D3 Motorische Neurophysiologie

Thema

Die motorische Neurophysiologie misst und analysiert die elektrische Aktivität von Motoneuronen und Muskelfasern während der Bewegungsplanung und -ausführung. Das auf der Haut über dem Muskel aufgezeichnete elektrische Signal ist die Überlagerung der Einzelpotenziale aller unter der Elektrode aktiven motorischen Einheiten – ein Signal, das zur Aufzeichnung in den Millivoltbereich verstärkt wird. Die mittlere Amplitude dieses Signals, berechnet, sodass sich positive und negative Werte nicht aufheben, ist proportional zum Aktivierungsgrad des Muskels und unter kontrollierten Bedingungen auch zur vom Muskel erzeugten Kraft.

Dasselbe auf dem Muskel aufgezeichnete elektrische Signal kann auch hinsichtlich seiner Frequenzkomponenten analysiert werden: Die Frequenz, die das Leistungsspektrum des Signals in zwei gleich große Hälften teilt, nimmt mit zunehmender Muskelermüdung ab, da die Ansammlung von Stoffwechselprodukten in der Faser die elektrische Leitung entlang der Muskelmembran verlangsamt. Durch die zeitliche Verfolgung dieser Frequenz, Fenster für Fenster, lässt sich beobachten, wie sich der Frequenzgehalt des Signals mit fortschreitender Muskelermüdung verändert.

Die Aktivität der Motoneuronen, die das elektrische Signal des Muskels erzeugen, kann auch stromaufwärts, innerhalb des Nervs selbst, untersucht werden: Der Nerv wird an einem spezifischen Punkt elektrisch stimuliert, und die resultierende Muskelantwort wird in dem vom Nerv versorgten Muskel aufgezeichnet. Die Nervenleitgeschwindigkeit wird ermittelt, indem die Distanz zwischen zwei Stimulationspunkten durch die Differenz der an jedem Punkt gemessenen Latenzzeiten geteilt wird: Je größer die zurückgelegte Distanz bei gleicher Latenzdifferenz, desto höher die Leitungsgeschwindigkeit; und je größer die Latenzdifferenz bei gleicher Distanz, desto niedriger die Geschwindigkeit.

Die einzelnen elektrischen Potenziale jeder motorischen Einheit, die im Oberflächensignal überlagert erscheinen, können separat aufgezeichnet werden, indem eine Nadelelektrode direkt in den Muskel eingeführt wird: Amplitude, Dauer und Form jedes einzelnen Potenzials ermöglichen die Unterscheidung zwischen zwei Krankheitstypen. Bei einer Schädigung des die motorische Einheit innervierenden Nervs zeigt das aufgezeichnete Potenzial eine erhöhte Amplitude und eine verlängerte Dauer; ist hingegen die Muskelfaser selbst erkrankt, zeigt das Potenzial eine reduzierte Amplitude und eine kurze Dauer.

Im gesunden Zustand folgt die mittels motorischer Neurophysiologie während der Bewegung aufgezeichnete elektrische Aktivität einem geordneten Muster: Motorische Einheiten werden sequenziell aktiviert, beginnend mit den kleinsten und schrittweise hinzukommenden größeren Einheiten, wenn der Muskel mehr Kraft erzeugen muss. Die Entladungsfrequenzen liegen dabei zwischen etwa acht und dreißig Zyklen pro Sekunde. Diese geordnete Aktivierung wird durch eine Synchronisation der elektrischen Aktivität in einem mittleren Frequenzband zwischen etwa fünfzehn und fünfunddreißig Zyklen pro Sekunde ergänzt. Diese Synchronisation spiegelt die Kopplung zwischen Großhirnrinde und Rückenmark wider und ist mit der Feinsteuerung der letztendlich vom Muskel erzeugten Kraft verbunden.

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