軸索反射

軸索反射^[1] (またはフレア反応) ^[2]は、体の末梢神経によって刺激された反応で、神経細胞体から離れて枝分かれし、標的器官を刺激します。反射は、体の神経系における全体的なシグナル伝達の構成要素となる刺激に反応する単一の反応です。ニューロンは、これらの反射シグナルを軸索、樹状突起、細胞体を通じて処理して伝達する興奮性細胞です。軸索は、ニューロン細胞体から他のニューロン、局所筋組織、腺、細動脈に投影される細胞間コミュニケーションを直接促進します。軸索反射では、シグナル伝達は刺激部位の軸索の中央から始まり、脊髄反射に存在する統合中枢と化学シナプスの両方をスキップして、効果器官に直接シグナルを伝達します。インパルスは単一の分岐した軸索^[3] 、または軸索が2つに分岐し、周囲の組織に一般的な反応を引き起こさないニューロンに限定されます。

軸索反射弓は脊髄反射弓とは異なります。脊髄反射経路では、求心性ニューロンが脊髄介在ニューロンに情報を伝達します。これらの介在ニューロンは集合的に作用し、入力刺激を処理および理解し、統合センターとして機能する効果ニューロンを刺激します。^[4]統合センターを離れる効果ニューロンは、反射が発生した元の組織に応答を伝達し、応答をもたらします。軸索反射により、信号が発生した単一ニューロンの局所的に神経支配された細胞のみに局所的な応答が生じます。^[5]軸索反射経路には、脊髄反射のニューロン間の通信を中継する統合センターまたはシナプスが含まれていません。したがって、刺激はニューロン細胞体に入らずに効果器官に向けられ、したがって軸索反射は、求心性インパルスが遠心性ニューロンを刺激する前に中枢神経系を通過する真の反射ではないことを示しています。

軸索反射が発見され、中枢神経系の統合センターとシナプスを迂回する「新しいタイプの末梢反射」と説明されました。軸索反射の発見により、軸索反射が局所細動脈を活性化し、血管拡張と筋肉収縮を引き起こすことがわかりました。この筋肉収縮は、放出された神経ペプチドが気道の平滑筋を収縮させる喘息患者で観察されました。同様に、発汗神経末端でのコリン作動薬の放出は、汗腺を刺激して熱に反応して身体に発汗を誘発する軸索反射を引き起こします。軸索反射は、皮膚の皮膚受容体からの信号の伝達を通じて可能になります。

軸索反射は、1873年に2人のロシア人科学者コヴァレフスキーとソコヴニンによって発見されました。^[5]彼らは軸索反射を、電気信号が軸索の中央から始まり、脊髄反射で典型的に観察される統合中枢と化学シナプスの両方をスキップしてすぐに伝達される新しいタイプの末梢（または局所）反射であると説明しました。

1890年、イギリスの生理学者ジョン・ニューポート・ラングレーは、低温にさらされた猫の毛の動きについて研究しました。ラングレーは、刺激を受けた後も周囲の猫の毛が逆立ち続けることを観察しました。ラングレーは、一次ニューロン刺激は最初のシナプスで終わるのではなく、複数のニューロンへの分岐接続に関与し、周囲の猫の毛が逆立ちすると結論付けました。^[4]ラングレーはこの経路を「軸索反射」と定義しました。

20世紀初頭、英国の心臓専門医トーマス・ルイス卿は、皮膚の機械的擦過傷について研究しました。皮膚は三相性の反応を示しました。まず、肥満細胞からのヒスタミン放出により赤い斑点が生じ、外側に広がります。次に、細動脈の拡張により、元の斑点の周囲に明るい赤色が広がります。最後の段階は、元の斑点の上に膨疹で満たされた液体の生成です。ルイスは、皮膚の反応は軸索反射を介して神経系によって引き起こされた近隣の血管の拡張によるものだと考えました。^{[4]この三相性の反応は}ルイスの三重反応と名付けられました。影響を受けた領域の細動脈の拡張は、血管拡張によるものです。ルイスは軸索反射によって説明できる血管拡張を観察したが、神経が細胞体ではなく軸索の中心から分岐していることや、鳥肌、赤線、血管拡張の症状の原因となる化学物質が何であるかを説明する直接的な証拠はまだなかった。^[4]

1960年代、科学者のA.ヤンスコ＝ガボールとJ.ゾルカニは、刺激性化学物質や電気刺激剤を皮膚に塗布すると、皮膚の痛覚受容器が刺激されることを実証しました。これらの痛みセンサーは、近隣の組織に信号を送り、血管からの漏出としても知られる血管外漏出を引き起こします。この反応は、ルイスの血管拡張に関する研究と似ており、どちらも近隣の組織に影響を与える感覚神経の供給が損なわれていないことに依存しています。^[5]

20世紀末には、より精密な画像ツールとより高度な技術の登場により、軸索反射を直接観察するより洗練された方法が生まれました。一例として、レーザードップラー研究があります。レーザードップラー画像を使用して皮膚の血流を観察し、血管機能を調べます。^[6]こうした実験収集技術により、神経因子と遺伝的素質の相互作用によって、一部の人が寒さに強くなるメカニズムを説明する実験データが生成されます。こうした研究技術は、寒さによる皮膚損傷や凍傷の治療と予防の改善に役立っています。

近位インパルスが分岐した軸索の一方の枝にある伸張受容器と熱受容器を刺激すると、生成された信号は軸索の分岐点に向かって逆方向に移動する。次に、インパルスは軸索のもう一方の枝を反射して効果器官に到達し、軸索反射を引き起こす。軸索反射は、刺激の場所に応じて、内分泌系、血管系、循環系など、多数の効果器官を刺激する。1 つの例は、かゆみである。これは痛覚の一種で、反射によって掻きむしりたいという欲求が引き起こされることが多い。化合物カプサイシンは、軸索反射神経終末の化学物質を枯渇させ、かゆみや痛みの症状を軽減するために使用できる。^[5]

生理学的には、軸索反射は恒常性を維持するのに役立ち、変化する外部環境に応じて体内の環境を調節し、体内環境が安定し、比較的一定であることを保証します。軸索反射は、温度、化学物質の濃度、空気の組成などの外部の変化に反応します。軸索反射を介したメカニズムの例には、かゆみ、炎症、痛み、喘息、皮膚循環などがあります。^[5]

体は、感染症、身体的損傷、または炎症による毒性組織損傷など、さまざまな種類の外傷に反応します。痛みの感覚が増加すると、軸索反射が刺激され、外傷を受けた領域の局所組織炎症を促進する多くの必要な化学物質の放出を引き起こします。^{[5]軸索反射は}血管拡張、つまり標的組織への余分な血流を調節します。軸索反射は、神経筋接合部での信号伝導を調節することで、筋肉が可能な限り最短時間で収縮できるようにします。

皮膚循環では、軸索反射が血管拡張を通じて組織の温度と循環を制御します。温度受容器と呼ばれる小さな神経線維は温度に敏感で、軸索反射を介した血管拡張を開始するセンサーとして機能します。神経筋疾患は、異常な筋線維反射とそれに伴うけいれんの存在によって早期に予測できます。これは、軸索が元の刺激から過剰に興奮すると独自の活動電位を生成できるため発生します。これは筋線維の線維束性収縮電位として知られています。 ^{[7]線維束性収縮は}筋萎縮性側索硬化症(ALS)の顕著な特徴であり、さらに研究を進めれば異常な軸索反射の証拠となる可能性があります。^[8]

喘息では、軸索反射によってサブスタンス P、ニューロキニン A、カルシトニンなどさまざまな神経ペプチドの放出が誘発されます。これら 3 つの神経ペプチドはすべて気道の平滑筋の収縮を引き起こしますが、アレルギーでも同様のメカニズムで起こります。

この同じ反応メカニズムは、ハンターテストで実証されているように、四肢の体温低下にも関係しています。患者に対して実施できる臨床検査の1つは、QSART（定量的発汗運動軸索反射検査）で、軸索反射の促進を通じて汗腺を刺激することで、個人の自律神経系を刺激します。^[9]皮膚を電気で刺激して軸索反射を引き起こし、自律神経障害や、喘息や多発性硬化症などの末梢神経障害の種類と重症度を評価することができます。

人間や霊長類は発汗反応を利用して体温調節、つまり体温の制御を行っていますが、これは主に交感神経系を介して行われ、副交感神経系の影響は無視できます。^[10]熱感受性受容体は皮膚、内臓、脊髄に存在し、外部環境から情報を受け取り、視床下部の体温調節中枢に送ります。

発汗反応は、汗腺のM3ムスカリン受容体と発汗運動軸索反射を刺激します。発汗運動反射では、コリン作動薬が発汗神経末端のニコチン受容体に結合し、細胞体に向かう、つまり通常のインパルスとは反対のインパルスを引き起こします。節後交感神経発汗運動ニューロンの細胞体では、インパルスは分岐して順行性、つまり細胞体から離れて進みます。最終的に、このインパルスが他の汗腺に到達すると、間接的な軸索反射発汗反応を引き起こします。発汗運動軸索反射は、アセチルコリンによる活動電位の振幅の伝達において末梢で増幅される可能性があります。^[10]アセチルコリンは発汗線維と一次求心性侵害受容器も活性化し、両方で軸索反射を引き起こします。しかし、神経損傷（神経障害）があると、軸索反射による発汗がいくらか増加します。

皮膚受容器は皮膚にある感覚受容器で、温度（温度受容器）と痛み（痛覚受容器）の変化を感知する。これらの皮膚受容器は、脊髄への主感覚軸索の興奮を介してインパルスを開始する。軸索反射は、このインパルスが主軸索から皮膚の刺激を受けた部位の近くの血管に広がることである。影響を受けた部位のこれらのインパルスは化学物質を放出し、血管を拡張させて漏出させ、皮膚に発汗を引き起こす。アセチルコリンが放出され、細胞外カルシウムの増加につながり、細胞外過分極を引き起こし、続いて細動脈の拡張を引き起こす。赤みは軸​​索反射のフレア反応につながる。^[11]

この血管拡張のメカニズムは研究によって裏付けられており、血管運動反応の有効性はタウ値（センサーの影響を受ける部位の血液循環の時定数）によって説明できます。一般に、タウ値は 39 °C 以上の温度ではあまり変化しませんが、39 °C 未満の温度ではタウ値に大きなばらつきが見られます。血管拡張を引き起こす信号は、約 40 °C の閾値に近づく皮膚温度の上昇から生じます。タウの冷却段階は、身体の仕組みと個人の体からの熱放射能力によって異なります。

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