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20. Wissenschaftliche Jahrestagung der DGPP Deutsche Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie

Deutsche Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie e. V.

12. bis 14.09.2003, Rostock

Untersuchung zur kortikalen Repräsentation innerer und äußerer Kehlkopfmuskeln beim Menschen mittels kortikaler transkranieller Magnetstimulation

Vortrag

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  • corresponding author Ralph Rödel - Georg-August-Universität Göttingen, Abt. HNO-Heilkunde, Robert-Koch-Str. 40, 37075 Göttingen, Tel.: 0551/ 392801; Fax 0551/ 392809
  • author Arno Olthoff - Georg-August-Universität Göttingen, Abt. Phoniatrie und Pädaudiologie, Robert-Koch-Str. 40, 37075 Göttingen, Tel.: 0551/ 392811; Fax 0551/ 392809
  • author Frithjof Tergau - Georg-August-Universität Göttingen, Abt. Klinische Neurophysiologie, Robert-Koch-Str. 40, 37075 Göttingen, Tel.: 0551/ 396650
  • author Eberhard Kruse - Georg-August-Universität Göttingen, Abt. Phoniatrie und Pädaudiologie, Robert-Koch-Str. 40, 37075 Göttingen, Tel.: 0551/ 392811; Fax 0551/ 392809

Deutsche Gesellschaft für Phoniatrie und Pädaudiologie. 20. Wissenschaftliche Jahrestagung der DGPP. Rostock, 12.-14.09.2003. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2003. DocV10

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgpp2003/03dgpp016.shtml

Veröffentlicht: 12. September 2003

© 2003 Rödel et al.
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Zusammenfassung

Hintergrund: Beobachtungen zur kortikalen Repräsentation der Kehlkopfmuskulatur basieren v. a. auf tierexperimentellen Untersuchungen. Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) ermöglicht als nicht-invasives Verfahren die Stimulation des motorischen Kortex beim Menschen. Hierbei besteht die Möglichkeit, Muskelantworten in Zielmuskeln auszulösen und das zugehörige kortikale Repräsentationsareal zu charakterisieren. Methode: An zwei Gruppen gesunder freiwilliger Normalpersonen wurde das Amplitudenverhalten von Muskelantworten aus dem M. cricothyreoideus bzw. M. vocalis nach kortikaler TMS in Abhängigkeit von der Spulenposition auf der Schädeloberfläche entlang der Interaurallinie untersucht und mittels geeigneter Kenngrößen charakterisiert. Ergebnisse: Trotz Überlappung der Spulenpositionen, von denen Antworten in beiden Muskeln ausgelöst werden konnten, zeigen die zugehörigen Kenngrößen beider Zielmuskeln statistisch signifikante Unterschiede (p<0.05), wobei das kortikale Repräsentationsareal des M. cicothyreoideus im Vergleich zum M. vocalis offenbar weiter medial angeordnet erscheint. Fazit: Die kortikale TMS ermöglicht beim Menschen eine Charakterisierung der kortikalen Repräsentation innerer und äußerer Kehlkopfmuskeln. Diese Daten sind sowohl für die Differenzialdiagnostik von Stimmlippenlähmungen als auch zur Untersuchung der laryngealen Doppelfunktion von Interesse.


Text

Einleitung

Die von Barker et al. [1] vorgestellte transkranielle Magnetstimulation (TMS) ermöglicht die schmerzlose, nicht-invasive Stimulation von Nervengewebe mittels einer Magnetspule. Durch Erregung der motorischen Großhirnrinde ist es möglich, Summenaktionspotenziale von entsprechenden Zielmuskeln abzuleiten und eine Charakterisierung kortikaler Repräsentationsareale vorzunehmen. Auf diese Weise kann die somatotope Gliederung des motorischen Kortex nachvollzogen werden [2]. Für den N. facialis konnte von uns gezeigt werden, dass mit diesem Verfahren sogar eine Untergliederung des kortikalen Repräsentationsareals in einzelne Muskelgruppen (Stirn - Augenpartie -Unterlippe) gelingt [3].

Die vorliegende Untersuchung befasst sich mit der Fragestellung, inwieweit die kortikale TMS beim Menschen eine Charakterisierung und ggf. Abgrenzung kortikaler Repräsentationsareale innerer und äußerer Kehlkopfmuskeln gestattet.

Probanden und Methode

An zwei Gruppen gesunder, freiwilliger Normalpersonen (Gruppe A: 6 männliche Probanden, mittleres Alter 32,8 [22-59] Jahre, Median 24,5 Jahre; Gruppe B: 3 weibliche und 3 männliche Probanden, mittleres Alter 30,2 [23-45] Jahre, Median 26 Jahre) wurde das Amplitudenverhalten von Muskelantworten aus dem M. cricothyreoideus (ct) als äußerer Kehlkopfmuskel (Gruppe A) bzw. aus dem M. vocalis (voc) als innerer Kehlkopfmuskel (Gruppe B) in Abhängigkeit von der Spulenposition auf der Schädeloberfläche untersucht. Alle Versuchspersonen wurden zuvor eingehend über die Untersuchung aufgeklärt. Die Untersuchungen erfolgten mit Zustimmung der Ethik-Kommission der Universität Göttingen.

Als Magnetspule wurde eine fokale 70-Millimeter-Doppelspule verwendet, deren Zentrum in 1cm-Abständen entlang der Interaurallinie auf der Schädeloberfläche in einem Bereich zwischen 1 und 13cm lateral des Vertex bewegt wurde. Bei jedem Probanden wurden beide Hemisphären untersucht. Als Magnetstimulator verwendeten wir ein Magstim 200 HP-Gerät (Magstim Co. Ltd, Whitland, U.K.). Die Ableitungen der einzelnen Muskelantworten erfolgte ohne Vorinnervation jeweils bilateral mittels bipolarer Nadelelektroden (ct) bzw. von endolaryngeal mittels Hooked-Wire-Elektroden (voc). Die Auswertung der einzelnen Muskelantworten führten wir mit Hilfe eines computergestützten EMG-Gerätes (System Myo Quick, Fa. Micromed, Gundelfingen/Freiburg) durch. Von jeder Stimulusposition erfolgten zwei aufeinanderfolgende kortikale Reizungen, wobei jeweils der gemittelte Amplitudenwert einer Spulenposition für die weitere Auswertung herangezogen wurde.

Zur Charakterisierung des jeweiligen kortikalen Repräsentationsareals wurden folgende Kenngrößen definiert:

- mittlere amplitudengewichtete Stimulusposition CC = ∑ Ai x di / Ai ; mit: A = relative Amplitude, d = Spulenabstand vom Vertex / cm, i = Spulenposition auf der Interaurallinie,

- optimale Stimulusposition OPS / cm Abstand vom Vertex,

- Amplitudenhöhe bei OPS / mV.

Zur Ermittlung der individuellen Reizstärke wurde zunächst bei jedem Probanden die optimale Spulenposition OPS mit maximaler Amplitude bestimmt und die Reizstärke am Magnetstimulator soweit reduziert, bis keine reproduzierbaren Muskelantworten mehr registriert werden konnten. Ausgehend von diesem Wert wurde für die weiteren Messungen die Stimulusintensität um 20% erhöht. Die statistische Auswertung der Messergebnisse erfolgte mit Hilfe des t-Tests für verbundene bzw. unverbundene Stichproben.

Ergebnisse

Bei allen Probanden konnten nach kortikaler TMS bilaterale Muskelantworten im M. cricothyreoideus (Gruppe A) bzw. M. vocalis (Gruppe B) abgeleitet werden [Abb. 1]. Trotz einer beträchtlichen Überlappung der Spulenpositionen, von denen Muskelantworten in beiden Zielmuskeln abgeleitet werden konnten [Abb. 2], zeigten sich statistisch signifikante Unterschiede für die Kenngrößen CC und OPS, die darauf hindeuten, dass das kortikale Repräsentationsareal für den M. cricothyreoideus im Vergleich zum M. vocalis weiter medial angeordnet ist [Abb. 3]. Der Vergleich der Muskelantworten nach Stimulation des rechten bzw. linken Hemikortex erbrachte für die untersuchten Zielgrößen keine signifikanten Unterschiede (p>0,05), so dass für die weitere Auswertung die jeweiligen Mittelwerte herangezogen wurden.

Diskussion

Thumfart et al. [4] berichteten über die Möglichkeit, Muskelantworten in Kehlkopfmuskeln nach kortikaler TMS auszulösen. Wir beobachteten nach kortikaler TMS reproduzierbare, bilaterale Muskelantworten, ähnlich wie sie auch von Khedr und Aref [5] für M. cricothyreoideus und M. thyro-arytaenoideus beschrieben wurden. Dies deutet auf die Existenz bilateraler deszendierender kortiko-nukleärer Bahnen zwischen der motorischen Großhirnrinde und den zur Larynxmuskulatur gehörenden Motoneuronen des N. vagus hin.

Eine nähere Charakterisierung der kortikalen Repräsentation der Larynxmuskulatur beim Menschen mittels TMS ist uns aus der Literatur bisher nicht bekannt. Beobachtungen nach direkter Kortexstimulation [6] deuten darauf hin, dass sich das Repräsentationsareal der Kehlkopfmuskeln lateral des Repräsentationsareals für die Zungenmuskulatur befindet. Nach tierexperimentellen Untersuchungen [7] erscheint das Repräsentationsareal des Larynx am Fuß des Gyrus praecentralis rostral angeordnet. Diese Angaben einer weit lateral gelegenen Lokalisation des laryngealen Repräsentationsareals stehen zumindest für den M. cricothyreoideus im Gegensatz zu unseren Beobachtungen, sofern die Parameter OPS und CC dem tatsächlichen Repräsentationszentrum entsprechen. Wir ermitteln für die Antworten dieses Muskels eine optimale Spulenposition in einem Bereich von ca. 7,5cm lateral des Vertex. In einer ähnlichen Größenordnung liegt auch der von Khedr und Aref [5] ermittelte Wert von ca. 8cm lateral und 1cm rostral des Vertex. Die Autoren differenzierten dabei jedoch nicht zwischen inneren und äußeren Kehlkopfmuskeln.

Trotz der kleinen Probandenkollektive war es möglich, mit Hilfe der Kenngrößen CC und OPS eine statistisch signifikante Differenzierung der stimulierbaren Kortexareale des M. cricothyreoideus und des M. vocalis vorzunehmen. Dies weist auf zwei unterschiedliche und voneinander abgrenzbare kortikale Repräsentationsareale hin, wobei der M. cricothyreoideus weiter medial repräsentiert erscheint.


Literatur

1.
Barker AT, Jalinous R, Freeston IL: Non-invasive magnetic stimulation of the human motor cortex. Lancet 1985;1:1106-7.
2.
Wassermann EM, McShane LM, Hallett M, Cohen LG: Noninvasive mapping of muscle representations in human motor cortex. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 1992;85:1-8.
3.
Rödel RMW, Laskawi R, Markus H: Cortical Representation of the orbicularis oculi muscle as assessed by transcranial magnetic stimulation (TMS). Laryngoscope 2001;111:2005-11.
4.
Thumfart WF, Pototschnig C, Zorowka P, Eckel HE: Electrophysiologic investigation of lower cranial nerve diseases by means of magnetically stimulated neuromyography of the larynx. Ann Otol Rhinol 1992;101;629-34.
5.
Khedr EM, Aref EM: Electrophysiological study of vocal-fold mobility disorders using a magnetic stimulator. Eur J Neurol 2002;9;259-67.
6.
Steinmetz H: Motorischer Kortex. Anatomisch-funktionelle Organisation. In: Meyer BU (Hrsg.) Magnetstimulation des Nervensystems. Berlin; Heidelberg; NewYork; London; Paris; Tokyo; Hong Kong; Barcelona, Budapest: 1992;10-5.
7.
Hast MH, Fischer M, Wetzel AB, Thompson VE: Cortical motor representation of the laryngeal muscles in macaca mulatta. Brain Res 1974;73;229-40.