Manipulation gør nervestrømmen mere jævn, men forbedrer ikke den neurologiske koordination, som er reduceret hos rygpatienter

Bevæbnet med tynde elektroder og helt nye metoder rejste Lise Raven Lothe og hendes forskere ind i de dybe rygmuskler hos forsøgspersoner med og uden rygsmerter. De ville finde ud af, hvordan musklerne opfører sig, og hvad der sker, når de bliver manipuleret. De fandt, at koordinationen af nervesignaler fra hjernen til musklerne var reduceret hos rygpatienterne, hvilket kan bevirke dårlig muskelfunktion. Manipulation forbedrede ikke koordinationen, men behandlingen viste sig at gøre strømmen af nervesignaler til rygmusklen mere ensartet. Projektet påviser derfor en tydelig sammenhæng mellem manipulation og neurologiske processer, ud over at det har udviklet helt nye måle- og analysemetoder.

Af Lise Raven Lothe

Oversættelse: Tanja Skov Carlsen og Mette Jensen Stochkendahl, NIKKB (supervisor)

Introduktion
Afhandlingen beskriver motorneuronernes elektriske aktivitet i de dybe rygmuskler før og efter manipulation af rygsøjlen hos henholdsvist raske forsøgspersoner og patienter med akutte lændesmerter, der har varet mindre end 3 uger.

Tynde, bevægelige elektromyografiske (EMG) tråde blev implanteret i m. lumbar multifidus, hvor de optog signaler, mens forsøgspersonerne blev placeret både stående og siddende. Motorneuronernes fyringsrate og variation, deres fælles styring af samtidigt aktive motorneuroner og de motoriske enheders totale aktivitet i de omkringliggende områder blev beskrevet, og forskelle og ligheder mellem de raske personer og patienterne blev analyseret.

Hovedresultaterne viste blandt andet, hvordan selvbærende aktivitet i motorneuronerne udnyttes i ryggens produktion af muskeltonus hos raske, men viste også en ændret fælles styring af den samlede pulje af motorneuroner hos lændepatienterne og en reduceret variation i fyringssekvensen efter rygsøjlemanipulation.

Et andet resultat var beskrivelse af dels en ny metode til implantation af EMG-elektrodetråde, dels en ny tilgang til analyse af den fælles nervekontrol.

En ny implantationsmetode
De bevægelige, tynde elektrodetråde gjorde det muligt at optage aktivitet i de dybe lændemuskler under rygmanipulation. Elektroder bruges ofte i motorneuronforskning, fordi de er i stand til at indsamle data fra aktivitet i den enkelte motoriske enhed ved at bruge muskelfiberen som en spejling af aktiviteten i de motorneuroner, som kontrollerer den.

Sædvanligvis indføres elektroderne under enten ultralydsskanning eller blind placering. Men de er så tynde, at de ikke kan ses i ultralydsskanning, og den dybe placering af elektrodens spids er ofte skjult i ultralydsskyggen, som rygsøjlen laver.

Vi udviklede derfor en metode, hvor vi anvendte CT-skanninger til at hjælpe os med at placere spidsen, og vi brugte en anden skanning til at sikre rigtig placering efter rygsøjlens bevægelser for at give elektroden mulighed for at sætte sig til rette i musklen. (Figur 1B).



Figur 1. A) MR-billede viser udbredt fedtholdig infiltration bilateralt ved L4. B) CT-billede fra samme patient, der viser et tyndt EMG-elektrodebundt implanteret i undersøgelsesmusklen.

Dét gav os et setup, som tog højde for det træk i vævet, som sker ved rygmanipulation, og det øgede sandsynligheden for at optage fra den samme motoriske enhed før og efter manipulationen.

Forsøget
Tynde EMG-elektrode-kabler blev implanteret i ni patienter med akutte lændesmerter og ni raske forsøgspersoner.



For at aflede personerne viste vi dem komediefilm, mens de stod og sad i 20 minutter. Det gav os en unik mulighed for at observere den naturligt forekommende, spontane, længerevarende aktivitet i den vigtige posturale muskulatur.

I en anden del af eksperimentet fik vi forsøgspersonerne til at trække deres multifidus-muskel sammen, mens vi betragtede toppene fra aktionspotentialerne på et oscilloskop, samtidigt med at vi hørte lyden af rygmusklernes aktionspotentialer gennem højtalere. Det gjorde os i stand til at skelne de spontant forekommende muskelbevægelser fra de viljestyrede.

Selvbærende aktivitet 
Den dybe multifidus-muskel i lænden er særligt interessant, da den viser tidligt fremskreden atrofi og deraf følgende fedtholdig infiltration hos personer med lændesmerter (figur 1A).

Ved at bruge tynde EMG-tråde har vi karakteriseret den motoriske enheds aktivitet hos personer både med og uden smerter for at se, om der er ændrede aktivitetsmønstre, der kan belyse neurofysiologien bag denne proces.

Da dette var et deskriptivt studie, forsøgte vi ikke at finde endelig evidens, men alligevel gjorde vi os nogle interessante observationer.

Et centralt resultat var, at aktiviteten i de enkelte motorneuroner i nogen udstrækning viste sig at være uafhængig af de fælles styringssignaler fra hjernen.

Når et motorneuron var blevet aktiveret, fortsatte det med at være aktivt i op til flere minutter uafhængigt af andre signaler. Dette kaldes selvbærende affyring. Selvbærende affyring lader til at være en vigtig mekanisme i opretholdelsen af den normale muskelspænding, som gør os i stand til at stå oprejst.

Vi fandt, at neuroner overfører deres aktivitet mellem hinanden og distribuerer aktivitet og hvile mellem muskelfibrene. Dette forhindrer udmattelse og opretholder et niveau af ”fitness” i rygmusklerne. Kort sagt, er det en fint justeret arbejdsfordeling med indbygget “cruise control”.

Kort sagt, er det en fint justeret arbejdsfordeling med indbygget “cruise control”.

Ændring i den fælles styring af den samlede pulje af motorneuroner ved lændesmerter
Sammenhængen mellem aktiviteten i de samtidigt aktive motoriske enheder både i den samme muskel og i musklen på den modsatte side af rygraden, gav os indsigt i den centrale kontrol af rygradens muskler. Musklerne i rygraden skal besidde evnen til at arbejde sammen for at balancere og bevæge rygsøjlen.

I nogle situationer såsom stående, siddende og løftende positioner må muskler på begge sider af rygsøjlen arbejde simultant for at opnå en synergieffekt, mens andre opgaver såsom gang og løb kræver, at de arbejder modsat hinanden som antagonister.

Vi fandt, at når smertefri personer står stille i oprejst position, styres musklerne på begge sider af rygsøjlen i lige høj grad. Hos personer med lænderygsmerter så vi til gengæld en lavere grad af fælles styring af motorneuroner på den modsatte side af rygsøjlen af smertelokalisationen.

Denne forskel i kontrolstrategi hos de dybe lændemuskler kan enten formodes at være forårsaget af rygsmerte eller måske prædisponere den.

Vi fandt ikke nogen forbedring eller ændring af den fælles styring efter rygsøjlemanipulation.

Reduceret neural støj efter rygsøjlemanipulation
Vi så ikke nogen umiddelbar forandring i aktivitet de første sekunder efter manipulation (figur 2), forandringen blev observeret i perioden, hvor musklen var spontant aktiv og trak sig sammen som en postural muskel gør i oprejst position. 

Figur 2: Bilateral elektrodeoptagelse af perioden umiddelbart før og efter rygsøjlemanipulation. Motorneuronudladning kan ses før manipulation på højre side, men ikke efter. Ingen af forsøgspersonerne udviste forandringer i aktivitet efter manipulation og alle fremviste et mønster magen til det nederste spor. Signalet under manipulation er mest  sandsynligt forårsaget af genstande, der bevæger sig, og er ikke et nervesignal.

Hvert nervesignal til muskelfiberen forårsager en sammentrækning. Regelmæssige intervaller mellem afsendelserne giver en blød, glidende muskelsammentrækning, mens stor variation mellem hvert signal forårsager stødvise bevægelser.

Stor variation mellem intervallerne af nervesignalernes toppunkter er blevet sat i forbindelse med eksperimentel smerte; med nakkesmerter hos kvinder og under stress. Vi har alle sammen set de stødvise bevægelser, en nervøs oplægsholder laver med sin laser-pen. 

Variationen kan tænkes at forårsage uoverensstemmelser i den resulterende kraft og kan være årsag til reduktion af den maksimale kraft og muligvis en underliggende medvirkende årsag til muskelsvagheden forbundet med smerte, som det ses i ortopædiske muskeltests fx aktiv strakt benløft-test.

Vi fandt en mindsket variation mellem nervesignalerne efter manipulation af rygsøjlen


Vi fandt en mindsket variation mellem nervesignalerne efter manipulation af rygsøjlen. Især når vi foretog optagelser under den normale, spontant forekommende aktivitet. Variationen var mindre i situationer, hvor vi bad forsøgspersonen om at trække rygmusklerne sammen, mens de både kunne se og høre signalet komme fra deres ryg.

Forskellen i strategi af motorisk kontrol ved frivillig og spontan udvikling af kraft var tydelig i andre analyser såvel som i analysen af den fælles styring.

Dét antyder, at vi må skelne mellem frivillige opgaver og optagelser foretaget under spontan aktivitet. Dette er især vigtigt, når vi designer forskningseksperimenter målrettet de posturale muskler, som er spontant aktive og sjældent under kognitiv kontrol.

Mens variation i fyringsrater kan være en fordel i det sensoriske system, er det ikke knyttet til nogen fordele i det motoriske system. Variationen, der ofte kaldes neural støj, kan medføre uregelmæssighed i den kraft, der udvikles. Den formindskede variation, som følger manipulation, kan muligvis skyldes mindre synaptisk baggrundsstøj, forårsaget af ændringer i de hæmmende og fremmende segmentale og suprasegmentale signaler, der påvirkes af manipulation.

Den kliniske relevans af den reducerede neurale støj, der følger rygsøjlemanipulation, bør udforskes yderligere.

Mieritz et. al. har set en reduktion i “stød-indeks” – dvs. et mere glidende bevægelsesmønster – hos kroniske rygpatienter efter 12 ugers kiropraktorbehandling.


Måske effekten på den neurale støj, som vi har fundet, er en af de unikke, men svært målbare effekter, som manipulation har på nervesystemet.

Måske effekten på den neurale støj, som vi har fundet, er en af de unikke, men svært målbare effekter, som manipulation har på nervesystemet.

Konklusion
Neuroner med forbindelse til rygmusklerne har intrinsiske egenskaber såsom selvbærende fyring, som gør dem i stand til at arbejde uafhængigt af hinanden i lange perioder uden meget kontrol eller forstyrrelse fra andre dele af nervesystemet. Det giver mulighed for perioder af aktivitet og hvile delt mellem motoriske enheder, som fremmer muskeludholdenhed såvel som vedvarende støtte til passive strukturer.

På samme tid påvirkes disse muskler af en fælles styring, som koordinerer muskelaktiviteten på begge sider af rygsøjlen. Denne koordination er dysfunktionel hos rygpatienter og lader ikke til at blive påvirket af manipulation.

Reduktionen i ISI-foranderlighed, som vi fandt efter manipulation, tyder på en påvirkning af den neurale støj. 

Dette er det første studie, som bruger variation i nervesignalernes toppunkter som effektmål efter manipulation ved akutte lændesmerter, og vores resultater bør bekræftes af andre studier.





OM AFHANDLINGEN
I januar 2015 forsvarede den norske kiropraktor Lise Raven Lothe sin ph.d.-afhandling om ryggens neurofysiologi på Oslo Universitets medicinske fakultet.

Afhandlingen afslutter 10 års forskningsarbejde udført af hendes tværfaglige forskergruppe af kiropraktorer, anæstesiologer og radiologer fra Oslo Universitetssygehus.

FAKTA:
Titel: “Spontaneous and voluntary activity in motoneurons of paraspinal musculature in symptom free and patients with acute low back pain”
Forskergruppen: kiropraktorer, anæstesiologer og radiologer fra Oslo Universitetshospital
Finansiering: Det norske forskningsråd
Sted: Institutt for medisinske basalfag, Avdeling for fysiologi, Det medicinske fakultet, Universitetet i Oslo
Vejleder: Seniorforsker Torsten Eken, Institutt for klinisk medisin, Universitetet i Oslo
Opponenter: Professor S. Jayne Garland, The University of British Columbia, Canada; professor Rolf Harald Westgaard, NTNU, Trondheim, Norge, og professor Ellen Jørum, Institutt for klinisk medisin, Universitetet i Oslo.

Find afhandlingen: urn.nb.no/URN:NBN:no-46520




Lise Raven Lothe

• Uddannet kiropraktor fra Palmer College of Chiropractic, USA, i 1991

• Ph.d. fra Oslo Universitet 2015

• MSc Clinical Chiropractic fra Anglo European College of Chiropractic 2003

• Driver Kiropraktorklinik i Grimstad, Norge, hvor hun også er bosat.



15. dec. 2015