اصول علوم اعصاب؛ قفل کردن مفصل حین وزنه برداری؛ سلول های رنشاو

کتاب مردی که همسر خود را با کلاه اشتباه گرفت، نوشته یک نوروساینتیست است. یک فردی را توصیف کرده که حس پروپریوسپتیو (Proprioception) را ندارد و خیلی خوب دارد روزمرگی‌هایش را بیان می‌کند. برای ارینتیشن (Orientation) به فضا و وضعیت خودمان در فضا و اینکه وضعیتمان چگونه است… در این سیستم دارد برنامه ریزی می شود و همه شامل یک سری فیبرند که این فیبرها داخل آن (بنویس) داخل دوکی است که ماسل اسپیندل نام دارند که در اینترافیوژال‌ها هستند در کنارشان در انتهای عضله GTO را داریم که به مقدار تنشن یا نیرو حساس هستند. کار اینها حالت damping effect دارند یعنی نمی‌گذارند مثلاً عضله دچار rigidity شود. کشیده شود، صبر کند، فکر کند بعد دستمان را تا کنیم بعد مقایسه کند. خیلی راحت از طول عضله یک میانگین می‌گیرد و بعد تنظیم می‌کند که این انقباض چه طوری باشد. می دانیم به اکسترافیوژال فایبرها آلفا فایبرها آمدند و به اینترافیوژال فایبرها، گاما فایبرها آمده‌اند. گاما کارشان این بود که فعالیت همین primary afferentها را کنترل کند. گاما موتورنورون‌ها نقش تنظیمی دارند؛ یعنی کشش انترافیوژال و اکسترافیوژال فایبرها سینک می‌کنند. چون گفتیم اینترافیوژال‌ها، اکتین و میوزین ندارند و چون خاصیت انقباضی ندارند گاما فایبرها آمدند و یک جورایی کمک می‌کنند که این تغییر طول اتفاق بیفتد. 
به خاطر هماهنگی بین رفلکس‌ها است که ما حرکات نرم و هماهنگ با هم داریم. رفلکس‌های ما که در در واقع توسط همین ماسل اسپایندل‌ها شکل می‌گیرند، رفلکس‌های ساده‌ای نیستند مثلاً ما در کنار knee jerk reflex رفلکس‌هایی داریم که بر می‌گردد به زمانی که ما داریم برعکس رفتار می‌کنیم. مثلاً چکش را به جای اینکه زیر زانو بزنیم روی گلژی تاندون ارگان می زنیم. بعدش اتفاقاتی می افتد…. کندل این وقایع را چگونه توصیف کرده است؟ دو تا سنسوری ارگان وجود دارند که وقایع را Sense می‌کنند … وقتی همان لحظه تحریک را می زنیم فرکانس پرایمری‌ها فرکانس دیس‌شارژشان چقدر بالاست؟ و بعد دچار (بنویس) می‌شوند و به حالت اول بر می گردند ولی سکندری نورون‌ها در طول آن کشش یا تغییر طول دائما دارند دیس‌شارژ را می‌فرستند و این نشان می‌دهد که دارند دو تا پارامتر متفاوت را گزارش می‌دهند که این تفاوت، تفاوت مهمی است آیا secondaryها در حالت استراحت که کشش نداریم، سیگنال می‌فرستند؟ اگر یک موقع است فکر می کنیم کشش نداریم یک موقع پایمان را روی پای دیگر می اندازیم کشش وجود دارد. اگر در حالتی باشیم که طول عضله کوتاه شود سیگنال نمی فرستند ولی در یک شرایط خاص مثلاً در حالت استاتیک می فرستند ولی اگر طول عضله کوتاه شود ولی ماسل اسپایندل احساس نکته کششی اتفاق افتاده دیگر در آن حالت فعالیت ندارند.

کار گلژی ارگان تاندون‌ها در رفلکس کششی: یک فیبریل‌های کلاژنی هستند که در واقع بافت کلاژنی دارند و در هم تنیده شده اند و در داخلشان عصب هم وارد شده یعنی یک در هم تنیدگی عصبی اتفاق افتاده که کمک می کند که اینها بتوانند ابتدا اطلاعات را sense کنند. پس یک جور نورال فیبریل ایجاد کردند و می توانند اطلاعات را جامع و کامل از عضلات بگیرند که تنشن هستند. 
تعریف تنشن: تنشن یعنی مقدار نیرویی که می تواند به عضله وارد شود.

فانکشن این عضو را می توانیم ببینیم. یک زمانی می‌آییم به صورت passive به خود عضله یک نیرویی وارد می کنیم. عضله تحریک می‌شود و ما از آن ثبت می‌گیریم. عضله را آویزان کردیم و یک وزنه ای را به تهش وصل کردیم. همانجا می توانیم از یک ماسل اسپیندل که جدا کردیم یک ثبت بگیریم. ثبتی که می بینیم نشان دهنده این است که طول عضله دچار تغییر شده است و انگار که عضله را کشیدیم می تواند این را به عنوان یک پیام مخابره کند و ما ثبتی که می گیریم نشان دهنده تحریک است. ولی چون طول عضله خیلی تغییر نکرده و ما مستقیماً خود فایبر عضله را تحریک نکردیم ثبتی که می گیرد خیلی دیس‌شارژهای با فرکانس‌های بالا ندارد فقط sensory neuron دارد پیام می دهد که به صورت passive عضله کشیده شده است (انقباضات ایزومتریک).

در یک شکل دیگر عضله را به صورت اکتیو تحریک کردیم گفتیم وقتی اکسترافیوژال فایبرها را دچار تحریک و انقبانی می‌کنیم. یعنی فیبر عصبی را اگر تحریک کنیم یعنی آن آلفا موتورنورونی که به عضله می رود را تحریک کنیم. دیس‌شارژها زیاد می‌شود و این نشان می دهد که ما دو مدل تحریک می توانیم به عضله وارد کنیم:

۱- مستقیماً به خود فیبر عضلانی تحریک دهیم دیس شارژها کم است.

۲- یک موتورنورونی بیاید عضله را تحریک کند که در حالت نرمال در بدن این حالت را داریم. تعداد دیس شارژهای افرنت فایبر ما زیاد می شود و ما می‌گوییم عضله دچار Active discharge شده است.
پس در واقع ما می توانیم به صورت Rassive و مصنوعی عضله را مستقیما تحریک کنیم و از آن ثبت بگریم و یا می‌توانیم موتورنورونی که رسیده به انتهای عضله را تحریک کنیم اینجا GTO می‌تواند فعال شود. فانکشن ماسل اسپایندل از گلژی تاندون جداست و وقتی وزنه به عضله وصل است و دیس شارژ خاصی نشان نمی‌دهد. نشان دهنده این است که به صورت specific این سنسورها فعالیت می‌کنند. در یکی با اینکه دارد بار لود می‌شود و ماسل اسپیندل را مستقیما تحریک کردیم اتفاق خاصی نمی افتد. دیس‌شارژهای خیلی کوچک داریم ولی در دیگری چون Specific function اندام تاندون گلژی پاسخ به تنشن است ما ثبت خوبی می‌گیریم.
مطالعه‌ای طراحی کنید و ثابت کنید که ماسل اسپایندل‌ها و گلژی‌تاندون‌ها جدا از هم فعالیت می کنند. در کندل، به صورتی که بالا توضیح دادیم آمده است. ما از سیستم عصبی یک نت‌ورکی ساختیم که یک سگمان نخاعی دارد knee jerk reflex را کنترل می کند.(آزمایش شکلات و زجر موش)

یک مونوسیناپس است. اتفاقی که در ماسل اسپیندل می‌افتد برای کنترل کشش یک سیستم تحریکی است. می آمد عضله مستقیم را تحریک می کرد و می گفت این مدار مونوسیناپتیک است؛ یعنی نورون حسی با نورون حرکتی یک سیناپس ایجاد می کرد بعد این برمی گشت به خود عضله. عضله‌ای که دچار تغییر شده بود تحریک می کرد و بر می گرداند به حالت اول. یک کار دیگر که می‌کرد این بود که می آمد در عضله آنتاگونیست و آن را مهار می کرد تا بتوانیم پای خود را حرکت دهیم. این ساز و کار چگونه شکل می گیرد؟ این ساز و کار در زمان تحریک عضله وقتی ما stretch reflex را به وجود می‌آوریم یا حتی اگر extensor reflex را به وجود می آوریم یعنی تحریک را به انتهای عضله روی پا بالاتر از زنو روی تاندون عضله که محل ارگان گلژی است وارد می کنیم، نورون حسی به شاخ خلقی نخاع می‌آید و در آنجا با یک interneuron سیناپس می دهد. اینترنورون با یک نورون حرکتی در شاخ قدامی سیناپس داده و نورون حرکتی به عضله پشت پا می آید کاملل بر عکس رفلکس کشکک زانو است و در آنجا عضله کشیده می شد اینجا عضله وقتی رویش می زنیم کوتاه می‌شود و force بر رویش وارد می شود. اینجا می خواهد بگوید که function ارکان گلژی وابسته به اینترنورون‌هاست. یک اینترنورون تحریکی ساخته و یک اینترنورون مهاری. اینترنورون مهاری آمده خود عضله آگونیستی را مهار کرده و اینترنورون تحریکی آمده عضله آنتاگونیست را دچار تحریک کرده است. اینترنورون‌ها در سیرکوئیت‌های نخاعی دو مدل‌اند: برخی به کمک آلفا موتور نورون‌ها و گاماموتورنورون‌ها
تحریک می‌شوند. برخی دیگر را Renshaw cell می نامند، یک عضله داریم muscle spindle به آن وصل است  تحریک شده و discharge گرفتیم و می گوید به (بنویس) باری که اینجا قرار گرفته عقربه تغییر کرده و نشانه tension است. وقتی عضله دارد تحریک می‌شود فیبرهای حرکتی گاموتور تحریک می‌شوند و این تحریک را می توانند حس کنند. یعنی فعالیت گاما موتور نورون‌ها با مقدار انقباضی که در عضله وجود دارد هماهنگ است یعنی وقتی عضله کشید، یا منقبض می شود. آلفاموتور نورون‌ها زمانی که طول عضله تغییر کند، اکسترافیوژال فاییرها را به طول قبلی بر می‌گردانند. گاماموتورنورون‌ها به داخل اینترافیوژال فایبرها می‌آیند و وقتی تحریک می‌شوند که انقباض در عضله اتفاق افتاده انقباض در عضلات اینترافیوژال با Activation گاماموتورنورون‌ها همزمان است. وقتی عضله کوتاه می‌شود آلفاموتورنورون‌ها دیگر کار نمی‌کنند. Aآلفا فایبرها دیگر Firing ندارند دیگر دیس شارژی ثبت نمی‌کنیم پس دو تا پیام می‌دهد. می‌گوید اگر مقداری تنشن باقی بماند و عضله در حالت در انقباضی خودش بماند. آلفاموتورنورون‌ها پیامی نمی دهند و Aآلفا فایبرها هم دیگر حسی ندارند. 
اگر گاماموتورنورون‌هایی که می آیند و muscle spindle را innervate می‌کنند. در زمانی که Aآلفا فایبرها تحریک شوند یعنی در عضله انقباض ایجاد کنند. گاماموتورنورون‌ها فعال می‌شوند در زمانی که دیس شارژی که از آلفاموتورنورون‌ها را می‌گیریم متوقف شود.»» گاماموتورنورون‌هایی هم سیگنال‌هایی که می‌فرستند کاهش پیدا می‌کند و دیس‌شارژهای خیلی خفیفی را می توانند بفرستند.

در هر صورت گاماموتورنورون‌ها که در اینترافیوژال فایبرها هستند یک Sustain discharge را دارند. به خاطر اینکه ما یک پاسخ دینامیک داریم و یک پاسخ استاتیک داریم. گفته آن چیزی که رهبر اینهاست آلفا موتورنورون‌هایی است که دارد یه اکسترافیوژال فایبرها پیام می‌دهد. آلفاموتورنورون کارش کوتاه کردن عضله است. آلفاموتورنورون که می‌آید کلسیم وارد سلول عصبی می شود. استیل کولین ریلیز می‌شود. (NMJ) استیل کولین روی کانال‌های سدیمی وابسته به لیگاند می نشست. سدیم وارد عضله می شد. عضله کلسیمش را ریلیز می کرد. کلسیم باعث سرخوردن اکتین روی میوزین می‌شد و انقباض اتفاق می افتاد وقتی انقباض به اپتیمال (optimal) خودش می رسد. firing اینها کاهش پیدا می کند. حالا باید اینترفیوژال فایبرها خودشان را با شرایط موجود match کنند. از این رویدادها یک شاخه به مغز می‌رود می‌خواهیم ببینیم نقش Renshaw cell‌ها در این زمینه چیست؟ ممکن است سوال پیش بیاید که مغز چگونه این رفلکس‌ها را کنترل می‌کند؟ ما هم ممکن است پاسخ دهیم چون مغز نقش trade و head را دارد اینها را کنترل و مهار می‌کند. با چه مکانیسمی؟ ما دو مدل inhibition در مدارهای نخاعی داریم. یکیش را بالاتر گفتیم همان در عضله آنتاگونیست… 
دیدیم که دو تا اینترنورون داریم. بعضی هاشون یک زمانی تحریکی عمل می‌کنند. بعضی‌هاشون یک زمانی مهاری عمل می‌کنند. آنهایی که مهاری عمل می‌کنند به نام اینترنورون… نامیده می‌شوند یا (primary) اینترنورون‌های پرایمری جزء سرکوئیت‌های داخل نخاع هستند و کارشان این است که می‌آیند همزمان با اینکه یک عضله تحریک می‌شود آن یکی عضله را مهار می‌کنند و باعث می‌شوند حرکت به خوبی انجام شود. یک موقع‌هایی در سیستم عصبی یک اختلالی پیش می‌آید مثلاً فرد دارد وزنه را بر می دارد قفل می‌کند (یا اصطلاحا می‌گویند عضله پاره شد) مکانیسمی که یک دفعه وقتی فرد وزنه را بالا می‌برد چنین اتفاقی می‌افتد چیست؟ یک زمانی ما Coactivation اینترنورون‌های مهاری را داریم یعنی ما یک عضله ای داریم این عضله دوک عضلانی دارد ارگان تاندون گلرژی دارد، پیام‌های حسی می‌فرستد در نخاع… اینها رده‌بندی و order دارند، یعنی کدام اول تحریک شود کدام اول مهار شود؟ اگر یک زمانی Coactivarian طوری باشد که اینها در آن واحد همزمان تحریک شوند یا همزمان مهار شوند آن موقع سیستم قفل می کند یعنی اگر آن زمانی انجام این فعالیت دچار اشکال شود و order به هم بخورد و این اتفاق می‌افتد.

این order چگونه ممکن است به هم بخورد؟ ممکن است نوروترانسمیتر تمام شده باشد یا خستگی (Fatigue) که در عضله ایجاد شده اجازه نمی‌دهد این ordering اتفاق بیفتد پس گاهی Coactivation به ضرر ماست. کجا به ضرر ماست؟ آنجایی که فیبرها یا سنسورهای عصبی در اثر تنشن، استرس یا هر چیز دیگری به هم خورده که نمی تواند این order را حفط کند که به آن می گوییم Coactivation  inhibitory  neuron.

Renshaw ceil: 

ما در سیتیم عصبی pooling نت ورک‌ها را داریم، Divergence داریم، Convergence داریم و…

یک سری نورون مهاری ساخته شده اند که یک نوعشان همان اینترنورون‌های A1 هستند و همچنین در کنار اینها ما Renshaw cellها را داریم. مغز یا کلا upper systemها چگونه می توانند سطح Spinal cord را تنظیم کنند؟

رنشاو سل‌ها یک اینترنورون مهاری هستند که کارشان این است که recurrent inhibition انجام می دهند. در pooling سیگنا‌ل‌های عصبی در مغز و نخاع گفتیم ممکن است (بنویس) داشته باشیم، ممکن است فیدبک مثبت داشته باشیم و یا فیدبک منفی داشته باشیم یا ریکارنت اینهیبیشن داشته باشیم. یعنی یک نورونی می آمد برای این که سیستم را تحریک کند، یک کولترال (collateral) ایجاد می شد و کولترال بر می‌گشت روی خود نورون و به صورت فیدبک منفی، عملکرد خودش را کم می کرد. در سیستم عصبی، branchی از رفلکس‌ها به مغز می رود پس دارد یک سیگنانی را می‌فرستد ممکن است سیگنالی از مغز بیاید و برسد به نخاع و آنجا کولترال ایجاد کند با اینترنورون‌ها و باعث شود که همزمان با اینکه تحریک انجام می‌گیرد و یک رفلکس ایجاد می شود مقدار این رفلکس کم شود و تنظیم شود. در شکل یک مسیر پایین رو آمده و رنشاو سل‌ها را فعال کرده، رنشاو سل‌ها پیام و سیگنال اصلی که به عضله می‌رسد را تنظیم می‌کنند که ما دچار هایپررفلکسی یا هایپورفلکسی نشویم. موتور تورون در سیستم کارش این است که عضله را تحریک کند یک branchی از خود موتورنورون به شکل رنشاو سل خارج شده که به صورت فیدبک منفی مقدار تحریکی را که موتور نورون دارد وارد عضله می کند را کم می‌کند و اجازه نمی دهد رفلکس‌های ما دچار hyper excitability شوند (autoregulation اتفاق می افتد).

رنشاو سل‌ها می‌توانند موتور‌نورون‌ها را تحریک کنند و فانکشن آنها را damp کنند، اما می توانند روی اینترنورون‌ها هم سیتاپس ایجاد کنند. در شکل یک رنشاو سل آمده روی اینترنورون مهاری آلفا یک سسناپس داده. گاهی اوقات می توانند مهار مهار کنند که نتیجه اش تحریک می‌شود. یعنی فانکشن کاملاً مهاری ندارند dual activity دارند، بعضی اوقات مهار را از روی مهار بر می دارند. وقتی می گوییم عضله پاره شد. یکی از دلایش این است که رنشاو سل‌ها یا inhibition of inhibition انجام داده‌اند و Coactivcation ایجاد کرده‌اند. order این Coactivcatio بهم می خورد و باعث پارگی عضله می شود. پس رنشاو سل‌ها هم می توانند inhibition داشته باشند و هم می توانند disinhibition داشته باشند. 
مکانیسم این مهار چیست؟ inhibition of inhibition  یا disinhibition. 

جمع بندی: Proprioception یک حس بسیار مهم برای ماست که اگر کتاب (مردی که همسر خود را با کلاه اشتباه گرفت) را بخوانیم متوجه می شویم که اگر حس proprioception نداشته باشیم حس غوطه‌وری در فضا داریم که بسیار بد است. در افرادی که قطع نخاع شده‌اند آیا Proprioception اتفاق می افتد؟ یا نه؟ خیر ندارند. چون ماسل اسپیندل‌ها دیگر inactive شده‌اند و فعالیتی ندارند. در این افراد نه tention قابل کنترل است نه طول عضله قابل کنترل است. آمده اند یک سری device در این افراد طراحی کرده اند که به صورت پسیو تحریک فانکشنال برایشان ایجاد می‌کند (FES :Function Electrial Stimulation) کار همان موتورنورون را انجام می‌دهد، موتورنورون چکار می‌کند؟ دسته‌ای از فیبرهای عضلانی را تحریک می‌کند. در FES از آن مکانیسم‌ها استفاده می کنند و عضله را تحریک می کند ولی تحریکی که برای این افراد کمکی باشد خیلی یک وقتهایی ریسکی است. چرا؟ چرا می توانیم یک موتور نوزون مصنوعی بسازیم که فرد دچار پلژی را تحریک کند. ولی ریسکی است؟ چه ریسکی ممکن است داشته باشد که ما می گوییم با اما و اگر همراه است؟ با این دستگاه مقدار نیرو و Force محدود ایجاد می‌کند و در افراد هم موقع انقباض عضلات نیروی انقبانشان یکسان نیست و با هم فرق دارد، ما با FES یک مقدار نیروی لازم را می‌توانیم ایجاد کنیم، اما پاسخ آن عضله به آن مقدار Force یا tension را نداریم به خاطر همین نمی توانیم فانکشن یا مقدار تحریک را با میزان پاسخ هماهنگ کنیم. به خاطر همین گاهی در این افراد تحریک‌های طولانی که به صورت پسیو طب فیزیکی یا فیزیوتراپی اعمال می شود باعث می شود که یا خیلی خسته شوند یا در واقع عضله شان دچار آسیب یا صدمه شود. یک مکانیسمش این است که سیستم‌های ریگولاتوری Ascending یا descending با شرایط موجود هماهنگ نیست. دلیل دیگرش این است که سیستم پره سایز مدیسن نیست. برای هر کسی با یک قابلیت تحریک، با یک قابلیتی از آن design فیبرهای عضلات. ما همه مثلاً در عضله بازو ۵۰۰ تا فیبر عضلانی نداریم یا تعداد اکتین میوزین‌های هر فردی در یک فیبر عضلانی با دیگری فرق دارد، عضله از فانکشن خودش یک memory دارد. این حافظه به چه بر می‌گردد؟ به سبک زندگی روزانه ما. اینکه آیا دونده ایم؟ آیا پشت میز نشینیم؟ کارگریم؟ معلمیم؟ این یک arrange یا design ثابتی برای هر کدام از ما دارد که این design گاهی این شبهه را برای ما به وجود می‌آورد که می توانیم یک دستگاهی درست کنیم که افراد قطع نخاع بتوانند
حرکت کنند. 
آیا از عضلات دیگر فرد قطع نخاع می‌توانند میزان Force را محاسبه کنند؟ کار بسیار سختی است. این همه عضله داریم کدام عضله باشد؟ کدام عضله را تحریک کنیم؟ برای چه عملی تحریکش کنیم؟

شاید به کمک هوش مصنوعی بشود از عضلات فرد یک میانگین گرفت و متناسب با آن برای فرد قطع نخاع دستگاهی طراحی کرد که عضلاتش را درست تحریک کند. ممکن است در پروتزهای هوشمند چنین چیزی وجود داشته باشد. مکانیسم فانکشن FES پسیو است. به خاطر همین ممکن است چنین محدودیت‌هایی داشته باشد و نمی‌تواند به صورت یک unit رفتار کند. 

CV استاد گرانقدر خانم دکتر ثریا مهرابی