Emócie, stresová reakcia a nervus vagus V poslednom období sa čoraz častejšie venuje pozornosť vagovejkontrolesrdcaakopsychofyziologickémumarkeru sebaregulácie, schopnosti jedinca modulovať vlastné myslenie, emócie alebo správanie súvisiace s určovaním a dosahovaním cieľov. Pokles vagotonusu sa dáva do súvislosti s viacerými psychopatologickými stavmi, ktoré odrážajú dysreguláciu negatívnych emócií, akými sú panická úzkosť, generalizovaná úzkostná porucha, posttraumatická stresová choroba a depresia. Podobné vzťahy boli pozorované u zdravých detí a dospelých. U detí sa napríklad vyšší vagotonus spája s nižším výskytom psychiatrickej symptomatológie, nižším distresom pri kontakte s neznámymi osobami a lepšími sociálnymi zručnosťami. V prítomnosti plačúcich detí sa škôlkaria7 8ročnédetisvyššouHRVsnažilisvojimsprávanímtietodeti utíšiť. Podobne 8 9 roční chlapci s vyššou HRV vykazovali výraznejšie mimické prejavy znepokojenia(marker sympatie) k druhým osobám, ktoré sa nachádzali v nepriaznivých situáciách(pu a spol., 2010). Nervus vagus, polyvagová teória a socio-emočné funkcie Polyvagová teória, ktorú vypracoval Porges, predstavuje nový pohľad naautonómnefunkcieasprávanie.označenie polyvagová mázdôrazniť, že nervus vagus nepredstavuje homogénny systém, ale že jeho eferentné dráhy vychádzajú z dvoch odlišných jadier mozgového kmeňa 215
216 NERVUS VAGUS a že v kmeni nervus vagus prevažujú aferentné vlákna. Medzi základné fakty tejto teórie patria: vagový systém nepredstavuje uniformnú štruktúru; je možné rozlíšiť dva motorické systémy nervus vagus; u cicavcov má koncept vagového tonusu ako jednoduchého alebo sumačného systému iba obmedzenú fyziologickú alebo heuristickú platnosť; z nucleus ambiguus vychádzajú vagové eferentné dráhy, ktoré zabezpečujú funkčný výstup k srdcu, ktorý je možné monitorovať záznamom respiračnej sínusovej arytmie; rozsah neurogénne podmienenej bradykardie je sprostredkovaný neurónmi v nucleus dorsalis nervi vagi; existuje spoločný kardiopulmonálny oscilátor; základné emócie súvisia s autonómnymi funkciami. Neskôr bola polyvagová teória rozšírená o ďalšie fakty, týkajúce sa: fylogenetického vývinu neurálnej regulácie činnosti srdca; funkčných a štrukturálnych rozdielov medzi vagovými eferentnými dráhami, ktoré vychádzajú z NA a NDNV; identifikácie a adaptačnej funkcie troch fylogeneticky usporiadaných neuronálnych okruhov regulujúcich činnosť srdca;aplikáciejacksonovhoprincípu rozpadu prevysvetlenieporadia v hierarchii reakcií; navrhnutého neuronálneho procesu, neurocepcie, ktorý hodnotí riziko a moduluje vagový výstup prostredníctvom vyšších mozgových štruktúr; neuroanatomického a neurofyziologického spojenia medzi vagovou reguláciou činnosti srdca a neuronálnou reguláciou činnosti priečne pruhovaných svalov tváre a hlavy; významu úlohy, ktorú uplatňuje aktuálny fyziologický stav organizmu prostredníctvom spätnoväzobných aferentných dráh k mozgovým štruktúram na reaktivitu na podnety vonkajšieho prostredia(porges, 2007). Polyvagová teória umožňuje porozumieť adaptačnej podstate fyziologických stavov. Táto teória zdôrazňuje, že fyziologické stavy sú podkladom rôznych typov správania. Napríklad fyziologický stav charakterizovaný inhibíciou aktivity vagu podporuje mobilizačné správanie úteku alebo útoku. Na druhej strane, fyziologický stav charakterizovaný
17. Emócie, stresová reakcia a nervus vagus 217 zvýšeným vplyvom vagu(dráh vychádzajúcich z nucleus ambiguus) na srdcovú činnosť môže podporovať spontánne sociálne interakcie. Teória prikladá význam funkčným a štrukturálnym spojom medzi neuronálnou kontrolou priečne pruhovaného svalstva tváre a hladkého svalstva vnútorných orgánov. Aktivácia dráh, ktoré vychádzajú z NDNV vedie k reakcii stuhnutia(freezing). Jej extrémna aktivácia môže vyvolať zástavu činnosti srdca(alboni a spol., 2008). Polyvagová teória popisuje mechanizmus označený ako neurocepcia, ktorý spúšťa alebo inhibuje obranné stratégie. Proces neurocepcie určuje, či špecifické črty vonkajšieho prostredia vyvolajú špecifické fyziologické odpovede, ktoré podporia buď reakciu útok/útek alebo správanie spojené so sociálnymi interakciami. Neurocepcia môže zahŕňať oblasti temporálneho kortexu, ktoré sa podieľajú na dekódovaní biologických pohybov a detekcii zámerov sociálnych interakcií(porges, 2007). Efektívna regulácia emócií je nevyhnutná pre normálny vývoj detí. Polyvagová teória umožňuje pochopiť, ako sa parasympatiková regulácia činnosti srdca podieľa na adaptívnych a maladaptívnych reakciách u detí. Udržiavanie respiračnej sínusovej arytmie počas sociálnych interakcií podporuje emočné reakcie a správanie vhodné v danej situácii. Efektívna parasympatiková regulácia u detí je pritom závislá na primeraných sociálnych interakciách rodičov(hastings a spol., 2008). Polyvagová teória teda prisudzuje nervus vagus významnú úlohu v regulácii socio-emočných procesov. Táto teória je podporovaná aj pozorovaniami asociačných vzťahov medzi vagovou aktivitou a vývinom novorodenca a jeho socio-emočným vývinom. Pri socio-emočnom vývine zohrávajú úlohu interakcie medzi novorodencom a jeho matkou. Aktivácia tlakových receptorov vedie k vzostupu aktivity nervus vagus a následne vedie k stimulácii motility žalúdka, čo umožňuje nárast hmotnosti novorodenca. Bolo dokázané, že aktivita nervus vagus sa zvyšuje aj počas priamych interakcií medzi matkou a dieťaťom(field a Diego, 2008). Polyvagová teória umožňuje porozumieť etiológii emočnej dysregulácie, ktorá predstavuje charakteristický znak psychopatológie. Detekcia činnosti autonómneho nervového systému v kontexte polyvagovej teórie umožňuje posúdiť psychologický vývin jedinca(beauchaine a spol., 2007). Vplyv kvality vzťahov medzi matkou a dieťaťom na fyziologické regulácie, súčasťou ktorých je aj činnosť nervus vagus, sa sledoval u 447 detívoveku2a5rokov.matkyadetibolipozorovanépočasviacerých
218 NERVUS VAGUS návštev laboratória. Kvalita vzťahov sa hodnotila na základe laboratórnych meraní hostility, pozitívneho vedenia a stresu súvisiaceho s kvalitou vzťahov podľa popisu matiek. Kardiálna vagová aktivita u detí sa hodnotila počas situácií, v ktorých matky spolupracovali s deťmi a keď deti vykonávali činnosti samostatne. Táto štúdia preukázala, že deti s horšou kvalitou vzťahov vykazovali signifikantne horšiu vagovú reguláciu a nižšiu akceleráciu srdcovej frekvencie(calkins a spol., 2008). Z hľadiska vývinu dieťaťa sa vagový systém v jeho neskoršom veku významne podieľa na formovaní vlastností, akými sú schopnosť zvládať stres, orientácia, pozornosť a flexibilita adaptácie na vonkajšie prostredie. Fetálna HRV, ktorá sa objavuje v 32. 34. týždni gestačného veku, je najskorším vyjadrením parasympatikovej regulácie a zohráva úlohu vo vývine inhibičných štruktúr. Neuronálny oscilátor podieľajúci sa na HRV dozrieva v treťom trimestri gravidity, t.j. v kritickej perióde, počas ktorej sa vyvíjajú fyziologické regulačné systémy. Neprekvapuje preto, že neonatálny vagový tonus predikuje výsledky regulačných procesov, ktoré zahŕňajú koreguláciu rodič-dieťa, kognitívny vývin, reguláciu negatívnych emócií a niektoré problémy v správaní, pozorované vo veku od 6 rokov(feldman, 2009). Stresová reakcia a nervus vagus Organizmy musia udržiavať komplexnú dynamickú rovnováhu, homeostázu, ktorá je vystavená neustálemu pôsobeniu vnútorných a vonkajších nepriaznivých síl, označovaných ako stresory. Na udržiavaní homeostázy sa podieľajú viaceré fyziologické a behaviorálne adaptívne reakcie. Reakcia na pôsobenie stresoru je sprostredkovaná stresovými systémami, sympatikoadrenálnym systémom a hypotalamo-hypofýzoadrenokortikálnou osou. Aktivita týchto štruktúr je modulovaná prenosom senzitívnych a senzorických signálov(obr. 25). Zatiaľ čo sympatiková zložka ANS je počas stresu aktivovaná, činnosť nervus vagus je inhibovaná. Príkladom je neurálna regulácia aktivity gastrointestinálneho traktu počas pôsobenia stresora, kedy dochádza k inhibícii činnosti žalúdka prostredníctvom nervus vagus(chrousos, 2009). Dlhodobá inhibícia aktivity eferentných dráh nervus vagus v dôsledku chronického pôsobenia stresorov môže viesť k pretrvávajúcemu nedostatočnému pô-
17. Emócie, stresová reakcia a nervus vagus 219 sobeniu cholinergickej protizápalovej dráhy, a podieľať sa tým na aktivácii zápalových zmien v organizme. Nervus vagus sa môže podieľať na regulácii allostatických systémov súvisiacich s reguláciou metabolizmu glukózy, činnosťou HPA osi a zápalovými procesmi. Znížený vagotonus a znížená HRV sú spojené so zvýšenými hladinami glukózy a hemoglobínu A1c nalačno, zvýšenými nočnými hladinami kortizolu v moči a zvýšenými plazmatickými hladinami prozápalových cytokínov a proteínov akútnej fázy. Všetky tieto faktory súvisia so zvýšeným allostatickým zaťažením organizmu a zhoršeným zdravotným stavom. Zdá sa teda, že aktivita nervus vagus má inhibičnú funkciu v regulácii allostatických systémov. Na regulácii allostatických systémoch prostredníctvom nervus vagus sa podieľa prefrontálny kortex a amygdala. Psychosociálne faktory môžu ovplyvnením činnosti prefrontálnej kôry a amygdaly ovplyvňovať zdravotný stav jedinca reguláciou činnosti orgánových systémov práve prostredníctvom nervus vagus(thayer a Sternberg, 2006). Význam nervus vagus v stresovej reakcii, resp. v úprave činnosti orgánových systémov po pôsobení stresu preukázal experiment, v ktorom sa sledoval vzťah medzi vagotonusom a kardiovaskulárnou, endokrinnou a imunitnou reakciou po pôsobení stresového podnetu. U 44 zdravých mužov vystavených štandardizovanému mentálnemu stresovému testu sa zaznamenávala HRV, systolický a diastolický krvný tlak a sérové hladinykortizolu,tnf-α,il-6predexpozícioustresorua20a60minútpo ukončení pôsobenia stresora. Účastníci testu boli na základe HRV rozdelení do dvoch skupín, na jedincov s nízkou a vysokou bazálnou HRV. U jedincov s nízkou HRV bolo preukázané narušenie návratu diastolického krvného tlaku a plazmatických hladín kortizolu a TNF-α po pôsobení stresu na východiskové hodnoty. Tieto nálezy preukázali, že nízky tonus eferentných dráh nervus vagus je u zdravých mužov spojený s narušeným návratom kardiovaskulárnych, endokrinných a imunitných markerov na bazálne hodnoty po pôsobení mentálneho stresora. Uvedené údaje naznačujú inhibičnú úlohu nervus vagus v regulácii allostatických systémov, tak ako to predpokladá neuroviscerálny integračný model. Tieto nálezy podporujú predpoklad, že znížená kľudová HRV predstavuje rizikový marker pre vznik kardiovaskulárnych a iných chorôb, súvisiacich s pôsobením stresorov(weber a spol., 2010).
220 NERVUS VAGUS Obrázok 25. Schéma prenosu signálov o pôsobení stresorov. Kognitívne spracovávané podnety (anticipačné stresory) pôsobia prostredníctvom zrakových, sluchových, chuťových, čuchových alebo statokinetických receptorov. Sú spracované napr. v senzorických(scx), prefrontálnych(pfcx), orbitofrontálnych (OFCx) oblastiach mozgovej kôry a v amygdale(am). Fyzikálne a metabolické podnety pôsobia prostredníctvom somatických a viscerálnych nervových zakončení. Zápal vyvoláva syntézu cytokínov v imunitných bunkách. Uvoľnené cytokíny môžu aktivovať aferentné dráhy nervus vagus. Signály z nervových zakončení sú vedené do oblastí mozgového kmeňa(napr. nucleus tractus solitarii, NTS; locus coeruleus, LC) a následne do vyšších centier(napr. hypotalamus, talamus a mozgová kôra). Senzorické cirkumventrikulárne orgány(ovlt organum vasculosum laminae terminalis; SFO organum subfornicale; AP area postrema) umožňujú monitorovať zmeny v chemickom zložení plazmy. GN ganglion nodosum, DRG ganglion zadných koreňov miechy.
17. Emócie, stresová reakcia a nervus vagus 221 Vplyv katecholamínov na aktivitu nervus vagus Precízna regulácia činnosti orgánových systémov si vyžaduje zapojenie mechanizmov negatívnej spätnej väzby do regulácie ich činnosti. Výnimkou nie sú ani systémy, podieľajúce sa na stresovej reakcii. Efektorový chemický signál tu pôsobí aj ako signál spätnoväzobný. Inhibičné spätnoväzobné pôsobenie glukokortikoidov na štruktúry mozgu, ktoré regulujú aktivitu HPA osi je podrobne popísané. Pri sympatikoadrenálnom systéme je však mechanizmus inhibičného pôsobenia katecholamínov stále otázny. Uvoľňovanie katecholamínov odzrkadľuje aktivitu sympatikoadrenálneho systému. Katecholamíny však neprechádzajú mozgovo-cievnou bariérou, preto nemôžu slúžiť ako signálne molekuly,ktorébypriamo informovali centrálnynervovýsystémozmenách ich koncentrácie v plazme. Predpokladá sa, že na prenose signálov o aktuálnych plazmatických hladinách katecholamínov do CNS sa podieľa nervus vagus(mravec a Hulin, 2006). Na možnosť monitorovania plazmatických hladín katecholamínov senzitívnymi zložkami nervus vagus poukazujú viaceré experimentálne pozorovania: senzitívne neuróny nervus vagus obsahujú receptory pre katecholamíny(lawrence a spol., 1995; Watkins a spol., 1996); subdiafragmatická vagotómia vyvoláva dlhšie pretrvávajúci vzostup plazmatických hladín adrenalínu(khasar a spol., 2003); elektrická stimulácia nervus vagus u potkanov s infarktom myokardu znížila plazmatické hladiny noradrenalínu (Li a spol., 2004). Anatomické údaje navyše preukázali, že dreň nadobličiek, hlavný zdroj adrenalínu, je inervovaná senzitívnymi neurónmi nervus vagus (podrobnejšie pozri Mravec, 2005). Hepatálna vagotómia u potkanov však výraznejšie neovplyvňuje plazmatické hladiny katecholamínov v kľude, ani počas fyzickej záťaže(latour a spol., 1995). Je preto možné, že na monitorovaní plazmatických hladín katecholamínov sa významnejšou mierou podieľajú iné vetvy nervus vagus(napr. vetvy inervujúce nadobličky). Predpokladáme, že potenciálne monitorovanie plazmatických hladín katecholamínov, ako aj aktivity drene nadobličiek prostredníctvom nervus vagus sa môže podieľať na precíznej kooperácii medzi parasympatikovým a sympatikovým nervovým systémom pri modulácii rôznych
222 NERVUS VAGUS funkcií.nervusvagusmôžepôsobiťako brzda aktivitysympatikoadrenálneho systému počas situácií spojených so zvýšenou aktivitou sympatikových nervov a drene nadobličiek. Stimulom pre nervus vagus, ktorý by mohol viesť k inhibícii činnosti sympatikoadrenálneho systému, môže byť obsadenie adrenergických receptorov nachádzajúcich sa na aferentných nervových zakončeniach nervus vagus. Inou možnosťoubymoholbyťfakt,ženervusvagusmôžemonitorovaťinéparametre, ktoré zvýšená aktivita sympatikoadrenálneho systému ovplyvňuje(zmena činnosti viscerálnych orgánov, metabolické zmeny). Môže to byť napríklad zvýšená aktivita srdca, ktorá môže prostredníctvom mechanoreceptorov nervus vagus inhibovať činnosť sympatikoadrenálneho systému. Nervus vagus a konsolidácia pamäte na zážitky spojené s výrazným emočným doprovodom Jedinecvierelatívnedobreurčiť,kdebolačorobil,keďsaocitolnapríklad v oblasti zemetrasenia alebo bol svedkom nehody. Podobne potkany si pamätajú konkrétne miesto v prístroji, kde im bol aplikovaný elektrický šok do oblasti chodidiel alebo lokalizáciu únikovej plošinky vo vodou naplnenom bazéne. Kľúčové postavenie v regulácii účinku stresu na pamäťové procesy zohráva amygdala. Táto nervová štruktúra je inervovaná aj neurónmi NTS, ktoré spracúvajú signály vedené aferentnými dráhami nervus vagus. Senzitívne zakončenia nervus vagus obsahujú receptory pre adrenalín a jeho podanie zvyšuje elektrickú aktivitu nervus vagus. Na základe týchto faktov sa uvažuje o tom, že vznik pamäťových stôp na stresové situácie(ktoré sú sprevádzané zvýšeným vyplavovaním adrenalínu z drene nadobličiek) je ovplyvňovaný cirkulujúcim adrenalínom, ktorý stimuluje aferentné dráhy nervus vagus a nimi vedené signály sa po prepojení v NTS prenášajú priamo alebo prostredníctvom ďalších vmedzerených štruktúr do amygdaly(obr. 26; Roozendaal aspol.,2009). Sledovala sa aj úloha aferentných dráh nervus vagus v pamäťových procesoch na odmeňujúce podnety. Oleoyletanolamid je endogénny lipidový mediátor, ktorý sa uvoľňuje pri vstupe lipidov z konzumovanej potravy do tenkého čreva. Oleoyletanolamid sprostredkúva sýtosť vyvolanú príjmom tukov väzbou na α podtyp peroxizomálny proliferátor aktivovaný receptor v tráviacom trakte a aktiváciou aferentných vlákien nervus vagus. Aplikácia oleoyletanolamidu v posttréningovom období
17. Emócie, stresová reakcia a nervus vagus 223 Obrázok 26. Úloha nervus vagus pri tvorbe pamäťových stôp na pôsobenie podnetov s emočným doprovodom. Zážitky zahajujú tvorbu pamäťových stôp v rôznych oblastiach mozgu. Emočne podfarbené zážitky vedú tiež k vyplavovaniu adrenalínu a glukokortikoidov z nadobličiek a vyvolávajú uvoľnenie noradrenalínu(nor) v bazolaterálnom komplexe amygdaly. Adrenalín, ktorý neprechádza hematoencefalickou bariérou, vyvoláva uvoľnenie noradrenalínu v bazolaterálnej amygdale aktiváciou aferentných dráh nervus vagus, ktoré prenášajú signály do nucleus tractus solitarii(nts). Noradrenergické neuróny NTS projikujú priamo aj nepriamo do amygdaly. BBB hematoencefalická bariéra(upravené podľa Roozendaal a spol., 2009). u potkanov zlepšila retenciu v behaviorálnych testoch(test v Morrisovom vodnom bludisku, test inhibičného vyhýbania sa). Aplikácia lidokaínu do NTS alebo propranololu do bazolaterálneho komplexu amygdaly uvedené účinky zablokovala. Uvedené nálezy naznačujú, že posilňujúci
224 NERVUS VAGUS vplyv oleoyletanolamidu na pamäťové procesy je sprostredkovaný aktiváciou aferentných dráh nervus vagus a stimuláciou noradrenergickej transmisie v bazolaterálnej amygdale(campolongo a spol., 2009). Nervus vagus ako spojnica medzi periférnym a centrálnym generátorom emócií Schopnosť pamätať si kontext spojený s pôsobením podnetov, ktoré vyvolávajú averzívne alebo naopak príjemné emócie, poskytuje danému organizmu jasnú adaptívnu výhodu. Mechanizmy vzniku emócií sú však stálenedostatočneobjasnené.prvotné periférne teórieemóciípredpokladali, že viscerálne a somatické zmeny nastávajúce v organizme tvoria základ pocitov, ktoré sprevádzajú emócie a poskytujú vnemom emočné zafarbenie. Zjednodušene možno povedať, že pri kontakte s pavúkom je za spustenie emócie strachu zodpovedné pociťovanie zmien v srdcovej frekvencii. Predpokladá sa, že inzulárny kortex sa podieľa na mapovaní činnosti vnútorných orgánov, ktorá je spojená s pocitmi sprevádzajúcimiemócieaumožňuje vedomépociťovanie (Singeraspol.,2009). Na prenose signálov o činnosti vnútorných orgánov sa významnou mierou podieľa práve nervus vagus. Nervus vagus môže predstavovať spojnicu medzi periférnymi a centrálnymi štruktúrami, ktoré sa podieľajú na vzniku a modulácii emočných reakcií. Stresovú reakciu a tvorbu pamäťových stôp na pôsobenie stresorov môže nervus vagus ovplyvňovať predovšetkým prostredníctvom aferentných dráh, inervujúcich srdce. Počas stresových situácií dochádza k aktivácii sympatikoadrenálneho systému, ktorý zvyšuje srdcovú frekvenciu a kontraktilitu myokardu. Zvýšená stimulácia mechanosenzitívnych zakončení nervus vagus v myokarde má za následok prenos signálov do NTS vo zvýšenej frekvencii, čo následne zvyšuje vyplavovanie noradrenalínu v amygdale a môže sa tým podieľať nielen na konsolidácii pamäťovej stopy spojenej s pôsobením stresora, ale aj na ďalšom zvýšení reaktivity sympatikoadrenálneho systému a HPA osi na pôsobenie stresora. Keďže k výraznejšiemu zvýšeniu srdcovej frekvencie dochádza zväčša počas stresových situácií, signály o zvýšení srdcovej frekvencie a kontraktility prenášané aferentnýmidráhaminervusvagusmôžupredstavovať periférny podnetpre aktiváciu systémov stresovej reakcie. Je možné, že tento mechanizmus sa podieľa na vzniku emócií v dôsledku zmien v aktivite periférnych orgánov, v tomto prípade srdca.