Anomalien der motorischen Einheit nach experimentell induzierter Sensibilisierung

Zentrale Sensibilisierung beschreibt einen Zustand neuronaler Übererregbarkeit im Zentralnervensystem, der aufgrund einer Fehlfunktion von spinalen und supraspinalen schmerzerleichternden und -hemmenden Schaltkreisen auftreten kann, was zu einer Verstärkung somatosensorischer Reaktionen führt. Über somatosensorische Veränderungen hinaus kann eine Veränderung der motorischen Funktion auch mit Schmerzen einhergehen und ein Reflex einer neuromuskulären Funktionsbeeinträchtigung sein. Ein normaler afferenter Eingang und eine normale zentrale Verarbeitungsschaltung sind wesentlich, um einen normalen efferenten Ausgang zu liefern. Der Einfluss der im Hinterhorn auftretenden Veränderungen auf das Vorderhorn bleibt jedoch weitgehend unklar.

Die Beurteilung der motorischen Einheit ist entscheidend für die Beurteilung von Krankheiten und Anomalien im Vorderhorn. Die Aktivität des Vorderhorns, wo sich Vorderhornzellen befinden, ist sehr wichtig für die Aktivierung der motorischen Einheit. Oberflächen-EMG (sEMG) und intramuskuläres EMG (iEMG) können verwendet werden, um den neuralen Antrieb der Muskeln zu beurteilen, indem motorische Einheiten aufgezeichnet werden, um die Auswirkungen der zentralen Sensibilisierung auf die Motorsteuerung und das Ventralhorn zu verstehen. Basierend auf dem Größenprinzip von Henneman sollten motorische Einheiten in der gleichen Reihenfolge rekrutiert werden, wobei kleinere Einheiten zuerst rekrutiert werden. Dieses Prinzip bietet eine Gelegenheit zu untersuchen, ob die zentrale Sensibilisierung Anomalien auf der Ebene der motorischen Einheiten erzeugt.

Zuvor wurde bei gesunden Probanden eine zentrale Sensibilisierung induziert, um seine neurophysiologischen Wirkungen über Capsaicin zu untersuchen. Capsaicin, ein Chili-Pfeffer-Extrakt, kann verwendet werden, um experimentell vorübergehende Zustände einer zentralen Sensibilisierung effektiv zu induzieren. Das Vorhandensein von erweiterten sensorischen Reaktionen und die Beteiligung des spinalen nozizeptiven Systems nach Capsaicin wurden weitgehend mittels quantitativer sensorischer Testmethoden und Elektromyographie (EMG) getestet.

Trotz der Nützlichkeit von experimentellem Capsaicin zum besseren Verständnis der sensorischen Anomalien sind seine Auswirkungen auf die motorische Funktion und die Rekrutierung motorischer Einheiten weniger untersucht. Es gibt Hinweise darauf, dass der nozizeptive Input durch peripheres Capsaicin eine zentral vermittelte hemmende Wirkung auf die Motorik ausübt. Eine Abnahme der Amplitude des quadratischen Mittelwerts (RMS) während des Trainings zum Zeitpunkt der Spitzensensibilisierung wurde durch Nadel-EMG gemessen. Die Wirkung, die Capsaicin-induzierte Sensibilisierung auf einzelne motorische Einheiten oder auf ihre Rekrutierungsmuster hat, wurde jedoch bisher nicht untersucht.

Der Zweck dieser Studie war es festzustellen, ob eine topische Capsaicin-induzierte Sensibilisierung einen Einfluss auf die Aktivität des Ventralhorns hat. Wir nehmen an, dass Capsaicin eine Veränderung der Aktivität einzelner motorischer Einheiten sowie des Rekrutierungsmusters vieler motorischer Einheiten induziert und die Aktivität motorischer Einheiten auf unterschiedlichen Segmentebenen von der Ebene der Capsaicin-Anwendung beeinflussen kann.

Teilnehmer:

Dreiundzwanzig gesunde Teilnehmer im Alter zwischen 20 und 70 Jahren, ohne direktes Trauma der zervikothorakalen Region innerhalb der letzten 30 Tage, ohne Vorgeschichte entzündlicher Erkrankungen wie rheumatoider Arthritis, ohne neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson oder Motoneuronerkrankungen Amyotrophe Lateralsklerose oder andere neuromuskuläre Erkrankungen wurden für diese Studie rekrutiert. Außerdem hatten die eingeschlossenen Probanden einen normalen Body-Mass-Index (18,5–24,9) und eine visuelle Schmerzanalogskala (VAS) unter 3, was auf eine geringe Schmerzstärke hinweist. Da die Prävalenz von Nackenschmerzen in der Allgemeinbevölkerung hoch ist, stehen leichte Schmerzen oder Schmerzen nicht unbedingt mit einer Anomalie des darunter liegenden Muskels in Verbindung. Die Teilnehmer mussten sich auf Englisch verständigen können. Teilnehmer wurden ausgeschlossen, wenn sie länger als 3 Monate anhaltende Schmerzen hatten.

Versuchsprotokoll:

Ein erstes Screening wurde durchgeführt, um die Eignung für die Studie zu beurteilen. Jeder Teilnehmer saß aufrecht, die Hände bequem auf dem Schoß, und wurde gebeten, seine Nacken- und Schultermuskulatur zu entspannen. Das medizinische Mitglied des Forschungsteams bewertete dann die Schmerzintensität der Patienten anhand einer visuellen Analogskala (VAS). VAS reicht von 0 bis 100 mm, wobei 0 mm überhaupt keinen Schmerz widerspiegelt und 100 mm den schlimmsten vorstellbaren Schmerz darstellt. Anschließend wurde eine Bürstenallodynie durchgeführt, eine klinische Technik, die verwendet wird, um Schmerzen aufgrund eines Reizes zu identifizieren, der normalerweise keine Schmerzen hervorruft, um das Vorhandensein einer zentralen Sensibilisierung zu bestätigen. Um die Grenzen der sekundären Allodynie zu kartieren, wurden die Probanden angewiesen, eine deutliche Veränderung in der Empfindungswahrnehmung wie verstärktes Brennen, intensives Stechen oder ein unangenehmes Gefühl zu erkennen, und diese Stelle wurde markiert. Der Bürsten-Allodynie-Score (BAS) wurde berechnet als der Abstand zwischen den am weitesten entfernten Punkten, die auf der oberen und unteren Achse markiert sind, multipliziert mit dem Abstand zwischen den am weitesten entfernten Punkten, die auf der medialen und lateralen Achse markiert sind, wie zuvor von Cavallone et. Al. Die VAS und das Vorhandensein einer zentralen Sensibilisierung mittels BAS wurden zu Studienbeginn (vor) vor der Induktion der Sensibilisierung und zwanzig Minuten danach (nach) bewertet.

Nach erfolgreichem Screening der Einschluss- und Ausschlusskriterien wurde der linke Hautbereich der Teilnehmer (der über den oberen Trapezius- und Infraspinatus-Muskeln liegt) mit Alkoholpräparat-Pads und Wasser gereinigt. Die Haut wurde vor dem Aufbringen des Oberflächen-Elektromyogramms (Trigno Galileo-Sensoren, Delsys Inc.) mit '3M Red Dot'-Schleifstreifen abgeschliffen. Elektroden wurden in 4 Bereichen platziert: dem Muskelbauch des oberen Trapezius und dem Infraspinatus sowie Referenzelektroden an C7 und dem Schulterdach. Diese Elektroden waren 4-Kanal-EMG-Sensoren und ihre Signale wurden von 20–450 Hz gefiltert. Die sEMG-Aufzeichnungen wurden drahtlos an die Trigno-Basisstation übertragen, die die Daten zur Signalanalyse an Neuromap (Delsys Inc.) weiterleitet und zusammenstellt. Eine monopolare Nadelelektrode wurde in die oberen Fasern des Trapeziusmuskels eingeführt und ihre Referenz wurde an der Mitte des Schlüsselbeins platziert. Unter Verwendung dieses Aufbaus wurden intramuskuläre Aufzeichnungen einzelner motorischer Einheiten unter Verwendung eines klinischen Elektrodiagnosegeräts Excaliber von Natus Medical durchgeführt.

Elektromyogramm-Aufzeichnungen vor Anwendung der Intervention

Die Teilnehmer wurden angewiesen, eine Minute lang horizontale Schulterabduktionen von 0° auf 90° und dann von 90° auf 0° durchzuführen. Die Versuchsperson wurde verbal aufgefordert, ihren Arm alle 2 Sekunden zu bewegen. Während dieser Zeit wurden sEMGs aufgezeichnet. Nach Abschluss dieser Aufgabe wurde eine monopolare intramuskuläre Nadelelektrode direkt in den oberen M. trapezius platziert. Die Teilnehmer wurden dann angewiesen, ihren Trapeziusmuskel sanft zusammenzuziehen, indem sie mit den Schultern zuckten, genug, um nur die erste motorische Einheit in dieser Region zu rekrutieren. Dem Probanden wurde eine visuelle Rückmeldung des Signals gegeben, um sicherzustellen, dass nur die erste motorische Einheit für die Bewegung aktiviert wurde. Das Signal von dieser Motoreinheit wurde dann für die anfängliche Abweichung von der Grundlinie und die Amplitudencharakteristik optimiert, bevor Aufzeichnungen gemacht wurden. iEMG-Aufzeichnungen wurden 30 Sekunden lang bei einer Abtastfrequenz von 6 kHz aufgezeichnet.

Anwendung der Intervention

Die Teilnehmer erhielten entweder eine Dosis von 2,5 ml (75 µg/ml) Capsaicin-Creme (Behandlung, Marke Zostrix) oder eine Hautlotion (Placebo), die inert war und keine sensibilisierende Wirkung hatte. Die Teilnehmer waren auch für die gelieferte Behandlung blind, indem sie verdeckte Behälter für die Cremes verwendeten. Die Applikationsstelle war ein 10 cm mal 10 cm großes Quadrat auf dem M. trapezius, das sich von T3 bis T8 auf der linken Seite erstreckte, an der alle Aufzeichnungen durchgeführt wurden.

Nach Sammlung der sEMG- und iEMG-Grundlinienaufzeichnungen trug ein ausgebildeter Arzt die Capsaicin/Placebo-Creme direkt auf die Hautregion in einem standardisierten 10 cm x 10 cm großen Quadrat auf den Wirbelsäulenebenen T3-T8 auf, um die nozizeptiven Afferenzen darin zu sensibilisieren Region. Um die sensibilisierende Wirkung von Capsaicin entfalten zu können, wurde eine zwanzigminütige Wartezeit verwendet.

Elektromyogrammaufzeichnungen nach Anwendung der Intervention

Um das Vorhandensein einer zentralen Sensibilisierung zu bestätigen, wurde Bürsten-Allodynie verwendet, um eine mechanische Allodynie außerhalb des Bereichs der primären Nozizeption – Bereich der topischen Platzierung – nachzuweisen, der der Bereich der sekundären Allodynie ist. Nach Bestätigung der zentralen Sensibilisierung bei Teilnehmern mit topischer Anwendung von Capsaicin wurden die Teilnehmer in den experimentellen Arm der Studie aufgenommen.