Die Penta-Stimulations-Technik : eine neue Methode zur genauen Quantifizierung kortikomotoneuronaler Exzitation

  • Die monosynaptische Projektion vom primärmotorischen Kortex zu den a-Motoneuronen im Vorderhorn des Rückenmarks wird als kortikomotoneuronales System bezeichnet. Unter allen Säugern ist es beim Menschen am besten entwickelt. Es gibt starke Belege dafür, dass das kortikomotoneuronale System von entscheidender Bedeutung für die Befähigung zur Durchführung von geschickten separaten Fingerbewegungen ist. Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob das Ausmaß dieses kortikalen Inputs an spinalen Motoneuronen für die drei kleinen Handmuskeln M. interosseus dorsalis I (IOD 1), M. abductor digiti minimi (ADM) und M. abductor pollicis brevis (APB) entsprechend ihrer verschiedenen funktionellen Bedeutung unterschiedlich ist. In Experiment I wurde die Exzitation der drei kleinen Handmuskeln bei gesunden Probanden durch die neue Penta-Stimulations-Technik (PST) gemessen. Die PST ist eine Ausweitung der Triple-Stimulations-Technik (TST). Die TST wurde entwickelt, um denjenigen Anteil von a-Motoneuronen quantifizieren zu können, der durch transkranielle magnetische Stimulation (TMS) des primärmotorischen Kortex zur Entladung gebracht wird. Die Technik löst das Problem der Desynchronisation von motorisch evozierten Potentialen (MEP) durch zwei Kollisionen im Verlauf des peripheren Nervs. Dadurch koppelt sie die zentrale an die periphere Erregungsleitung. Zusätzlich zu den drei Reizungen in der TST werden in der PST zwei weitere Stimulationen appliziert: Der „nicht interessierende Nerv“ (d.h. N. medianus für die Zielmuskeln IOD 1 und ADM; N. ulnaris für den APB) wird zweimalig am Handgelenk stimuliert. Daraus resultiert eine vollständige Kollision der im „nicht interessierenden Nerv“ deszendierenden durch TMS und die elektrische Plexusreizung aus gelösten Erregungen. Das erlaubt die Elimination der Volumenleitung von benachbarten Muskeln, die von diesem Nerv innerviert werden. Dies ist insbesondere dann von großer Bedeutung, wenn Thenarmuskeln untersucht werden, weil dort von N. medianus und N. ulnaris versorgte Muskeln eng benachbart lokalisiert sind. Das wesentliche Ergebnis des PST Experiments war eine signifikant gößere PST Antwort für den IOD 1 im Vergleich zum ADM und APB. In Experiment II wurden single motor unit Ableitungen durchgeführt. Diese Technik ermöglicht es, die Amplitude der an spinalen Motoneuronen durch TMS und elektrische Stimulation der Muskelspindelafferenzen (Ia Fasern) evozierten mittleren zusammengesetzten exzitatorischen postsynaptischen Potentiale (cEPSP) abzuschätzen. Die single motor unit Ableitungen ergaben eine höhere durchschnittliche Amplitude des TMS induzierten cEPSP für den IOD 1 im Vergleich zum APB und ADM. Schließlich wurde die maximale Frequenz von verschiedenen willkürlichen aktiven Fingerbewegungen in Experiment III gemessen. Die durchschnittliche maximale Frequenz war höher für die Zeigefingerabduktion (überwiegend vermittelt durch IOD 1), als für Daumenabduktion (APB) und Kleinfingerabduktion (ADM). Die individuellen Unterschiede in der maximalen Frequenz der drei Bewegungen korrelierten mit den individuellen Unterschieden in den PST-Untersuchungen. Die erhobenen Ergebnisse zeigen, dass die Stärke des ortikomotoneuronalen Systems für die drei untersuchten kleinen Handmuskeln unterschiedlich ist und weisen darauf hin, dass sich daraus direkte funktionelle Konsequenzen für die Fähigkeit zur Durchführung von separaten Fingerbewegungen ergeben.
  • The monosynaptic projection from primary motor cortex to a-motoneurones in the spinal cord ist called corticomotoneuronal system. Among all mammals it is best developed in humans. There is strong evidence that the corticomotoneuronal system is of crucial importance for performing skilled individuated finger movements. The aim of this study was to explore, whether there are differences in the amount of this cortical input on spinal motoneurones of the three small hand muscles first dorsal interosseus (FDI), abductor pollicic brevis (APB) and abductor digiti minimi (ADM) according to their different functional relevance. In Experiment I the excitation of the three muscles was measured in healthy subjects by the novel penta-stimulation-technique (PST). PST is an extension of the triple-stimulation-technique (TST). The triple-stimulationtechnique was established to quantify the proportion of spinal motoneurones that are brought to fire by transcranial magnetic stimulation (TMS) of the primary motor cortex. It solves the problem of desynchronisation of motor evoked potentials by two collisions along the peripheral nerve. In this way it links central to peripheral conduction. In addition to the three pulses in TST two more are applied in PST: The “nerve of no interest” (i.e. the median nerve for the target muscles FDI and ADM; ulnar nerve for APB) is stimulated twice at the wrist. This results is a complete collision of the descending volleys elicited by TMS of motor cortex and electric stimulation of brachial plexus in the “nerve of no interest”. This allows elimination of volume conduction from muscles in the neighbourhood of the target muscle innervated by this nerve. This is of great importance particulary when thenar muscles are examined because muscles innervated by median and ulnar nerve are located in close proximity. The main result of the PST experiment was a significantly larger PST resonse in the FDI compared with the ADM and APB. In experiment II single motor unit recordings were performed. With this technique the amplitude of the mean compound excitatory postsynaptic potentials (cEPSP) of spinal motoneurones resulting from TMS and electrical stimulation of muscle spindle afferents (Ia fibers) can be estimated. The single motor unit recordings revealed a higher estimated mean amplitude of the TMS induced cEPSP for the FDI compared to APB and ADM. Finally the maximum rate of different repetitive voluntary finger movements was measured in experiment III. The mean maximum frequency was higher for index finger abduction (prime mover FDI) than for thumb abduction (APB) and little finger abduction (ADM). Individual differences in maximum rate between the movements correlated with differences in the individual PST responses. The results indicate that the strength of the corticomotoneuronal system is different for the three examined intrinsic hand muscles and suggest a link to differences in the capability to perform individuated finger movements.

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Metadaten
Author:Frank Meintzschel
URN:urn:nbn:de:hebis:30-71100
Referee:Ulf Ziemann
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2009/09/28
Year of first Publication:2009
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2009/09/03
Release Date:2009/09/28
Note:
Diese Dissertation steht außerhalb der Universitätsbibliothek leider (aus urheberrechtlichen Gründen) nicht im Volltext zur Verfügung, die CD-ROM kann (auch über Fernleihe) bei der UB Frankfurt am Main ausgeliehen werden.
HeBIS-PPN:41768909
Institutes:Medizin / Medizin
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
Licence (German):License LogoArchivex. zur Lesesaalplatznutzung § 52b UrhG