Conduction velocity in human muscle Hoeven, Johannes Harmen van der
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date:
1995
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Hoeven, J. H. V. D. (1995). Conduction velocity in human muscle: an EMG study in fatigue and neuromuscular disorders. Groningen: s.n.
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
SAMENVATTING
De spiervezelgeleidingssnelheid (SVGS) kan worden gedefinieerd als de snelheid van depolarisatie van de spiervezelmembraan, of sarcolemma. Het is één van de stappen in de cascade die uiteindelijk resulteert in de spiercontractie. In deze studie worden twee methodes ter bepaling van de SVGS beschreven; een invasieve en een oppervlakte EMG methode. Beide methodes hebben hun specifieke indicatiegebied.
De invasieve EMG methode wordt verricht in de spier in rust, meestal de biceps brachii. De spier wordt via een monopolaire naaldelectrode geactiveerd, met een stimulusfrequentie van 1 Hz, buiten de eindplaatzone. Op enige afstand (meestal 50 mm) wordt een kleine concentrische naaldelectrode ingebracht. Na optimale positionering kan een polyfasische potentiaal worden gevonden. De SVGS wordt vervolgens berekend op grond van de latenties van de verschillende potentialen en de afstand tussen de stimulatie en de registratie elektrode.
De oppervlakte EMG methode wordt verricht tijdens willekeurige aanspanning. Twee op één lijn staande bipolaire elektrodes, worden op de huid aangebracht evenwijdig aan het verloop van de spiervezels, tussen de eindplaatzone en de pees. De onderzochte parameters betreffen (1) de SVGS, deze wordt berekend op grond van het tijdsverschil tussen beide verkregen signalen, met behulp van de kruiscorrelatie methode; (2) het frequentie vermogens spectrum, de ligging van dit spectrum wordt gereflecteerd in de waarde van de mediane frequentie (Fmed); (3) de energie inhoud van het signaal, een bruikbare maat hiervoor is het geïntegreerde gelijkgerichte EMG (I- EMG).
In hoofdstuk 2 wordt een overzicht van beide methodes gegeven. De SVGS is onderzocht in een groep gezonde vrijwilligers met behulp van beide technieken. Er bleek een duidelijke correlatie tussen de SVGS resultaten van beide methodes te bestaan. Een belangrijk aspect van de invasieve methode is de mogelijkheid van rechtstreekse spiervezelaktivering, van zowel geinnerveerde als niet geinnerveerde vezels, onder volledige controle van alle stimulatieparameters.
De invasieve methode blijkt informatie te geven over de spreiding van de SVGS. De oppervlakte EMG methode resulteert in systematisch hogere SVGS waarden. Dit verschil lijkt te berusten op een combinatie van fysiologische factoren en mogelijke foutenbronnen, die alle kunnen resulteren in hogere SVGS waarden. De oppervlakte methode is vooral geschikt voor onderzoeksdoeleinden.
De belangrijkste voordelen zijn het niet invasieve karakter, de daardoor eenvoudige herhaalbaarheid en de mogelijkheid om op meerdere aanspanningsniveaus of tijdens langer durende spiercontracties te meten.
In hoofdstuk 3 zijn de veranderingen in de SVGS, de Fmed en het IEMG gemeten gedurende 1 minuut maximale willekeurige aanspanning van de elleboogflexoren, gevolgd door metingen tijdens kortdurende contracties (1-2 s) tijdens een herstelperiode van een uur. De SVGS en de grotendeels hierdoor bepaalde Fmed daalden beide scherp tijdens de maximale aanspanning.
Deze daling was het meest uitgesproken voor de Fmed. De daling lijkt vooral gerelateerd te zijn aan de verstoring van de membraanfunctie door de produktie en ophoping van melkzuur. Dit ontstaat in grote hoeveelheden doordat de spier onder voornamelijk zuurstofarme condities
Het feit dat de Fmed relatief meer daalt dan op grond van de SVGS daling verwacht mag worden wordt gerelateerd aan veranderingen in de aansturing van de actieve motorische eenheden. Hierbij lijkt onder meer een daling van de vuurfrequentie van belang. Tijdens herstel wordt na aanvankelijk subnormale waarden van de SVGS en de Fmed een doorschieten naar supernormale waarden gevonden. Deze stijging is maximaal na 10 tot 12 minuten en stabiliseert dan. De veranderingen konden nog worden aangetoond na 60 minuten herstel. Hierbij bleek er een positieve correlatie te bestaan tussen het aantal contracties tijdens de herstelfase en de duur van het effect. De fase van supernormale SVGS werd ook gevonden mbv de invasieve techniek, hetgeen een (bijkomende) centrale oorzaak als recrutering of vuurfrequentiemodulatie uitsluit. Als verklaring komen een zwelling van de spiervezels, in combinatie met een hyperpolarisatie van de membraan het meest in aanmerking. De bij het invasieve onderzoek gevonden relatief even grote verandering van de SVGS in de snelst en langzaamst geleidende vezels wijst op een evenredig effect op de type 1 en 2 spiervezels.
In hoofdstuk 4 wordt een studie beschreven naar de veranderingen in de SVGS, de Fmed en het IEMG gedurende een reeks isometrische contracties op 50% van de maximale kracht. De metingen worden verricht tijdens verschillende aanspanningsprotocols. De arbeidstijd binnen een cyclus variëert tussen 33%, 25% en 20%, de duur van de contractie is steeds 2 s. De belangrijkste bevinding is het feit dat een supernormale SVGS ontstaat tijdens de spierarbeid in de twee lichtste aanspanningscycli. Tijdens de 33% cyclus neemt de SVGS iets af, hetgeen er op wijst dat de lokale anaërobe drempel wordt overschreden. Tijdens het herstel ontstaat na alle arbeidscycli een supernormale SVGS. Een hypothese is dat de SVGS veranderingen een onderdeel vormen van een aanpassingsmechanisme van de spiermembraan aan inspanning. In dat verband zou het onderdeel kunnen vormen van het "warming-up" effect.
In hoofdstuk 5 wordt een studie beschreven naar de SVGS in neurogene letsels, met name traumatische letsels van de plexus brachialis en in amyotrofische lateraal sclerose (ALS). De metingen betreffen overwegend de invasieve methode, maar in de ALS patiënten werd ook de oppervlakte methode toegepast. Na een compleet plexusletsel wordt een snelle afname van de SVGS gezien, met een halfwaarde tijd van 1,1 maand. Na 4 tot 5 maanden worden dan uitsluitend zeer traag geleidende vezels gevonden. Tegelijk met de eerste tekenen van reinnervatie blijkt er een combinatie van zowel sneller als zeer traag geleidende vezels aanwezig te zijn. In ALS wordt een daling van de gemiddelde SVGS gevonden, in combinatie met een toegenomen spreiding van geleidingssnelheden. Deze veranderingen berusten vermoedelijk op een combinatie van spieratrofie van de gedenerveerde en hypertrofie van de nog functionerende spiervezels. In een aantal patiënten werden de SVGS veranderingen gevonden zonder duidelijke afwijkingen bij het concentrisch naald EMG en bij een normale spierkracht. Dit betrof meestal patiënten met een vooral bulbaire of distale symptomatologie, en het wijst op een subklinisch aangedaan zijn van de onderzochte spier. In principe zou dit fenomeen gebruikt kunnen worden als een aanvulling in de (EMG) diagnostiek van deze aandoening. De oppervlakte EMG metingen in de ALS patiënten lieten een stijging van de SVGS zien, in combinatie met een daling van de Fmed. De SVGS stijging bij de oppervlakte EMG techniek lijkt te berusten op een relatief grote invloed van de hypertrofische, sneller geleidende spiervezels van de nog functionerende motorische eenheden. De daling van de Fmed berust
vermoedelijk op de door de reinnervatie onstane vormverandering van de motorische eenheid potentiaal.
In hoofdstuk 6 is de SVGS bepaald in een grote familie lijdende aan hypokaliëmische periodieke paralyse (HOPP). Een probeem bij de detectie van deze aandoening is dat niet alle dragers van het gendefect paralytische aanvallen hebben. Uit een eerder onderzoek met behulp van de oppervlakte EMG methode was reeds gebleken dat de SVGS bij alle dragers van het gen verlaagd is. Dit fenomeen wordt dan ook gebruikt in de detectie van asymptomatische dragers.
Niettemin blijkt het niet altijd mogelijk de SVGS afwijkingen met de oppervlakte EMG techniek te detecteren. De SVGS blijkt in deze familie, inderdaad met beide bepalings methodes te laag te zijn.
De invasieve methodiek heeft hierbij de hoogste sensitiviteit.
In hoofdstuk 7 worden de veranderingen in de SVGS en andere oppervlakte EMG parameters beschreven tijdens het herstel na een paralytische aanval in het kader van HOPP. Na normalisatie van de serumkalium waarden bleek de spierkracht eveneens snel te herstellen. Het IEMG en in mindere mate de SVGS bleken zich veel trager te herstellen. Dit suggereert dat een volledig electrofysiologisch herstel niet noodzakelijk is voor een volledig spierkrachtsherstel.
Daarnaast vormt het mede een argument, dat het pathogenetisch defect van HOPP gelokaliseerd is in de spiermembraan.
In hoofdstuk 8 worden SVGS metingen beschreven tijdens een (partiële) aanval van thyreotoxische periodieke paralyse. De SVGS toonde tijdens de aanval vrijwel normale waarden, hetgeen een argument vormt tegen een depolarisatie blokkade als oorzaak van het krachtsverlies bij deze aandoening.
In hoofdstuk 9 wordt het effect van een kortdurende therapie met hoge doseringen corticosteroiden op de SVGS beschreven. Onderzocht werd een groep ms-patiënten, voor en na een 5-daagse methylprednisolonkuur. De SVGS bleek direct na deze periode duidelijk gedaald te zijn. Als oorzaak lijkt een partiële depolarisatie, mogelijk in combinatie met beginnende spiervezelatrofie het meest waarschijnlijk. De spierkracht was in deze periode gemiddeld iets verbeterd. Deze verbetering berust waarschijnlijk op het anti-inflammatoire effect van de medicatie op de aktieve ms haarden.
In hoofdstuk 10 wordt een studie naar de veranderingen van de SVGS tijdens chronische myositis beschreven. Er blijken duidelijke veranderingen in de SVGS van alle patiënten aanwezig te zijn. Vervolgens worden er 2 groepen onderscheiden, afhankelijk van het al dan niet toepassen van steroid therapie. De niet behandelde patiënten tonen een lichte daling van de SVGS, in combinatie met een matig verhoogde spreiding van geleidingssnelheden. Deze afwijkingen lijken te berusten op een combinatie van atrofie en hypertrofie van de spiervezels. In de steroid behandelde patiënten wordt een uitgesproken daling van de SVGS gevonden. Ook de spreiding van de geleidingssnelheden blijkt sterk toegenomen. Deze veranderingen lijken te berusten op een uitgesproken spiervezel atrofie, membraanveranderingen en een partiële depolarisatie. Het bepalen van de SVGS lijkt derhalve van nut te kunnen zijn bij de verdenking op chronische myositis. In die zin kan het een aanvulling vormen op het standaard concentrisch naaldonderzoek naar deze aandoening. Ingegaan wordt op het verband tussen SVGS daling en de aanwezigheid van steroidmyopathie. Een hypothese is dat de veranderingen die leiden tot de daling van SVGS en
steroid myopathie beide uitingen zijn van het sterke katabole effect van de medicatie. Obligaat voor de diagnose steroid myopathie is echter dat een klinisch krachtsverlies aantoonbaar moet zijn.
In hoofdstuk 11 is een literatuuroverzicht gegeven ten aanzien van de relatie tussen veranderingen in de spierparameters en recente bevindingen bij magnetische resonantie spectroscopie (MRS) in de analyse van spiervermoeidheid en herstel. Het blijkt dat (langdurige) spieraktiviteit en het eventuele falen van dit mechanisme de resultante is van een complexe interactie tussen meerdere, gedeeltelijk onderling afhankelijke factoren. De fenomenen die tot spiervermoeidheid leiden treden op zodra de lokale zuurstofdrempel wordt overschreden. De spier moet dan op een (gedeeltelijk) anaerobe energievoorziening overschakelen. Dit treedt met name op tijdens gemiddelde of zware spierinspanning. De EMG parameters blijken in die situatie nauw gecorreleerd te zijn aan de spierkracht, en aan de biochemische parameters als zuurgraad, het anorganisch fosfaat en het fosfokreatine gehalte. Hoewel dit op zich niet bewijzend is voor een causale relatie tussen deze factoren, vormt het wel een ondersteuning voor het gebruik van het oppervlakte EMG in de evaluatie van spiervermoeidheid en herstel.
Tenslotte worden de veranderingen in de SVGS geplaatst in het kader van het beloop in de tijd. Naast de veranderingen direct aansluitend aan een actiepotentiaal (1), kan er sprake zijn van korter of langer durende (soms permanente) veranderingen. De kort durende veranderingen (2) treden vooral op in relatie tot vermoeidheid, herstel en spieraktiviteit. Ook de paralytische aanval bij HOPP kan in dit kader worden geplaatst. De langer durende veranderingen (3) treden op in het kader van denervatie en reinnervatie, vezel atrofie en hypertrofie, tijdens het gebruik van hoge doseringen steroiden en bij genetisch bepaalde membraanstoornissen als HOPP.
Dankwoord
Aan het eind gekomen van dit proefschrift wil ik benadrukken, dat zonder de hulp van verschillende mensen dit boek niet, of niet in deze vorm, tot stand gekomen zou zijn. Een aantal van hen wil ik hierbij met name bedanken.
Seth Boonstra, promotor en opleider klinische neurofysiologie, voor het bieden van de mogelijkheid tot het doen van dit onderzoek, voor de opbouwende kritiek, en voor de inspanningen bij het regelen van de promotie.
Hans Oosterhuis, promotor en opleider neurologie, voor het commentaar op de verschillende hoofdstukken, en het overbrengen van een aantal belangrijke principes, immers, 'niets gaat vanzelf'.
Tom van Weerden, voor de levendige, stimulerende en soms wat chaotische discussies aangaande de bevindingen en de pathogenetische mechanismen, en de kritiek op de verschillende hoofdstukken.
Machiel Zwarts, zonder het voorbereidend werk van jouw dissertatie was de mijne er vermoedelijk nooit gekomen, bedankt voor alle hulp en meedenken, de discussies tijdens onze gezamenlijke experimenten en tijdens de uitwerking hebben in belangrijke mate bijgedragen aan de uiteindelijke inhoud.
Prof. Dr. Ir. A. den Hertog, Prof. Dr. D. Kernell en Prof. Dr. S.L.H. Notermans, voor de bereidheid zitting te willen nemen in de promotie commissie.
Prof. Dr. J.M. Minderhoud, hoogleraar directeur en opleider neurologie, voor het bieden van de mogelijkheid om (deels) 'in de baas zijn tijd' onderzoek te verrichten; voor het welslagen van zo'n onderneming is naast ideeen en begeleiding juist dit element van het grootste belang.
Thera Links, als paranimf, maar vooral als enthousiasmerende en betrokken collega, steeds in voor nieuwe ideeën en plannen, onze gezamenlijke research heeft tot mijn genoegen al weer een vervolg gevonden.
Rudi van der Ploeg, van jou leerde ik naast waardering voor lederen bekleding in klassieke engelse wagens, tevens de techniek van het kracht meten, die ook in mijn boek een belangrijke plaats inneemt.
Lukas Dijck, voor de hulp bij het oplossen van allerhande technische problemen, voor het (computermatig) uitwerken van vrijwel alle oppervlakte EMG metingen, en het programmeerwerk.
De 'EMG' laboranten Alice Burgler, Carla Klein Geltink, Janny van Marwijk, Ymie Talsma en Sonja van der Wal voor de assistentie tijdens het verrichten van het 'Troni' onderzoek, waardoor de totale onderzoeksduur wel eens wilde oplopen, deze dank geldt uiteraard ook de voormalige laboranten Anneke Vos en (aanstaand medicus) Marielle Bartholomeus.
Henk Smit, Siebe Hoekstra en Bernie Duijm, voor technische steun.
Richard Kamman, voor de correcties in de 'general comments'.
Fiete Lange, voor de prettige samenwerking, het is jou natuurlijk allang duidelijk dat er 'zeker nog wel zo'n boekje in zit'.
Coen Dobma, voor het copieerwerk.
Gregory Collins, Yvonne Larrabee en Nienke van der Hoeven voor de correcties van de Engelse (Amerikaanse) teksten.
Rob Leinders, als paranimf, maar ook voor onze periodieke bespiegelingen over 'van alles en nog wat'.
De proefpersonen, voor hun meewerking en soms tomoloze inzet.
De patiënten, voor hun bereidheid om de soms cryptische handelingen te ondergaan.
en natuurlijk Nienke, Inge, Renske en Pieter, de belangrijkste stimulans op de achtergrond.
2 april 1954 Geboren te Deventer
1960-1966 Lagere school te Deventer en Paterswolde 1966-1972 H.B.S.-B te Groningen (Heymans College)
1973-1980 Studie Geneeskunde, Rijksuniversiteit te Groningen 03-07-1980 Artsexamen
1980-1981 Dienstplichtig arts, werkzaam op het Militair Hospitaal 'Dr.A.Mathijsen' te Utrecht, afdeling Neurologie (Hoofd: W.E. Vliegenthart)
1981-1982 Arts-Hoofdassistent afd Neurochirurgie AZG (Hoofd: Prof. Dr. J.W.F. Beks) 1982-1988 Geintegreerde opleiding Neurologie AZG (Hoofd: Prof. Dr. J.M.
Minderhoud) Opleiders neurologie: Prof. Dr. J.M. Minderhoud, Prof. Dr.
H.J.G.H. Oosterhuis.
1987-1988 Aantekening KNF, opleider Prof. Dr. S. Boonstra 01-10-88 Inschrijving Specialistenregister
01-10-88 Staflid Neurologie AZG, klinische neurologie
01-04-89 Staflid Klinische Neurofysiologie AZG, tevens part-time promotieplaats 01-01-94 Vaste Staf Neurologie: Klinische Neurofysiologie
A/D Analog Digital
ALS Amyotrophic Lateral Sclerosis
ANOVA Analysis of Variance
ATP Adenosine Tri Phosphate
CK Creatine Kinase
CT Computer Tomography
CV Conduction Velocity
DC Duty Cycle
EMG Electromyography
F/S ratio Ratio between fastest and slowest I-MFCV result
Fmed Median Frequency
HOPP Hypokalemic Periodic Paralysis
Hz Hertz
I-MFCV Invasive Muscle Fiber Conduction Velocity
IEMG Integrated EMG signal
M-wave Muscular wave
MFCV Muscle Fiber Conduction Velocity
MPF Median (Power) Frequency
MR Magnetic Resonance
MRI Magnetic Resonance Imaging
MRS Magnetic Resonance Spectroscopy
MS Multiple Sclerosis
MU Motor Unit
MUAP Motor Unit Action Potential
MVC Maximal Voluntary Contraction
N Newton
NME Neuro Muscular Efficiency
PCr Phosphocreatine
Pi Anorganic Phosphate
S-MFCV Surface Muscle Fiber Conduction Velocity
SD Standard Deviation
SEM Standard Error of the Mean
SFEMG Single Fiber Electromyography
TPP Thyrotoxic Periodic Paralysis
