Ajutüvi

Ajutüve roll teadvuse jaoks seisneb peamiselt aju-keha vaheliste signaalide vahendamises ja üldaktiivsuse tugevas regulatsioonis. Koosneb kahest suuremast piirkonnast: ~3 sentimeetrisest medulla oblongata'st ja ~2,5 sentimeetrisest ponsist (eesti keeles ka ajusild), mis ülejäänud aju kaasamata suudavad meid elus hoida südame reguleerimise (kuid süda suudab omal jõul töödata vajades peamiselt adrenaliinseid hormoone. Hingamise alal hoidmises on ajutüvel elutähtis roll. Kontrollivad ka aevastus-, kõha- ja oksereflekse. Lisaks loetakse keskaju tihti ajutüve alla. Viimane on aju suurimaks dopamiiniallikaks (substantia nigra ja ventraalne tegmentaalne ala) ning ühendab ajutüve ülejäänud ajuga. Medullas asuv nn. püramiid on lihastele signaale saatvate neuronite ristumiskoht, misjärel enamus neist läheb edasi ajupoolega vastupidist kehapoolt kontrollima (selliseid poolevahetus kohti on eri meeltel mujalgi). Õhupuudustunde algatajaid on ka medullas ja keskajus. Süsihappegaasist tekkinud süsihape langetab pH'd ja see viib lämbumistunde tekkimisele.

Mittesurmavad vigastused ajutüves on ebatavalised ja võivad põhjustada kaelast allapoole halvatust või locked in sündroomi, kus ei saa vahel isegi silmi liigutada, kuigi oldakse teadvusel. Ponsi ja keskaju piirkonna kahjustused võivad põhjustada koomat ning kuigi kooma võib tekkida teiste piirkondade kahjustustega, on sealsete kahjustuste tagajärjel paranemislootus eriti madal.

Ühel ponsi infarkti saanud mehel tekkis kontrollimatu, kuid emotsioonitu naer. Suurema osa ajast paistis ta sümptomiteta, aga tuli ette vahelduvaid naeru ja nutuhoogusid. Järgmisel päeval alles tekkis lihasnõrkus ja seisund halvenes kuni suri. Kaks patsienti olid peale ponsi ja keskaju infarkti hakanud palju haigutama. Ühel olid haigutushood kontrollimatud ja mõlemad said liigsetest haigutushoogudes aja jooksul lahti.

Ponsi kuklapoolses küljes asub sinakas locus coeruleus, mis saadab noradrenaliini ajule. Locus coeruleus'i aktiivsus sõltub ärkvelolekust ja aktiivsuse tõus vähendab une hulka. Üheks ööpäevaseks reguleerijaks sellele on hüpotaalamuse suprakiasmaatiline tuum, millest algavad ühendused läbivad ka teisi hüpotaalamuse piirkondi. Veel saab ühendusi amügdalast. Inhibeerib parasümpateetilist närvisüsteemi ajutüve kaudu sh. süljenäärmeid ja pupilli reguleerimist valgusele. Glutamaadi süstimisel LC'sse kiirenes pulss ja tõusis vererõhk. Aktiveerib dorsaalset raphe tuuma. LC ja teiste piirkondade osalust ärkveloleku reguleerimises koos kasutatavate neurotransmitteritega on natuke kujutatud sellel diagrammil.

Aktiveerimisel muudab ajukoore tegevuse (siin lõigus allikaks) EEG järgi ebasünkroonsemaks ja tekitab hippokampuses teeta rütmi. Inaktivatsioon toob kaasa unele omasemat sünkroonset suure amplituudiga madalasageduslikku tegevust. Sisaldab glutamaati ja enkefaliine. Palju stressis olnud rottidel on maksimumaktiivsus väiksem, kuid samas on nende locus coeruleus tundlikum kortikotropiini vabastamise faktori (CRF) stimulatsiooni poolt, mida hüpotaalamus eritab stressihormoonide vabastamiseks ja toimib LC'le olulise aktiveerijana. Sisaldab tihedalt mu retseptoreid ja on nende agonistide poolt inhibeeritud. CRF toob kaasa pigem ümbrust uurivat erksamat käitumist ja mu retseptori agonistid jätavad tähelepanu üksikumatele tegevustele, kuid need erinevused ei ole väga selged. Mu opioidi agonistide pikaajaline tarbimine võib kasutamise lõppedes suurendada locus coeruleus'i aktiivsust.

Sinna minevates aksonites leidub kappa retseptoreid ja selle agonist dünorfiin põhjustab nendes aktiivsuse vähenemist. Locus coeruleusi sees on eri opioidi retseptorid (mu, kappa, delta) kergelt spetsiifilise asukohamustriga.

Vigastades kassil subcoeruleus'i ala kadus neil REM unele omane lihaslõtvus ja nad hakkasid unenägusid välja elama tõstes pead, liikudes ringi ja üritades näiliselt midagi kinni püüda. Ühes uuringus inimestega, kus magades vahel vigastati liigse aktiivsuse tõttu voodikaaslast, leidus ka neil umbes selle piirkonna kahjustusi, kuid nende kahjustused ulatusid ka mujal. GABA agonistidena toimivate bensodiasepiinidega sai seda probleemi ajutiselt ära hoida. Subcoeruleus'i piirkonnast läksid aksonid muuhulgas retikulaarsesse formatsiooni. Hippokampuse teeta laineid esile kutsuda precoeruleus'i stimuleerimisega glutamaadi retseptoritega.

Periakveduktaalne hall mass (pildil hall piirkond selgroovedelikku sisaldava "akvedukti" ümber) on valusignaale vahendav ja reguleeriv piirkond keskajus.

Saab signaale valusignaale toovatelt aksonitelt, prefrontaalselt korteksilt, hüpotaalamuselt ja amügdalalt. Tõenäoline opioidide valuvaigistava toime läbiviija. Sisaldab suures koguses endorfiine ja enkefaliine koos vajalike retseptoritega. Naerugaasi toimet seal sai blokeerida nii opioidi antagonisti kui NO inhibiitori andmisel. Inimestele annab selle piirkonna elektriline stimuleerimine tugevat leevendust kroonilisele valule. Stimulatsioonijärgne valuvaigistus kestab kuni 5 minutit. Liiga tihedal stimuleerimisel kaob valu vaigistav toime ja elektrilist valuvaigistust saab blokeerida opioidi antagonistidega. Lisaks vahendab see, koos mõne teise keskaju alaga, REM und, mille osakaal suureneb tugevalt, kui anda GABA agonisti seal tihedalt esinevatele GABA retseptoritele, mida teistel keskaju REM une algatajates nii palju ei olnud.

Stressis olles tõuseb seal endokannabinoidide tase ja CB1 agonistide lisamisel sinna saab nõrgestada valu. Emastel rottidel liigub sealt selgroo suunas rohkem ühendusi ja morfiini toimel aktiveerus neil isastega võrreldes vähem selliseid neuroneid. Need aktiveerivad selgroonärvis valusignaale vahendavates alades olevaid inhibeerivaid neurotransmittereid eritavad neuronid. Nende neuronite aktiveerumise kaudu paistab, et tekibki periakveduktaalse ala valuvaigistav toime. Mu retseptorite hulk oli isastel kõrgem. Ka inimeste puhul paistab nii, et naised saavad opioididest vähem abi valu vastu. Suurimat erinevust leidnud uuringu järgi pidi naistele andma sama efekti saavutamiseks 30% rohkem morfiini kui meestele. Progestorooni tootmise langus hilise diestruse faasis toob kaasa GABA A retseptorite tootmise tõusu, millest tingitud aktiivsuse vähenemine võib valutaju tugevdada. 5-HT2C antagonistide doseerimisel sinna vähenes kassil kaitsev agressiivsus.

Suurimaks struktuuriks ajutüves on retikulaarne formatsioon, mis läbib seda medullast keskajuni. See on teadvuse seisukohalt ülioluline une-ärkveloleku reguleerija/alalhoidja ning tihti mainitakse selle juures retikulaarset aktivatsiooni süsteemi, mille all mõeldakse selle võimet aju teadvusele tuua, kuid ka magama panna. Retikulaarne formatsioon saab sensoorseid signaale seljaajult ja eri meeltelt ning annab neid muuhulgas edasi taalamusele. Retikulaarse aktivatsiooni tuumade kahjustusi keskaju ja ponsi retikulaarses formatsioonis seostatakse kooma ja vegetatiivse seisundiga. Selle piirkonna vigastusest tingitud kooma lõppeb kiiremini ja palju kindlamalt surmaga, kui teistest kahjustustest tekkinud kooma. Samuti võis vegetatiivne seisund kaasneda, kui patsiendil oli vigastus taalamuses või taalamuse ja retikulaarse formatsiooni vahelises ühenduses.

On üks (kahest, kui see artikkel midagi välja ei jätnud) PGO ajulaine tekitajast, mis pärinevad ponsist, läbivad lateraalse genikulaat tuuma ja jõuavad kuklasagarale REM une ajal. Lateraal genikulaatse tuuma läbimisel kattusid need lained REM une ajal toimuvate silmaliigutustega (selle piirkonna läbimine ise ei tohiks tekitada silmaliigutusi, kuid juhuslikult mõõdeti need koos toimuvana ja PGO lained läbivad muidki piirkondi). Need lained paistavad une ajal peamised signaalisaatjad kuklasagarale une ajal (REM uni on tavaline unenägude nägemise aeg). Unespindlite teke une ajal seondus selles artiklis viidatud uuringu järgi retikulaarses formatsioonis samaaegselt tekkinud takistustega kehalt tulnud signaalide vahendusel.
Ponsi jääva retikulaarse (tõlkes võrkja) formatsiooni oraalne osa tekitab GABA taseme tõstmisel ärkvelolekut. Hüpotaalamusest tulev hüpokretiin-1 põhjustas (lõigu põhiallikas) seal rakkudevahelises keskkonnas GABA taseme tõusu ja ärkvelolekut. Samas töös GABA sünteesi inhibiitori lisamisel vähenes ärkveloleku aeg ning pikenesid REM ja NREM une faasid. Autorid lisasid, et seetõttu ei ole GABA agonistid head unetusevastased ravimid. Hüpokretiini enda puudulikkust sh. mutatsioone selle retseptoris seostati narkolepsiaga inimestel ja koertel. Hüpokretiini signalisatsiooni rikkumisel mutantsetel hiirtel saadi isendid, kellel olid narkolepsia sümptomid. Narkolepsia vastane ravim modanifil aktiveeris hüpokretiini neuroneid.

Nii inimestel kui loomadel põhjustas seal atsetüülkoliini tõstmine NREM une ajal REM une faasi minekut, kuid sama doosi andmisel REM unne üleminekul põhjustas ärkamist. Kassidel ärkveloleku ajal atsetüülkoliini tõstmisel tekkis dissotseerunud seisund, mis meenutas kerge lihaste lõtvuse poolest REM und, kuid nad olid ärkvel ja jälitasid silmadega liikumist. Sarnaselt põhjustas GABA tõus ärkvelolekut ka keskaju retikulaarses formatsioonis ja hüpotaalamuse preoptilisel/anterioorsel alal. Hüpotaalamuse posterioorses osas põhjustas GABA und nagu tavadoseerimisel. Mujal ajus toimib hüpokretiin stimuleerivalt noradrenaliini, serotoniini ja atsetüülkoliini vabastamisel. GABA A antagonisti andmisel tõusis atsetüülkoliini hulk. Adenosiini A2A agonisti andmisel vabanes rohkem atsetüülkoliini ja kutsuti esile REM und.

Üldnarkoosis isofluraaniga vähenes GABA tase retikulaarse formatsiooni oraalses alas. Autorid pakkusid seda toimemehhansimiks, kuid eelmise lõigu juttu toetavaid artikleid oli umbes kümme korda rohkem ja tõin pigem näiteks sellest, et teadustööde puhul on tähtis võimalikult paljude tööde najal järeldusi teha. Ka morfiini puhul leiti GABA vähenemist seal ning autorid pidasid seda põhjuseks sellele, miks morfiin tekitab sügavama une vähesust.

Ühes katses lisati elektroodid medullas asuvasse retikulaarsesse formatsiooni ja selle stimuleerimisel üldnarkoosi ajal 50-300 Hz juures vähenes ajukoore EEG'l suureamplituudiliste ajulainete hulk ja tugevus. 200-300 hertsiline simulatsioon eriti vähendasid delta (0,5-4 Hz) ja teeta sagedusel (4-8 Hz) lainete hulka. Tekkisid mõõdetavad umbes gamma sagedusel ajulained 22-50 hertsi juures. Sellele ajupiirkonnale olid omaseks hästi suured neuronid. Pildil on näha stimulatsiooni mõju laineamplituudile ja off-target oli kontrollgrupp, kellel stimuleeriti veidi kõrvalist piirkonda, et näiteks ei saaks EEG tulemust puhtalt elektrilise stimulatsiooni taustmüraks pidada.

Retikulaarse formatsiooni keskaju sisene osa sisaldab aju peamist serotoniiniallikat, mida nimetatakse dorsaalseks raphe tuumaks. Inimestelt leiti dorsaalsest raphe tuumast lahkamise järgselt ka neuropeptiid P'd, kuid serotoniini sisaldavate neuronite hulk oli 2 korda suurem. Amügdalasse saadavad DRT'st aksoneid 10% sealsetest serotoniini sisaldavatest neuronitest.

Kokkuvõtlikult ning lihtsustatult on sügava une tekitajad illustreeritud siin ja ärkvelolekus osalev aktiveerumise ahel siin.

Kraniaalnärvid vahendavad mitmete meelte (põhiliselt pea piirkonna meelte) infot ja kuna nad ei sõltu otseselt seljaajust, ei teki seljaaju või selgroonärvi vigastuste puhul vähemalt nende vahendatud meelte ja lihaste kontrolli kadumist. 12st kraniaalnärvi paarist 10 on ühendatud ajutüvega. Näiteks okserefleksi korral saab IX närvipaar sensoorse närvina signaale kurgust, kõrist ning keele ja suulae tagaosast. Signaalid jõuavad selgroonärvi trigeminaalse tumani (Spinal trigeminal nucleus või lihtsalt Sp5). See mõjutab nucleus ambiguus'i, mis algatab vagaalnärvi motoorsete ühenduste kaudu okserefleksi lihastõmblused.

4. juuni 2010 täiendus

Silmaliigutusi reguleerivad 3 kraniaalnärvi paari. Number näitab milline närv liigutab silma selles suunas ja tume silmanurk tähistab ninapoolset külge.
Neuronite hulga võtsin siit.
Okulomotoorsel (3.) kraniaalnärvil on 25 000-35 000 neuronit silma liigutuseks osades suunades.
4. kraniaalnärv kontrollib ühte silmalihast 2000-3500 neuroniga ning sama palju on selle tuumas.
5. kraniaalnärv e. trigeminaalne närv saab näost ja suust sensoorset infot puudutuse ja valu kohta 140 000 neuroniga. Selle motoorsed ühendused mälumiseks ja neelamiseks sisaldavad 8100 rakku.
6. kraniaalnärv liigutab silma ühe lihase kontrolliga ninast eemale 3700 rakuga.
7. kraniaalnärv e. näonärv kontrollib näoilmeid, pisaraeritust, süljeeritust, parasümpateetiliselt ninaõõnsust ja vahendab osaliselt maitsesignaale 9000-10 000 neuroniga. Näonärvi tuumas on 7000 rakku ja selle pikkus on 2-5,6 mm. Paistab, et näoilme kontrolliks on kordades vähem neuroneid kasutusel, kui silmade liigutamiseks.
8. paar vahendab keskkõrvast pärinevaid pea orientatsiooni signaale.
9. kraniaalnärv saab signaale keele tagumiselt kolmandikult ja vahendab öökimisrefleksi algatavaid sensoorseid signaale.
10. ehk vagaalnärv suudab tekitada oksendamist ning vahendab siseorganite sensoorseid signaale.
11. kraniaalnärv kontrollib kahte kaelalihast ning on suuremaltjaolt ühinenud vagaalnärviga (ajutüve lähedal liitub) vahendades vagaalnärviga samadest piirkondadest tulnud signaale.
12. kraniaalnärvi tuumas on 4500-7500 neuronit ning see vahendab suu tagaosast pärinevaid maitse- ja muid sensoorseid signaale ning on peamine keelelihaste kontrollija.