Neurobiologi 2 RO3 VESTIBULOOKULÄRREFLEXEN (VOR)

Transkript

1 RO3 VESTIBULOOKULÄRREFLEXEN (VOR) 1

2 FÖRBEREDANDE UPPGIFTER HEMMA INNAN INTRO-UNDERVISNIGEN UPPGIFT 1: Som en bilaga till detta kompendium finns en mall av mänskans högra och vänstra benbåggång. Du kan pyssla ihop en tredimensionell modell som kan hjälpa dig i studierna. Försök att föreställa dig i vilken ställning benbåggångarna är placerade i skallbenet, och hur de svängs då huvudet vrids i olika lägen. Råd: Klipp ut modellen längs den yttersta solida linjen. Böj vid de streckade linjerna så att de små svarta trianglarna kommer mitt emot varandra. Tejpa ihop modellen vid trianglarna. TAG MED MODELLEN BÅDE TILL INTROTILLFÄLLET OCH KURSARBETET! UPPGIFT 2: Du uppfattar arbetet meningsfullt om du förstår teorin bakom övningsarbetet. Vid introduktionstillfället beskrivs bakgrunden till arbetet men du kan på förhand bekanta dig med arbetet i kursboken (Purves et al. Neuroscience, version 2008, ; version, ). TEORI Jämviktsorganet Regleringen av jämvikten baserar sig på information från flera olika sinnesorgan och som ett resultat av en samverkan mellan många olika reflexer på olika nivåer. I upprätthållandet av jämvikten deltar vestibularorganet, vestibularkärnorna i hjärnstammen, ögonen, kroppens proprioception (lägeskänsla), nackmusklerna samt deras lägeskänsla, kroppens muskulatur och lillhjärnans kärnor. Vestibularorganet finns i innerörat. Det består av tre benbåggångar, ovala hinnsäcken (utriculus) och runda hinnsäcken (sacculus), vilka innehåller visköst endolymfa (bild 1). Benbåggångarna är i en 90 vinkel i förhållande till varandra. De horisontala (dvs. laterala) benbåggångarna är i en ca 30 vinkel i relation till det vågräta planet. Den anteriora (dvs. superiora) och den posteriora benbåggången är placerade vertikalt men i förhållande till huvudets mittsagitalplan i en 45 vinkel. Som ett par till den högra ateriora benbåggången har vi härmed vänstra posteriora benbåggången (bild 2). Känselcellerna i utriculus och sacculus reagerar på huvudets upp-ned rörelse när igen båggångarnas ampulla-celler reagerar på om huvudet vrids (vinkelacceleration). Känselcellerna finns i benbåggångarnas ampulla samt i makula-delen av utriculus- och sacculus. På ytan av känselcellerna finns det cilier, av vilka en, kinocilium, är större än de andra. Avgörande för om känselcellerna ökar på sin aktivitet eller minskar på densamma, har att göra med hur cilierna böjer sig i förhållande till kinociliet. Om cilierna böjer sig emot kinociliet så depolariseras känselcellerna med förhöjd aktivitet av den afferenta nervsträngen som följd. När cilierna böjer sig bort från kinociliet så minskar den afferenta nervens aktivitet (bild 3). Det är anmärkningsvärt att oberoende i vilken riktning endolymfan rör sig så stimuleras känselcellerna och informationen förmedlas till det centrala nervsystemet. De enskilda känselcellernas polaritetsaxel definieras av ciliernas position i förhållande till kinociliet: polaritetsaxeln är riktad från det kortaste ciliet mot kinociliet. I ampullan är känselcellerna likriktade, varvid cellerna har samma polaritetsaxel, vilken härmed är den ifrågavarande benbåggångens polaritetsaxel (bild 5). Notera dock, att benbåggångarnas polaritetsaxlar i relation till ampullan är olika: i den laterala benbåggången mot ampullan, men i den anteriora och posteriora i motsatt riktning. Dra nytta av den tredimensionella modellen: respektive benbåggångs polaritetsaxel har markerats med en pil invid ampullan. Benbåggångarna detekterar vinkelaccelerationen (inte rotationshastigheten) som beror på rotationsrörelsen. 2

3 Bild 1. Benbåggångarnas struktur (bilden ur Human Physiology. Från: Cells to System, ed. Sherwood). Bild 2. Benbåggångarnas placering i skallen (bilden ur Principles of Neural Science, eds. Kandel, Schwartz and Jessell). 3

4 Bild 3. Hårcellens aktivitet kan relateras till ciliernas böjningsriktning. Bild 4. Hårcellerna böjer sig i relation till gravitationen. 4

5 vasen Pään kääntymisliike oikea ampulla Karvasolujen polariteettiakseli Vätskan rör sig mot ampullan Nesteen liike kaarikäytävissä Vätskan rör sig bort från ampullan kaarikäytävä VIII aivohermon afferentti Impulssitaajuus Impulssitaajuus Bild 5. De horisontala båggångarnas endolymfa hinner pga vinkelaccelerationen inte följa med när huvudet svängs åt sidan (vänster), varvid endolymfans rörelse i förhållande till känselcellerna är det motsatta och cilierna böjs till höger. Cilierna i den horisontala båggångens ampulla är i förhållande till kinociliet placerade så att polaritetsaxeln är mot ampullan, vilket betyder att cilierna i den vänstra båggången böjs mot kinociliet och i den högra bort från kinociliet. Impulsfrekvensen kommer dvs att öka i känselcellerna i den vänstra båggången och minska i den högra. Vestibulookularreflexen och dess betydelse Meningen med vestibulookularreflexen är att hålla blicken fokuserad när man rör på huvudet, så trots att huvudet är i rörelse skall bilden vi får via ögonen hållas så stabil som möjlig. Utan denna reflex skulle det t.ex. vara mycket svårt att läsa gatuskyltar samtidigt som man går. Med hjälp av ett papper med en text av adekvat fontstorlek kan man för sig själv demonstrera denna reflex. Lyft upp pappret till ögonnivå och skaka kraftigt på huvudet från vänster till höger samtidigt som du försöker läsa texten. Upprepa testet så att du håller huvudet på plats men nu skakar du i stället på pappret med texten med motsvarande hastighet som just var fallet när du skakade på huvudet. Klarade du av att läsa? Reflexbågens olika delar Vestibularorganet detekterar rörelser. Nervfibern som har sin terminal i benbåggången sträcker sig längs N. vestibularis (N. VIII) till vestibularkärnorna (4 st.) i hjärnstammen, där den första synapsen är belägen. Den andra synapsen finns i ögonmuskelkärnorna (trochlearis, abducens och oculomotorius). Därifrån sträcker sig den tredje neuronen till en av ögonmusklerna (bild 6). 5

6 Bild 6. Reflexsbågarnas aktivering respektive inhibering när man svänger huvudet åt vänster. 6

7 Inferior oblique Superior rectus Superior rectus and inferior oblique Superior rectus Inferior oblique Oculomotor n. Medial rectus Medial rectus Superior oblique Inferior rectus Inferior rectus Superior oblique Inferior rectus Superior oblique Bild 7. Musklerna som rör på ögonen och deras inervering. Notera hur sammarbetet mellan ögonen vid olika synriktnigar aktiverar olika muskler. Endolymfans rörelse aktiverar ögonmuskulaturen enligt följande: När endolymfan rör sig mot kinociliet dvs i samma riktning som polaritetsaxeln a) i den horisontella båggången kontraherar: ipsilateraalinen rectus medialis och kontralateraalinen rectus lateralis relaxerar: ipsilateraalinen rectus lateralis och kontralateraalinen rectus medialis b) i den posteriora båggången: kontraherar: ipsilateraalinen oblique superior och kontralateraalinen rectus inferior relaxerar: ipsilateraalinen oblique inferior och kontralateraalinen rectus superior c) i den anteriora båggången: kontraherar: ipsilateraalinen rectus superior och kontralateraalinen oblique inferior relaxerar: ipsilateraalinen rectus inferior och kontralateraalinen oblique superior 7

8 Reflexaktiviteten Vi undersöker de horisontala benbåggångarna. De har en polaritetsaxel som gör att när endolymfan rör sig mot ampullan så ökar känselcellerna aktiviteten i den afferenta nervfibern (bild 5). När man t.ex. svänger huvudet åt vänster så förblir endolymfan liksom på plats pga. den inerta (varaktig, dröja) viskösa vätskan. På den vänstra sidan böjs cilierna mot kinociliet, varvid motsvarande nervfibrer ökar på sin aktivitet. Härmed kontraherar vänstra ögats rectus medialis och högra ögats rectus lateralis och blicken svänger åt höger. Högra sidans cilier böjer sig bort från kinociliet, varvid den högra nervfibern minskar på aktiviteten och vänstra ögats rectus lateralis och det högra ögats rectus medialis relaxerar (bild 7). För att blicken skall förbli fokuserad förorsakar reflexen således att ögonen vänder sig till höger när huvudet svänger till vänster. REPETITIONSUPPGIFTER (görs hemma innan kursarbetet) 1. Beskriv med egna ord vestibulo-okularreflexbågen börjande från vänstra och högra horisontal båggångarna i en situation där en persons huvud svänger till vänster. 2. I vilken riktning går polaritetsaxeln i den laterala benbåggången? Om cilierna på känselcellerna böjer sig i polaritetsaxelns riktning, vad sker då med aktiviteten i vestibularnerven? Vad sker samtidigt på andra sidan huvudet med paret till den laterala benbåggången? 3. I vilken riktning går polaritetsaxeln i den posteriora och anteriora benbåggången? Ifall endolymfan rör sig mot utriculus, vad sker då med vestubularnervens aktivitet? 4. Fundera på vilken huvudrörelse som får tillstånd en maximal retning av respektive benbåggångspar? 5. Varför är det lättare att läsa när du rör huvudet i förhållande till pappret och inte tvärt om trots att rörelsehastigheten är identisk? 8

9 6. Klargör för dig själv (tabell, lista mm) vilka muskler som rör på ögat och vilka nerver som innerverar dessa. 7. Beskriv hur endolymfan rör sig i benbåggångarna och hur ögonen rör sig i huvudet när huvudet flyttas framåt till vänster samt bakåt till höger. UPPGIFTER OM ÖRONANATOMIN 8. Namnge ytter- och innerörats strukturer. 9. Nedan en bild av trumhinnan sett från örongången. Namnge strukturerna markerade med streck. 9

10 10. Nedan en bild av trumhinnan sett från mellanörat. Namnge strukturerna markerade med streck. Fundera över följande kliniska situationer, tillämpa dina kunskaper och gör upp ett svar med motiveringar: En 82 årig fafa kommer till din mottagning och klagar över en relativt plötslig försämring av hörsel i vänstra örat. Du undersöker örat med ett otoskop. 11. Hur lång är i medeltal en fullvuxen persons örongång? Hur djupt vågar du sticka otoskopet? 12. Fafas trumhinna är inte överhuvudtaget synlig. Vad kan detta bero på? 13. Hur beaktar du strukturella aspekter när du endoskoperar? 14. Vilken funktion har körtlarna i örongången? 10

11 15. Varför avlägsnar man helst vaxproppar ur örongången medels sköljning (förbehandling med uppmjukningsdroppar) istället för att använda en bommulspinne? Du dejourerar vid hälsocentralen i Fredrikshamn. Klockan 4.30, just när du har somnat in, hämtar ett föräldrapar sitt 2 åriga barn, som i en vecka har haft snuva och sedan föregående kväll feber, till mottagningen. Du undersöker den motsträtiga patienten och konstaterar att det är tryck i mellanörat. 16. På vad grundar sig din observation? Du konstaterar att patientens trumhinna har en tydlig blodkärlsfigurering och att trumhinnan är så gott som orörlig. För att lindra smärtan förorsakad av det förhöjda trycket och för att ta ett prov för bakterieodling, bestämmer du dig för att punktera trumhinnan (paracentes, myringotomi). 17. Hur beaktar du strukturella aspekter när du väljer platsen för punkteringen? 18. Repetera hörselbenen. Hur är de ledade till varandra? 19. Du råder föräldrarna till den 2 åriga patienten att sköta den utdragna snuvan med medicinering som minskar på slemhinnesvullnaden. Varför? 20. Repetera örontrumpetens (tuba auditiva) anatomi. Vad är dess uppgift? Vad händer då örat går i lås? Vilken roll har örontrumpeten vid uppkomsten av en infektion? 11

12 UTFÖRANDET AV ÖVNINGSARBETENA Meningen med den praktiska delen av övningsarbetet är att demonstrera hur vestibulookularreflexen fungerar samt att studera ytterörats anatomi med hjälp av ett otoskop. Det att vi förnimmar rörelse baserar sig på endolymfans rörelse i benbåggångarna. Endolymfan rör på sig när huvudställningen ändrar, vilket bl.a. resulterar i en kompensatorisk förändring av ögonens rörelser. Endolymfan kan experimentellt sättas i rörelse genom att röra på huvudet (se kaloriska provet), varvid hjärnan tolkar rörelsen av endolymfan som ett resultat av huvudrörelser varvid kompensatoriska reflexer aktiveras. Övningsarbetet görs i tre grupper, där en grupp börjar med rörelsetesterna i den s.k. Baranys stol, en grupp gör det kaloriska testet och en undersöker öronen. När de enskilda testen är gjorda flyttar grupperna till följande test osv. 1. Demonstrering av vestibulookularreflexen i Baranys stol När huvudets rotation startar t.ex. åt vänster blir endolymfan efter pga. sina inerta egenskaper, och dess rotationsriktning i benbåggången är till höger. Om huvudets rörelse fortgår tillräkligt länge (ca 45 sekunder) uppnår endolymfan samma hastighet som huvudet och den börjar så småningom rotera i samma riktning. När huvudet abrupt stannar upp fortsätter endolymfan trots det sin rörelse. I och med att ögonen inte kan rotera runt sin axel korrigerar de istället sin position genom snabba knyckiga (sackaderade) ögonrörelser. På detta sätt uppkommer hos friska mänskor nystagmus, vars långsamma komponent fokuserar blicken och indikerar vätskans rotationsriktning samt snabba komponent som returnerar ögonen i motsatt riktning till rörelsen. Trots att nystagmus består av dessa två komponenter anges riktningen för nystagmus enligt den snabba komponenten. Utförandet av testet Rörelsen i Baranys stol är alltid horisontell, dvs. rotationen görs runt z-axeln (se bilden nedan). 12

13 Om man vill undersöka andra benbåggångar, böjs huvudet så att respektive benbåggångspar kommer i horisontalplanet. För att benbåggångarna skall komma i horisontalplanet bör huvudet böjas enligt följande: Horisontala benbåggångarna: huvudet framåt och 30 grader nedåt. Ögonen kompenserar genom en rörelse i höger-vänster axeln. Höger anteriora och vänster posteriora benbåggången: huvudet bakåt åt höger eller framåt åt vänster. Ögonen kompenserar genom en rörelse i höger uppåt-vänster nedåt axeln. Vänster anteriora och höger posteriora benbåggången: huvudet bakåt åt vänster eller framåt åt höger. Ögonen kompenserar genom en rörelse i vänster uppåt höger nedåt axeln. Behandling Under rotationen bär försökspersonen sk Frenzel-glasögon, så att ögonrörelserna är enklare att detektera samt att försökspersonen inte klarar av att fokusera blicken. En försöksperson roteras bara i en riktning och bara en gång. Samma person kan roteras på nytt om 5 10 minuter. 1. Personen som undersöks roteras i Barany-stolen ca 15 varv med en hastighet på 1 varv per 1-2 sekunder, varefter stolrotationen stannas. 2. Försökspersonen förblir sittande i stolen och undersökningsledarna noterar personens ögonrörelser. Gör en markering om huvudets rotationsriktning, och riktningen för den långsamma samt snabba komponenten. 3. När riktningen för ögonrörelserna är klargjorda, skall försökspersonen försöka att med fingret peka rakt framåt. Undersökningsledarna noterar riktningen dit fingret pekar. Notera! Detta bör ske relativt snabbt efter att rotationen har avstannat (inom ca 30 sekunder), iom att responsen avtar snabbt. Försökspersonen lider av svindel efter rotationen. Undersökningsledarna ser till att försökspersonen inte står ensam utan att en medhjälpare står intill och säkrar att personen inte faller omkull. Fyll i resultattabellen i bifogade appendix Kaloriska provet Försökspersonen lägger sig och ligga på rygg på undersökningsbordet. Härvid är den närmast trumhinnan belägna horisontala benbåggången placerad vertikalt. Örat fylls långsamt med isvatten ur en 10 ml spruta samtidigt som patientens ögonrörelser noteras. Bokför också patientens subjektiva känslor, och försök utreda eventuell koppling mellan känningarna och ögonrörelserna. Försökspersonen får inte ha öroninfektion, en punkterad trumhinna eller tympanostomirör genom trumhinnan. Försökspersonen kan ha känningar av svindel efter försöket. Undersökningsledarna ser till att försökspersonens tillstånd är under uppföljning och att hon inte stiger upp för tidigt. Fyll i resultattabellen i bifogade appendix 2. 13

14 3. Undersökning av trumhinnan med otoskop Kolla hur trumhinnan borde se ut när man studerar den från örongången (bild 6). Notera, att sikten är skymd iom att örongången är böjd, och eventuellt kan du inte se alla strukturer. I vilket fall som helst ser du ljusreflexen och umbon. 1. Sväng patientens huvud en aning åt sidan, bort från dig själv. Ifall huvudet samtidigt böjs en aning framåt blir insynen bättre. 2. Håll otoskopet i din högra hand och ta i övre kanten av patientens öronmussla med din vänstra och dra försiktigt uppåt. Ett korrekt utfört ingrepp förorsakar ingen smärta! 3. För otoskopet försiktigt in i örongången. Söndra inte den mycket känsliga huden i örongången. Om du inte ser trumhinnan, för inte (tryck inte!) otoskopet längre in! Det krävs färdighet inte extra styrka. Böj otoskop skaftet en aning neråt. Kontrollera sikten. Om du inte ännu heller ser, be hjälp av din lärare. När sikten är bra kan du se ljusreflexen, umbon och skaftet av hammaren. Notera också trumhinnans färg, struktur, eventuella hål och ärrbildning. Kolla också var du skulle göra en punktering. 14

15 APPENDIX 1 UNDERSÖKNING AV VESTIBULOOKULARREFLEXEN / RESULTAT ROTATIONSRIKTNING HÖGER VÄNSTER Endolymfans Rotationsriktning *) dx sin Kinociliernas böjning **) dx sin Afferenta nervens aktivitets förändring (+/-) dx sin Kontraherande ögonmuskler o.dx o.sin Nystagmus, riktningen för den långsamma komponenten Nystagmus, riktningen för den snabba komponenten I början av rörelsen I slutet av rörelsen I början av rörelsen I slutet av rörelsen *)i förhållande till ampullan; emot? bort ifrån? **)i förhållande till kinociliet, emot? bort ifrån? 15

16 APPENDIX 2 KALORISKA PROVET ÖRAT SOM UNDERSÖKS RESPONSEN I VESTIBULARORGANET Endolymfans Rotationsriktning *) Böjningen av cilierna **) Afferenta nervens aktivitets förändring (+/-) HÖGER ÖRA VÄNSTER ÖRA RESPONSEN I ÖGONMUSKLERNA Kontraherande ögonmuskler NYSTAGMUS Nystagmus, riktningen för den långsamma komponenten Nystagmus, riktningen för den snabba komponenten 16

17 APPENDIX 3 UNDERSÖKNING AV TRUMHINNAN Försöksperson Man Kvinna Öra som undersöks Höger Vänster Trumhinnans färg Trumhinnans struktur En teckning över de strukturer som ses och deras placering Hål, ärrbildning, förtjockningar? Placering? (teckning) Försökspersonens uppfattning om orsakerna till förändringarna (upprepade öroninfektioner, tympanostomi mm) 17

18 18

19 ANTERIORINEN (SUPERIORINEN) sin POSTERIORINEN sin LATERAALINEN (HORISONTAALINEN) sin POSTERIORINEN dx LATERAALINEN (HORISONTAALINEN) dx ANTERIORINEN (SUPERIORINEN) dx 19