A4 Neuromuskuläre Störungen

Thema

Neuromuskuläre Störungen umfassen Ausfälle in der Signalübertragungskette, die vom zentralen Nervensystem zur Krafterzeugung in den Muskelfasern verläuft. Physikalisch manifestiert sich diese Übertragungskette in vierfacher Hinsicht: einer Reduktion der maximal verfügbaren Kraft, einer Verlangsamung der motorischen Reaktion, einem Verlust der Koordination zwischen verschiedenen Muskeln und Veränderungen der zyklischen Muster, die von den für den Bewegungsrhythmus verantwortlichen neuronalen Schaltkreisen generiert werden.

Die Reduktion der maximal verfügbaren Kraft in den Muskelfasern lässt sich durch Muskelermüdung erklären: Die maximale Kraft, die ein Muskel isometrisch aufrechterhalten kann, nimmt exponentiell mit zunehmender Dauer der anhaltenden Kontraktion ab. Dieser Rückgang wird durch die Erschöpfung der chemischen Energiereserven, die die Kontraktion antreiben, und durch die Ansammlung von Stoffwechselprodukten in der kontrahierenden Muskelfaser verursacht.

Die Verlangsamung der motorischen Reaktion hingegen hat ihren Ursprung weiter oben in der Übertragungskette, nämlich in der Geschwindigkeit, mit der das Nervensignal entlang des Axons zum Muskel weitergeleitet wird. Die Leitungsgeschwindigkeit bestimmt direkt, wie lange es dauert, bis eine Reflexantwort auftritt, und hängt vom Axondurchmesser und dem Abstand zwischen den Ranvier-Schnürringen ab, die die isolierende Hülle des Axons unterbrechen – je größer der Axondurchmesser und je größer der Abstand zwischen den Schnürringen, desto höher die Leitungsgeschwindigkeit. Bei einer Neuropathie verringert sich diese Leitungsgeschwindigkeit, und das Signal wird zeitlich uneinheitlich: Verschiedene Nervenfasern innerhalb desselben Nervs leiten ihre Impulse nicht mehr synchron weiter.

Der Verlust der Koordination zwischen verschiedenen Muskeln wird quantifiziert, indem die elektrischen Signale verglichen werden, die jeder Muskel bei Aktivierung erzeugt. Im gesunden Zustand oszillieren diese elektrischen Signale verschiedener Muskeln kohärent in einem mittleren Frequenzband, dem sogenannten Beta-Band, was darauf hindeutet, dass die Muskeln ihre Aktivierung koordinieren. In pathologischen Zuständen ist diese Kohärenz zwischen den Muskelsignalen jedoch fragmentiert, und diese Fragmentierung ist das direkte Kennzeichen des Verlusts der intermuskulären Koordination.

Die Kohärenz der Muskelsignale, die die intermuskuläre Koordination aufrechterhält, hat ihren Ursprung in den bereits erwähnten neuronalen Schaltkreisen, die für den Bewegungsrhythmus verantwortlich sind. Diese Schaltkreise werden als eine Gruppe gekoppelter neuronaler Oszillatoren modelliert, deren kollektiver Rhythmus – die Frequenz, mit der sich das Gangmuster wiederholt – aus der Synchronisation all dieser Oszillatoren entsteht. Diese Synchronisation hängt von der Stärke der Kopplung zwischen den Oszillatoren ab: Es gibt eine minimale Kopplungsintensität, unterhalb derer die Synchronisation abbricht, die Kohärenz verloren geht und das von diesen Schaltkreisen generierte Bewegungsmuster zerfällt.

Die kombinierte Folge dieser Störungen entlang der Signalübertragungskette ist eine beobachtbare Veränderung der Bewegung des Tieres: Es treten vorzeitige Übergänge zwischen Gangmustern auf, die bei Geschwindigkeiten unterhalb des Optimums für jedes Muster erfolgen; das Tier erhöht die Kokontraktion antagonistischer Muskeln als Kompensationsstrategie, um Gelenksteifigkeit zu gewinnen, wenn die Feinkoordination versagt. und die Aktivierung jedes einzelnen Muskels wird mit der Zeit variabler, was sich im Bewegungsverhalten in dem gleichen Verlust an Kraft, Geschwindigkeit und Koordination widerspiegelt, mit dem diese Beschreibung der Signalübertragungskette begonnen hat.

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