Stehende neurophysiologische Beurteilung der Muskulatur der unteren Extremitäten nach dem Schlaganfall
Summary
Dieses Protokoll beschreibt den Prozess zur Durchführung einer neurophysiologischen Beurteilung der Unteren Extremitätenmuskulatur, Tibialis anterior und Soleus, in stehender Position mit TMS bei Menschen nach einem Schlaganfall. Diese Position bietet eine größere Wahrscheinlichkeit, eine TMS-Reaktion nach dem Schlaganfall auszulösen, und ermöglicht die Verwendung einer reduzierten Stimulatorleistung während neurophysiologischer Bewertungen.
Abstract
Transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist ein gängiges Werkzeug, um das Verhalten von motorischen Schaltkreisen in gesunden und neurologisch beeinträchtigten Populationen zu messen. TMS wird ausgiebig verwendet, um die motorische Kontrolle und die Reaktion auf die Neurorehabilitation der oberen Extremitäten zu untersuchen. TMS wurde jedoch bei der Untersuchung der haltungs- und gehspezifischen motorischen Kontrolle der unteren Extremitäten weniger eingesetzt. Die begrenzte Verwendung und die zusätzlichen methodischen Herausforderungen von TMS-Bewertungen der unteren Extremitäten haben dazu beigetragen, dass die TMS-Verfahren der unteren Extremitäten in der Literatur nicht konsistent sind. Inspiriert von der verminderten Fähigkeit, TMS-motorisch evozierte Potentiale (MEP) der unteren Extremitäten aufzuzeichnen, beschreibt dieser methodische Bericht Schritte, um TMS-Bewertungen nach einem Schlaganfall in einer stehenden Haltung zu ermöglichen. Die stehende Haltung ermöglicht die Aktivierung des neuromuskulären Systems und spiegelt einen Zustand wider, der dem Zustand des Systems bei Haltungs- und Gehaufgaben ähnlicher ist. Mit Dual-Top-Kraftplatten wiesen wir die Teilnehmer an, ihr Gewicht gleichmäßig auf ihre paretischen und nicht paretischen Beine zu verteilen. Es wurde ein visuelles Feedback zur Gewichtsverteilung der Teilnehmer gegeben. Mit Hilfe einer Bildführungssoftware lieferten wir einzelne TMS-Impulse über eine Doppelkegelspule an die läsionierten und nicht läsionierten Hemisphären der Teilnehmer und maßen die kortikomotorische Reaktion der paretischen und nicht-paretischen Tibialis-Vorder- und Soleusmuskeln. Die Durchführung von Beurteilungen in stehender Position erhöhte die TMS-Ansprechrate und ermöglichte die Verwendung der niedrigeren Stimulationsintensitäten im Vergleich zur Standard-Sitz- / Ruheposition. Die Verwendung dieses TMS-Protokolls kann einen gemeinsamen Ansatz zur Beurteilung der kortikomotorischen Reaktion der unteren Extremität nach einem Schlaganfall bieten, wenn die Neurorehabilitation von Haltungs- und Gangstörungen von Interesse ist.
Introduction
Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist ein Instrument zur Messung des Verhaltens neuronaler Schaltkreise. Die Mehrheit der TMS-Untersuchungen, die sich auf die Untersuchung der motorischen Kontrolle / Leistung konzentrieren, wurde in den oberen Extremitäten durchgeführt. Das Ungleichgewicht zwischen den Studien der oberen und unteren Extremität ist zum Teil auf die zusätzlichen Herausforderungen bei der Messung der kortikomotorischen Reaktion (CMR) der unteren Extremitäten zurückzuführen. Einige dieser methodischen Hindernisse umfassen die kleineren kortikalen Darstellungen der unteren Extremitätenmuskulatur innerhalb des motorischen Kortex und die tiefere Lage der Darstellungen relativ zur Kopfhaut1. In Populationen mit neurologischen Verletzungen sind auch zusätzliche Hürden vorhanden. Zum Beispiel zeigt etwa die Hälfte der Personen nach dem Schlaganfall keine Reaktion auf TMS in Ruhe in den Muskeln der unterenExtremitäten 2,3. Das Fehlen einer Post-Schlaganfall-Reaktion auf TMS wird sogar beobachtet, wenn Patienten eine gewisse willentliche Kontrolle der Muskeln beibehalten, was auf einen zumindest teilweise intakten Kortikospintrakt hinweist.
Das Fehlen messbarer TMS-Reaktionen mit aufrechterhaltener motorischer Funktion trägt zu unserem verminderten Verständnis der post-schlaganfalllichen posturalen und gehspezifischen motorischen Kontrolle und der neurophysiologischen Auswirkungen der Neurorehabilitation bei. Einige der Herausforderungen der neurophysiologischen Beurteilungen der unteren Extremitäten nach Schlaganfall wurden jedoch überwunden. Zum Beispiel kann eine Doppelkegelspule verwendet werden, um die Motoneuronen der unteren Extremität, die sich tief in der interhemisphärischen Spalte1befinden, zuverlässig zu aktivieren. Die Doppelkegelspule erzeugt ein größeres und stärkeres Magnetfeld, das tiefer in das Gehirn eindringt als die häufiger verwendete AchterzahlSpule 4. Eine weitere methodische Änderung, die implementiert werden kann, um die Reaktionsfähigkeit auf TMS zu erhöhen, ist die Messung der CMR während einer leichten freiwilligenKontraktion 5. Im Allgemeinen wird diese Kontraktion auf einem vorbestimmten Niveau entweder des maximalen freiwilligen Gelenkdrehmoments oder der maximalen elektromyographischen (EMG) Muskelaktivität durchgeführt. Die periphere Nervenstimulation kann auch verwendet werden, um eine maximale Muskelreaktion auszulösen, und das aufgezeichnete EMG dieser Reaktion kann verwendet werden, um die gezielte freiwillige Aktivierung des Muskels einzustellen.
Die Durchführung einer TMS-Beurteilung nach einem Schlaganfall während der aktiven Muskelkontraktion ist in den oberen Extremitäten ziemlich häufig, wo isometrische Aufgaben funktionelle Aktivitäten nachahmen können, z. B. das Greifen / Halten von Objekten. Im Gegensatz dazu wird das Gehen durch die bilaterale Aktivierung mehrerer Muskelgruppen über kortikale, subkortikale und Rückenmarksstrukturen erreicht und erfordert eine Aktivierung der Haltungsmuskulatur, um den Auswirkungen der Schwerkraft zu widerstehen. Dieser Aktivierungszustand spiegelt sich wahrscheinlich nicht wider, wenn isolierte Muskeln gemessen werden, die eine isometrische Kontraktion erzeugen. Mehrere frühere Studien zum Verständnis der haltungs- und gehspezifischen motorischen Kontrolle haben TMS-Impulsegeliefert,während die Teilnehmer6,7,8 gingen und9,10,11,12,13,14,15 standen . Die Messung der CMR in der aufrechten Position ermöglicht die Aktivierung der Haltungsmuskulatur und der subkortikalen Komponenten der Haltungs- und Gangmotorik-Kontrollnetzwerke. Bis heute gab es keine Berichte über die Durchführung von stehenden TMS-Bewertungen bei Personen nach einem Schlaganfall.
Diese Studie schlägt eine standardisierte Methodik vor, die auf der vorhandenen Literatur der stehenden TMS-Methoden6,7,8,9,10,11,12,13,14,15für die stehende TMS-Bewertung der CMR nach einem Schlaganfall aufbaut. Diese Methodik kann von Forschungsgruppen verwendet werden, die, aber nicht beschränkt auf, Haltungsdefizite und gehspezifische motorische Kontrolle nach einem Schlaganfall untersuchen und eine größere Konsistenz der TMS-Verfahren herstellen. Der Zweck dieser methodischen Untersuchung war es, festzustellen, ob stehende TMS-Bewertungen bei Personen nach Schlaganfall mit moderaten Gangstörungen durchführbar sind. Wir stellten die Hypothese auf, dass die Durchführung von Bewertungen im Stehen 1) die Wahrscheinlichkeit erhöhen würde, eine messbare Reaktion auszulösen (motorisch evoziertes Potential, MEP) und 2) dass die Stimulatorleistung / -intensität, die zur Durchführung stehender TMS-Bewertungen verwendet wird, niedriger wäre als die der normalerweise durchgeführten Sitz- / Ruhebewertungen. Wir glauben, dass der erfolgreiche Abschluss und die weit verbreitete Anwendung dieses Protokolls zu einem besseren Verständnis der neurophysiologischen Aspekte der posturalen und gehspezifischen motorischen Kontrolle nach einem Schlaganfall und der Auswirkungen der Neurorehabilitation führen können.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das experimentelle Protokoll wurde von den meisten Teilnehmern gut vertragen. Eine Person war nicht in der Lage, die stehende TMS-Bewertung aufgrund bereits bestehender Dekubitusgeschwüre infolge diabetischer Komplikationen und orthopädischer Probleme mit bereits bestehenden Knieschmerzen abzuschließen. Der Umfang des Be- und Entladens des Körpergewichts von den Beinen war minimal. Es gab jedoch im Durchschnitt eine etwas größere Abwärtskraft, die während der Anwendung der TMS-Impulse gemessen wurde. Dies ist wah…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken Herrn Brian Cence und Frau Alyssa Chestnut für ihre Beiträge zur Teilnehmergewinnung und Datenerhebung.
Die Finanzierung für dieses Projekt wurde zum Teil durch einen Technical Development Award des NIH National Center for Neuromodulation for Rehabilitation (NM4R) (HD086844) und durch den Veteran’s Affairs Rehabilitation Research and Development Career Development Award 1 (RX003126) und den Merit Award (RX002665) bereitgestellt.
Der Inhalt dieses Berichts stellt nicht die Ansichten des US-Ministeriums für Veteranenangelegenheiten, der US National Institutes of Health oder der Regierung der Vereinigten Staaten dar.
Materials
| Data Acquisition Software | MathWorks | MatLab | The custom data collection program was written in Matlab. However, other software/hardware providers can be used (e.g. National Instruments, AD Instruments, CED Spike2 or Signal) |
| Double-cone coil | Magstim | D110 | Double-cone coil for TMS pulse delivery |
| Dual force plate | Advanced Mechanical Technology Inc (AMTI) | Dual-top Accusway | Force plate used to measure force/weight distrobution under each leg independently. |
| Dual-pulse TMS | Magstim | Bistim 200 | Connects two Magstim 200 units together for dual-pulse applications |
| EMG pre-amplifiers | Motion Labs Inc | MA-422 | Preamplifiers for disposable surface EMG electrodes |
| EMG system | Motion Labs Inc | MA400 | EMG system for data collection |
| Neuronavigation System | Rogue Research | Brainsight | Software and hardware used to ensure consistent placement/delivery of magnetic stimulations. Marking the stimulation location on a participant's head or on a place showercap can also be used in the absence of neuronavigational software. |
| Recruitment Database | N/A | N/A | Electronic database including names of possible individuals who are eligble for your studies. |
| TMS unit (x2) | Magstim | Magstim 200 | Delivers TMS pulses |
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