1

OROORO--FACIAL FACIAL MOTORIKMOTORIK

Kognitiv neurovetenskap

Inst. för Integrativ Medicinsk BiologiAvd. för fysiologi

K-G Westberg, HT 2008

Ansiktsområdet är engagerat i Ansiktsområdet är engagerat i många viktiga beteenden många viktiga beteenden

Ett stort antal skilda muskler är aktiva i dess oral-motoriska beteenden.

Den snabba växlingen mellan de ingående muskel-gruppernas aktivitet under rörelserna kräver en avancerad reglering från nervsystemet.

TuggningSväljningAndning

Tal, Sång Emotionella uttryck

2

Innervation:- Sensoriska nerver- Motoriska nerver

Ansiktet, munnens och svalgets innervation Ansiktet, munnens och svalgets innervation

Trigeminus

Facialis

Glossopharyngeus

Hypoglossus

Cranial nerves involved in chewing, V (Trigeminal) – sensory and motor to face; VII (Facial) - motor innervation of facial muscles, sensory to soft palate; IX (Glossopharyngeal) - sensory and motor to tongue and pharynx; X; XII (Hypoglossal) - muscles to tongue.

Efter: Kimura, 1993

Oral Oral motorikmotorik

-Tuggrörelser Höger Vänster

4 mm

Under tuggning rör sig käken i en droppformad öppnings- och slutningsrörelse. Denna rörelse kallas för en tuggcykel. Den serie av tuggcykler, som krävs för att tugga sönder en bit föda så att den kan sväljas, kallas för en tuggsekvens. En normal tuggsekvens består av ca 10-20 tuggcykler

Figuren visar underkäkens rörelse-bana (tuggcykler) sedda framifrån hos en person som tuggar biffkött.

Tuggcykler

3

En En tuggsekvenstuggsekvens kankan indelasindelas i i fleraflera delardelar

Underkäkens rörelsemönster och muskelaktivitet under tuggning och sväljning hos ätande kanin. Efter: Schwartz et al, 1986

”Avbitning”Preparatorisk fas

(I)

”Tuggning” Reduktionsfas

(II)

Försväljningsfas

(III)

(I) (II) (III)

MotoriskaMotoriska kontrollsystemkontrollsystemRörelser regleras av:

Medullära system- Lokala neuronala kretsar

(Neuronala nätverk) Överordnande system- Motoriska hjärnbarken- Cerebellum (lillhjärnan)

Efter: KÅ Olsson, Umeå

4

n. opthalmicusn. maxillaris

n.mandibularisMotor roten

Mesencephala kärnan

Sensoriska huvudkärnan

(beröring)

Spinala trigeminustraktens kärnor

(flera funktioner)Trigeminus motorkärna(motoriska nervceller

för aktivering av käkmusklerna)

TrigeminusTrigeminus systemets kärnor systemets kärnor i hjärnstammen i hjärnstammen

Från: Landgren/ Olsson, 1976

OBS!Trigeminuskärnor

finns på båda sidor av

hjärnstammen

Motoneuron

Premotorisktinterneuron

Indirekt:

Via mellankopplandenervceller (premotoriskainterneuron)

StyrningStyrning avav motoriskamotoriska nervcellernervcellerNedstigande banor

Axoner frånSinnesorgan

Direkt:Via direkta bansystem

Tuggmuskel

5

Rörelsetyper:- Reflexer- Rytmiska rörelser (tuggning)

- Sekventiell motorik (tal)

Muskelrörelser kan indelasi olika huvudgrupper:

ReflexerReflexer -- eenklastenklaste rörelsetypenrörelsetypen

Reflexer utlöses via en ”reflexbåge” genom aktivering av sinnesorgan i periferin

Inter-neuron

Motoneuron

muskelSinnesorgan

Motoneuron

muskel

Sinnesorgan(muskelspole)

Monosynaptisk reflex Disynaptisk reflex

6

Dorsalt

Ventralt

Premotoriska interneroner som skickarsignaler till käkslutarnas motoriska nervceller

Trigeminus motorkärna

Histologisk bild av högra sidans hjärnstam i höjd med den motoriska trigeminuskärnan

Från: Meessen/ Olszewski, 1949

JawJaw closingclosing reflexreflex (Käkslutarreflexen)

Efter: Landgren/ Olsson, 1976

n mass

NVmes

NVmt

Muskelspole

Muskelcell

Ia afferent

Aktivering av masseter muskelns motoriska nervceller via monosynaptisktomkopplade signaler från muskelspolar i massetermuskeln

7

JawJaw openingopening reflexreflex (Käköppnarreflexen– Skyddsreflex)

Reflexen har två komponenter: 1. Aktivering av digastrikus motoriska nervceller (käköppnarna) 2. Hämning av käkslutarnas motoriska nervceller Efter: Landgren/ Olsson, 1976

n. Digastricus

n. Alveolaris inf.

Spinala trigeminuskärnan

Trigeminus motorkärna

InterneuronInterneuron

1.

n. Alveolaris inf.

n. Masseter

2.

Interneuron

n. Alveolaris inf.

n. Masseter

2.

n. Alveolaris inf.

n. Masseter

2.

Interneuron

KäkKäköppnaröppnarreflexenreflexen ärär regleradreglerad under under tuggningtuggning

Snab

bkä

kslu

tnin

gsfa

s

Långsamkäkslutningsfas

käköppningsfas

Reflexens storlek när den utlöses via aktivering av sinnesorgan som signalerar smärta kontroll Under tuggning

Käköppnarreflexen modifieras under tuggcykeln så att bered-skapen är stor för käköppningom man t.ex. biter sig i tungan under käkslutning

Efter : Lund/ Olsson, 1983

8

Tongue - tongue reflex (the tongue moves towards the stimulus)Lingual - hypoglossal reflex (the tongue becomes ”hollowed”) Lip-lip reflex (Tap on upper lip – Lip muscles contract)

Jaw opening reflex (painful intraoral stimulus – Jaw opening)Jaw closing reflex (stretch of jaw closing muscles – Jaw closing) Lateral mandibular reflex (jaw movement to contralateral side)

Gag reflex (expulsion movements)Apneic reflex (cessation of breathing)

OroOro--facialafaciala reflexerreflexer

Efter: Miller, 2002

Diagram of the chain reflex theory as elaborated by Sherrington (1906, 1917) and Rioch (1934)

ReflexkedjeteorinReflexkedjeteorin (Sherrington 1906, 1917; Rioch, 1934)

1

2

3

45

HurHur genererargenererar nervsystemetnervsystemet tuggrörelsertuggrörelser??

Retning inom den oro-facialahjärnbarken startar tuggningen

Käköppnarmuskeln aktivaras

Käköppningen sträcker musklespolarnai käkslutarmusklerna

Käkslutarmusklerna aktiveras

Vid hopbitning aktiveras sinnesorgan i tändernas rothinnor som hämmar käkslutarmusklernas aktivitet

......Tuggcykeln startar på nytt

1

2

3

4

5

9

MönstergeneratorMönstergenerator teorinteorin

Från: Dellow och Lund, 1971

1Central PatternGenerator

Retning inom den oro-facialahjärnbarken startar tuggningen

Den alternerade aktiveringen av käköppnar- och slutarmusklerna genereras av en mönstergenerator i hjärnstammen (CPG)

Signaler från orala sinnesorgan kan modifiera tuggmönstret

Käkslutarmuskler

Käköppnarmuskler

Oralasinnesorgan

2

3

41

2, 3

4

Masseter

Mylohyoideus

Stimulation - Masticatory area

Neurograms showing muscle nerve activity from a paralyzedanimal while stimulating the cortical masticatory area

Stimuli

Sinnes organ

Rythmgenerator

Tuggmönstergenerator

Central PatternGenerator

Rörelse

CNS

PNS

Motoneuron

Cerebral cortex

”Tuggningens mönstergenerator”

”Rythm generator”

En krets av sammankopplade nervceller i hjärnstammen som driver växlingen av slutar- och öppnarmusklernas aktivitet under tuggningen (”Tuggningens klocka”)

”Tuggmönstergenerator”

Kretsar av nervceller i trigeminus-kärnorna som ansvarar för styr-ning (finjustering) av musklernas aktivitet genom samordning av signaler från rytmgeneratorn med signaler från sinnesorganen

Under tuggning måste neuron-kretsar i nervsystemet styra både tuggrytm och rörelseanpassning

10

Figuren visar registreringar av underkäkens rörelser (JV= vertikalrörelsen; JH= horisontalrörelsen) samt EMG från vänstra sidans digastrikus och massetermuskel hos en kanin, som tuggar två olika typer av föda (råris, kaninpellets). Notera att tuggfrekvensen är relativt oberoende av födans hårdhet medan tuggmönstret (Emgaktiviteten) modifieras efter födans egenskaper.

RörelseanpassningRörelseanpassning: : RegleringReglering avavbitkraftbitkraft

Efter: Inoue et al, 2004

RegleringReglering avav bitkraftbitkraftUnder tuggning ökar muskelaktiviteten i käkslutar-musklerna (och bitkraften) när föda kommer i kontakt med tänderna under sammanbitningsfasen

Efter: Morimoto et al, 1989

Ökningen av muskelaktiviteten, som tillkommer när föda finns mellan tänderna, minskar vid anestesi av tänder och slemhinnor i munnen. Om man dessutom blockerar signaleringen från muskelspolarna i käkmuskulaturen försvinner den förstärkande effekten på muskelaktivitet helt och hållet.

Slutsats: Information både från sinnesorgan runt tänderna ( periodontal-receptorer) och i musklerna (muskelspolar) bidrar till reglering av muskelkraften (bitkraftsnivån) under tuggning.

Här placeras en bit Här placeras en bit testfödatestföda mellan tändernamellan tänderna

11

Information om födans egenskaper (hårdhet, partikelstorlek mm) signaleras via olika typer av orala sinnesorgan. Muskelaktiviteten under en tuggningssekvens kan därför effektivt anpassas till den gradvisa sönderdelningen av födan.

Regleringen försvinner om man blockerar signaler från periodontalreceptorer och muskelspolarna i käkslutarmuskulaturen

Chewing hard food Muskelarbete (mV.s)

Efter: Peyron et al., Exp Brain Res, 2002

Hard food

Soft food

RegleringReglering avav tuggmuskelaktivitetentuggmuskelaktiviteten skerskerfortlöpandefortlöpande under under tuggningentuggningen

Motorisk kontrollstrategi

Selection of “general” chewing motor plan

Selection of “general” chewing motor plan

Motor programsMotor programs

Distributed commands to jaw muscles

Distributed commands to jaw muscles

Jaw movements Jaw movements Sensory signals Sensory signals

Trigger corrections

“Chewing” motor plansUpdate of internal motor plans

Efter: RS Johansson, Umeå

“Feed-forward control” “Predicitive control”1.

2. “Feed-back control” (Reflexer)

12

““FeedFeed--forward” forward” kontrollkontroll styrstyr bitkraftenbitkraftenunder under tuggningtuggning

När födan kommer i kontakt med tänderna under sammanbitningsfasen av tuggcykeln ger sinnesorganen i rothinnorna information om födans beskaffenhet (tuggmotstånd, partikelstorlek, ...). Denna information används för att preprogammera ”förutsäga” (”anticipate”) den nivå på muskelkraft, som krävs i nästa tuggcykel. Således baseras muskelaktiveringen till stor del på en ”prediction” av förväntat tuggmotstånd när tänder och föda kommer i kontakt. Reflexer bidrar endast till mindre del av bitkaftsjusteringeneftersom denna typa av justering, baserad på återkoppling, sker långsamt i förhållande till hastigheten på käkslutningen vid hopbitning.

Tuggmuskelaktiviteten varierar mellan varje tuggcykel. Denna variation är relaterad till födans egenskaper.

Masseter EMG (mV)

Vertikal käkrörelse (mm)

Efter: Peyron et al., 2002; Van der Bilt et al., 1995

SväljningensSväljningens

motorik motorik

13

Svalgets muskler

Svalgets motoriska komponenterSvalgets motoriska komponenter

m.Tensor veli palatini

m.stylopharyngeus

Esophagus

EpiglottisTunga

m. palatopharyngeusm. uvulae

m. Levator veli palatini

Från: Tortora/ Anagnostakos, 1990

Ett 25-tal muskelgrupper är engagerade i sväljningen

Superior constrictor

Middle constrictor

SväljningsmotorikSväljningsmotorik

FaserFaser: : Oral/ pharyngeal (ca: 1sek)

Espohagus fas (ca:10 sek)

Från: Okada et al, 2007

Sväljning startar genom att maten förflyttas till bakre svalgväggen

När maten når pharynxöppnas övre esophagussfinktern (UES) och esophagusfasen inleds

14

Tuggning/ sväljningTuggning/ sväljning

Från

: Odo

nt. r

adio

logi

, Um

eå u

nive

rsit

et

Primär peristaltikCentralt motorprogram som genereras i hjärnstammen (sväljcentrum)Styr sväljningen initialt

Esophagus Esophagus motorikmotorik::

Sekundär peristaltikMotorprogram som genereras om den primära peristaltiken inte är tillräcklig för att fullfölja sväljningen. (Generering av en ”andra sväljning” som man normalt inte är medveten om)

15

n Vagus(parasymp)

Esofagus

I väggarna på matsrupen finns glatta muskler, som styrs via det enteriska nervsystemet. Denna del av det autonoma nervsystemet, som ligger i magtarm-kanalens väggar, utgör en ”minihjärna” för dess styrning (Innehåller ca 100 miljoner nervceller).

Esophagus Esophagus anatomianatomiCirkulärtmuskellager

Longitudinellt muskellager

EnteriskaEnteriskanervsystemetnervsystemet

Diafragma

Övre esofagussfinktern

Enteriskanervsystemet

Sväljcentrum i hjärnstammen

TrigeminuskärnanHypoglossuskärnan

Nucleus ambiguus

Vagus dorsala motorkärna

Nedre esofagussfinktern

Styrning från hjärnan

Signaler från sinnesorgan i esofagusväggen

n Vagus(parasymp)

16

Den esophagala fasen av sväljningeninleds med att den övre esophagus sfinktern (UES) öppnas. Detta följs aven kontraktionsvåg (peristaltik) somfortplantas längs esophagus ut-sträckning. Den nedre esophaussfinktern (LES) relaxerar strax eftersväljstarten och förblir öppen tills maten når magsäcken.

TryckförändringarTryckförändringar i i esofagusesofagus under under sväljningsväljningUES= Övre esofagus sfinktern

LES= Nedre esofagus sfinktern GI Motility online (May 2006) | doi:10.1038/gimo13

Gastro esophagal reflux (Reflux: maginnehåll upp i matstrupen)

Kirurgi (Övre delen av svalget)Effekt på initiering av pharyngeal sväljfas

Stroke Kraftig effekt på initiering av sväljning(oral/pharyngeala fasen) – “Klump i halsen”

SväljstörningarSväljstörningar

17

Gastro Gastro -- esophagalesophagal reflux (GER)reflux (GER)Definition:Uppstötningar (reflux) av maginnehålli matstrupen, som orsakar inflamation(Refluxespohagit)

Mekanismer:Störd funktion i den nedre esofagussfinktern (håller inte tätt)

Stress KaffeRökning

Efter: Hogan, 1997

Reflux Reflux -- FöljdsjukdomarFöljdsjukdomar

Hosta

Sår på stämbanden

Heshet

Sinusiter (Bihåleinflamation)

Frätskador på trachea, lunginflamation

Frätskador på tänderna (erosioner)

18

Dental Erosion- Buccala Ytor

SväljreflexerSväljreflexer -- EEnklastenklaste typen av sväljningsmotoriktypen av sväljningsmotorik

Sväljreflexer kan utlösas vid mekanisk stimulering av :

- Tungryggen- Munhålans mucosa- Epiglottis- Posteriora pharynx

(n. Laryngeus superior)

Swallowing triggered by by K-point stimulation in bilateral - brain- damaged patients Efter: Kojima et al, 2002

The K-point lies on the mucosa lateral to the palatoglossalarch on the retro-molar padSubjects

Response

Patients

Normal adults

Svallowingn

23 19

20 0

19

Hjärnbarken och sväljningHjärnbarken och sväljning

Medial Lateral

Primära motor cortex

Leg

Arm

Face/ Tongue/ Pharynx

Efter: Kandel et al, 2000

Hjärnbarken och sväljningHjärnbarken och sväljningHos de flesta människor är både höger och vänster sidan motoriska hjärnbark aktiv vid sväljning. Det vanligaste är dock att den vänstra sidan dominerar. När båda hjärnbarkshalvorna kan delta i initie-ringen av sväljning kommer effekten av en stroke att bli begränsad. Den friska hjärnbarkshalvan kan överta funktioner från den skadade halvan (neuronal plasticitet) . Det tar dock en viss tid innan detta sker.

Bilden visar ett frontalsnitt av hjärnan hos två försökspersoner (A, B). Färgade områden visar aktivitet i samband med svälj-ning. Notera att hos person A aktiveras den motoriska hjärn-barken inom båda hjärnbarks-halvorna (gulaområden). Hos person B aktiveras bara ena hjärnbarkshalvan (gula + röda områden)

Modifierad från: Mosier et al, 1999

20

I Sverige drabbas ca 25000 personer/ år avstroke (hjärninfarkt)40-50% av dessa får sväljproblem

Stroke Stroke ochoch dysfagidysfagi

Sväljproblemen kan leda till:Sväljproblemen kan leda till:

- Kvarlämnad mat i munnen - Aspiration – Mat in i luftstrupe och lungor- Upprepade lunginflamationer- Undernäring

Via hjärnans förmåga till plasticitet återfår många strokedrabbade sväljfunktionen