Einführung

Ein Schlaganfall führt häufig zu anhaltenden sensomotorischen Beeinträchtigungen der oberen Gliedmaßen (UL), wobei die herkömmliche Rehabilitation nur begrenzt wirksam ist - zum Teil, weil die zugrunde liegenden Defizite der motorischen kontrolle nur unzureichend angegangen werden. Die derzeitigen klinischen Messungen erfassen oft nicht die subtilen Veränderungen der Beeinträchtigung, was den Bedarf an objektiveren Biomarkern für Spastizität nach einem Schlaganfall deutlich macht.

Um die klinische Praxis auf die neurophysiologische Theorie zu stützen, werden wir in dieser Übersicht zwei konkurrierende Konzepte der motorischen Kontrolle und ihre Auswirkungen auf die Genesung nach einem Schlaganfall analysieren.

The Computational Approach - Diese Theorie vergleicht die motorische kontrolle mit einem Robotersystem, bei dem das Gehirn anhand interner Modelle präzise motorische Befehle (z.B. Gelenkwinkel, Muskelkräfte) vorausberechnet. Es wird davon ausgegangen, dass das Nervensystem die exakten neuronalen Inputs, die zur Erzeugung einer gewünschten Bewegung erforderlich sind, invers berechnen kann. Dieser Ansatz kämpft jedoch mit grundlegenden biologischen Realitäten. Motoneuronen arbeiten nach dem Prinzip der Schwellenwerte - entweder sie feuern oder sie tun es nicht -, was es unmöglich macht, Befehle für Aktionen wie isometrische Kontraktionen (z. B. das Drücken gegen ein unbewegliches Objekt) oder Bewegungen, die keine EMG-Aktivität auslösen, genau zurückzuentwickeln. Darüber hinaus erklärt das Modell nicht, wie sich Bewegungen nahtlos an die Unvorhersehbarkeit der realen Welt anpassen, z. B. beim Auffangen eines fallenden Objekts.

Referent Control Theory (RCT ) - Die RCT geht auf die Beschränkungen der Rechenleistung ein, indem sie eine grundlegend andere Strategie vorschlägt: Anstatt spezifische Befehle zu berechnen, kontrolliert das Nervensystem die Bewegung, indem es die Aktivierungsschwellen (λ) für die Muskeln anpasst. Stellen Sie sich λ als einen Thermostat-Sollwert für Muskeln vor - so wie sich eine Heizung einschaltet, wenn die Raumtemperatur unter den Schwellenwert fällt, werden Muskeln nur aktiviert, wenn sie über ihre λ hinaus gedehnt werden (z. B. ein Bizeps, der bei 90° Ellbogenflexion aktiviert wird). Diese Schwellenwerte bestimmen dynamisch, wie die Muskeln auf Wechselwirkungen mit der Umwelt reagieren, wobei die tonische Dehnung

Die Reflex-Schwelle (TSRT) - klinisch messbar in den Gelenken - dient als direkter Marker für dieses Kontrollsystem. Nach einem Schlaganfall äußert sich die beeinträchtigte Schwellenregulierung in Form von Spastizität (wenn λ an langen Muskeln "hängen bleibt", was zu Spastizität führt) oder Schwäche (wenn λ nicht auf kurze Muskeln umschalten kann). Entscheidend ist, dass die RCT erklärt, warum das Training innerhalb der intakten "aktiven Kontrollzone" eines Patienten (unter Vermeidung von Spastikschwellen) die Kinematik verbessert (Levin, 2023): Es richtet die Therapie auf die angeborene schwellenbasierte Logik des Nervensystems aus.

Siehe Abbildung 1 für eine schematische Darstellung des schwellenwertbasierten Mechanismus der TSRT und seiner klinischen Auswirkungen auf die Bewertung von Spastizität.

Ziel der Studie: Untersuchung der Beziehungen zwischen TSRT/μ und klinischen UL-Spastik-/Motorik-Scores bei akutem/chronischem Schlaganfall, um zu prüfen, ob diese Maße sensomotorische Defizite besser widerspiegeln und Biomarker für Spastizität nach einem Schlaganfall liefern.

Methoden

In der Studie wurden physiologische und klinische Messwerte aus acht Studien analysiert. Zu den physiologischen Messungen gehörten der Schwellenwinkel des tonischen Dehnungsreflexes (TSRT) und μ (Geschwindigkeitssensitivität), während die klinischen Bewertungen die Modifizierte Ashworth-Skala (MAS) für Spastizität und die Fugl-Meyer-Bewertung für die obere Extremität (FMA-UE) für motorische Beeinträchtigungen umfassten.

Drei Studien umfassten mehrere Auswertungen pro Teilnehmer (≥3 Vor-/Nachbewertungen). Zwei weitere Studien enthielten zwei Auswertungen pro Teilnehmer (vorher/nachher), und drei weitere Studien enthielten eine einzige Auswertung.

Das Thema

An der Studie nahmen Personen im Alter von 18 bis 80 Jahren teil, die einen ischämischen oder hämorrhagischen Schlaganfall in einer der beiden Hemisphären erlitten hatten, der zu einer Parese des Arms führte (Chedoke-McMaster Arm Scale Score 2- 6/7). Die teilnahmeberechtigten Personen konnten ihren Ellbogen freiwillig um mindestens 30° beugen oder strecken und wiesen einen erhöhten Widerstand gegen passive Dehnung der Ellbogenbeuger auf (modifizierte Ashworth-Skala > 1). Die meisten Teilnehmer (sechs Studien) befanden sich in der chronischen Phase des Schlaganfalls (>6 Monate nach dem Schlaganfall). Demografische Daten (d. h. Alter, Geschlecht, Chronizität des Schlaganfalls, Art und Lage/Seite der Läsion) wurden in jeder Studie erhoben und sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Ansatz der Messungen

In den Studien wurde die Spastizität mit dem Montreal Spasticity Measure (MSM) gemessen, das EMG-Sensoren am Bizeps und Trizeps mit einem Elektrogoniometer kombiniert, um die Bewegungen des Ellbogens zu verfolgen. Die Arme der Teilnehmer wurden mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten passiv gedehnt, während die Reaktionen der Muskeln aufgezeichnet wurden. Diese Methode ermöglichte die Berechnung von zwei kritischen Biomarkern für Spastizität nach einem Schlaganfall: die Schwelle des tonischen Dehnungsreflexes (TSRT) und die Sensitiviät der Geschwindigkeit (μ).

Erläuterung der wichtigsten Metriken

TSRT (Tonic Dehnung Reflex Threshold)

Gemessen in Grad, stellt der TSRT den Winkel des Gelenks - am Ellbogen - dar, bei dem ein Muskel beginnt, der Dehnung zu widerstehen, ohne dass eine bestimmte Geschwindigkeit der Bewegung angewendet wird. Bei Personen, die einen Schlaganfall erlitten haben, spiegeln abnormale TSRT-Werte eine beeinträchtigte motorische kontrolle wider. Höhere TSRT-Werte deuten auf eine erhöhte Spastik (überaktive Reflexe) hin, während niedrigere Werte auf einen reduzierten Gelenkbereich hinweisen, in dem eine abnormale Aktivierung der Muskeln auftritt.

μ (Sensitivisierung der Geschwindigkeit)

Der μ-Wert wird in Sekunden gemessen. Dieser Indikator zeigt an, wie sich zunehmende Dehnungsgeschwindigkeiten auf die Schwelle auswirken, ab der die Muskeln reflexartig aktiviert werden, d. h. wie schnellere Dehnungen zu früheren Reflex-Reaktionen führen (bei kleineren Gelenkwinkeln). Ein niedriger μ-Wert deutet auf eine geringere Erregbarkeit des Dehnungsreflexes hin, was bedeutet, dass das Nervensystem besser in der Lage ist, sich an unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeiten anzupassen. Dies ist ein Zeichen für eine verminderte Spastizität.

DSRT (Dynamic Dehnung Reflex Threshold)

Dabei handelt es sich um die tatsächlichen Reflex-Schwellenwerte, die bei bestimmten Geschwindigkeiten der DEHNUNG gemessen werden. Durch das Testen mehrerer Geschwindigkeiten und das Aufzeichnen der DSRTs können die Forscher sowohl die TSRT (wo die Trendlinie die Nullgeschwindigkeit schneidet) als auch μ (die Steigung der Linie) bestimmen.

Verlässlichkeit und klinische Signifikanz

Das MSM-System zeigt eine hohe Zuverlässigkeit bei den TSRT-Messungen, die über alle Tester und Sitzungen hinweg konsistent sind. Eine klinisch bedeutsame Verbesserung entspricht einer TSRT-Veränderung von 6,8°-11,2°. Während höhere TSRT-Winkel und niedrigere μ-Werte im Allgemeinen auf eine geringere Spastik und eine bessere motorische Funktion nach der Rehabilitation hindeuten, sind umfassende Zuverlässigkeitsdaten für μ nach wie vor nicht verfügbar.

Klinische Maßnahmen

Zur Bewertung der motorischen Funktion und der Spastizität wurden zwei gängige Instrumente verwendet. Die modifizierte Ashworth-Skala (MAS) bewertet, wie viel Widerstand ein Muskel der Dehnung entgegensetzt, unabhängig von der Geschwindigkeit. Dabei wird eine 6-Punkte-Skala von 0 bis 4 verwendet, wobei höhere Werte mehr Widerstand bedeuten. Obwohl es schnell und einfach in der Anwendung ist, ist die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des MAS begrenzt, insbesondere in Abhängigkeit vom getesteten Muskel.

Das Fugl-Meyer Assessment für die obere Extremität (FMA-UE) ist ein zuverlässigeres und detaillierteres Instrument. Er misst Arm- und Handbewegungen, Reflexe und Koordination. Die Gesamtpunktzahl reicht von 0 bis 66, wobei 66 für eine normale Bewegung steht. Die Forscher erfassten auch speziell die Ergebnisse von Abschnitt A des Tests (von 36 Punkten), der sich auf die Bewegungen und Reflexe von Schulter und Ellbogen konzentriert.

Statistische Analyse

In der Studie wurde mittels Regressionsanalyse ermittelt, inwieweit TSRT und μ (unabhängige Variablen) die Varianz in der Funktion der oberen Gliedmaßen (FMA-UE-Scores) erklären. DSRTs wurden ausgeschlossen, da sie nur zur Berechnung der TSRT verwendet wurden. Die Analysen wurden mit SPSS v29 auf Multikollinearität (r≥0,7), Heteroskedastizität und Ausreißer kontrolliert (p<0,05). Auf diese Weise wurde der Vorhersagewert dieser Spastikmaße für motorische Beeinträchtigungen ermittelt.

Die angewandte statistische Analyse wird im Abschnitt Reden Sie mit mir über Nerds ausführlicher erläutert.

Ergebnisse

Die Analyse umfasste die Daten von 120 Schlaganfallpatienten (Durchschnittsalter 60,3±13,7 Jahre) mit ischämischen/hämorrhagischen kortikalen oder subkortikalen Läsionen, die zu Hemiplegie/Paresie führten. Die Teilnehmer befanden sich in akuten, subakuten und chronischen Phasen der Genesung. Wichtigste Ergebnisse:

• In der chronischen Phase gab es deutlich mehr Männer
• Keine Unterschiede in der Schwere der BEEINTRÄCHTIGUNG der oberen Gliedmaßen zwischen den Phasen
• Die Altersverteilung war in den Gruppen ähnlich

TSRT-Unterschiede zwischen den Schlaganfallphasen

Die Analyse ergab signifikante Unterschiede in der Schwelle des tonischen Dehnungsreflexes (TSRT) zwischen den Gruppen mit akutem/frühzeitigem subakutem (1-90 Tage), spät-subakutem und chronischem Schlaganfall. Post-hoc-Vergleiche ergaben, dass die akute/frühe subakute Gruppe eine um 16,64° höhere TSRT aufwies als die chronische Gruppe, was auf eine stärkere Spastik in der Frühphase des Schlaganfalls hindeutet.

SENSIBILISIERUNG DER GESCHWINDIGKEIT (μ) ERGEBNISSE

Für die Sensitiviät der Geschwindigkeit (μ) wurden keine signifikanten Gruppenunterschiede zwischen den Schlaganfallphasen festgestellt. Dies deutet darauf hin, dass die Anpassungen der Dehnungsreflexe an die Bewegungsgeschwindigkeit während der gesamten Genesung bestehen bleiben.

Überblick über klinische Maßnahmen

Während die Gesamtfunktion der oberen Gliedmaßen (FMA-UE total) in allen Genesungsphasen ähnlich beeinträchtigt blieb, zeigten akute/subakute Patienten eine signifikant schlechtere willkürliche Bewegung (FMA-UE_A) als chronische Patienten, während chronische Fälle eine schwerere Spastik (MAS) aufwiesen.

Beziehung zwischen TSRT/μ und klinischen Maßnahmen

Die Heatmap-Analyse zeigte deutliche Beziehungen zwischen Spastik und Motorik während der Genesung nach einem Schlaganfall. Bei allen Patienten korrelierte eine höhere TSRT (Reflexschwelle) mit einer erhöhten Sensitivität der μ-Geschwindigkeit, während beide Werte mit der Zeit nach dem Schlaganfall und der Schwere der Spastik abnahmen. Insbesondere der starke positive Zusammenhang zwischen μ und freiwilliger Bewegung deutet darauf hin, dass er am besten frühe Defizite in der motorischen kontrolle erfasst.

• Akut/subakut: TSRT und μ wiesen die engste Kopplung auf, wobei beide stark mit MAS und Chronizität verbunden waren, was ihre klinische Relevanz bei der Früherkennung unterstreicht.
• Spät-Subakut: Nur MAS und die Gesamtmotorik korrelierten negativ, was die zunehmende funktionelle Auswirkung der Spastizität unterstreicht.
• Chronisch: TSRT korrelierte sowohl mit μ als auch mit der Gesamtfunktion (FMA-UE_total), während die Korrelation von μ mit der freiwilligen Kontrolle tendenziell positiv, aber nicht signifikant war.

Ergebnisse der multiplen Regressionsanalyse

Die Forscher analysierten mittels multipler Regression, wie Spastik-Biomarker nach Schlaganfall (TSRT- und μ-Werte) die Varianz in der motorischen Beeinträchtigung der oberen Gliedmaßen, gemessen anhand der FMA-UE-Subskalen, vorhersagen.

FMA-UE_A (Motorische Kontrolle von Schulter und Ellbogen)

Das Regressionsmodell sagte 72,0 % der Varianz der FMA-UE_A-Werte signifikant voraus. Sowohl TSRT als auch μ waren signifikante Prädiktoren, was darauf hindeutet, dass höhere Reflexschwellen (TSRT) und eine geringere SENSIBILISIERUNG der Geschwindigkeit (μ) mit einer besseren willentlichen Kontrolle der Bewegung verbunden waren.

FMA-UE_Total (Gesamtfunktion der oberen Gliedmaßen)

Das Modell erklärte 68,7 % der Varianz der gesamten motorischen Funktion der oberen Gliedmaßen. TSRT war ein starker und signifikanter Prädiktor, während μ keinen bedeutenden Beitrag zu dem Modell leistete. Dies deutet darauf hin, dass die TSRT zwar stark mit der allgemeinen motorischen Genesung zusammenhängt, die Sensitiviät der Geschwindigkeit (μ) jedoch keinen unabhängigen Einfluss auf die globale Funktion der oberen Gliedmaßen hat.

Fragen und Gedanken

Warum ist das wichtig?

Für die Forschung:

Diese Studie bringt die Theorie der motorischen kontrolle voran, indem sie zeigt, wie die referentielle KONTROLLIERTE STUDIE (RCT) die wichtigsten Beschränkungen von Berechnungsmodellen aufhebt. RCT bietet einen physiologisch fundierten Rahmen, in dem Bewegung durch Interaktionen zwischen dem Nervensystem, den muskuloskelettalen Eigenschaften und den Umweltbedingungen zustande kommt. Im RUMPF geht die RCT davon aus, dass das ZNS die Bewegung durch die Regulierung von Schwellenwerten für die Aktivierung der Muskeln (z. B. TSRT) in Abhängigkeit von der Position des Gelenks steuert, anstatt explizite motorische Befehle zu berechnen. Durch die Validierung von TSRT und μ als Biomarker für Spastizität nach einem Schlaganfall zeigt diese Forschung, wie eine beeinträchtigte Schwellenwertregulierung zu spezifischen Bewegungen führt: Spastizität entsteht, wenn die Schwellenwerte bei übermäßigen Muskellängen fixiert werden. Diese Erkenntnisse erklären nicht nur klinische Beobachtungen, sondern haben auch die Entwicklung objektiver Bewertungsinstrumente ermöglicht, die eine Brücke zwischen theoretischen Prinzipien und praktischen Strategien der Rehabilitation schlagen.

Für Therapeut/inn/en:

Die derzeitigen Instrumente wie FMA und MAS sind zwar wertvoll, liefern aber in erster Linie qualitative Bewertungen der motorischen Beeinträchtigung. So wie die Physiotherapie zunehmend psychosoziale Beurteilungen durch ausführliche Interviews und Formulare einbezieht, müssen wir auch unsere biologischen Beurteilungsmöglichkeiten verbessern. TSRT und μ erweisen sich als klinisch

validierte Biomarker für Spastizität nach Schlaganfall, die das Potenzial haben, die Behandlung zu revolutionieren:

• Bereitstellung objektiver, quantifizierbarer Daten
• Ermöglichung präziserer Diagnosen
• Leitfaden für personalisierte Behandlungspläne
• Potenziell verbesserte funktionale Ergebnisse

Talk nerdy to me

Statistische Analyse erklärt

In der Studie wurde ein sorgfältig konzipierter statistischer Ansatz verwendet, um zu verstehen, wie Spastizität (gemessen durch TSRT und μ) mit der motorischen Genesung nach einem Schlaganfall zusammenhängt. Wir wollen nun aufschlüsseln, warum die einzelnen Methoden gewählt wurden und was die Ergebnisse wirklich bedeuten.

Gruppierung der Patienten nach Genesungsphase

Die Forscher unterteilten die Teilnehmer in drei Hauptstadien der Genesung des Schlaganfalls: akut/früh-subakut (1-90 Tage), spät-subakut (91-180 Tage) und chronisch (>180 Tage). Diese Trennung ist von entscheidender Bedeutung, da sich die Fähigkeit des Gehirns, sich zu verändern, und die Art der Probleme bei der Bewegung in diesen Phasen dramatisch weiterentwickeln. Frühe Phasen zeigen rasche neuronale Veränderungen, aber eine instabile motorische Kontrolle, während chronische Phasen etabliertere (und oft schwieriger zu verändernde) Bewegungsmuster aufweisen.

Kategorisierung motorischer Beeinträchtigungen

Die Funktion der oberen Gliedmaßen wurde anhand der FMA-UE-Scores in die Kategorien schwere (0-20), mittlere (21-48) und leichte (≥49) Beeinträchtigung eingeteilt.

Die Wahl der richtigen deskriptiven Statistik

Die Forscher setzten mehrere statistische Verfahren ein, um ihre Daten genau darzustellen. Bei normalverteilten Variablen wurden die Mittelwerte zusammen mit den Standardabweichungen angegeben. Bei schiefen Verteilungen oder ausreißeranfälligen Daten - ein häufiges Phänomen bei Studien zur Genesung von Schlaganfallpatienten, bei denen die Progression oft sehr unterschiedlich ausfällt - wurden Mediane mit Interquartilsbereichen verwendet. Darüber hinaus wurden 95%ige Selbstvertrauen-Intervalle angegeben, um die Genauigkeit der Schätzungen zu verdeutlichen. Der Median und der Interquartilsbereich erweisen sich in diesen Szenarien als besonders nützlich, da sie ein robusteres Maß für die zentrale Tendenz darstellen, das durch atypische Fälle nicht übermäßig beeinflusst wird.

Statistischer Vergleich von Gruppen

Für kontinuierliche Variablen wie TSRT-Werte und FMA-UE-Scores in den verschiedenen Phasen der Genesung wurde eine Varianzanalyse (ANOVA) durchgeführt. Mit diesem Test wird festgestellt, ob es signifikante Unterschiede zwischen den drei Gruppen der Genesung gibt. Für kategoriale Daten wie die Geschlechtsverteilung oder die Kategorien der Schwere der MAS waren Chi-Quadrat-Tests besser geeignet. Die Bonferroni-Korrektur, die bei Post-hoc-Tests angewandt wird und eine genauere Identifizierung von Unterschieden zwischen den Gruppen ermöglicht, dient als Qualitätskontrollmaßnahme und verringert die Wahrscheinlichkeit falsch positiver Ergebnisse bei Mehrfachvergleichen zwischen Gruppen.

Verstehen von Beziehungen durch Korrelation und Regression

Die Analyse der KORRELATION nach Pearson zeigte, wie stark verschiedene Variablen zusammenhingen - zum Beispiel, ob eine höhere TSRT durchweg mit niedrigeren FMA-UE-Werten verbunden war. Korrelation bedeutet jedoch nicht gleich Kausalität. An dieser Stelle wurde die multiple Regression von unschätzbarem Wert - sie quantifizierte, wie viel der Variation in der motorischen Funktion tatsächlich durch Spastizitätsmessungen vorhergesagt werden konnte, während andere Faktoren berücksichtigt wurden. Die Feststellung, dass die TSRT 72 % der Varianz der freiwilligen Bewegung (FMA-UE_A) und 68,7 % der Gesamtfunktion (FMA-UE_Total) vorhersagte, ist besonders bemerkenswert und deutet darauf hin, dass die TSRT etwas Grundlegendes über die motorische kontrolle nach einem Schlaganfall erfasst.

Botschaften zum Mitnehmen

Diese Studie bestätigt, dass TSRT (Schwellenwert des tonischen Dehnungsreflexes) und μ (Geschwindigkeitssensitivität) klinisch nützliche Biomarker für Spastizität nach Schlaganfall sind, die auf der Referentenkontrolltheorie (RCT) basieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Skalen wie der MAS messen diese Maßnahmen objektiv, wie der Schlaganfall die Kontrolle des Nervensystems über die Schwellenwerte für die Aktivierung der Muskeln stört.

Für Ihre Praxis:

Die auf Schwellenwerten basierende Logik der RCT zeigt, warum der Wiederaufbau von Bewegungen erfolgreich ist, wenn Therapeuten ihn durchführen:

1. Da die TSRT-Messung in den meisten Fällen klinisch nicht durchführbar ist, sollten Sie die Grenzen der funktionellen Bewegung durch sorgfältige Beobachtung ermitteln.
2. Anfänglich Übungen innerhalb dieser intakten Zone konzipieren und spastikauslösende Positionen vermeiden (wo die TSRT pathologisch eleviert ist)
3. Mit der Verbesserung der Schwellenwertregelung wird der aktive Bereich schrittweise erweitert

Weitere Informationen zur Rehabilitation von Schlaganfällen finden Sie in den Übersichtsartikeln von Physiotutor: (1) Virtual-Reality-Training zur Genesung der Handfunktion und (2) die Auswirkungen von Feedback-Modalitäten auf das Erlernen der Motorik nach einem Schlaganfall.

Referenz

Piscitelli D, Khayat J, Feldman AG, Levin MF. Klinische Relevanz des Schwellenwerts für den tonischen DEHNUNGSREFLEX und μ als Maß für die Spastik der oberen Gliedmaßen und die motorische Beeinträchtigung nach einem Schlaganfall. Neurorehabilitation Neuralreparatur. 2025 May;39(5):386-399. doi: 10.1177/15459683251318689. Epub 2025 Feb 13. PMID: 39945415; PMCID: PMC12065951.