Onderzoek

Op 2 september 2010 promoveerde ik op mijn proefschrift getiteld Cerebral reorganization and motor imagery after flexor tendon repair. Hieronder vindt u de samenvatting. De engelstalige samenvatting bevat referenties. Het volledige proefschrift download u hier. Ander werk is te vinden in mijn Curriculum vitae.

Cerebrale reorganisatie na flexorpeesherstel

De menselijke hand is een nauwkeurig uitgebalanceerd instrument met veel sensorimotorische functies, dat ontstond gedurende een evolutie van miljoenen jaren. Met dit instrument kunnen we objecten om ons heen manipuleren en onze omgeving beïnvloeden. De dynamiek van de hand wordt voornamelijk mogelijk gemaakt door de spieren en pezen in de onderarm en de hand. De spierbuiken van deze pezen worden aangestuurd vanuit de hersenen. Daarom zijn peesletsels niet uitsluitend perifere letsels, maar hebben ze ook centrale gevolgen. De verstoorde stroom van afferente informatie ten gevolge van het letsel leidt tot een afwijkende sensorimotorische representatie van de hand in de hersenen, hetgeen vervolgens gestoorde efferente informatiestroom (motorische beheersing) veroorzaakt. Tot nu toe is bij handletsel nauwelijks onderzoek verricht naar deze perifeer-centrale samenwerking, terwijl de hand regelmatig is aangedaan.

Flexorpeesletsel is een type handletsel dat regelmatig door een handchirurg wordt behandeld. De afgelopen decennia is de operatieve techniek en postoperatieve behandeling van peesletsel sterk verbeterd, zodat tegenwoordig postoperatief meestal een normale handfunctie te verwachten is. Ondanks deze verbeteringen wordt de operatie gevolgd door enkele weken van revalidatie en intensieve ergotherapeutische behandeling.

Verdere verkorting van de behandelingsduur moet wellicht worden gezocht in de centrale gevolgen van het letsel. Tevens dient te worden nagegaan in hoeverre de therapie hierop beter kan aansluiten. Hoofdstuk 1 beschrijft de doelstellingen van dit proefschrift. Het belangrijkste doel van dit proefschrift is onderzoeken of het gebruik van motor imagery tijdens de postoperatieve behandeling van flexorpeesletsel leidt tot een sneller herstel van handfunctie. Onder motor imagery wordt verstaan het herhaald voorstellen van de beweging zonder deze daadwerking uit te voeren. Het is bekend dat het voorstellen van bewegingen tot nagenoeg dezelfde activering van hersengebieden leidt als het uitvoeren van de beweging. Voordat het effect van motor imagery kan worden onderzocht dienen eerst enkele andere vragen te worden beantwoord.

Hoofdstuk 2 van dit proefschrift beschrijft de cerebrale veranderingen als gevolg van de perifere immobilisatie met behulp van een spalk na flexorpeesherstel. Met behulp van positron emissie tomografie (PET) vonden we een duidelijke verandering in hersenactiviteit geassocieerd met vingerflexie. Na zes weken relatieve immobilisatie na flexorpeesherstel was er een toename van activering van de pariëtale cortex en gyrus cinguli. Dit verdween na zes weken actief gebruik van de hand. Terugkeer van de behendigheid werd ook geassocieerd met activering van het putamen, terwijl dit niet het geval was bij de eerste meting onmiddelijk na de spalkperiode. Hoofdstuk 3 bevestigt de bevindingen uit hoofdstuk 2 en scherpt ze verder aan. Onmiddellijk na de spalkperiode is de activering van de posterieure pariëtale cortex toegenomen, maar alleen bij linkszijdige letsels. Na actief gebruiken van de hand verdween dit effect. Veranderingen in de gyrus cinguli werden niet bevestigd in de grotere studie. Opnieuw vonden we dat activering van het contralaterale putamen en de insula bijzonder laag was onmiddellijk na de spalkperiode, terwijl deze toenam na actief gebruik van de hand.

De toegenomen activering van de pariëtale cortex wanneer patiënten hun hand weer gaan gebruiken weerspiegelt een extra beroep op de details van het eigen lichaamsschema, die grotendeels in dit gebied gerepresenteerd is. Er is als het ware meer concentratie nodig om de beweging te maken. De toegenomen activering van het putamen in de latere scans suggereert dat de eenvoudige beweging opnieuw is aangeleerd. Dit gaat gepaard gaat met een efficiëntere selectie van spieren in vergelijking tot de eerste studie: de beweging is weer automatisch geworden. Activering van de insula is gerelateerd aan efficiëntere koppeling tussen de gegeven stimulus en de geïnstrueerde respons.

Suppressie van ongewenste spiercontracties is kenmerkend bij de uitvoering van min of meer geautomatiseerde bewegingen, waarbij de basale ganglia een rol spelen. Dit werd bevestigd door onze bevindingen met EMG, die onvoldoende relaxatie toonden van de flexoren tussen seriële contracties na zes weken immobilisatie. Dit verdween na actief gebruik van de hand.

Theoretisch is het mogelijk dat de afwezigheid van activiteit in het putamen tijdens de eerste meting zoals we bij de eerste PET scan hebben gemeten de normale situatie weergeeft, terwijl de resultaten van de tweede scan overmatig oefenen weerspiegelt. Echter, hoofdstuk 4 toont met behulp van functionele magnetic resonance imaging (fMRI) aan dat ook bij gezonde proefpersonen er sprake is van activering van het contralaterale putamen bij dezelfde vingerflexiebeweging. Daarnaast was er bij deze proefpersonen bilaterale activering van de insula en geen significante activering van de pariëtale cortex. Kortom, een distributie zoals we die ook zagen bij de tweede scansessie in onze patiëntenstudie. Daarom concludeerden we dat zes weken relatieve immobilisatie van de hand tot een tijdelijk verlies van efficiënte cerebrale controle van handbewegingen leidt.

In de fMRI studie werd ook de vraag gesteld of controle van vingerflexie, meer dan vingerextensie, verankerd zit in een circuit dat wordt aangesproken bij een doelgerichte taak zoals grijpen. Van de vingers van de linkerhand werd gevonden dat flexie in tegenstelling tot extensie, gerelateerd is aan activering van de ipsilaterale (linker) pariëtale cortex. Dit lijkt aan te geven dat flexie meer aanspraak maakt op mechanismen van hogere orde motor controle dan extensie. Ten aanzien van de activering van de sensorimotorcortex waren de verschillen tussen flexie en extensie subtieler. Vingerflexie breidde zich meer lateraal uit op de convexiteit tegen de premotorcortex aan, terwijl extensie dieper in de centrale sulcus werd gevonden. Tot nu toe was de functionele segregatie van lichaamsdelen en segregatie van proximaal naar distaal bekend. Onze resultaten zijn een eerste aanwijzing dat een extra dimensie aan functionele segregatie van de primaire motorcortex bestaat, namelijk die van segregatie van antagonerende spieren van hetzelfde lichaamsdeel.

 Centrale aspecten van handfunctie

Het belangrijkste doel van dit proefschrift was om vast te stellen of motor imagery tijdens de immobilisatieperiode na flexorpeesherstel leidt tot een sneller herstel van de handfunctie. Maar eerst volgt nog iets over het meten van herstel.

Hoewel er verschillende handfunctietesten bestaan, zoals vragenlijsten, testen gericht op bewegingsmogelijkheid en andere functionele testen, concentreren deze zich meestal niet op de centrale (motor) processen die leiden tot de uitvoering van handbewegingen. In plaats daarvan wordt de nadruk vaak gelegd op het eindresultaat van de uitvoering van een taak zoals subjectieve tevredenheid, kracht of mate van succes. Heel iets anders is wanneer we zouden kijken naar de tijd die verstrijkt tussen een stimulus (b.v. een toon) en het begin van een beweging van een persoon die is geïnstrueerd om na het horen van de toon zo snel mogelijk de beweging te starten. De tijd tussen de stimuls en de respons reflecteert tot op zekere hoogte de tijd die nodig is om de beweging (in de hersenen) voor te bereiden (preparatietijd). Hoofdstuk 5 laat het gebruik zien van een eenvoudige preparatietijdprocedure om handfunctie te meten (het indrukken van een toets op een toetsenbord). Bij gezonde proefpersonen werd een hoge test-hertest betrouwbaarheidscoëfficiënt gevonden. Een ander belangrijk resultaat was dat bij gezonde proefpersonen geen verschil in preparatietijd bestond tussen de dominante en niet-dominante hand. Hierdoor was het gerechtvaardigd om bij patiënten de resultaten van de niet aangedane hand te zien als resultaat van de aangedane hand vóór het letsel. Dit betekende dat verbetering of verslechtering in de tijd gevolgd kon worden. Gezonde proefpersonen vertoonden een leereffect zes weken na de eerste meting, patiënten na flexorpeesletsel verslechterden significant. Het betrof vooral de aangedane hand, maar ook de niet-aangedane hand verslechterde. Dit ondersteunt de bevinding dat immobilisatie na flexorpeeshersel leidt tot veranderingen in de centrale aansturing van vingerbewegingen. Het meten van de preparatietijd geeft dus enig inzicht in deze centrale aansturingmechanismen van vingerflexie.

In hoofdstuk 6 werd nóg een handfunctietest gepresenteerd: één die de onderliggende processen van motorcontrole weerspiegelt. Deze test documenteert kinematische parameters die betrekking hebben op het tekenen van driehoeken op een tekentablet. De driehoek werd gekozen omdat hier richting en nauwkeurigheid een belangrijke (meetbare) rol spelen. Bij gezonde proefpersonen toonden we een lineair verband aan tussen snelheid en nauwkeurigheid van tekenen. Dit maakte het mogelijk om een afwijking (onnauwkeurigheid) bij een standaardsnelheid te berekenen, zodat verschillende metingen vergeleken konden worden. We vonden een hoge test-hertest betrouwbaarheidscoëfficiënt. Daarnaast werd gevonden dat de dominante hand beter presteerde dan de niet dominante hand, hetgeen wijst op sensitiviteit voor behendigheid. Dit werd verder ondersteund door het feit dat patiënten met peesletsel na zes weken spalktherapie slechter presteerden met hun geopereerde hand dan met hun niet geopereerde hand. Nog eens zes weken later was dit verschil verdwenen. Dit is de eerste studie die aantoonde dat analyse van kinematische parameters gebruikt kan worden voor het onderzoeken van functionele verbetering na peesherstel.

 Motor imagery na flexorpeesletsel

De eerdergenoemde en andere handfunctietesten werden gebruikt om de effecten van motor imagery vast te stellen tijdens de revalidatieperiode na flexorpeesherstel (hoofdstuk 7). De resultaten geven aan dat motor imagery inderdaad de handfunctie verbetert op het niveau van de aansturing van de beweging. Dit blijkt uit de verandering in preparatietijd, zonder beìnvloeding van andere (perifere) modaliteiten. Proefpersonen in de motor imagery groep hadden ernstiger handletsel dan de proefpersonen in de controlegroep. Dit kan hebben geleid tot een onderschatting van de effecten van motor imagery. Een grotere studie of een case controlled studie kunnen deze factor elimineren en leveren ook meer power op.

Aangezien motor imagery primair een centraal proces is, was het geen verassing dat er wel een centraal effect werd gevonden en geen effect op perifere kenmerken zoals spierkracht of bewegingsmogelijkheden  Dit komt overeen met resultaten van eerder uitgevoerde studies met gezonde proefpersonen, waarbij vergelijkbare effecten op de preparatietijd werden gevonden.

Motor imagery wordt al daadwerkelijk gebruikt bij de revalidatie bij aandoeningen van het centrale zenuwstelsel, maar tot op heden zijn er geen studies verschenen op het gebied van peeschirurgie.

 Conclusies en toekomstperspectieven

De algemene conclusie en discussie van dit proefschrift zijn te vinden in hoofdstuk 8. Hierin wordt gesteld dat het aannemelijk is dat de gevonden centrale effecten van immobilisatie na peesherstel gegeneraliseerd kunnen worden naar alle therapieën waarbij immobilisatie wordt toegepast. Vanuit neurowetenschappelijk oogpunt is het daarom belangrijk om immobilisatie te voorkomen en wanneer dit niet mogelijk is de duur tot een minimum te beperken. Als immobiliseren vanwege de aard van het letsel onvermijdbaar is, kan motor imagery worden gebruikt als aanvullende therapie om de premorbide cerebrale organisatie te behouden tijdens de immobilisatieperiode zodat de nadelige effecten hiervan kunnen worden tegengegaan door het systeem offline informatie aan te bieden.

Het verdient aanbeveling om nader te onderzoeken of motor imagery de revalidatieperiode kan verkorten. De revalidatieperiode na flexorpeesletsel is lang. Verkorting hiervan levert duidelijk socio-economisch voordeel op.

Toekomstig onderzoek zou zich ook meer basaal moeten bezighouden met het ontrafelen van de wisselwerking tussen de basale ganglia en verschillende corticale gebieden tijdens immobilisatie. Één van de belangrijkste vraagstukken is óf en hoe motor imagery het functionele verval in de basale ganglia kan voorkomen. Ook moet worden onderzocht of het activeringspatroon dat in verband staat met motor imagery van een afzonderlijke beweging tijdens de periode dat deze beweging niet werkelijk kan (mag) worden uitgevoerd duidelijk blijft bestaan. Dit kan worden onderzocht met seriële hersenscans van gezonde proefpersonen en patiënten na flexorpeesherstel waarbij een motor imagery groep en een controle groep worden vergeleken.

Laatste update: 25 april 2010