De polyvagal theory van Porges

In het nummer van het tijdschrift voor psychosomatische fysiotherapie (nr2: 2008) wordt een aantal maal verwezen naar de polyvagal theory van Porges. Deze voor psychosomatische fysiotherapeuten interessante theorie wordt in dat nummer echter slechts kort uitgewerkt. Een reden voor PsychFysio om recent werk van Porges zelf te raadplegen en te delen met geïnteresseerden. Het volgende artikel is daarbij als uitgangspunt genomen: Porges, S. W. (2007). “The polyvagal perspective.” Biological psychology 74: 116-143.
In het eerste deel van het artikel beschrijft hij de psychofysiologie van de hartslagvariabiliteit, waaronder de respiratoire sinus aritmie (RSA). In het tweede deel wordt hij meer expliciet over zijn polyvagaal theorie. Aanvullende samenvattingen over hartslagvariabiliteit

• Ademtraining ondersteund door RSA biofeedback vemindert de autonome disbalans
• Stressmanagement en hartfrequentie variabiliteit biofeedback

Wat hebben hartfrequentie, hartslagvariabiliteit, ademhaling, aandacht en mentale inspanning met elkaar te maken?

Wundt stelde al in 1902 dat de ademhaling en de hartfrequentie een bepaalde samenhang vertonen. Hering in 1910 schrijft dit vooral toe aan de nervus vagus. Brainbridge in 1920 verklaart deze samenhang met behulp van baroreceptor functioneren en thoracale drukken. Ook klinische studies verschijnen aan het begin van de 20e eeuw (Hess in 1915).
In de vroege jaren zijn er twee ogenschijnlijk conflicterende modellen die de cardiovasculaire psychofysiologie moeten onderbouwen. Lacey die in 1967 zegt dat de barometerreceptoren betrokken zijn bij de relatie tussen de sensorische drempel en bepaalde snelle veranderingen in hartfrequentie. Een ander model is van Obrist in 1981. Hij stelt dat veranderingen in hartfrequentie vooral samenhangen met de metabolische eisen van de taken. Hartslagvariabiliteit heeft echter nog geen plaats in deze theorie.
Hartslagvariabiliteit werd aanvankelijk een beetje gezien als een soort temperament, een eigenschap van de persoon. Iemand reageert nu eenmaal op een bepaalde manier met hartslagvariabiliteit. Lacey verbindt hartslagvariabiliteit bijvoorbeeld aan gedragsmatige impulsiviteit (1958). Veranderingen in hartslagvariabiliteit werden ook gekoppeld aan veranderingen in mentale inspanning of aandachtsprocessen. In 1963 demonstreert Kalsbeek een vermindering van hartslagvariabiliteit tijdens mentale inspanning. Borg demonstreert in 1969 een vermindering in hartslagvariabiliteit tijdens aandachtstaken. Hartslagvariabiliteit zou ook operationeel conditioneerbaar zijn.
De hartslagvariabiliteit is feitelijk opgebouwd uit een aantal individuele ritmen. De twee meest betrouwbaar beschreven ritmische fluctuaties van de hartfrequentie zijn:

• de snelle frequentie die geassocieerd is met spontaan ademhalen, de RSA.
• een trager ritme (low frequency) die via baroreceptoren gekoppeld is aan het endogene ritme van de bloeddrukregulatie en ook gekoppeld is aan spontane vasomotorische activiteit.

De psychofysiologie richtte zich aanvankelijk vooral op de motorcomponent van het autonoom zenuwstelsel. Algemeen beschouwd, laat de literatuur zien dat de frequentie van de RSA door dezelfde hersenstammechanismen gegenereerd wordt als van de ademhaling. De grootte van de uitslag van de RSA heeft vooral te maken met de vagale efferentie uit de nucleus ambiguus op de hartpacemaker.
Je moet echter hartslagvariabiliteit en RSA niet alleen maar beschouwen als het gevolg van de output van het autonome zenuwstelsel. Immers, het autonome zenuwstelsel kent ook veel afferente vezels. Feedbacklussen zijn dus zeer aannemelijk, maar die worden vaak genegeerd. Op zich vreemd, omdat homeostatische processen juist afhankelijk zijn van feedbacklussen. Afferente autonome informatie in combinatie met centraleverwerking reguleren dus mede de motoroutput richting de viscerale organen.

Fylogenetische theorie

Een belangrijk element in de polyvagaal theorie is dat de vagus output feitelijk bestaat uit twee vago-motorische systemen. De polyvagaal theorie benadrukt dat fysiologische toestanden verschillende klassen van gedrag kunnen ondersteunen. Een afname van vagus invloed ondersteunt het mobiliserend gedrag zoals vechten en vluchten, omdat de rem op de sympaticus wegvalt. Een toename in vagus invloed ondersteunt spontaan sociaal gedrag. De polyvagaal theorie benadrukt ook de link tussen de gestreepte musculatuur in het gezicht en gladde musculatuur van de organen.
Binnen de ontwikkeling van het autonome systeem zijn drie subsystemen te onderscheiden.

Een subsysteem is gedragsmatig gelinkt aan sociaal betrokken communicatie. Dit sociaal betrokkenheidsysteem is fylogenetisch het laatst ontwikkeld en dus het meest recent. Het gemyeliniseerde deel van de vagus is hierbij betrokken. Evenals de nucleus ambiguus.

Een tweede systeem is gericht op mobilisatie van actieve vermijding. Het betreft hier vecht/vlucht gedrag. Het sympathische adrenale systeem is hierbij betrokken.

Het derde systeem is gericht op immobilisatie, zoals je zelf schijndood houden en de vasovagale syncoop. Bij dit systeem is het niet-gemyeliniseerde subsysteem van de vagus betrokken. Immobilisatie, als een defensie systeem is fylogenetisch het oudst. In tabel vorm:

ANS component	Gedragsmatige functie	Lagere motorneuronen
Gemyeliniseerde vagus (ventral vagal complex)	Sociale communicatie, zelf-kalmering, inhiberen van arousal	Nucleus ambiguus
Sympathetic-adrenal system	Mobilisatie (actieve vermijding)	Ruggemerg
Ongemyeliniseerde vagus (dorsal vagal complex)	Immobilisatie (voor dood houden, passieve vermijding)	Dorsal motor nucleus van de vagus

Het nieuwste systeem ondersteund sociaal betrokken communicatie. Het ondersteunt rustig gedrag via de remmende invloed van de gemyeliniseerde vagus op het hart en de HPA-as (cortisol). De drie subsystemen zijn hiërarchisch geordend zoals Jackson dat vooronderstelt: het hogere subsysteem deel remt het lagere. Als een hoger subsysteem functioneren vermindert, worden lagere subsystemen meer actief.

• Veilige omgeving: als de omgeving als veilig ervaren wordt, neemt de activiteit van de gemyeliniseerde vagus toe. Via dit deel van de vagus: vertraagt de hartslag,vermindert de vecht/vlucht reactie, vermindert de stressrespons van HPA-as en verminderen ontstekingsreacties. Hierdoor wordt een klimaat van herstel, groei en positieve sociale interactie bevordert. Er is via de vagus ook een wederkerige koppeling tussen betrokken sociaalgedrag en de lichamelijke toestand.
• Onveilige omgeving: het autonome zenuwstelsel heeft ook twee delen die in een onveilige omgeving nodig zijn: een deel ondersteund zoals gezegd het vecht/vluchtgedrag (mobilisatie) een tweede deel het freeze-gedrag (immobilisatie). Deze twee systemen ondersteunen defensie strategieën.

Het nieuwste systeem activeert het eerste (sociaal betrokken communicatie), maar in een onveilige situatie komen de andere twee systemen in actie. Er is een interessante link tussen het gezicht en het hart: er loopt een verbinding tussen het hart via de gemyeliniseerde vagus en speciale viscerale efferente paden die de gestreepte musculatuur van het gezicht naar het hoofd mede aansturen.

De vagus rem

Het gemyeliniseerde subsysteem van de vagus dient als een snelle actieve rem. De vagus tonus naar het hart kan snel verhoogd of verlaagd worden. Op deze wijze kan een persoon snel een psychobiologische tuning krijgen die gericht is op sociale betrokkenheid of een tuning die daar juist niet op gericht is. Via de vagus rem kan men zichzelf wat betreft aurousal kalmeren en via de link naar de gezichtmusculatuur kan men meer sociaal expressief worden. Als de viscerale homeostase onder druk staat (stress) en de vagus niet instaat is deze viscerale toestand te reguleren dan zal sociaal betrokken gedrag niet goed mogelijk zijn. Als de vagus tonus naar het hart hoog is dan functioneert ze als een rem van de hartfrequentie. Als de vagus tonus afneemt neemt de hartfrequentie dus toe. Neurofysiologisch gezien wordt (a) de vagus rem weggehaald om mobiliserend gedrag te bevorderen (vechten/vluchten) of wordt (b) de vagus rem versterkt om sociaal betrokken gedrag te ondersteunen. Hier zien we de hiërarchie weer waarbij het hogere systeem het lagere (vecht/vlucht) systeem remt en sociaal gedrag mogelijk maakt. Het wegvallen van de vagus rem maakt vecht/ vluchtgedrag mogelijk omdat het tweede subsysteem (sympathoadrenaal) dan meer actief wordt. Anders gezegd, de vagale rem is gedragsmatig en psychologisch betrokken bij een continuum lopend van prosociale interacties tot adaptief vecht/vlucht gedrag.
De RSA is een natuurlijk fluctuerend ritme van het hart waarbij de fluctuatie ongeveer dezelfde frequentie heeft als de spontane ademhaling. De amplitude van de RSA is een sensitieve index voor de invloed van het gemyeliniseerde deel van de vagus op het hart: als de vagale rem aanstaat is de RSA amplitude hoog en als hij relatief uitstaat (vagal withdrawel), is de amplitude laag.

RSA en gedrag regulatie

Diverse onderzoeken ondersteunen de hypothese dat een grote amplitude van de RSA, maar ook een betrouwbare onderdrukking ervan positieve indices zijn voor psychosociale en emotionele regulatie. Een hoge RSA amplitude, maar ook een goede onderdrukking van de RSA is een teken van goed functioneren van dit vagale subsysteem. Het adaptief aan- en uitgaan van de vagale rem (afhankelijk van een veilige of onveilige omgeving).
Het sociale betrokkenheidsysteem: integratie van gedragsmatige en autonome componenten.
Tijdens de fylogenetische ontwikkeling van de mens, toen de spieren van het gezicht en het hoofd een sociale functie ontwikkelden, ontwikkelde gelijktijdig de gemyeliniseerde vagus. Deze twee systemen raken geïntegreerd met elkaar en ondersteunen elkaar. Voor sociale betrokken communicatie is gezichtsexpressie nodig, maar ook een kalme lichamelijke arousal. De anatomische structuur van het sociale betrokkenheidsysteem heeft, zoals we al zagen neurfysiologische interacties met de HPA- as, maar ook invloed op sociale neuropeptiden zoals oxytocine en vasopressine, en het immuunsysteem. Afferente uit het sociale betrokkenheidsysteem, bijvoorbeeld vanuit de spieren van het gezicht en het hoofd, geven sterke afferente input naar de bron nuclei die zowel de viscerale als de lichamelijke component van het sociale betrokkenheidsysteem regelt. Samenvattend: activatie van de somatomotorische component van het sociale betrokkenheidsysteem (gericht luisteren naar een menselijke stem, je ogen opslaan om iemand aan te kijken), kan via de vagale rem viscerale veranderingen uitlokken die dit sociale betrokkenheidsysteem ondersteunen. Anderzijds, de viscerale toestand, afhankelijk van het aanstaan of uitstaan van de vagale rem kan sociale betrokkenheid bevorderen of juist beperken. Anders gezegd, ‘stress’ remt het sociale betrokkenheidsysteem. Theoretisch is het interessant dat technieken die het sociale betrokkenheidsysteem positief beïnvloeden kunnen leiden tot een betere sociale communicatie, expressie, toon en luisteren. Wat betreft luisteren: de musculus stapedius en de musculus tensor tympani in het middenoor kunnen de ossicular chain (hamer, het aambeeld en de stijgbeugel ) verstijven en zo het gehoor minder gevoelig maken voor lage frequentie omgevingsgeluiden, en juist gevoeliger maken voor hoge frequentie geluiden van de menselijke stem. Beide spieren worden door gezichtszenuwen geïnnerveerd.

Stoornissen in het sociale betrokkenheidsysteem

Er zijn verschillende psychiatrische en gedragsmatige stoornissen die gekenmerkt worden door problemen met onderhouden van sociale interactie, zoals autisme, sociale angst, post traumatische stressstoornis, en hechting stoornissen. Als het sociale betrokkenheidsysteem niet goed functioneert valt de vagus rem relatief weg en domineert het mobilisatie subsysteem (sympaticus-adrenaal: vechten/ vluchten) of zelfs het immobilisatie subsysteem (ongemyeliniseerde vagus: je voor dood houden, freezing en gedragsmatige geremd zijn). Porges speculeert dat bij bovengenoemde aandoeningen mogelijk het sociale betrokkenheidsysteem niet goed functioneert.

Neuroceptie

Om van defensie naar sociale betrokkenheid te komen moet het zenuwstelsel twee dingen doen: (a) de omgeving inschatten als veilig en als de omgeving veilig is (b) de primitieve limbische structuren van vechten/ vluchten en freezing remmen. Het inschatten van veilig of onveilig zal vooral onbewust plaatsvinden. We hebben in de hersenen sjablonen van veilige situaties verworven: bekende omgeving, bekende gezichten, vriendelijke mensen etc. Afwijking daarvan activeert automatisch de defensie en remt dus het sociale betrokkenheidsysteem. Op zich is dit allemaal dus normaal. Het wordt abnormaal als in een veilige omgeving het defensie systeem toch aan blijft staan.
De polyvagaal theorie heeft minimaal twee implicaties: het creëren van innerlijke rust, maar ook training van de neuronale regulatie van dwarsgestreepte musculatuur van het gezicht en het hoofd kan positief sociaal communicatief gedrag bevorderen door het bevorderen van het functioneren van het sociale betrokkenheidsysteem.
De polyvagaal theorie stelt niet dat de vagus (gemyeliniseerd en ongemyeliniseerd) het hele verhaal is, het is slechts een lijntje in het systeem, waarbij ook diverse centralezenuwstelsel structuren betrokken zijn.