdamping en huidtemperatuur bepaald tussen de ipsilesionale en contralesionale zijde. Om een ​​globale waarde van de mate van symmetrie te verkrijgen, werd het gemiddelde verschil van alle acht meetplaatsen berekend.

Statistieken

Om te evalueren of de algehele zijdelingse asymmetrie van respectievelijk huidtemperatuur, verdamping en bloedstroom significant was in verschillende groepen patiënten, werd Wilcoxon's getekende rangschikkingstest van gematchte paren gebruikt. Om de individuele patiënt te classificeren als symmetrisch of asymmetrisch in vergelijking met de controlepersoon, werden 95% betrouwbaarheidslimieten gebruikt. Omdat zes parameters werden gebruikt bij de classificatie van de vasomotorische respons (respectievelijk kracht en tijdsverloop van de reacties op mentale stress, diepe ademhaling en opwinding), werden de betrouwbaarheidslimieten van elk van deze ingesteld op ± (100% 5/6% )=±99,2%. De rangordecorrelatietest van Spearman werd gebruikt om de correlatie tussen de bloedstroomrespons en de huidtemperatuur te testen.

Resultaten

Subjectieve symptomen

Zestien van de 37 patiënten met een beroerte (43%, zeven hersenstaminfarcten, negen hemisferische infarcten) klaagden over een onaangenaam (constant of tijdelijk) gevoel van koude in extremiteiten aan de contralesionale zijde, en drie patiënten met hemisferische laesies hadden last van een gevoel van warmte in een contralesionale extremiteit. Een hersenstaminfarctpatiënt met subjectieve koude aan de contralesionale zijde ervoer een aangename warmte aan de ipsilesionale zijde. Geen enkele patiënt met laesie van de rechter corticale hemisferische hersenhelft had kou opgemerkt in de contralesionale zijde.

Andere gerapporteerde autonome symptomen waren onder meer een patiënt met een hersenstaminfarct die kippenvlees op de contralesionale kant opmerkte, dat koud aanvoelde. Objectief gezien was er alleen aan die kant pilo-erectie. Eén patiënt met een pontinelaesie en één patiënt met een infarct van de middelste hersenslagader (MCA) meldden tijdens de eerste week toegenomen zweten in de contralesionale hand. Eén patiënt met hersenstambloeding had aanvankelijk hevig zweten in de ipsilesionale zijde van het gezicht. Twee patiënten hadden last van een blauwachtige verkleuring in de contralesionale extremiteit. Zes patiënten hadden pijn aan de contralesionale kant en drie van hen hadden bovendien een warm gevoel, twee hadden zwelling in de paretische hand.

Locatie van de laesie

Onder de patiënten met een herseninfarct (n=26) waren er vijf centraal gelokaliseerde bloedingen, zeven lacunaire infarcten en twaalf mediale en twee voorste cerebrale arteriële infarcten. Er werd geen correlatie gevonden tussen de grootte van de laesie in de CT-scan en asymmetrieën in autonome functietesten. Evenmin was er een verschil met betrekking tot autonome symptomen of metingen tussen hemorragische of ischemische beroertes.

Van de hersenstamlaesies (n=11) waren er twee laterale pontinebloedingen zichtbaar op CT (met overeenkomstige symptomen) en negen waren ischemische laesies met normale CT-scans die volgens ondubbelzinnige klinische bevindingen werden geclassificeerd als laterale medullaire infarcten (n=6), laterale pontine infarcten (n=2), en gecombineerd lateraal en mediaal medullair infarct (n=1).

Temperatuurwaarneming

Negentien patiënten ondervonden subjectieve symptomen van temperatuurasymmetrie en hypalgesie (verminderd of afwezig speldenprikgevoel) aan de contralesionale zijde. Bij 11 van deze patiënten werden kwantitatieve temperatuurwaarnemingstests uitgevoerd. Acht patiënten konden niet betrouwbaar worden getest vanwege sensorische verwaarlozing of afasie. Alle geteste patiënten hadden een verminderde temperatuurwaarneming in de hand van de contralesionale zijde van de 10 patiënten van wie de voeten werden onderzocht, acht hadden een verminderde temperatuurperceptie in de voet aan de contralesionale zijde (figuur 1). De thermoneutrale zone van de contralesionale zijde was significant breder dan die van de ipsilesionale zijde (P<.05).

De thermoneutrale zone (gemiddelde ± SD) van de ipsilesionale zijde bij de patiënten was 3,4 ± 1,8 ° C in het thenargebied en 9,1 ± 3,1 ° C op het dorsum van de voeten. Overeenkomstige waarden in de controlegroep waren 1,9 ± 0,8 °C (P<.01) en 6,8 ± 2,1°C (P<.05), respectievelijk. Alle zes patiënten met centrale pijn hadden hypalgesie en de drie die konden meewerken aan de thermotest hadden een verminderde temperatuurwaarneming in de contralesionale zijde.

Huidtemperatuur

De huidtemperatuur was lager aan de contralesionale zijde van de hele patiëntengroep (P<.002, n=36). De asymmetrie was ook statistisch significant in de subgroep van patiënten met een herseninfarct (P<.01 n=26) maar niet in de subgroep met hersenstamberoerte (Tabel 1).

Op individuele basis hadden zeven van de 35 patiënten (zes hemisferische en één hersenstamlaesie) een abnormale asymmetrie van de huidtemperatuur als gevolg van een lagere huidtemperatuur in de contralesionale zijde (Fig 2). Vier van deze patiënten hadden een subjectief gevoel van kou. Er werd geen correlatie gevonden tussen de huidtemperatuur en de mate van temperatuurasymmetrie.

Zweten

Klinisch werd hyperhidrose slechts bij één patiënt opgemerkt (met een linker hersenstambloeding en zweten aan de rechterkant van het gezicht).Bij patiënten met hemisferische laesies was de huidverdamping lager, d.w.z. er was een relatieve hypohidrose aan de contralaesionale kant vergeleken met de ipsilesionale kant (gemiddeld zijverschil, 2,0 g H2O/m 2 huid per uur, P<.02) (Tabel 1) er was daarentegen een relatieve hyperhidrose van ongeveer dezelfde grootte (2,2 g H2O/m 2 huid per uur, P<.01) aan de contralesionale zijde van patiënten met hersenstamlaesies (Tabel 1). De asymmetrie was vergelijkbaar, maar meer uitgesproken wanneer alleen gemeten in handen en voeten in plaats van het hele lichaam. De twee patiënten die een aanvankelijk toegenomen zweten in de paretische hand opmerkten, hadden op het moment van onderzoek geen zijdelingse asymmetrie (klinisch of objectief). Op individuele basis hadden acht van de 35 patiënten (23%) een abnormale asymmetrie van zweten. Er was geen correlatie tussen zijdelingse verschillen in huidtemperatuur en verdamping of tussen verdamping en subjectief gevoel van temperatuurasymmetrie (figuur 2). Evenmin werd een correlatie gevonden tussen de mate van motorische stoornis en verdampingsasymmetrie.

Doorbloeding van de huid

Bloedstroom in rust

Metingen van de doorbloeding van de huid werden gedaan bij 15 controlepersonen en 32 patiënten. De gemiddelde doorbloeding van de huid in rust was lager in de contralesionale dan in de ipsilesionale zijde (P=.05). De mate van asymmetrie was vergelijkbaar, maar niet significant in de subgroepen met hemisferische en hersenstam beroerte. Er was geen nevenverschil aanwezig bij controlepersonen.

Vasomotorische reacties op stimuli

Het reactiepatroon varieerde zowel tussen manoeuvres als tussen proefpersonen. Bij controlepersonen leidden zowel een diepe ademhaling als opwinding gewoonlijk tot kortdurende stroomafnames (met een minimale stroom binnen 10 seconden), gevolgd door tijdelijke verhogingen van de stroom gedurende 10 tot 20 seconden. Af en toe was de respons echter ofwel een monofasische vermindering (n=1) of een toename van de stroom (n=3). De reactie op mentale stress was daarentegen meestal een aanhoudende toename van de bloedstroom (soms voorafgegaan door een korte vasoconstrictie zoals na opwinding), die bijna altijd langer duurde dan de stressperiode van 60 seconden (figuren 3 en 4). Bij drie proefpersonen was de stressrespons een monofasische vasoconstrictie. De gemiddelde huidtemperatuur in de contralesionale tenen was 29,7°C (bereik, 23,5°C tot 34,5°C). Er werd geen correlatie gevonden tussen de huidtemperatuur en de bloedstroomrespons.

Bij 11 van de 32 patiënten met een beroerte (34%) waren de vasomotorische reacties asymmetrisch. Bij vijf patiënten waren er in twee gevallen asymmetrieën in zowel de sterkte van de stroomrespons als het tijdsverloop, alleen het tijdsverloop was abnormaal en bij vier alleen de sterkte. Alle asymmetrieën in de sterkte van vasomotorische reacties, of het nu vasodilataties waren veroorzaakt door mentale stress (n=3) of vasoconstricties na diep ademhalen (n=4) of opwinding (n=2), vertoonden zwakkere of afwezige reacties voor de ipsilesionale kant .

Relatie met klinische symptomen

Van de 11 patiënten met asymmetrische responsen hadden er zes geen of slechts een discrete motorische parese, en drie hadden een matige en twee ernstige hemiparese. Tien hadden een verminderde pijn- en temperatuurgevoeligheid, wat een verstoring van de spinothalamische banen suggereert. Het aandeel asymmetrische vasomotorische reflexen bij patiënten die klaagden over koude in de contralesionale extremiteit was significant hoger (P<.001) dan bij patiënten zonder dergelijke symptomen (Tabel 2). Geen enkele patiënt die klaagde over een warm gevoel in een contralesionale extremiteit had asymmetrische vasomotorische reflexen.

De gemiddelde vasomotorische respons voor de patiënten die klaagden over koude was asymmetrisch met betrekking tot vasodilatatie, die significant zwakker was aan de ipsilesionale zijde (P<.05).

Relatie met de plaats van de laesie

Zes van de 11 patiënten met asymmetrische vasomotorische respons hadden hemisferische laesies (drie lacunaire en drie MCA-infarcten), en vijf hadden in één geval laterale hersenstamlaesies met mediale medullaire extensie. Er werden geen significante asymmetrieën gezien, behalve in de subgroep van patiënten met MCA-beroertes (n=10), bij wie de vaatvernauwingrespons op diep ademhalen asymmetrisch was en zwakker aan de ipsilesionale zijde (P<.05).

Discussie

In deze groep van voorheen gezonde proefpersonen met een monofocale beroerte had 43% een gevoel van kou in de contralesionale zijde. Dit was het enige veel voorkomende hemisymptoom dat op een verstoring van de autonome functie suggereerde. De prevalentie van dit symptoom is niet eerder gemeld, waarschijnlijk omdat het meestal wordt overschaduwd door andere functionele stoornissen. Dit komt overeen met onze ervaring dat de meeste patiënten het symptoom niet spontaan noemden, in slechts één geval was koude de belangrijkste klacht vanaf het begin en bleef het overschaduwende chronische probleem na ontslag uit het ziekenhuis. Door afasie of verwaarlozing bij sommige patiënten hebben we de prevalentie misschien zelfs onderschat. Klinisch duidelijke tekenen van autonome disfunctie waren zeldzaam, maar laboratoriumtests bevestigden dat unilaterale vasomotorische en/of sudomotorische disfunctie aanwezig was bij ongeveer 45% van de onderzochte patiënten. Het gevoel van kou in de contralesionale zijde correleerde significant met een asymmetrie van vasomotorische reflexen en een verminderde gevoeligheid van de huid voor speldenprik- en temperatuurstimuli. Bovendien waren de basale huiddoorbloeding, huidtemperatuur en basale verdamping significant lager in de contralesionale dan in de ipsilesionale zijde van het lichaam in de hele groep, maar op individuele basis was er geen correlatie met het symptoom van eenzijdige kou.

In theorie kan de variërende tijd tussen de acute beroerte en het onderzoek de resultaten hebben beïnvloed. Aangezien de onderzoeken echter meer dan 6 dagen na de beroerte werden gedaan, verstoren irritatieve (hyperprikkelbaarheid) verschijnselen het beeld waarschijnlijk niet. Bovendien verschilden de resultaten die werden gevonden bij patiënten die voor en na dag 25 werden onderzocht niet, daarom lijkt het waarschijnlijk dat de factor tijd van ondergeschikt belang is. Patiënten met een voorbijgaande ischemische aanval kregen de voorkeur boven gezonde proefpersonen voor controledoeleinden om personen met vergelijkbare vasculaire status en risicofactoren als patiënten met een beroerte op te nemen. Dit had de verkeerde interpretatie van veranderingen in temperatuur en autonome functies als gevolg van algemene manifestaties van atherosclerose als gevolg van klinisch manifeste schade aan het centrale zenuwstelsel tot een minimum moeten beperken.

Vasomotorische disfunctie

Basale bloedstroom

Vanwege variaties in de epidermale en/of vasculaire microstructuur kan de cutane bloedstroom in rust, gemeten met de laser-Doppler-techniek, aanzienlijk verschillen tussen plaatsen die slechts enkele millimeters van elkaar verwijderd zijn. 14 Dergelijke willekeurige variaties zouden echter geen invloed moeten hebben op groepsvergelijkingen, en daarom concluderen we dat onze bevinding van een lagere basale bloedstroom in de contralesionale zijde een beroerte-geïnduceerd effect vertegenwoordigt. Het onderliggende mechanisme is onduidelijk. Theoretisch zou een toegenomen cutaan vasoconstrictief zenuwverkeer in de contralesionale zijde of verminderd verkeer aan de andere zijde (of een overeenkomstige tegengestelde asymmetrie van het vasodilaterende zenuwverkeer) mogelijke verklaringen zijn. De literatuur bevat tegenstrijdige rapporten over temperatuur- en huidperfusie-asymmetrieën bij cerebrale laesies. 5 6 7 8 9 10 11 Onze bevinding van meer uitgesproken vasoconstrictie aan de contralesionale zijde komt overeen met de meest recente van deze rapporten, 11 waarin patiënten met een beroerte die klaagden over koude in de paretische hand, een verlaagde huidtemperatuur hadden in rust en na koude prikkels, evenals een verminderde bloedstroom in de symptomatische hand.

Reflexreacties

Vasomotorische reflexreacties waren asymmetrisch bij 34% van de patiënten, en de asymmetrieën traden op bij zowel hersenstam- als hemisferische laesies. Op basis van de CT-scan of de klinische bevindingen hadden op één na alle patiënten met hemisferische beroertes die asymmetrische responsen hadden laesies in het gebied van de achterste tak van de capsula interna en het posterolaterale deel van de thalamus. De patiënten met een hersenstaminfarct met vasomotorische reflexasymmetrie hadden allemaal symptomen die duiden op een stoornis van de spinothalamische banen.

De nauwe anatomische relatie tussen centrale vasomotorische banen van de huid en afferente temperatuur- en pijnbanen kan de correlatie tussen asymmetrieën van vasomotorische reflexen en temperatuurperceptie verklaren: de laesie kan beide structuren hebben beïnvloed. Als alternatief kan de vasomotorische asymmetrie een reflex gevolg zijn van een laesie van afferente thermische banen. In een fysiologische studie ontdekten Cooper en Kerslake 15 dat kortdurende verhitting van de benen reflexvasodilatatie in de handen veroorzaakte in een ander rapport, 6 werd geconcludeerd dat een normale vasodilatatierespons intacte afferente en efferente vezels in structuren boven het hersenstamniveau vereiste . Onderbreking van deze reflexroute kan bijdragen aan onze bevinding van een correlatie tussen verstoorde gevoeligheid en asymmetrie van vasomotorische reacties.

Vasomotorische responsen die asymmetrisch waren in de sterkte van de respons waren altijd zwakker aan de ipsilesionale zijde, ongeacht of er een vasoconstrictie of een vasodilatatie optrad. Een mogelijke verklaring zou zijn dat excitatoire zenuwvezels die betrokken zijn bij vaatverwijdende en vaatvernauwende reacties niet gekruist afdalen. Dit komt overeen met de resultaten van eerdere onderzoeken die suggereren dat de meeste sympathische hypothalamische projecties naar het ruggenmerg ipsilateraal zijn. 16 17 Een alternatief (of additief) mechanisme zou kunnen zijn dat paden met een remmend effect op vasomotorische reflexen gekruist afdalen. Een verlies van remmende invloed zou dan leiden tot versterking van reflexen aan de contralesionale zijde.

Sudomotorische disfunctie

Klinische hyperhidrose was aanwezig bij slechts één van onze patiënten. Dit komt overeen met de resultaten van Labar et al, 1 die constateerden dat ongeveer 1% van een grote groep CVA-patiënten meer zweet aan de paretische dan aan de niet-paretische zijde gedurende dag 1 tot 3. Dezelfde richting van asymmetrie gedurende de eerste week na de beroerte werd gevonden bij patiënten met hemisferische beroerte bestudeerd door Korpelainen et al. 3 Omdat corticale elektrische stimulatie ook contralaterale transpiratie tot gevolg heeft, 18 kunnen deze asymmetrieën in theorie irritatieverschijnselen zijn, die niet aanwezig zijn bij onze patiënten met ipsilesionale hyperhidrose bij onderzoek op dag 6 of later. Deze verklaring komt echter niet overeen met de resultaten van de longitudinale studie van Korpelainen et al, die vonden dat, hoewel de omvang van de asymmetrie in hun studie 1 maand na de beroerte was afgenomen, de richting van de asymmetrie nog steeds onveranderd was (en tegengesteld aan naar de onze). Onze resultaten zijn ook verschillend omdat we geen correlatie vonden met de mate van motorische parese bij patiënten met een hemisferische beroerte. In tegenstelling tot Korpelainen et al. hebben we de patiënten niet opgewarmd en hebben we ze ook 1 uur in bed gehouden voordat we metingen deden. Dit kan de grootte hebben beïnvloed, maar het is niet waarschijnlijk dat dit de richting van de asymmetrie zou hebben beïnvloed. De groep patiënten met hersenstamlaesies die contralesionale hyperhidrose in onze studie had, had geen of weinig motorische stoornissen, wat suggereert dat andere factoren dan motorische stoornissen van belang zijn voor de hyperhidrose. In een onderzoek naar sympathische huidreacties, vonden Korpelainen et al. contralesionale verhoogde zweetreacties alleen na hersenstamlaesies en niet na hemisferische laesies, wat in overeenstemming is met onze resultaten. Eerdere studies hebben bewijs geleverd voor dubbele centrale excitatoire sudomotorische routes: een gekruiste cortico-limbico-spinale baan 18 en een niet-gekruiste hypothalamo-reticulo-spinale route. 18 19 Hypothetisch zou daarom de asymmetrie van verdamping na hemisferische laesies in onze studie kunnen worden verklaard door laesies die voornamelijk de kruising van de cortico-limbicospinale route beïnvloeden, en de asymmetrie na laesie van de hersenstam kan het gevolg zijn van laesies die voornamelijk de hypothalamus aantasten. reticulo-spinale thermoregulerende route.

Thermische asymmetrie

Huidtemperatuur

De huidtemperatuur was ongeveer 0,4°C lager aan de contralesionale zijde bij patiënten met hemisferische laesies. Het gemiddelde zijverschil in de kleinere groep patiënten met hersenstaminfarcten was vergelijkbaar, maar bereikte geen statistische significantie. De temperatuurasymmetrie correleerde niet met het gevoel van kou, maar dat sluit een correlatie onder andere omstandigheden niet uit. Onze patiënten lagen 1 uur in bed bedekt met dekens voor de metingen. Deze procedure is aangenomen om gestandaardiseerde meetomstandigheden te bereiken, maar kan asymmetrieën hebben verminderd. Ter ondersteuning van deze mogelijkheid had één patiënt (zonder aanwijzingen voor neuropathie of stenose van de beenslagader) bij het uit bed meerdere keren een huidtemperatuur van 9°C tot 10°C lager in het paretische been. Daarentegen was het verschil slechts 1°C tot 2°C wanneer de patiënt geïmmobiliseerd werd onder dekens in bed.

In theorie kan de lagere huidtemperatuur in de contralesionale dan in de ipsilesionale zijde te wijten zijn aan ofwel verhoogde verdamping of verminderde bloedstroom in de contralesionale zijde. Aangezien onze patiënten met hemisferische laesies een lagere verdamping en cutane bloedstroom in de contralesionale zijde hadden, was de lagere temperatuur aan die zijde waarschijnlijk te wijten aan de verminderde bloedstroom. Dit zou ook overeenkomen met Thiele en van Senden, 20 die vonden dat cutane vasoconstrictie een verlaging van de huidtemperatuur veroorzaakte, wat resulteerde in een verminderde ongevoelige transpiratie.

Temperatuurwaarneming

Het bepalen van temperatuurwaarnemingsdrempels vereist een hoge mate van medewerking van de proefpersoon. Veel patiënten met een beroerte hebben moeite met de test vanwege verminderde concentratie, trage reacties op prikkels, onoplettendheid aan de paretische kant of sensorische dysfasie met moeite om instructies te begrijpen. Hoewel patiënten werden uitgesloten van de temperatuurperceptietest wanneer dergelijke symptomen werden gedetecteerd, werden verwijde thermoneutrale zones aan de ipsilesionale zijde gevonden. Aangezien patiënten met zuivere centrale hemisferische laesies ook verwijde thermoneutrale zones aan de ipsilesionale zijde hadden, is de therapietrouw van de patiënten waarschijnlijk niet de oorzaak van dit resultaat. Een alternatieve verklaring zou zijn dat sommige spinothalamische routes bilaterale thalamische projecties hebben. 21 De hoge prevalentie van verminderde temperatuurperceptie bij patiënten met verkoudheid is mogelijk een overschatting, aangezien niet alle patiënten zijn getest. De speldenpriksensatietest, die niet dezelfde mate van medewerking van de patiënt vereist en daarom bij alle patiënten werd onderzocht, was echter ook verminderd bij alle patiënten met verkoudheid, wat het resultaat van de thermotest ondersteunt. Onze bevindingen van een verminderd gevoel van speldenprikken en temperatuurperceptie bij patiënten met pijn aan de paretische zijde komen overeen met de resultaten van Boivie et al, 22 die patiënten met pijn na een beroerte bestudeerden. Onze resultaten laten echter ook zien dat deze bevindingen niet specifiek zijn, maar kunnen voorkomen bij patiënten zonder pijn na een beroerte.

Gevoel van kou aan de contralesionale kant

Omdat de huidtemperatuur aan de contralesionale zijde lager was, kan het gevoel van kou aan deze zijde een adequate perceptie van de temperatuurasymmetrie weerspiegelen. Gezien de duidelijk verminderde temperatuurwaarneming aan de contralesionale zijde lijkt deze verklaring onwaarschijnlijk. Het kan echter niet volledig worden genegeerd, aangezien we alleen de breedte van de thermoneutrale zone hebben gemeten, daarom is een selectieve verslechtering van de warmtewaarneming (met behouden koude waarneming) moeilijk uit te sluiten. De kou is waarschijnlijk niet te wijten aan inactiviteit van de extremiteit, aangezien meer dan 50% van de patiënten met dat symptoom geen of slechts een lichte hemiparese had. Een meer waarschijnlijke verklaring voor het gevoel van kou kan zijn dat het wordt veroorzaakt door een verstoorde centrale verwerking. Dit zou verenigbaar zijn met de correlatie tussen hypalgesie, thermohypesthesie en kou in de contralesionale zijde en zou een verklaring zijn die analoog is aan de verklaring die wordt gebruikt om het optreden van pijn na een beroerte te verklaren. 22

Conclusie

Symptomen die wijzen op autonome disfunctie aan één kant van het lichaam na een beroerte komen vaak voor, en objectieve metingen tonen het optreden van zweet-, temperatuur- en huidperfusieasymmetrieën aan. Het symptoom van koude aan de contralesionale zijde is gerelateerd aan asymmetrie van de vasomotorische reflexen van de huid en een laesie van spino-thalamo-corticale banen en kan te wijten zijn aan een verstoorde centrale verwerking.

Figuur 1. Grafieken tonen thermoneutrale zones bij patiënten met een subjectief gevoel van kou in de contralesionale zijde. Gemiddelde+2 SD van de controlegroep wordt aangegeven door de stippellijn. Waarden in de symptomatische en asymptomatische extremiteiten van dezelfde patiënt zijn verbonden door een lijn. Eén patiënt had alleen een koud gevoel in de paretische voet en werd alleen in de voeten onderzocht.

Figuur 2. Percelen tonen individuele zijdelingse verschillen in huidtemperatuur (links) en verdamping (rechts). Elk symbool vertegenwoordigt het gemiddelde van acht meetplaatsen aan de ipsilesionale zijde minus de overeenkomstige gemiddelde waarde van de contralesionale zijde. ○ geeft hemisferische laesies aan ♦, hersenstamlaesies. Gemiddelde verschilwaarden van de controles ± 2 SD en ± 3 SD worden aangegeven door horizontale lijnen. Een positieve waarde (boven de nullijn) betekent dat de contralesionale zijde kouder (of hypohidrotisch) was in vergelijking met de ipsilesionale zijde.

Figuur 3. Vasomotorische reacties op mentale stress, diep ademhalen en opwinding bij een controlepersoon. Elke laser-Doppler-stroom (LDF)-curve is het gemiddelde van drie individuele responscurven. Pijlen geven het begin van de manoeuvre aan en de periode van mentale stress wordt aangegeven door een balk op de x as. In elke verschilcurve, het gebied tussen de curve en de x as tussen 15 en 75 seconden voor mentale stress en tussen 0 en 15 seconden voor diep ademhalen en opwinding is gemarkeerd met zwart. De gemiddelde waarde van dit gebied per seconde gedeeld door het gemiddelde van de bloedstromen in rust in de twee zijden wordt gebruikt als een maat voor het zijdelingse verschil van de respons. Onderste panelen tonen kruiscorrelatiecurven van de twee zijden voor elke manoeuvre. De abscis geeft de verplaatsing in seconden weer tussen de LDF-curven vanaf de linker- en rechterkant.

Figuur 4. Vasomotorische reacties op mentale stress, een diepe ademhaling en opwinding bij een patiënt met een infarct van de linker hemisferische middelste hersenslagader. Let op de asymmetrische reacties op een diepe ademhaling met vasoconstrictie alleen in de contralesionale (rechter) zijde. De asymmetrie (gearceerd gebied/gemiddelde ruststroom) was pathologisch vergeleken met die van de controlepersonen na diep ademhalen maar niet na opwinding. De reactie op mentale stress was pathologisch vanwege de lage (negatieve) kruiscorrelatiewaarde. LDF geeft laser-Doppler-stroom aan. Voor verdere uitleg, zie Fig 3 .

Tafel 1. Bijkomend verschil in huidtemperatuur en verdamping

Tafel 2. Relatie tussen subjectief eenzijdig gevoel van kou en vasomotorische reflexen in de voeten

Het verschil tussen de groepen met en zonder subjectieve temperatuursensatie-asymmetrie is significant (P<.001, χ 2 test).

Deze studie werd ondersteund door de stichting "1987 års stiftelse för Strokeforskning" en de Swedish Medical Research Council subsidie ​​3546.


Bekijk de video: APASIH TEORI NEUROSAINS ITU??? (Januari- 2022).