Multi-unit microneurografie en modelbeschrijving van afferente signalen van de mechanoreceptoren in menselijke spieren

In het onderzoek naar menselijke spierreflexen tracht men de bijdragen van de
diverse onderdelen van de reflexlus van elkaar te onderscheiden. De
onderzoeksgroep van Prof. Van der Helm gebruikt hiervoor al enige jaren
fysiologisch-wiskundig modellen van het spierzenuwskeletstelsel rond enkel,
pols, schouder en andere gewrichten. Deze modellen worden gevalideerd door aan
proefpersonen mechanische stimuli aan te bieden met behulp van
robotmanipulatoren, en spierkracht, positie en EMG te meten. Behalve voor
fundamenteel fysiologisch onderzoek is deze methode ook bruikbaar gebleken voor
het verzamelen van data van patiënten en onderzoek naar behandelmethodes en
neuromusculaire ziektebeelden. Echter, deze methode kan geen onderscheid maken
tussen de bijdragen van de spiermechanoreceptoren (spierspoeltjes, Golgi
peesorgaantjes) en het centrale zenuwstelsel. Met name de invloed van
niet-lineaire eigenschappen van spierspoeltjes en de rol van het fusimotor
systeem (dat via efferente kanalen de gevoeligheid van spierspoeltjes bijstelt)
zijn niet goed bekend.
Om deze effecten te kunnen bestuderen moeten de signalen van de
mechanoreceptoren rechtstreeks gemeten worden. Dit kan alleen met behulp van
microneurografie, waarbij een micro-elektrode in een zenuwbundel gebracht
wordt, en fijnzinnig gemanipuleerd totdat het signaal van een enkele
mechanoreceptor herkend wordt. Deze 'single-unit' techniek levert zeer
gedetailleerde informatie op, maar kent grote praktische problemen. Het is
moeilijk om een axon te vinden, en bij de geringste beweging van de elektrode
gaat het signaal verloren, waardoor men al blij moet zijn met een opname van
bijvoorbeeld 5 minuten. Verder geeft een single-unit meting maar een zeer
beperkte afspiegeling van de veelheid aan afferente informatie die het centraal
zenuwstelsel bereikt. Multi-unit microneurografie, met een groter
elektrode-oppervlak, biedt mogelijk uitkomst. Bij deze techniek worden signalen
van meerdere axonen tegelijk gemeten. Het is te verwachten dat dit de plaatsing
en stabiliteit van de elektrode minder kritisch maakt, met als gevolg het
sneller vinden van een elektrodepositie, en de mogelijkheid van langduriger
registraties. Meer robuustheid zou een groot voordeel zijn, met name ook om
proefpersonen tijdens natuurlijke taken te kunnen bestuderen.
In multi-unit registraties zal naar verwachting een mix van signalen van
afferente (spierspoeltjes, Golgi peesorgaantjes, huid) en efferente (alfa
motoneuronen, autonoom zenuwstelsel) zenuwen gevonden worden. Een nieuw en
innovatief onderdeel van het voorgestelde onderzoek is het scheiden van deze
signalen door middel van geavanceerde systeem identificatie methodes. Daarbij
zullen de mogelijkheden van de robot-manipulator uitgebuit worden om nauwkeurig
een grote variëteit aan zorgvuldig ontworpen mechanische stimuli aan te bieden
en te meten.

Ons doel is te komen tot een praktische, mogelijk zelfs klinisch bruikbare
microneurografische techniek. In dit project willen we onderzoeken of
multi-unit microneurografie bruikbaar is voor het meten aan menselijke
spier-mechanoreceptoren, door de volgende twee belangrijke vragen te
beantwoorden:
1) Praktische uitvoerbaarheid, met name op aspecten waar single-unit
microneurografie slecht bekend staat. Hoe moeilijk is het om een effectieve
elektrodepositie te vinden en te behouden?
2) Bijdragen van diverse zenuwen. Kunnen we de diverse soorten afferente en
efferente signalen onderscheiden? Welke typen zenuwvezels dragen bij aan een
multi-unit registratie?

Secundaire doelen zijn het vergelijken van de gevonden multi-unit
microneurografische signalen met gepubliceerde single-unit output bij het
aanbieden van diverse verplaatsingen, snelheden en krachten, en het
optimaliseren van de microneurografische techniek en
signaalverwerkingsmethoden.

Hiertoe zullen in een observationeel onderzoek multi-unit microneurogrammen
gemaakt worden tijdens actieve en passieve bewegingen van het polsgewricht.

De proefpersonen worden gevraagd voor een meetsessie in zittende houding van
maximaal 3 uur met passieve en actieve bewegingen van het polsgewricht, met
beperkte uitslag en kracht. Voor de microneurografische meting wordt een 0.2mm
diameter naald in de nervus radialis gebracht. Dit staat bekend als een veilige
techniek. Er is wel een kans (<10%) op milde restverschijnselen. Deze
verschijnselen verdwijnen normaal spontaan binnen twee weken.
Het zoeken naar een geschikte elektrodepositie kan als belastend ervaren
worden. De maximale zoektijd is gesteld op drie kwartier. Het verkorten van de
zoektijd (ten opzichte van single-unit microneurografie) is een van de
verwachte voordelen van multi-unit microneurografie die we willen onderzoeken.