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Die dem Formenkreis der Dystonien zugrundeliegenden, pathophysiologischen Grundlagen sind bislang nicht abschließend geklärt. Für die DYT-TOR1A Dystonie ist bekannt, dass eine 3-bp Deletion eines GAG-Codons im TOR1A-Gen auf Chromosom 9 einen Funktionsverlust des Proteins TorsinA bewirkt. Dieser Funktionsverlust wird als auslösender Faktor für die Entstehung der DYT-TOR1A Dystonie angenommen. Nichtsdestotrotz entwickeln lediglich circa 30% der Mutationsträger eine dystone Bewegungsstörung. Als Grund dafür wird eine Two-hit Hypothese diskutiert, die zusätzlich zur genetischen Prädisposition einen Umweltfaktor wie ein peripheres Trauma für die Entstehung von Symptomen postuliert. Durch eine standardisierte Quetschläsion des N. ischiadicus konnte mit dieser Arbeit bei DYT1KI Mäusen, die die ∆GAG-Mutation im endogenen Genom tragen, ein dystoner Phänotyp hervorgerufen werden. Mit den Aufzeichnungen der Mäuse im TST wurde ein neuronales Netzwerk mittels der Software „DeepLabCut“ trainiert, sodass die Dystonie-ähnlichen Bewegungen automatisiert erfasst und ausgewertet werden konnten. Das Netzwerk trägt dazu bei, dem vorwiegend klinischen Syndrom der Dystonie eine objektive kinematische Charakterisierung zu bieten und kann auf andere TSTs anderer Nagermodelle übertragen werden. Ferner wurde überprüft, ob die beobachteten Bewegungen durch Unterschiede in der Regeneration nach der Nervenquetschung zustande kamen. Elektroneurographien zeigten jedoch diesbezüglich keine Unterschiede zwischen wt und DYT1KI Tieren. Darüber hinaus sind mikromorphologische Prozesse im zentralen und peripheren Nervensystem Gegenstand dieser Studie. Einerseits konnten wir mittels Immunzellfärbungen von T-, B-Zellen, Makrophagen und Mikroglia feststellen, dass sowohl zentral als auch peripher kein Anhalt darauf besteht, dass die beim DYT1KI Mausmodell entstandenen Dystonie-ähnlichen Bewegungen auf einer Dysfunktion oder Aktivierung des Immunsystems, wie es bei anderen neurologischen Erkrankungen bereits nachgewiesen wurde, eine Rolle spielt. Andererseits konnte anhand stereologischer Messungen gezeigt werden, dass bei den naiven DYT1KI Tieren im Vergleich zu wt Tieren dopaminerge Neurone der SN in der Anzahl verringert und im Volumen vergrößert sind, was auf einen Endophänotypen hinweist. Bei den symptomatischen, nervengequetschten DYT1KI Mäusen zeigte sich wiederum eine weitere, signifikante Zunahme der Hypertrophie der dopaminergen Neurone als Hinweis auf eine unmittelbar mit dem dystonen Phänotypen in Zusammenhang stehende Veränderung. Zusammenfassend konnte ein symptomatisches Mausmodell von hoher translationaler Bedeutung etabliert werden, in dem sich Hinweise für eine dopaminerge Dysregulation ergaben und welches für weitere Studien, insbesondere therapeutischer Art, eingesetzt werden könnte.
Der Schreibkrampf ist eine Form der fokalen Handdystonie, die durch anhaltende, unwillkürliche Verkrampfung der Hand beim Schreiben gekennzeichnet ist und zu unnatürlicher, zum Teil statischer und schmerzhafter Handhaltung führt. Bei prädisponierten Personen kann dieser nach exzessiver Wiederholung von stereotypen Bewegungen auftreten. Bewegungen und sensible Stimulation führen durch Mechanismen neuronaler Plastizität zu dynamischer Modulation sensibler und motorischer kortikaler Repräsentationen. Wird neuronale Plastizität nicht in natürlichen Grenzen gehalten, kann es zu veränderten, entdifferenzierten neuronalen Repräsentationen wie sie bei fokaler Handdystonie gefunden werden, führen. Zelluläre Kandidatenmechanismen für die Bildung neuronaler Engramme sind die Langzeitpotenzierung und –depression (LTP / LTD) neuronaler Synapsen. Wir verwendeten die als ein Modell für assoziative LTP und LTD beim Menschen entwickelte assoziative Paarstimulation (PAS). Mit dieser Methode untersuchten wir die zeitlichen und räumlichen Eigenschaften neuronaler Plastizität des Motorkortex bei Schreibkrampf-Patienten. Eine niederfrequente elektrische Stimulation eines peripheren Nerven (N. medianus (MN) oder N. ulnaris (UN)) wurde wiederholt (0,1Hz, 180 Reizpaare) mit einer transkraniellen Magnetstimulation (TMS) über dem homotopen kontralateralen Motorkortex mit einem Zeitintervall von 21,5ms (MN-PAS21.5; UN-PAS21.5) oder 10ms (MN-PAS10) kombiniert. Bei MN-PAS21.5 und MN-PAS10 wurde die optimale Spulenposition so gewählt, dass das magnetisch evozierte motorische Potential (MEP) im kontralateralen M. abductor pollicis brevis (APB) eine maximale Größe annahm, für UN-PAS21.5 wurde die Spule über dem "Hotspot" des M. abductor digiti minimi (ADM) platziert. Zehn Schreibkrampf-Patienten (Alter 39±9 Jahre; Mittelwert±Standardabweichung) und 10 gesunde bezüglich Alter und Geschlecht angepasste Probanden wurden untersucht. Veränderungen der Exzitabilität wurden mittels TMS bis zu 85 min nach der jeweiligen Intervention gemessen. Nach MN-PAS21.5 oder UN-PAS21.5 stieg die Amplitude der MEPs bei den gesunden Probanden nur in den Muskeln, die homotope externe PAS Stimulation erhalten hatten (APB Zielmuskel für MN; ADM für UN), nicht aber in Muskeln, die nicht homotop stimuliert worden waren. Im Gegensatz dazu stiegen bei Schreibkrampf-Patienten nach MN-PAS21.5 oder UN-PAS21.5 die Amplituden der APB und ADM-MEPs unabhängig von dem Ort der peripheren oder zentralen Stimulation. Bei Schreibkrampf-Patienten war eine frühere, stärkere und längere Zunahme der kortikalen Exzitabilität im Vergleich zu den Kontrollen zu verzeichnen. Qualitativ ähnliche Beobachtungen konnten in umgekehrtem Sinne (frühere und längere Abnahme der Exzitabilität im homo- und heterotopen Muskel) nach MN-PAS10 gemacht werden. LTP- und LTD-ähnliche Plastizität ist bei Schreibkrampf-Patienten demnach gesteigert und die normale strenge topographische Spezifität PAS-induzierter Plastizität aufgehoben. Diese maladaptive Plastizität könnte ein Bindeglied zwischen repetitiven Bewegungen und gestörter sensomotorischer Repräsentation darstellen, damit zu einem besseren Verständnis der Pathophysiologie der Dystonie beitragen und letztendlich mögliche therapeutische Konsequenzen implizieren.
Die Pathogenese der idiopathischen Handdystonie ist bis heute nicht abschließend geklärt. Verschiedene Befunde sprechen für eine Läsion der Basalganglien, insbesondere des Linsenkerns. Insbesondere bildgebende Verfahren wie MRT, Sonographie, PET oder SPECT, und Untersuchungen bei sekundären Dystonieformen weisen in diese Richtung. Trotz vielfacher Anstrengungen, den zugrunde liegenden Pathomechanismus aufzudecken, ist es bis heute noch nicht gelungen, ein einheitliches anatomisches oder biochemisches Korrelat für die Störung verantwortlich zu machen: So bieten einige pathoanatomische Studien Hinweise auf Zellverlust und Gliose im Striatum, andere zeigten Veränderungen in der Konzentration verschiedener Neurotransmitter. Jüngere Untersuchungen lassen einen gestörten Komplex I der mitochondrialen Atmungskette vermuten. Da die Ätiologie der Dystonien bisher letztlich nicht geklärt ist, bietet die Protonenspektroskopie die Möglichkeit, Stoffwechselveränderungen sowie Änderungen der Gewebszusammensetzung und der Konzentrationen darin enthaltener Stoffe zu untersuchen und so Hypothesen zur Genese der idiopathischen Dystonie herauszuarbeiten. Wir untersuchten 14 Patienten mit idiopathischem Schreibkrampf und 11 gesunde, altersentsprechende Probanden, die nachweislich an keiner zentral-neurologischen Erkrankung litten. Zur Messung wurde eine Standard-Kopfspule ( 1,5 T Ganzkörper MR-Tomograph, Siemens Magnetom Vision, Erlangen) verwendet. Die Spektrenerhebung erfolgte mit Hilfe einer PRESS-Sequenz (TR= 1365 ms, TE= 135 ms), das Voxel war auf das Gebiet des Linsenkerns zentriert. Die anhand der Spektren ermittelten Metabolitenverhältnisse von NAA:Cho, NAA:Crea, Cho:Crea und Lac:Crea ergaben keine statistisch signifikante Seitendifferenz innerhalb der Patientengruppe, auch ein Vergleich zwischen Patienten- und Kontrollgruppe blieb ohne statistische Differenz (p>0,05). Somit konnten durch die Protonenspektroskopie keine Veränderungen der Metabolitenkonzentrationen bei der idiopathischen Handdystonie festgestellt werden. Es ergibt sich damit kein Hinweis darauf, daß idiopathischen Dystonien ein meßbarer Verlust von Neuronen, eine damit einhergehende sekundäre Gliose oder eine meßbare Störung des Energiehaushalts, sei es durch erhöhte Umsatzraten oder eine fehlerhafte oxidative Phosphorylierung, zugrunde liegt. Eine mögliche Erklärung dieser unauffälligen Befunde bei Dystoniepatienten könnte die Annahme einer Störung des Stoffwechsels in nur wenigen Neuronen bieten, was sich der Sensitivität der Methode entziehen kann. Denkbar sind auch Konzentrationsänderungen von Neurotransmittern, Einlagerungen von Schwermetallen (z.B.Kupfer), Veränderungen der oxidativen Phosphorylierung oder Änderungen der Rezeptordichte. Generalisierte Dystonien müßten eine eventuell vorhandene Pathologie am deutlichsten aufweisen und wären deshalb ebenfalls ein interessantes Krankheitsbild. Die spektroskopische Untersuchung gestaltet sich aber wegen des bei dieser Form zu erwartenden erhöhten Auftretens von Bewegungsartefakten schwierig. Auch das Verwenden veränderter Meßparameter (TE, TR) oder einer höheren Tesla-Zahl bei einem größeren Patientenkollektiv wäre zur weiteren Abklärung anzustreben. Insbesondere sollten Schreibkrampf-Patienten mit Hilfe der funktionellen MR-Spektroskopie während des Auftretens dystoner Verkrampfungen oder auch während der Durchführung willkürlicher Fingerbewegungen untersucht werden. Bisher latente Veränderungen könnten sich dann, unter der so erzeugten motorischen Aktivierung, manifestieren.
Zervikale Dystonien gehören zu den häufigsten Formen fokaler Dystonien. Diese sind durch anhaltende, unwillkürliche Muskelkontraktionen gekennzeichnet, welche zu verdrehenden oder repetitiven Bewegungen oder abnormalen Haltungen des Kopfes führen. Ein seit über 100 Jahren beobachtetes Phänomen stellt hierbei die Möglichkeit dar, mittels sogenannter "sensibler Trickmanöver", welche meistens in einer leichten Berührung von Arealen im Kopfbereich bestehen, die pathologische Muskelaktivität zu reduzieren und damit die Kopfposition zu normalisieren. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine breite und vor allem erstmalig quantitative Charakterisierung von wirksamen Trickmanövern vorzunehmen und so verschiedene Einflußgrößen auf die Wirksamkeit solcher Tricks zu untersuchen. Hierzu wurden die Muskelaktivitäten der vier wichtigsten den Kopf drehenden Muskeln mittels Oberflächen-EMG abgeleitet und die Veränderungen bei Trickapplikation unterschiedlicher Lokalisation, Modalität und bei verschiedenen Ausgangspositionen ermittelt. 1) Hinsichtlich der Lokalisation ergaben sich über alle Patienten gemittelt keine signifikante Seitendifferenz, und auch bei individuellem Vergleich zeigten sich bei rund 50% der Patienten keine signifikanten Unterschiede zwischen kontralateraler und ipsilateraler Trickapplikation. Unter den getesteten Applikationsorten grenzte sich das Areal "Wange" mit durchschnittlich 33%iger Reduktion der gesamten EMG-Aktivität signifikant gegen die Areale "Kinn" (-23%) und "Hals" (-23%) ab und war bei 79% der Patienten am besten wirksam. 2) Bei weiterer Untersuchung verschiedener Trickmodalitäten auf dem für jeden Patienten individuell wirksamsten Areal waren neben dem klassischen Trickmanöver (-42%) auch die Verwendung eines Plastikstabes durch den Patienten (-43%) oder Untersucher (-32%), sowie nicht-sensible Manöver wie das Heben des Armes ohne eigentliche Berührung (-18%) und die bloße Vorstellung einer Trickapplikation (-20%) hochsignifikant wirksam. Allerdings korrelierten sensible und (wie die beiden letztgenannten) nicht-sensible Tricks nicht miteinander, was auf einen prinzipiell unterschiedlichen Wirkmechanismus hinweisen könnte. Visuelle Rückkopplung über einen Spiegel hatte im Gegensatz dazu keine Wirkung. 3) Bezüglich der Bedeutung der Kopfposition für Muskelaktivität und Trickwirksamkeit zeigte sich bereits bei willkürlicher Einnahme einer Neutralposition ohne Trickanwendung eine signifikante Reduktion agonistischer Muskelaktivität (-30%), die allerdings von einer leichten antagonistischen Aktivierung begleitet war (+2,4%). Überraschenderweise war die Applikation eines Tricks um so wirksamer, je weiter der Kopf zu Beginn auf die zur dystonen Drehrichtung kontralateralen Seite gedreht war. Demgegenüber ließ sich bei Trickapplikation in dystoner Maximalposition kaum mehr eine Wirkung nachweisen (-12%). Die vorliegenden Ergebnisse sprechen aufgrund der unspezifischen Wirkung verschiedenster Trickmanöver (2) und Lokalisationen (1) für die Einbeziehung höherer sensomotorischer Integrationszentren wie z. B. des Parietalcortex in den Wirkmechanismus. Sensible Trickmanöver könnten bei auf die pathologische Kopfposition adaptierten sensiblen Afferenzen Zusatzinformationen über die Kopfposition im Vergleich zum Rumpf liefern. Möglicherweise sind diese umso wirksamer, je weiter sich der Kopf noch auf der kontralateralen Seite befindet (3), da in dieser Situation die dystone Muskelaktivität noch gering und das sensible Mismatch, über welches sensible Stimuli modulierend einwirken könnten, maximal ist. Nach den vorgelegten Ergebnissen läßt sich erstmals ein zweiphasiger Ablauf der Trickwirkung postulieren: Der in einer ersten Phase teils willkürlich in eine günstige Ausgangsposition gebrachte Kopf kann durch die Anwendung sensibler Stimuli oder Imagination in einer zweiten Phase mit geringerer Anstrengung und unter Ausnutzung kortikaler sensomotorischer Servomechanismen stabilisiert werden. Im Rahmen der vorgelegten Studie konnte das Verständnis für therapeutisch nutzbare sensible Trickmanöver verbessert und somit Patienten unterschiedliche Trickstrategien an die Hand gegeben werden. Die Identifikation der zentralen Rolle höherer integrativer Zentren wie dem Parietalcortex im Rahmen des Wirkmechanismus, könnte dabei Ausgangspunkt für neue Therapieansätze in Form einer gezielten Beeinflussung solcher Areale sein.