Spinal efferents and afferents of the periaqueductal gray Mouton, Leonora IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below. Document Version Publisher's PDF, also known as Version of record Publication date: 1999 Link to publication in University of Groningen/UMCG research database Citation for published version (APA): Mouton, L. J. (1999). Spinal efferents and afferents of the periaqueductal gray: Possible role in pain, sex and micturition [S.l.]: [S.n.] Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Take-down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum. Download date: 22-02-2017
Samenvatting Al onze bewegingen worden beïnvloed door emoties. Dit is alom zichtbaar. Zo kan men bijvoorbeeld van iemand die aan komt lopen veelal uit de verte al zien of hij vrolijk, moe of teneergeslagen is. Ook als iemand iets vertelt is veelal hoorbaar en merkbaar hoe hij zich voelt. In de sport zijn ook vele voorbeelden van de invloed van emoties op motorisch gedrag te noemen, bijvoorbeeld de voetballer die in een belangrijke wedstrijd een strafschop moet nemen en mis schiet! Gedrag wordt bestuurd vanuit het centraal zenuwstelsel, dat bestaat uit de hersenen en het ruggenmerg. De hersenen kunnen onderverdeeld worden in de eindhersenen, de tussenhersenen, de hersenstam en de kleine hersenen. De eindhersenen bevatten met name de hersenschors (cortex cerebri), de tussenhersenen (diëncephalon) de thalamus en de hypothalamus. De hersenstam kan op zijn beurt weer onderverdeeld worden in de middenhersenen (mesencephalon), dat onder andere het periaqueductale grijs bevat, de achterhersenen (metencephalon) en het verlengde merg (medulla oblongata). Het ruggenmerg bestaat uit verschillende segmenten: hals- (cervicaal), borst- (thoracaal), lende- (lumbaal), heiligsbeen- (sacraal) en staartsegmenten (coccygeaal). Van oudsher is geprobeerd inzicht te krijgen in de wijze waarop het centraal zenuwstelsel gedrag aanstuurt. Lange tijd is hierbij alleen aandacht gegeven aan de manier waarop wij onze willekeurige bewegingen besturen. Dit blijkt met name te gebeuren vanuit de motor cortex. Hiervandaan gaan zenuwbanen naar de hersenstam en het ruggenmerg, waar de cellen (motoneuronen) liggen die via hun uitlopers in perifere zenuwen zorgen voor de aansturing van spieren. Naast interesse voor de besturing van motorisch gedrag, was er ook aandacht voor de vraag welke gebieden in de hersenen verantwoordelijk zijn voor onze gevoelens en emoties. Deze bleken met name gelegen te zijn in verschillende corticale en subcorticale gebieden (limbische associatieve cortex, hippocampus, amygdala). Deze gebieden werden tezamen de limbische gebieden genoemd. De laatste twee decennia heeft wetenschappelijk onderzoek zich ook gericht op de vraag waar de koppeling tussen emoties en motoriek tot stand komt. Dit onderzoek heeft aangetoond dat er naast het willekeurig motorisch systeem een emotioneel motorisch systeem bestaat, dat zijn oorsprong heeft in de limbische gebieden en dat, via afdalende zenuwbanen naar de hersenstam, via zogenaamde tussenschakelneuronen (interneuronen) ook eindigt op motoneuronen in de hersenstam en in het ruggenmerg. Eén van de hersenstamgebieden die een cruciale rol speelt binnen het emotioneel motorisch systeem is het periaquaductale grijs (PAG). Stimulatie van het PAG in dieren leidt onder andere tot vocalisatie (= maken van geluid), agressief gedrag, onderdanig gedrag, urineergedrag en sexueel gedrag. Elk van deze gedragingen is een voorbeeld van emotioneel motorisch gedrag waarbij de overleving van het individu en de soort centraal staat. Daarnaast is aangetoond dat het PAG via afdalende banen in staat is om binnenkomende pijnprikkels te onderdrukken (analgesie). De reden hiervoor is dat deze analgesie noodzakelijk is om tijdens bijvoorbeeld aanvals- of vluchtgedrag niet afgeleid te worden door pijn ten gevolge van opgedane verwondingen. Het onderzoek binnen de vakgroep Anatomie en Embryologie in Groningen richt zich op het bepalen van de structuur en functie van de baansystemen die verantwoordelijk zijn voor emotioneel gerelateerd gedrag. Dit onderzoek wordt uitgevoerd in de mens en daar waar dit wat betreft de gebruikte technieken ethisch niet mogelijk is, in de aap, kat, hamster of rat. Dit proefschrift heeft tot 115
doel een specifiek deel van deze zenuwbanen te beschrijven, en wel de afdalende banen van het PAG naar het ruggenmerg (efferenten) en de opstijgende banen van het ruggenmerg naar het PAG (afferenten) in de kat. Uit eerder fysiologisch onderzoek is gebleken dat het PAG uit verschillende delen bestaat met verschillende functies. In het huidige onderzoek is ieder van deze gebieden apart onderzocht. Verder werden alle segmenten van het ruggenmerg apart bestudeerd om een zo goed mogelijk idee te kunnen krijgen van de functies van de bestudeerde baansystemen. Zo zal een zenuwbaan die boven in het ruggenmerg begint (cervicaal deel) naar alle waarschijnlijkheid betrokken zijn bij gevoel van de nek en arm en een zenuwbaan die onder in het ruggenmerg begint (lumbaal deel) bij gevoel van het been. Een baansysteem dat begint in het meest naar onderen gelegen deel van het ruggenmerg (sacraal deel) kan betrokken zijn bij het doorgeven van informatie in het kader van urineer- of sexueel gedrag. Behalve dat er is gekeken in welke ruggenmergsegmenten de onderzochte baansystemen beginnen of eindigen, is er ook binnen ieder segment gekeken waar de zenuwcellen of zenuwuitlopers gelocaliseerd zijn. Rexed (1951) heeft op grond van verschillen in vorm en grootte van cellen elk segment van het ruggenmerg ingedeeld in tien gebieden, de zogenoemde laminae. Later is gebleken dat cellen van verschillende vorm en grootte veelal ook verschillende functies hebben. Daarmee hebben de laminae van Rexed een functioneel belang gekregen. Lamina I bevat bijvoorbeeld cellen die bij pijngevoel betrokken zijn, lamina V bevat cellen die een functie hebben in het doorgeven van tast informatie. Het merendeel van de cellen gelegen in lamina VII tot IX zijn betrokken bij motoriek. Kennis van de laminaire locatie van cellen of eindigingen van een baansysteem kan dus leiden tot een beter begrip van de functie. Hoofdstuk 1 beschrijft één van de afdalende, efferente, banen van het PAG naar het ruggenmerg, namelijk die van het laterale en ventrolaterale PAG naar lamina VII en VIII van alle segmenten van het ruggenmerg. Het bestaan van deze baan was reeds eerder bekend, maar de preciese ligging van de cellen en hun uitlopers werden nooit eerder in kaart gebracht. De resultaten van deze studie geven aan dat dit baanysteem mogelijk betrokken is bij de controle van nek en rugbewegingen tijdens dreiggedrag. Hoofdstuk 2 behandelt een tweede afdalende, efferente, baan van het PAG naar het ruggenmerg, namelijk die van het dorsale PAG naar het cervicale en thoracale ruggenmerg. Deze baan eindigt niet, zoals verwacht, op interneuronen of motoneuronen, maar op de ependymcellen rond het centrale kanaal en in de directe omgeving van bloedvaatjes naast dit centrale kanaal. Het centrale kanaal staat in verbinding met de ventrikels van de hersenen en bevat hersenvocht (liquor). Het feit dat PAG cellen contact maken met ependymcellen van het centrale kanaal zou erop kunnen wijzen dat het PAG via deze projecties invloed heeft op de secretie van hormonen in het hersenvocht. Eindigingen bij bloedvaatjes zijn ook bekend in het hypothalamus-hypofyse systeem, waarbij eveneens sprake is van hormoonsecretie. Daarom is het niet onmogelijk dat de uitlopers van de dorsale PAG cellen bij de bloedvaatjes in het ruggenmerg ook hormoonsecretie bewerkstelligen. Aangezien het bestaan van de verbinding van het dorsale PAG naar het centrale kanaal gebied nooit eerder is aangetoond, evenmin als een dergelijke hormonale functie van het PAG, is de werkelijke functie van dit baansysteem nog niet bekend. In de hoofdstukken 3 tot en met 6 worden vijf opstijgende, afferente, banen van het ruggenmerg naar het PAG beschreven. Eerdere onderzoeken hebben het bestaan van een afferente verbinding van het ruggenmerg naar het PAG aangetoond, maar deze studies waren niet volledig. Sommige richtten zich alleen op de lamina I projecties van het ruggenmerg naar het PAG, welke een rol spelen bij de 116
doorgave van pijninformatie. Andere bestudeerden slechts de projecties vanaf een beperkt aantal segmenten van het ruggenmerg naar enkele delen van het PAG. Hoofdstuk 3 geeft duidelijk aan dat deze manier van aanpak niet voldoende was voor een goed totaalbeeld. De huidige, meer nauwkeurige, resultaten tonen aan dat de verschillende delen van het PAG verschillende informatie vanuit het ruggenmerg krijgen. Tevens geven zij aan dat er zeer grote verschillen bestaan tussen de hoeveelheid informatie die er van de verschillende segmenten naar het PAG gaat. Hoofdstukken 4 en 5 gaan in op de opstijgende baan van lamina I naar het PAG. De resultaten beschreven in hoofstuk 4 tonen aan dat er in de kat vanuit het gehele ruggenmerg drie maal zoveel lamina I cellen projecteren naar het PAG dan naar de thalamus. Een verrassende conclusie aangezien over het algemeen wordt aangenomen dat de lamina I-thalamus baan de belangrijkste pijnbaan is. Minstens zo verrassend zijn de resultaten weergegeven in hoofdstuk 5. Deze geven aan dat, hoewel het aantal lamina I cellen dat projecteert naar het PAG groter is dan verwacht, het aantal niet-lamina I cellen nog veel groter is. Dit duidt erop dat de opstijgende afferenten van het ruggenmerg naar het PAG ook in andere functies dan pijn van groot belang zijn. Hoofdstuk 6 geeft tot slot een totaalbeeld van alle cellen in het ruggenmerg die het PAG rechtstreeks van informatie voorzien. Hierbij blijkt dat er niet, zoals altijd gedacht, sprake is van één algemene afferente baan van het ruggenmerg naar het PAG, maar dat er minstens 5 verschillende baansystemen te onderscheiden zijn. Ieder van deze banen heeft zeer waarschijnlijk een eigen functie. Op grond van de ligging van de gevonden banen lijken twee van hen een functie te vervullen ten aanzien van urineer- en sexueel gedrag. Kennis van de ligging van deze opstijgende banen kan ons onder andere helpen inzicht te krijgen in de werking van de in de kliniek toegepaste zogenaamde neurostimulatie methoden. Bijvoorbeeld in de urologie worden bij mensen met bepaalde vormen van incontinentie operatief electroden aangebracht bij de zenuwen van het lage ruggenmerg (sacraal). Deze electroden worden vervolgens verbonden met een stimulatiekastje, welke zij ofwel uitwendig, ofwel aangebracht direct onder de huid, zelf kunnen bedienen. Bij een groot aantal personen kan het met bepaalde regelmaat aan- en uitzetten van de stimulator leiden tot een grote verbetering van de incontinentie. De vraag waarom deze methode werkt, is echter vooralsnog niet beantwoord. De indruk is dat de werking is gebaseerd op het prikkelen van de opstijgende banen die te maken hebben met het urineergedrag. Mogelijk zijn het de banen naar het PAG. Een preciesere kennis van deze banen kan daarom helpen de werking van de neurostimulatie methode te begrijpen en te optimaliseren. 117
118