Epipharyngeal Receptors Responding to Mechanical Stimulation

8/9/2019 Epipharyngeal Receptors Responding to Mechanical Stimulation

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J . P h y s i o l . ( 1 9 6 9 ) , 2 0 4 , p p . 9 1 - 9 8 91W i t h 3 t e x t - f t g u r e 8P r i n t e d i n G r e a t B r i t a i n

EPIPHARYNGEAL RECEPTORS RESPONDING TOMECHANICAL STIMULATION

BY B . S . N A I L , G . M . STERLING AND J . G . WIDDICOMBEFrom t h e U n i v e r s i t y L a b o r a t o r y o f P h y s i o l o g y , O x f o r d

( R e c e i v e d 3 F e b r u a r y 1 9 6 9 )SUMMARY

1 . A c t i o n p o t e n t i a l s w e r e r e c o r d e d f r o m t w e n t y - o n e a f f e r e n t n e r v ef i b r e s f r o m r e c e p t o r s i n t h e e p i p h a r y n x i n a n a e s t h e t i z e d , p a r a l y s e d c a t s .S i x t e e n o f t h e f i b r e s h a d no s p o n t a n e o u s d i s c h a r g e .2 . G e n t l e m e c h a n i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e e p i t h e l i u m o f t h e e p i p h a r y n xw i t h a n y l o n f i b r e c a u s e d a l l t w e n t y - o n e r e c e p t o r s t o d i s c h a r g e w i t hr a p i d l y a d a p t i n g b u r s t s o f i m p u l s e s a t a mean p e a k f r e q u e n c y o f 1 9 7i m p u l s e s / s e c .3 . S t i m u l a t i o n w i t h a s t r e a m o f a i r t h r o u g h t h e e p i p h a r y n x s u f f i c i e n t t od i s t e n d t h e w h o l e p h a r y n x c a u s e d s e v e n o u t o f t w e l v e r e c e p t o r s t o d i s -c h a r g e i n r a p i d l y a d a p t i n g b u r s t s . S t i m u l a t i o n w i t h a j e t o f a i r d i r e c t l y o nt o t h e e p i t h e l i u m o f t h e e p i p h a r y n x c a u s e d s e v e n o u t o f n i n e r e c e p t o r s t od i s c h a r g e .4 . C h e m i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e e p i p h a r y n x w i t h ammonia v a p o u r c a u s e da n i n c r e a s e d d i s c h a r g e i n o n l y t h r e e o u t o f t w e n t y r e c e p t o r s , a n d i n t r a -v e n o u s h i s t a m i n e h a d n o e f f e c t o n t h e f o u r u n i t s t e s t e d .5 . I t i s c o n c l u d e d t h a t t h e r e c e p t o r s m e d i a t e t h e ' a s p i r a t i o n r e f l e x 'e l i c i t e d b y m e c h a n i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e e p i p h a r y n g e a l m u c o s a .

INTRODUCTIONI n t h e c a t , m e c h a n i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e e p i t h e l i u m o f t h e e p i p h a r y n x ,

d o r s a l t o t h e f r e e b o r d e r o f t h e s o f t p a l a t e a n d j u s t c r a n i a l t o t h e i n s e r t i o no f t h e s o f t p a l a t e i n t h e l a t e r a l w a l l o f t h e p h a r y n x ( F i g . 1 ) , c a u s e s b r o n c h o -d i l a t a t i o n , h y p e r t e n s i o n a n d r e p e a t e d r a p i d c o n t r a c t i o n s o f t h e d i a p h r a g m( I v a n c o & K o r p a s , 1 9 5 4 ; I v a n c o , K o r p a s & T o m o r i , 1 9 5 6 ; T a k a g i , I r w i n& B o s m a , 1 9 6 6 ; T o m o r i & W i d d i c o m b e , 1 9 6 9 ) . T h i s r e s p o n s e h a s b e e nc a l l e d t h e ' a s p i r a t i o n r e f l e x ' ( T o m o r i , 1 9 6 5 ) a n d c a n a l s o b e c a u s e d b ye l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e p h a r y n g e a l b r a n c h o f t h e g l o s s o p h a r y n g e a ln e r v e ( N a i l , S t e r l i n g & W i d d i c o m b e , 1 9 6 9 ) , w h i c h i s t h e m a i n a f f e r e n ts u p p l y o f t h e r e g i o n d e s c r i b e d a b o v e . E l e c t r o p h y s i o l o g i c a l a n a l y s i s o f t h e

) by guest on April 27, 2010jp.physoc.orgDownloaded from J Physiol (
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B . S . NAIL AND OTHERSm o t o r s i d e o f t h i s r e f l e x h a s s h o w n t h e o c c u r r e n c e o f s h o r t b u r s t s o f v e r yr a p i d d i s c h a r g e i n p h r e n i c m o t o n e u r o n e s i n r e s p o n s e t o s t i m u l a t i o n o f t h ee p i p h a r y n x ( T o m o r i & W i d d i c o m b e , 1 9 6 9 ) , a n d c o r r e s p o n d i n g t o t h ed i a p h r a g m a t i c t w i t c h e s s e e n i n s p o n t a n e o u s l y b r e a t h i n g a n i m a l s . E x p i r a -t o r y m u s c l e m o t o n e u r o n e s d o n o t i n c r e a s e t h e i r d i s c h a r g e . I n s p i r a t o r yi n t e r c o s t a l m o t o n e u r o n e s s h o w a s i m i l a r r e s p o n s e t o t h a t o f t h e p h r e n i cn e r v e s ( B . S . N a i l , G . M . S t e r l i n g a n d J . G . W i d d i c o m b e , u n p u b l i s h e d ) .T h e a f f e r e n t s i d e o f t h e r e f l e x h a s n o t b e e n e x a m i n e d p r e v i o u s l y a n d t h i sp a p e r d e s c r i b e s t h e e l e c t r i c a l a c t i v i t y i n t h e p h a r y n g e a l b r a n c h o f t h eg l o s s o p h a r y n g e a l n e r v e d u r i n g s t i m u l a t i o n o f t h e e p i p h a r y n x .

METHODSFour c a t s w e i g h i n g 1 - 6 - 3 - 0 k g w e r e a n a e s t h e t i z e d w i t h i n t r a p e r i t o n e a l p e n t o -

b a r b i t o n e s o d i u m , 3 2 m g / k g . The t r a c h e a was c a n n u l a t e d j u s t b e l o w t h e c r i c o i dc a r t i l a g e . F e m o r a l a r t e r i a l and venous c a t h e t e r s w e r e i n s e r t e d , t h e f o r m e r f o r c o n -t i n u o u s m o n i t o r i n g o f a r t e r i a l b l o o d p r e s s u r e w i t h a s t r a i n g a u g e t r a n s d u c e r ( C o n -s o l i d a t e d E l e c t r o d y n a m i c ) , a n d t h e l a t t e r f o r i n j e c t i o n o f f u r t h e r a n a e s t h e t i c o r o t h e rd r u g s . I n t r a t r a c h e a l p r e s s u r e was m e a s u r e d w i t h an a i r - f i l l e d c a t h e t e r and c a p a c i -t a n c e manometer ( I n f r a - r e d D e v p . C o . ) . E n d - t i d a l C O 2 % was f o l l o w e d c o n t i n u o u s l yw i t h a r a p i d i n f r a - r e d a n a l y s e r ( B e c k m a n L B I ) . R e c o r d s o f b l o o d p r e s s u r e andt r a c h e a l p r e s s u r e t o g e t h e r w i t h a c t i o n p o te n ti a l s f r o m n e r v e f i b r e s w e r e d i s p l a y e don a f i v e - c h a n n e l o s c i l l o s c o p e ( T e k t r o n i x 5 5 1 ) a n d were p h o t o g r a p h e d o r r e c o r d e d onm a g n e t i c t a p e ( T h e r m i o n i x T 1 0 0 0 ) f o r s u b s e q u e n t a n a l y s i s .The r e g i o n h i g h on t h e d o r s a l w a l l o f t h e p h a r y n x w h i c h was t o b e s t i m u l a t e d wasa p p r o a c h e d i n two o f t h e c a t s t h r o u g h a s m a l l h o l e ma d e i n t h e s i d e - w a l l o f t h epharynx j u s t c r a n i a l t o t h e w i n g o f t h e h y o i d b o n e . T h i s r e v e a l e d t h e f r e e b o r d e r o ft h e s o f t p a l a t e , b e h i n d w h i c h i t was p o s s i b l e t o r e a c h t h e e p i p h a r y n x . I n t h e o t h e rtwo c a t s t h e v e n t r a l w a l l o f t h e p h a r y n x , i n c l u d i n g t h e body o f t h e h y o i d b o n e , wase x c i s e d w i d e l y , s o t h a t t h e e p i p h a r y n g e a l e p i t h e l i u m c o u l d b e s t i m u l a t e d u n d e rmore d i r e c t v i s i o n .The l a r g e s t b r a n c h o f t h e g l o s s o p h a r y n g e a l n e r v e e m e r g e s f r o m t h e p h a r y n g e a lw a l l d e e p t o t h e l i n g u a l a r t e r y a n d n e r v e t o j o i n t h e c a r o t i d s i n u s n e r v e a t t h e b a s eo f t h e s k u l l . T h i s ' p h a r y n g e a l b r a n c h ' was c a r e f u l l y d i s s e c t e d o u t and c u t a s n e a r a sp o s s i b l e t o i t s j u n c t i o n w i t h t h e c a r o t i d s i n u s n e r v e , and t h e d i s t a l c u t e n d was t h e nt e a s e d o u t i n t o s i n g l e o r f e w - f i b r e s t r a n d s . A c t i o n p o t e n t i a l s f r o m t h e s e were r e -c o r d e d v i a b i p o l a r p l a t i n u m e l e c t r o d e s and a f t e r a m p l i f i c a t i o n ( T e k t r o n i x 1 2 2 p r e -a m p l i f i e r ) were d i s p l a y e d on t h e o s c i l l o s c o p e .B e f o r e r e c o r d i n g was s t a r t e d , t h e c a t s were p a r a l y s e d w i t h g a l l a m i n e t r i e t h i o d i d e ,2 0 mg, and were t h e n m a i n t a i n e d on a r t i f i c i a l p o s i t i v e p r e s s u r e v e n t i l a t i o n a t 4 0 - 5 0c / m i n . S t r o k e v o l u m e o f t h e p u m p was a d j u s t e d t o k e e p e n d - t i d a l C O 2 % c l o s e t o t h el e v e l o b s e r v e d d u r i n g s p o n t a n e o u s b r e a t h i n g .Th e d o r s a l w a l l o f t h e e p i p h a r y n x a b o v e and b e h i n d t h e f r e e b o r d e r o f t h e s o f tp a l a t e ( F i g . 1 ) was s t i m u l a t e d m e c h a n i c a l l y w i t h a f i n e n y l o n f i b r e i n s e r t e d t h r o u g ht h e h o l e i n t h e s i d e w a l l o r t h e v e n tr a l s u r f a c e o f t h e p h a r y n x . S m a l l m o v e m e n t s o ft h e f i b r e a g a i n s t t h e e p i t h e l i u m o f t h e e p i p h a r y n x were made by h a n d , t h e d i s t o r t i o no f t h e mucosa b e i n g k e p t t o a m inim um.The e f f e c t o f a i r f l o w on t h e e p i p h a r y n g e a l r e c e p t o r s was t e s t e d by b l o w i n g d r ya i r a t 6 I . / m i n t h r o u g h a c a t h e t e r i n s e r t e d i n t o o n e n o s t r i l . The a i r e s c a p e d f r o m t h e

9 2



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EPIPHARYNGEAL RECEPTORSp h a r y n x m a i n l y t h r o u g h t h e h o l e i n t h e s i d e w a l l u s e d f o r m e c h a n i c a l s t i m u l a t i o n .By l o o s e l y c l o s i n g t h i s h o l e ( s o t h a t t h e a i r n o w l e f t by t h e t r a c h e o s t o m y o p e n i n g )i t was p o s s i b l e t o i n c r e a s e t h e amount o f d i s t e n s i o n and d e f o r m a t i o n o f t h e p h a r y n xd u e t o a i r f l o w . I n t h e c a t s i n w h i c h t h e v e n tr a l w a l l o f t h e p h a r y n x had b e e n w i d e l ye x c i s e d , a j e t o f a i r , u s u a l l y a t 1 1 . / m i n , was p l a y e d d i r e c t l y on t o t h e e p i t h e l i u m o ft h e e p i p h a r y n x t h r o u g h a w i d e b o r e n e e d l e .

C h e m i c a l s t i m u l a t i o n o f e p i p h a r y n g e a l r e c e p t o r s was a t t e m p t e d by i n j e c t i n g 3 - 5m l . s t r o n g a m m o n i a v a p o u r i n t o a c o n s t a n t s t r e a m o f a i r f l o w i n g t h r o u g h , o r o n t o ,

F i g . 1 . D i a g r a m m a t i c s a g i t t a l s e c t i o n o f t h e mouth and pharynx o f t h ec a t . A r r o w s mark a r e a o f m e c h a n i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e d o r s a l w a l l o f t h ee p i p h a r y n x .

t h e e p i p h a r y n x . The ammonia v a p o u r w as o b t a i n e d f r o m t h e g a s p h a s e o f a b o t t l ec o n t a i n i n g ammonia s o l u t i o n . On one o c c a s i o n c h e m i c a l s t i m u l a t i o n by d i r e c t a p p l i -c a t i o n o f 1 0 % C 0 2 i n a i r t o t h e e p i t h e l i u m was a t t e m p t e d . I n t r a v e n o u s i n j e c t i o n o fh i s t a m i n e a c i d p h o s p h a t e , 5 0 j i g / k g , was u s e d i n f o u r e x p e r i m e n t s .RESULTSM e c h a n i c a l s t i m u l a t i o n

T h e r e was l i t t l e s p o n t a n e o u s a c t i v i t y i n t h e p h a r y n g e a l b r a n c h o f t h eg l o s s o p h a r y n g e a l n e r v e . A l l s t r a n d s w e r e t e s t e d by m e c h a n i c a l s t i m u l a t i o no f t h e e p i t h e l i u m o f t h e e p i p h a r y n x . I f t h i s c a u s e d a d i s c h a r g e , t h e s t r a n dwas t e a s e d o u t t o make s i n g l e f i b r e p r e p a r a t i o n s .T w e n t y - o n e s i n g l e f i b r e u n i t s w e r e s t u d i e d . T h e m a j o r i t y w e r e s i l e n t i nt h e a b s e n c e o f m e c h a n i c a l s t i m u l a t i o n b u t f i v e s h o w e d some i r r e g u l a rs p o n t a n e o u s a c t i v i t y . C o n t r o l d i s c h a r g e r a t e s w e r e g e n e r a l l y s l o w , w i t ht r a n s i e n t m a x i m u m f r e q u e n c i e s o f l e s s t h a n 3 0 / s e c . The a c t i o n p o t e n t i a l s

9 3



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9 4 B . S . NAIL AND OTHERSA 1 2 02 0 0 I

1 0 0 EM

I 1 s e cB

V T F1j-itIi -3 - r]I * I . I. I I I i I j jC D

F i g . 2 . B l o o d p r e s s u r e , and a c t i o n p o t e n t i a l s i n a s t r a n d o f t h e p h a r y n g e a lb r a n c h o f t h e g l o s s o p h a r y n g e a l n e r v e d u r i n g s t i m u l a t i o n o f t h e e p i p h a r y n x .A , 3 m l . ammonia vapour a t s i g n a l ; no r e s p o n s e . B , M e c h a n i c a l s t i m u l a t i o nw i t h n y l o n f i b r e d u r i n g s i g n a l ; t r a n s i e n t d i s c h a r g e s w i t h e a c h m o v e m e n to f t h e t h r e a d ( b l o o d p r e s s u r e t r a c e damped i n A and B d u e t o a c l o t i n t h ea r t e r i a l c a t h e t e r ) . C and D , A i r f l o w a t 6 1 . / m i n t h r o u g h a c a t h e t e r i n t h el e f t n o s t r i l ; r a p i d l y a d a p t i n g d i s c h a r g e s a t t h e s t a r t o f a i r f l o w o n l y . L o n gh o r i z o n t a l b a r s mark t h e d u r a t i o n o f e a c h s t i m u l u s .0 , 20 200U E2c100C L *- W . . . . .L . . . . . . 6 .

I s e c

- ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -I . ~~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~F i g . 3 . B l o o d p r e s s u r e , t r a c h e a l p r e s s u r e ( T P ) a n d a c t i o n p o t e n t i a l s i n as t r a n d o f t h e p h a r y n g e a l b r a n c h o f t h e g l o s s o p h a r y n g e a l nerve d u r i n gs t i m u l a t i o n by a i r f l o w a t 6 1 . / m i n t h r o u g h t h e e p i p h a r y n x . U p p e r r e c o r d :a i r f l o w w i t h t h e h o l e i n t h e p h a r y n g e a l w a l l open ( l i t t l e p h a r y n g e a l d i s -t e n s i o n ) . Lower r e c o r d : a i r f l o w w i t h t h e h o l e i n t h e p h a r y n g e a l w a l l c l o s e d( g r e a t e r p h a r y n g e a l d i s t e n s i o n ) . Th e h o r i z o n t a l b a r s i n d i c a t e t h e d u r a t i o n so f a i r f l o w .



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EPIPHARYNGEAL RECEPTORSw e r e t y p i c a l o f m y e l i n a t e d f i b r e s ( F i g s . 2 a n d 3 ) , b u t t h e n e r v e w a s n o tl o n g e n o u g h t o d e t e r m i n e c o n d u c t i o n v e l o c i t i e s .

W i t h a l l t h e r e c e p t o r s , g e n t l e m e c h a n i c a l s t i m u l a t i o n c a u s e d r a p i db u r s t s o f i m p u l s e s u p t o 3 3 0 / s e c ( m e a n = 1 9 7 , r a n g e 6 7 - 3 3 0 i m p u l s e s / s e c ) .With a m a i n t a i n e d s t e a d y p r e s s u r e o n o n e p o i n t t h e d i s c h a r g e w a s r a p i d l ya d a p t i n g , b u t r e p e a t e d b u r s t s o f i m p u l s e s c o u l d b e c a u s e d b y s m a l l m o v e -m e n t s o f t h e s t i m u l a t i n g f i b r e . A r e p r e s e n t a t i v e r e s p o n s e i s s h o w n i n F i g .2 B , w h e r e f i v e s e p a r a t e s h o r t b u r s t s o f i m p u l s e s o c c u r r e d i n r e s p o n s e t or e p e t i t i v e m e c h a n i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e e p i t h e l i u m .A i r f l o w

A i r f l o w s t i m u l a t e d 1 4 o f 2 1 r e c e p t o r s t e s t e d . T y p i c a l , r a p i d l y a d a p t i n gr e s p o n s e s a r e s h o w n i n F i g . 2C a n d D . I n t h e e x p e r i m e n t s i n w h i c h a j e to f a i r w a s p l a y e d o n t h e e p i p h a r y n g e a l e p i t h e l i u m u n d e r d i r e c t v i s i o n i tc o u l d b e s e e n t o c a u s e l o c a l d e f o r m a t i o n o f t h e t i s s u e s i n t h e f o r m o f as m a l l d i m p l e . U n d e r t h e s e c o n d i t i o n s s e v e n o u t o f n i n e r e c e p t o r s i n c r e a s e dt h e i r d i s c h a r g e r a t e , t h e m a x i m u m r e s p o n s e b e i n g a t a f r e q u e n c y o f 3 3 0i m p u l s e s / s e c ( f o r t h e s e v e n r e c e p t o r s , mean = 1 9 2 , r a n g e 5 6 - 3 3 0i m p u l s e s / s e c ) .

I n t h e o t h e r e x p e r i m e n t s , a i r w a s b l o w n t h r o u g h t h e p h a r y n x a t 6 L . /min v i a a c a t h e t e r i n o n e n o s t r i l . When t h e h o l e i n t h e s i d e w a l l o f t h ep h a r y n x w a s c l o s e d ( s e e M e t h o d s ) , t h e r e w a s v i s i b l e d i s t e n s i o n o f t h e w h o l ep h a r y n x a n d s e v e n o u t o f t w e l v e r e c e p t o r s s h o w e d c h a r a c t e r i s t i c r a p i d l ya d a p t i n g d i s c h a r g e s f o r m i n g s m a l l b u r s t s o f i m p u l s e s a t t h e s t a r t , a n ds o m e t i m e s a l s o a t t h e e n d , o f e a c h p e r i o d o f a i r f l o w ( f o r t h e s e v e n r e c e p t o r s ,mean = 1 8 2 , r a n g e 3 6 - 3 3 0 i m p u l s e s / s e c ) . T h e s i z e o f t h e r e s p o n s e a p p e a r e dt o b e r e l a t e d t o t h e d e g r e e o f d i s t e n s i o n o f t h e p h a r y n x , a n d d i s c h a r g e sf r o m t h e s a m e r e c e p t o r d u r i n g a i r f l o w w i t h t h e p h a r y n g e a l h o l e o p e n a n dc l o s e d a r e i l l u s t r a t e d i n F i g . 3 .C h e m i c a l s t i m u l a t i o n

When 3 - 5 m l . s t r o n g ammonia v a p o u r was a d d e d t o a c o n s t a n t s t r e a mo f a i r f l o w i n g t h r o u g h t h e p h a r y n x o n l y t h r e e o u t o f t w e n t y r e c e p t o r ss h o w e d a n i n c r e a s e d d i s c h a r g e r a t e . T h e i m p u l s e f r e q u e n c i e s w e r e 5 , 3 8a n d 1 4 0 i m p u l s e s / s e c . T h e l a s t a n d s t r o n g e s t r e s p o n s e m ay n o t h a v e b e e np r i m a r i l y d u e t o c h e m i c a l s t i m u l a t i o n , s i n c e t h i s p a r t i c u l a r r e c e p t o r a l s os h o w e d some i n c r e a s e i n d i s c h a r g e , p r e s u m a b l y d u e t o t r a n s i e n t m e c h a n i c a ls t i m u l a t i o n , when 3 m l . a i r ( w i t h o u t a m m o n i a ) was i n j e c t e d i n t o t h ec o n s t a n t s t r e a m o f a i r .On t h e o n e o c c a s i o n o n w h i c h a r e c e p t o r was t e s t e d w i t h 1 0 % C O 2b l o w n d i r e c t l y o n t o t h e e p i p h a r y n g e a l e p i t h e l i u m , w i t h o u t d i s t o r t i o n o ft h e m u c o s a , t h e r e w a s n o c h a n g e i n d i s c h a r g e r a t e . S i m i l a r n e g a t i v e r e s u l t s

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B . S . NAIL AND OTHERSw e r e o b ta i n e d a f t e r i n t r a v e n o u s h i s t a m i n e , 5 0 / s g / k g , t e s t e d o n f o u rr e c e p t o r s .

DISCUSSIONM e c h a n i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e e p i p h a r y n x i n t h e c a t c a u s e s a s e r i e s o f

r a p i d c o n t r a c t i o n s o f t h e d i a p h r a g m , c a l l e d t h e ' a s p i r a t i o n r e f l e x ' ( I v a n c o& K o r p a s , 1 9 5 4 ; T a k a g i e t a l . 1 9 6 6 ; T o m o r i , 1 9 6 5 ) . E l e c t r i c a l s t i m u l a t i o no f t h e p h a r y n g e a l b r a n c h o f t h e g l o s s o p h a r y n g e a l n e r v e e l i c i t s t h e s a m ed i a p h r a g m a t i c r e s p o n s e ( N a i l e t a l . 1 9 6 9 ) . T h e e x p i r a t o r y m u s c l e s d o n o tc o n t r a c t . T h e p r o p e r t i e s o f t h e r e c e p t o r s we h a v e s t u d i e d i n d i c a t e t h a t t h e ym e d i a t e t h i s ' a s p i r a t i o n r e f l e x ' .O u r r e s u l t s s u g g e s t t h a t t h e e n d - o r g a n s a r e m a i n l y m e c h a n o r e c e p t o r s ,s e n s i t i v e t o d e f o r m a t i o n o f t h e e p i t h e l i u m o r s u b - e p i t h e l i u m o f t h ee p i p h a r y n x . T h u s t h e y c o n s i s t e n t l y d i s c h a r g e o n s m a l l m o v e m e n t s o f t h ee p i t h e l i u m c a u s e d b y a f i n e n y l o n f i l a m e n t , a n d a r e a l s o s t i m u l a t e d b yd i s t e n s i o n o f t h e w h o l e p h a r y n x by a f l o w o f a i r w h o s e e s c a p e i s i m p e d e d .When t h e same f l o w o f a i r i s a c c o m p a n i e d b y l e s s d i s t e n s i o n t h e r e c e p t o r sd i s c h a r g e l e s s , a n d i t t h e r e f o r e s e e m s l i k e l y t h a t t h e y r e s p o n d t o m e c h a n i c a ld e f o r m a t i o n o f t h e e p i p h a r y n x r a t h e r t h a n t o a n y s u r f a c e e f f e c t o f t h e a i rf l o w . T h i s s u g g e s t i o n i s s u p p o r t e d by t h e f i n d i n g t h a t , u n d e r d i r e c t v i s i o nw i t h a f i n e j e t o f a i r , d i s c h a r g e i n a f f e r e n t n e r v e f i b r e s i s a s s o c i a t e d w i t h a' d i m p l e ' o f t h e e p i t h e l i u m .

C o n v e r s e l y , t h e r e c e p t o r s d o n o t a p p e a r t o b e c h e m o s e n s i t i v e , s i n c e o n l yi n r a r e i n s t a n c e s d o t h e y r e s p o n d t o s t r o n g ammonia v a p o u r , a n d t h e no n l y r a t h e r w e a k l y . On t h e f e w o c c a s i o n s o n w h i c h t h e y w e r e t e s t e d t h e yd i d n o t r e s p o n d t o i n t r a v e n o u s h i s t a m i n e . T h u s i t s e e m s u n l i k e l y t h a tt h e s e r e c e p t o r s c a n m e d i a t e a n y s e n s o r y o r r e f l e x r e s p o n s e s t o c h e m i c a li r r i t a t i o n i n t h e e p i p h a r y n x .T h e p r o p e r t i e s o f t h e e p i p h a r y n g e a l r e c e p t o r s m ay b e c o m p a r e d w i t ht h o s e o f e p i t h e l i a l e n d i n g s l o w e r i n t h e r e s p i r a t o r y t r a c t . C o u g h r e c e p t o r so r i r r i t a n t r e c e p t o r s i n t h e t r a c h e a a n d b r o n c h i a r e m e c h a n o - s e n s i t i v e a n dr a p i d l y a d a p t i n g ; many r e s p o n d t o c h e m i c a l i r r i t a n t s s u c h a s a m m o n i a ,a n d t h e i r c h e m o s e n s i t i v i t y s e e m s t o i n c r e a s e i n r e l a t i o n t o t h e i r d e p t h i nt h e t r a c h e o b r o n c h i a l t r e e ( W i d d i c o m b e , 1 9 5 4 ) . E p i t h e l i a l r e c e p t o r s i n t h el u n g s a r e s t i m u l a t e d by i n j e c t i o n s o f h i s t a m i n e , b u t t h i s e f f e c t i s m a i n l yd u e t o c o n t r a c t i o n o f a s s o c i a t e d s m o o t h m u s c l e ( M i l l s , S e l l i c k & W i d d i -c o m b e , 1 9 6 9 ) . T h e e p i t h e l i u m o f t h e l a r y n x a n d e p i g l o t t i s a l s o c o n t a i n sr a p i d l y a d a p t i n g m e c h a n o s e n s i t i v e e n d i n g s ( A n d r e w , 1 9 5 6 ; F r a n k e n -h a e u s e r , 1 9 4 8 ) , b u t t h e i r r e s p o n s e s t o c h e m i c a l i r r i t a n t s d o n o t s e e m t oh a v e b e e n t e s t e d . T h u s e p i t h e l i a l r e c e p t o r s t h r o u g h o u t t h e r e s p i r a t o r yt r a c t a r e s i m i l a r i n t h a t t h e y g i v e r a p i d l y a d a p t i n g r e s p o n s e s t o m e c h a n i c a ld e f o r m a t i o n , b u t t h e i r r e f l e x a c t i o n s o n t h e i n s p i r a t o r y a n d e x p i r a t o r y

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EPIPHARYNGEAL RECEPTORSm u s c l e s , a n d o n t h e c a r d i o v a s c u l a r s y s t e m a n d b r o n c h o m o t o r t o n e , d i f f e rp r o f o u n d l y a c c o r d i n g t o t h e r e c e p t o r s i t e ( T o m o r i & W i d d i c o m b e , 1 9 6 9 ) .O u r e x p e r i m e n t a l p r o c e d u r e was d e s i g n e d t o s e l e c t f i b r e s f r o m e p i t h e l i a le n d i n g s r e s p o n d i n g t o g e n t l e t o u c h o f t h e m u c o s a w i t h a n y l o n f i b r e .D e e p e r r e c e p t o r s , s u c h a s m u s c l e s p i n d l e s a n d j o i n t r e c e p t o r s , w o u l dp r o b a b l y n o t b e s t i m u l a t e d b y t h i s m e t h o d . Some s u c h e n d i n g s w e r ei d e n t i f i e d , b u t s i n c e t h e y d i d n o t r e s p o n d t o t h e g e n t l e m e c h a n i c a l s t i m u -l a t i o n t h a t e l i c i t s t h e a s p i r a t i o n r e f l e x , t h e y a r e n o t i n c l u d e d i n t h i sd e s c r i p t i o n .

T h e r e s e e m s t o b e n o i n f o r m a t i o n o n t h e h i s t o l o g i c a l s t r u c t u r e o f t h ee p i p h a r y n g e a l r e c e p t o r s . T h e i r r o l e i n t h e i n t a c t a n i m a l i s a l s o o b s c u r e ,b u t p r o b a b l y n o t n e g l i g i b l e , s i n c e t h e i r s t i m u l a t i o n p r o v o k e s a s t r o n gm o t o r r e s p o n s e c a p a b l e o f d i s r u p t i n g a n d r e p l a c i n g t h e n o r m a l p a t t e r n o fr e s p i r a t i o n . H o w e v e r , t h e r e a r e s p e c i e s d i f f e r e n c e s , t h e d o g a n d r a b b i ta p p a r e n t l y l a c k i n g a n ' a s p i r a t i o n r e f l e x ' ( T e i t e l b a u m & R i e s , 1 9 3 5 ) t h o u g hi t i s p r e s e n t i n t h e n e w - b o r n human a n d p i g ( T a k a g i e t a l . 1 9 6 6 ) . T h e l a s ta u t h o r s h a v e s u g g e s t e d t h a t t h e r e f l e x may b e i m p o r t a n t i n m a i n t a i n i n ga n o r m a l v e n t i l a t o r y p a t t e r n , s i n c e t h e l a t t e r m ay b e l o s t a f t e r t r a c h e o t o m yi n t h e hu man n e o n a t e . O u r r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e r e c e p t o r s w i l l o n l y b es t i m u l a t e d i n e u p n o e a i f t h e a e r o d y n a m i c e v e n t s a p p r e c i a b l y d i s t o r t t h ee p i p h a r y n g e a l w a l l .

B . S . N . i s a N u f f i e l d D o m i n i o n s D e m o n s t r a t o r . G . M . S . i s an M . R . C . C l i n i c a lR e s e a r c h F e l l o w . P a r t o f t h e a p p a r a t u s u s e d was b o u g h t w i t h g r a n t s f r o m t h e R o y a lS o c i e t y a n d t h e M . R . C . We a r e g r a t e f u l t o M r s M. J o l l y and Mr F . O ' C o n n o r f o r t h e i re f f i c i e n t t e c h n i c a l h e l p , and t o Dr Z . T o m o r i f o r h i s a d v i c e and d i s c u s s i o n .

REFERENCESANDREW B . L . ( 1 9 5 6 ) . A f u n c t i o n a l a n a l y s i s o f t h e m y e l i n a t e d f i b r e s o f t h e l a r y n g e a ln e r v e o f t h e r a t . J . P h y 8 i o l . 1 3 3 , 4 2 0 - 4 3 2 .FRANXENHAEUSER, B . ( 1 9 4 8 ) . S e n s o r y i m p u l s e s i n l a r g e n e r v e f i b r e s f r o m t h e e p i -g l o t t i s o f t h e r a b b i t . A c t a p h y 8 i o l . 8 c a n d . 8 u p p l . 5 3 , 2 4 .I v A N c o , I . & K o R P A s , J . ( 1 9 5 4 ) . K o t i z k e l a r y n g 6 a l n e h o a t r a c h e a l n e h okalaB r a t i d i . U k . L i 8 t y 3 4 , 1 3 9 1 - 1 3 9 5 .IvAco, I . , K O R P A S , J . & T o M o R I , Z . ( 1 9 5 6 ) . E i n B e i t r a g z u r I n t e r o c e p t i o n d e rL u f t w e g e . P h y 8 i o l o g i a b o h e m o 8 l o v . 5 , 8 4 - 9 0 .M I L L s , J . E . , S E L L I C K , H. & W I D D I C O M B E , J . G . ( 1 9 6 9 ) . A c t i v i t y o f l u n g i r r i t a n t

r e c e p t o r s i n p u l m o n a r y m i c r o - e m b o l i s m , a n a p h y l a x i s and d r u g - i n d u c e d b r o n c h o -c o n s t r i c t i o n s . J . P h y s i o l . 2 0 3 , 3 3 7 - 3 5 7 .NAm, B . S . , S T E R L I N G , G . M . & W I D D I C O M B E , J . G . ( 1 9 6 9 ) . Some p r o p e r t i e s o f s i n g l ep h r e n i c m o t o n e u r o n e s . J . P h y s i o l . 2 0 0 , 1 3 7 - 1 3 8 P .T A K A G I , Y . , I R W I N , J . V . & B o s m A , J . F . ( 1 9 6 6 ) . E f f e c t o f e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n o f t h ep h a r y n g e a l w a l l o n r e s p i r a t o r y a c t i o n . J . a p p l e . P h y s i o l . 2 1 , 4 5 4 - 4 6 2 .T E I T E L B A U M , H. A . & R I E s , F . A . ( 1 9 3 5 ) . A s t u d y o f t h e c o m p a r a t i v e p h y s i o l o g yo f t h e g l o s s o p h a r y n g e a l n e r v e - r e s p i r a t o r y r e f l e x i n t h e r a b b i t , c a t and d o g . Am . J .P h y s i o l . 1 1 2 , 6 8 4 - 6 8 9 .

9 7

P h y . 2 0 4



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9 8 B . S . NAIL AND OTHERST O M O R I , Z . ( 1 9 6 5 ) . P l e u r a l , t r a c h e a l and a b d o m i n a l p r e s s u r e v a r i a t i o n s i n d e f e n s i v ea n d p a t h o l o g i c r e f l e x e s o f t h e r e s p i r a t o r y t r a c t . P h y s i o l o g i a b o h e m o 8 t o v . 1 4 ,

8 4 - 9 4 .T O M O R I , Z . & W I D D I C O M B E , J . G . ( 1 9 6 9 ) . M u s c u l a r , b r o n c h o m o t o r a n d c a r d i o -v a s c u l a r r e f l e x e s e l i c i t e d by m e c h a n i c a l s t i m u l a t i o n o f t h e r e s p i r a t o r y t r a c t .J . P h y 8 i o l . 2 0 0 , 2 5 - 5 0 .W I D D I C O M B E , J . G . ( 1 9 5 4 ) . R e c e p t o r s i n t h e t r a c h e a and b r o n c h i o f t h e c a t . J .P h y s i o l . 1 2 3 , 7 1 - 1 0 4 .


Epipharyngeal Receptors Responding to Mechanical Stimulation

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