การรับรู้จากกล้ามเนื้อและข้อต่อและการบูรณาการรีเฟล็กซ์ไขสันหลัง

การรับรู้จากกล้ามเนื้อและข้อต่อ (Proprioception) คือความรู้สึกเกี่ยวกับการจัดวางตำแหน่งของร่างกาย การเคลื่อนไหว และแรงของกล้ามเนื้อ ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากตัวรับความรู้สึกภายในกล้ามเนื้อ เอ็น และข้อต่อ สัญญาณเหล่านี้จะถูกส่งเข้าสู่วงจรไขสันหลังและวงจรเหนือไขสันหลังอย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะถูกบูรณาการเข้ากับคำสั่งจากส่วนบนเพื่อรักษาสมดุลของท่าทาง ควบคุมความแข็งตึงของกล้ามเนื้อ และประสานงานการเคลื่อนไหว

Definition

การรับรู้จากกล้ามเนื้อและข้อต่อ (Proprioceptive feedback) คือการส่งสัญญาณนำเข้า (afferent signalling) ของความยาวกล้ามเนื้อ อัตราการเปลี่ยนแปลงความยาว และความตึงเครียดโดยกระสวยกล้ามเนื้อและอวัยวะเอ็นกล้ามเนื้อกอลจิ ซึ่งถูกบูรณาการภายในวงจรสะท้อนไขสันหลังเพื่อควบคุมท่าทาง การเคลื่อนไหว และแรงของกล้ามเนื้อ

Scope

บทความนี้ครอบคลุมตัวรับความรู้สึกจากกล้ามเนื้อและข้อต่อหลัก ได้แก่ กระสวยกล้ามเนื้อ (muscle spindles) และอวัยวะเอ็นกล้ามเนื้อกอลจิ (Golgi tendon organs) รีเฟล็กซ์ที่พวกมันกระตุ้น และวิธีการที่ข้อมูลป้อนกลับของพวกมันถูกบูรณาการภายในวงจรไขสันหลังในระหว่างการรักษาสมดุลของท่าทางและการเคลื่อนไหว นี่คือบทความด้านสรีรวิทยาเพื่อการศึกษาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการประเมินทางคลินิกของบุคคลใดบุคคลหนึ่ง

Core questions

• กระสวยกล้ามเนื้อและอวัยวะเอ็นกล้ามเนื้อกอลจิรับรู้สิ่งใด?
• ข้อมูลป้อนกลับจากกระสวยกล้ามเนื้อกระตุ้นรีเฟล็กซ์การยืดและควบคุมความยาวของกล้ามเนื้อได้อย่างไร?
• ข้อมูลป้อนกลับจากอวัยวะเอ็นกล้ามเนื้อกอลจิควบคุมแรงของกล้ามเนื้อได้อย่างไร?
• ข้อมูลป้อนกลับจากการรับรู้จากกล้ามเนื้อและข้อต่อถูกบูรณาการเข้ากับคำสั่งจากส่วนบนในระหว่างการเคลื่อนไหวได้อย่างไร?

Key concepts

• กระสวยกล้ามเนื้อ (เส้นใยนำเข้า Ia และ II)
• อวัยวะเอ็นกล้ามเนื้อกอลจิ (เส้นใยนำเข้า Ib)
• เซลล์ประสาทสั่งการแกมมาและการควบคุมฟิวซิโมเตอร์
• รีเฟล็กซ์การยืดและการควบคุมความยาว
• การยับยั้งอัตโนมัติ (Ib) และการควบคุมแรง
• ข้อมูลป้อนกลับการควบคุมภาระในการเดินและท่าทาง
• การรับรู้การเคลื่อนไหวและตำแหน่ง

Key theories

การควบคุมข้อมูลป้อนกลับความยาวและความตึงเครียด

ตัวรับความรู้สึกจากกล้ามเนื้อและข้อต่อทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์ข้อมูลป้อนกลับในระบบควบคุม: กระสวยกล้ามเนื้อส่งสัญญาณความยาวกล้ามเนื้อและอัตราการเปลี่ยนแปลงเพื่อสนับสนุนรีเฟล็กซ์การยืดที่ควบคุมความยาว ในขณะที่อวัยวะเอ็นกล้ามเนื้อกอลจิส่งสัญญาณความตึงเครียดเพื่อควบคุมแรง ซึ่งทำงานร่วมกันเพื่อรักษาสมดุลของท่าทางและการเคลื่อนไหว

ปฏิสัมพันธ์ของโปรแกรมส่วนกลางและข้อมูลนำเข้าจากเส้นประสาทรับความรู้สึก

การเคลื่อนไหวอัตโนมัติ เช่น การเคลื่อนที่ เกิดจากการทำงานร่วมกันของโปรแกรมการเคลื่อนไหวที่สร้างขึ้นจากส่วนกลางและข้อมูลป้อนกลับจากการรับรู้จากกล้ามเนื้อและข้อต่อ ซึ่งจะปรับโปรแกรมให้เข้ากับสภาพกลไกของแขนขาและภาระที่รับ

Mechanisms

กระสวยกล้ามเนื้อ (Muscle spindles) วางตัวขนานกับใยกล้ามเนื้อและส่งสัญญาณความยาวกล้ามเนื้อและความเร็วของการยืดผ่านเส้นใยนำเข้า Ia และกลุ่ม II; ความไวของพวกมันถูกกำหนดโดยเซลล์ประสาทสั่งการแกมมา (gamma (fusimotor) motor neurons) ซึ่งช่วยให้กระสวยยังคงตอบสนองได้เมื่อกล้ามเนื้อสั้นลง อวัยวะเอ็นกล้ามเนื้อกอลจิ (Golgi tendon organs) วางตัวอนุกรมกับใยกล้ามเนื้อและส่งสัญญาณความตึงเครียดผ่านเส้นใยนำเข้า Ib ซึ่งกระตุ้นการยับยั้งอัตโนมัติ (autogenic inhibition) ที่จำกัดแรงที่มากเกินไป สัญญาณเหล่านี้จะส่งเข้าสู่วงจรไขสันหลัง: ข้อมูลนำเข้าจากกระสวยกล้ามเนื้อสนับสนุนรีเฟล็กซ์การยืดและการควบคุมความยาว ในขณะที่ข้อมูลนำเข้าจากอวัยวะเอ็นกล้ามเนื้อกอลจิควบคุมแรง และทั้งสองจะถูกบูรณาการเข้ากับคำสั่งจากส่วนบนและตัวสร้างรูปแบบส่วนกลาง (central pattern generators) เพื่อให้ท่าทางและการเคลื่อนไหวปรับตัวอย่างต่อเนื่องต่อภาระและการรบกวน

Clinical relevance

การรับรู้จากกล้ามเนื้อและข้อต่อเป็นพื้นฐานของการทดสอบทางคลินิกเกี่ยวกับการรับรู้ตำแหน่งและการเคลื่อนไหว และช่วยอธิบายการทรงตัวและการประสานงาน บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาเพื่อการศึกษาและไม่ได้ให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษาสำหรับบุคคล

Evidence & guidelines

บทบาทของกระสวยกล้ามเนื้อและอวัยวะเอ็นกล้ามเนื้อกอลจิและการบูรณาการเข้ากับรีเฟล็กซ์ไขสันหลังเป็นสรีรวิทยาที่ได้รับการยอมรับ ซึ่งสังเคราะห์ขึ้นในการทบทวนหลักเกี่ยวกับการรับรู้จากกล้ามเนื้อและข้อต่อและการควบคุมภาระในการเดินและท่าทาง; บทความนี้สรุปฐานหลักฐานดังกล่าว

History

จากการศึกษาเบื้องต้นของกระสวยกล้ามเนื้อในฐานะตัวรับการยืด สรีรวิทยาได้แยกแยะข้อมูลป้อนกลับของกระสวย (ความยาว) ออกจากข้อมูลป้อนกลับของอวัยวะเอ็นกล้ามเนื้อกอลจิ (ความตึงเครียด) และชี้แจงการควบคุมของฟิวซิโมเตอร์ (fusimotor control) งานวิจัยในภายหลังเน้นย้ำว่าข้อมูลป้อนกลับนี้มีปฏิสัมพันธ์กับโปรแกรมการเคลื่อนไหวส่วนกลางอย่างไรในระหว่างการเคลื่อนที่และท่าทาง ซึ่งเป็นมุมมองที่สรุปไว้ที่นี่

Key figures

• Uwe Proske
• Simon Gandevia
• Volker Dietz
• Jacques Duysens

Seminal works

• proske-gandevia-2012
• dietz-1992
• duysens-2000

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างกระสวยกล้ามเนื้อและอวัยวะเอ็นกล้ามเนื้อกอลจิคืออะไร?

กระสวยกล้ามเนื้อวางตัวขนานกับใยกล้ามเนื้อและรับรู้ความยาวและความเร็วของการยืด ในขณะที่อวัยวะเอ็นกล้ามเนื้อกอลจิวางตัวอนุกรมกับกล้ามเนื้อและรับรู้ความตึงเครียด; กระสวยกล้ามเนื้อสนับสนุนการควบคุมความยาวและอวัยวะเอ็นกล้ามเนื้อกอลจิสนับสนุนการควบคุมแรง

เซลล์ประสาทสั่งการแกมมาทำหน้าที่อะไร?

เซลล์ประสาทสั่งการแกมมาจะปรับความตึงเครียดของใยกล้ามเนื้อภายในกระสวยกล้ามเนื้อ ทำให้กระสวยยังคงไวต่อการยืดแม้ว่ากล้ามเนื้อโดยรอบจะสั้นลงในระหว่างการหดตัว