Neurologie & Rehabilitation Hippocampus Verlag Bad Honnef

ZEITSCHRIFTEN / Neurologie & Rehabilitation / Archiv / 2009 1 / abstract 5

Neurol Rehabil 2009; 15 (1): 28-38 Methodik

RPMS als Stimulationsmethode zur Rehabilitation sensomotorischer Defizite an Arm und Hand als Folge von zerebralen Läsionen

A. Struppler, B. Angerer, B. Gebhard
Forschungsgruppe Sensomotorische Integration, Technische Universität München
Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung:
Unser Ziel ist die Rehabilitation gestörter Zielbewegungen von Hand und Fingern (Reichen und Greifen) infolge einer Störung der sensomotorischen Integration, z. B. nach Schlaganfall. Unser Konzept basiert auf der Aktivierung von Reorganisationsprozessen im ZNS durch Induzierung eines propriozeptiven Zustroms mittels repetitiver peripherer Magnetstimulation (RPMS). Die Magnetpulse werden im Bereich der sensomotorischen Endaufzweigungen der relevanten Muskeln appliziert, die sich infolge der Depolarisation markhaltiger Nervenfasern kontrahieren. Hierdurch entstehen ein inadäquater Zustrom zum ZNS durch Aktivierung sensomotorischer Afferenzen sowie ein adäquater Zustrom durch Aktivierung von Mechanorezeptoren.
Zunächst werden die neurophysiologischen Grundlagen der Wirkungsmechanismen der RPMS innerhalb der sensomotorischen Integration an Gesunden untersucht. Hierbei werden insbesondere die unterschiedlichen Ausbreitungsmechanismen und Rekrutierungseigenschaften von peripherer Elektro- und Magnetstimulation differenziert. Daneben wird auch die Wirkung der RPMS auf die tonische Bewegungskomponente an Gesunden eingehend betrachtet, wobei eine Wirkung der RPMS auf kortikaler Ebene nachgewiesen werden kann. Im Rahmen zahlreicher klinischer Studien an Patienten konnte gezeigt werden, dass der RPMS-induzierte Zustrom modulierende Effekte auf spinaler, supraspinaler und kortikaler Ebene hat. Der Therapieeffekt konnte bei drei unterschiedlichen sensomotorischen Leistungen nachgewiesen werden: Spastische Parese, Zielmotorik (Asynergie und Dysmetrie) und kognitive Funktionen (taktil, spatial und visuo-spatial). Hierbei konnten auch nach langer Latenz merkliche Verbesserungen erzielt und erhalten werden.
Durch Entwicklung und Anwendung ingenieurwissenschaftlicher Methoden soll einerseits der therapeutische Nutzen der RPMS weiter gesteigert und andererseits die Therapieevaluierung verbessert werden. Durch positionsgeregelte Induktion funktioneller Bewegungen wird der propriozeptive Zustrom optimiert und durch Anwendung von Systemidentifikationsmethoden werden Patientenparameter wie z. B. die Muskelermüdung oder die Spastizät extrahiert. Als Basis hierfür wird ein Gesamtmodell der RPMS-induzierten Bewegung erarbeitet.
Ausgehend von den bisher ausgearbeiteten Studienergebnissen ist es naheliegend, mittels funktioneller Bildgebung den Einfluss der RPMS auf die Aktivität des Kleinhirns in einer weiterführenden Studie zu analysieren. Dabei sollen nicht nur Asynergie und Dysmetrie, sondern auch Ataxien verschiedenster Genese weiter erforscht werden. Neben den weiteren Untersuchungen auf der Kleinhirnebene stellt auch die tiefergehende Untersuchung der RPMS-Wirkung bei räumlich-kognitiven Störungen bis hin zum propriozeptiv-spatialen Neglect einen wichtigen Schwerpunkt dar.
Schlüsselwörter: periphere Magnetstimulation, sensomotorische Integration, Zielbewegungen, Neurorehabilitation

Repetitive peripheral magnetic stimulation (RPMS) as a method for the rehabilitation of sensorimotor deficits of hand and arm following cerebral lesions

A. Struppler, B. Angerer, B. Gebhard

Abstract
Our goal is the rehabilitation of learned goal-directed hand and finger movements like reaching and grasping following localized brain lesions of vascular or traumatic origin. As known, highly controlled skilled motor tasks especially manipulation and explorations seldom recover sufficiently. The rehabilitation has to lead to a reduction of spasticity and to a facilitation of voluntary motor activity.
Our concept is based on an activation of reorganization processes in the CNS (neuromodulation and plasticity) by induction of a proprioceptive inflow to the CNS corresponding physiologically to the lost inflow during active movements. For this purpose the repetitive peripheral magnetic stimulation (RPMS) is used. The magnetic field pulses are applied at the innervation zone of the respective muscles. Thus the sensory terminal branches are depolarized and an adequate input by means of activation of mechanoreceptors as well as an inadequate input by antidromic conduction is elicited.
First the neurophysiological bases of the effectiveness of RPMS within sensorimotor integration are analysed on healthy subjects. Here the different mechanisms of spreading and recruitment order of the motor units are distinguished. Furthermore the effect of RPMS on the tonic component of movements is investigated on healthy subjects. Hereby an effect of the RPMS on cortical level could be shown.
Numerous clinical studies have shown that the RPMS induced proprioceptive inflow causes effects of neuronal modulation in supraspinal and cortical level. The therapeutically effect could be shown in three different sensorimotor performances: spastic paresis, goal directed movements (asynergy and dysmetry) and cognitive performances (explorative, spatial and visuo-spatial). Hereby remarkable and long lasting improvements could be demonstrated.
Simultaneous to the neurophysiological and therapeutic investigations, biomedical engineering methods are used to increase the therapeutic outcome and assist the evaluation of the therapeutic effect. On one hand the elicited proprioceptive input is optimized by the induction of reciprocal antagonistic compound movements like reaching and grasping. Therefore the RPMS is integrated into a closed loop control. On the other hand, methods of modelling and system identification are used in order to customize the closed loop control and to extract patient specific data such as the level of spasticity or muscular fatigue.
In conduction of our previous results the influence of the RPMS on cerebellar activity will be investigated in a function neuroimaging study. In this context not only asynergy and dysmetry but also ataxia of different origins has to be taken into account. Beside these investigations on cerebellar level also further investigations on the effects of the RPMS on spatial-cognitive deficits (up to proprioceptive-spatial neglect) will be done.
Key words: peripheral magnetic stimulation, sensorimotor integration, goal directed movements, neurorehabilitation

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