วงจรประสาทรีเฟล็กซ์แบบโมโนซินแนปติกและโพลีซินแนปติก

วงจรประสาทรีเฟล็กซ์ (reflex arc) คือวิถีประสาทที่เปลี่ยนสิ่งเร้าทางประสาทสัมผัสให้เป็นการตอบสนองของกล้ามเนื้อที่รวดเร็วและไม่ตั้งใจ วงจรประสาทรีเฟล็กซ์จำแนกตามจำนวนจุดประสานประสาท (synapses) ที่มีอยู่: วงจรประสาทรีเฟล็กซ์แบบโมโนซินแนปติก (monosynaptic arc) มีจุดประสานประสาทเพียงจุดเดียวระหว่างเซลล์ประสาทรับความรู้สึกและเซลล์ประสาทสั่งการ ในขณะที่วงจรประสาทรีเฟล็กซ์แบบโพลีซินแนปติก (polysynaptic arc) มีเซลล์ประสาทเชื่อมโยง (interneurons) หนึ่งเซลล์หรือมากกว่านั้น ทำให้เกิดการตอบสนองที่ซับซ้อนและกระจายตัวมากขึ้น

Definition

วงจรประสาทรีเฟล็กซ์คือวงจรประสาทจากตัวรับไปยังตัวกระตุ้นที่รองรับรีเฟล็กซ์; เป็นแบบโมโนซินแนปติกเมื่อมีจุดประสานประสาทเพียงจุดเดียวเชื่อมต่อเซลล์ประสาทนำเข้า (afferent neuron) (รับความรู้สึก) และเซลล์ประสาทนำออก (efferent neuron) (สั่งการ) และเป็นแบบโพลีซินแนปติกเมื่อมีเซลล์ประสาทเชื่อมโยงหนึ่งเซลล์หรือมากกว่านั้นแทรกอยู่ระหว่างเซลล์ประสาททั้งสอง

Scope

บทความนี้ครอบคลุมโครงสร้างและการจำแนกประเภทของวงจรประสาทรีเฟล็กซ์ไขสันหลัง โดยเปรียบเทียบรีเฟล็กซ์ยืดตัวแบบโมโนซินแนปติกกับรีเฟล็กซ์แบบโพลีซินแนปติก เช่น รีเฟล็กซ์การหดตัวของกล้ามเนื้อเพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งกระตุ้น (flexor-withdrawal reflex) และบทบาทของเซลล์ประสาทเชื่อมโยงในการกำหนดผลลัพธ์ของรีเฟล็กซ์ บทความนี้ถือว่าวงจรประสาทรีเฟล็กซ์เป็นหัวข้อทางสรีรวิทยาและไม่ได้ให้คำแนะนำทางคลินิกหรือการวินิจฉัย

Core questions

• ส่วนประกอบใดบ้างที่ประกอบเป็นวงจรประสาทรีเฟล็กซ์ ตั้งแต่ตัวรับจนถึงตัวกระตุ้น?
• วงจรประสาทรีเฟล็กซ์แบบโมโนซินแนปติกแตกต่างจากวงจรประสาทรีเฟล็กซ์แบบโพลีซินแนปติกอย่างไร?
• รีเฟล็กซ์ยืดตัว (myotatic) คืออะไร และเหตุใดจึงเป็นแบบโมโนซินแนปติก?
• เซลล์ประสาทเชื่อมโยงช่วยให้เกิดรีเฟล็กซ์แบบโพลีซินแนปติก เช่น การหดตัวของกล้ามเนื้อเพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งกระตุ้นได้อย่างไร?

Key concepts

• ตัวรับ, เซลล์ประสาทนำเข้า, ศูนย์รวมสัญญาณ, เซลล์ประสาทนำออก, ตัวกระตุ้น
• วงจรประสาทรีเฟล็กซ์แบบโมโนซินแนปติก (จุดประสานประสาทเดียว)
• วงจรประสาทรีเฟล็กซ์แบบโพลีซินแนปติก (มีเซลล์ประสาทเชื่อมโยงแทรกอยู่)
• รีเฟล็กซ์ยืดตัว (myotatic)
• รีเฟล็กซ์การหดตัวของกล้ามเนื้อเพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งกระตุ้น (nociceptive)
• ความล่าช้าของจุดประสานประสาทและความล่าช้าส่วนกลาง
• เซลล์ประสาทนำเข้า Ia จากกระสวยกล้ามเนื้อ

Key theories

รีเฟล็กซ์ในฐานะหน่วยรวม

Sherrington ได้อธิบายรีเฟล็กซ์ว่าเป็นพฤติกรรมการรวมสัญญาณพื้นฐานของระบบประสาท โดยมีวงจรประสาทรีเฟล็กซ์เป็นโครงสร้างทางกายวิภาค และจุดประสานประสาทเป็นตำแหน่งที่การกระตุ้นถูกหน่วงเวลา รวม และควบคุม

Mechanisms

ในวงจรประสาทรีเฟล็กซ์ สิ่งเร้าจะกระตุ้นตัวรับความรู้สึก เซลล์ประสาทนำเข้าจะนำสัญญาณไปยังระบบประสาทส่วนกลาง บริเวณประมวลผลจะประมวลผล และเซลล์ประสาทนำออกจะขับเคลื่อนตัวกระตุ้น ในรีเฟล็กซ์ยืดตัวแบบโมโนซินแนปติก การยืดตัวของกล้ามเนื้อจะกระตุ้นเซลล์ประสาทนำเข้า Ia ของกระสวยกล้ามเนื้อ (muscle spindle Ia afferents) ซึ่งเชื่อมต่อโดยตรงกับเซลล์ประสาทสั่งการอัลฟ่า (alpha motor neurons) ของกล้ามเนื้อเดียวกัน ทำให้เกิดการหดตัวอย่างรวดเร็วโดยมีความล่าช้าส่วนกลางน้อยที่สุด ซึ่งเป็นพื้นฐานของรีเฟล็กซ์เอ็นลึก วงจรประสาทรีเฟล็กซ์แบบโพลีซินแนปติกจะแทรกเซลล์ประสาทเชื่อมโยงระหว่างเซลล์ประสาทนำเข้าและนำออก; ในรีเฟล็กซ์การหดตัวของกล้ามเนื้อเพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งกระตุ้น เซลล์ประสาทนำเข้าที่รับความรู้สึกเจ็บปวด (nociceptive afferents) จะกระตุ้นเครือข่ายของเซลล์ประสาทเชื่อมโยงที่กระตุ้นกล้ามเนื้อเฟล็กเซอร์ และผ่านการตอบสนองแบบไขว้ (crossed-extensor response) จะช่วยพยุงแขนขาตรงข้าม การเพิ่มจุดประสานประสาททำให้เกิดความล่าช้าที่ยาวนานขึ้นและช่วยให้สัญญาณแพร่กระจายไปทั่วส่วนไขสันหลังและได้รับการปรับเปลี่ยน

Clinical relevance

วงจรประสาทรีเฟล็กซ์เป็นพื้นฐานทางสรีรวิทยาของรีเฟล็กซ์การเคาะเอ็นที่ใช้ในการตรวจทางระบบประสาท ซึ่งตรวจสอบความสมบูรณ์ของแขนรับความรู้สึกและแขนสั่งการ และส่วนไขสันหลังที่เกี่ยวข้อง บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาพื้นฐานเพื่อวัตถุประสงค์ทางการศึกษาและไม่ใช่แนวทางสำหรับเทคนิคการตรวจหรือการตีความในผู้ป่วยแต่ละราย

Evidence & guidelines

กายวิภาคและการจำแนกประเภทของวงจรประสาทรีเฟล็กซ์เป็นความรู้ทางสรีรวิทยาที่เป็นที่ยอมรับซึ่งรวบรวมอยู่ในตำราประสาทวิทยามาตรฐานและบทความทบทวนวงจรไขสันหลังของมนุษย์; บทความนี้สรุปฉันทามตินั้นมากกว่าแนวทางทางคลินิกใดๆ

History

วงจรประสาทรีเฟล็กซ์เป็นวัตถุหลักของประสาทสรีรวิทยาในช่วงปลายศตวรรษที่สิบเก้าและต้นศตวรรษที่ยี่สิบ ซึ่งจบลงด้วยการสังเคราะห์การทำงานของรีเฟล็กซ์และจุดประสานประสาทของ Sherrington งานวิจัยในภายหลังได้ทำแผนที่วิถีประสาท Ia แบบโมโนซินแนปติกและการจัดระเบียบของเซลล์ประสาทเชื่อมโยงของรีเฟล็กซ์แบบโพลีซินแนปติก โดยขยายภาพคลาสสิกไปยังวงจรไขสันหลังของมนุษย์

Key figures

• Charles Sherrington
• Emmanuel Pierrot-Deseilligny
• David Burke

Seminal works

• sherrington-1906
• pierrot-deseilligny-burke-2012
• proske-gandevia-2012

Frequently asked questions

เหตุใดรีเฟล็กซ์ยืดตัวจึงเรียกว่าโมโนซินแนปติก?

เนื่องจากเซลล์ประสาทนำเข้า Ia จากกระสวยกล้ามเนื้อเชื่อมต่อโดยตรงกับเซลล์ประสาทสั่งการอัลฟ่าของกล้ามเนื้อเดียวกัน โดยมีจุดประสานประสาทเพียงจุดเดียวระหว่างข้อมูลนำเข้าทางประสาทสัมผัสและผลลัพธ์ทางกลไก

การมีอยู่ของเซลล์ประสาทเชื่อมโยงเพิ่มอะไรในรีเฟล็กซ์แบบโพลีซินแนปติก?

เซลล์ประสาทเชื่อมโยงช่วยให้สิ่งเร้าเดียวสามารถกระตุ้นกล้ามเนื้อหลายมัดในส่วนไขสันหลัง ทำให้เกิดความล่าช้าที่ยาวนานขึ้น และช่วยให้การตอบสนองได้รับการปรับเปลี่ยนและควบคุมได้ เช่น ในรีเฟล็กซ์การหดตัวของกล้ามเนื้อเพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งกระตุ้น