Motorik
Motorik- Allgemeines
Besser: Sensomotorik (Ausdruck der Interaktion von Sensorik und Motorik)
Eine gezielte Bewegung erfordert zwangsläufig Informationen von der Umwelt. Die Stützmotorik bedarf Informationen des Körpers im Raum.
Motorische Aktivitäten sind geregelte Aktivitäten!!
Motorik: Regelkreis 1
Exkurs: Regelkreis
Im Gegensatz zu einem gesteuerten Prozess besitzt ein Regelkreis eine Rückführung der Information, die dann in den weiteren Prozess mit einbezogen werden kann (Feedback).
Der Sinn eines Regelkreises ist es, ein System gegen den Einfluss von Störgrößen stabil zu halten.
Eigenschaften und Gütekriterien eines Regelkreises:
1) geringe, dauerhafte Abweichung vom Sollwert
2) große Stabilität gegenüber Störgrößen
3) Geschwindigkeit der Regelung
Stabilität wir in der Regel immer mit einer geringeren Geschwindigkeit erkauft!
Motorik: Regelkreis 2
Begriffe:
Sollwert oder Führungsgröße
Istwert oder Regelgröße
Regler: P, I, D sind Anteile der Übertragungsfunktion (P-proportional; I-integrales Verhalten, D-differentielles Verhalten)
Regelstrecke: (Verhalten des Systems)
Störgröße: Einfluss von außen auf das System (im Bereich der Regelstrecke)
Fühler: Sensor der eine physikalische Größe geeignet umsetzt (elektrisch)
Afferenzen der Spinalmotorik 1
1) Golgi- Sehnenorgane
2) Muskelspindel
3) Pacini- Körperchen
4) freie Nervenendigungen
zu1) Sitzen in Serie zum Muskel und sind verzweigt (inserieren in 10 bis 20 Fasern).
Durch Dehnung (Verlängerung) der Gesamtstruktur kommt es zur Kompression der GS, daraufhin zur Depolarisation. An der ableitenden Faser kommt es zur Spikeentladung. Das Übertragungsverhalten hat P-D Charakter (proportional, differentiell). Der Fasertyp ist Ib. GS messen die Kraft oder auch mechanische Spannung; sie messen auch die aktive Muskelkraft, da sie in Serie zum Muskel liegen!
zu 3) PC arbeiten als Beschleunigungssensor und (Entzündungsschmerz)
zu 4) FN antworten auf Druck und (Entzündungsschmerz)
Afferenzen der Spinalmotorik 2
zu 2) MS ist aufgebaut: Kernsackfasern, Kernkettenfasern, Ia Afferenzen, Gamma- Motoneurone, Kernsack
Durch die physiologische Muskelspannung wird ein gewisser Druck auf die Kernsackstruktur ausgeübt. Hierdurch kommt es zu einer gewissen Depolarisation und einer basalen Spikeentladung an den 1a Afferenzen. Das Übertragungsverhalten hat P/D Charakter. Bei einer aktiven Kontraktion (mit Verkürzung) kommt es zu einer Entlastung des Kernsackes, hieraus ergibt sich eine Abnahme des Drucks auf die Fasern und zu einer Inhibition der el. Aktivität. dieser bereich wird als "Spindelpause" bezeichnet. KS misst die Muskellänge!
Der proportionale Anteil entsteht durch die statischen Anteile des Kernsackes (Kernkettenfasern), der dynamische Anteil entsteht durch die Kernsackfasern (D-Anteil).
An den statischen Fasern werden sekundäre Afferenzen über Fasern Typ II gebildet.
Aus den Anteilen des GS und der MS kann eindeutig über den Aktivitätszustand Auskunft gegeben werden. GS können aufgrund ihrer verzweigten Struktur auch Auskunft über die Rekrutierung motorischer Einheiten geben.
Bedeutung der alpha- Motoneurone
Die primären und sekundären Afferenzen reagieren auf Druck von außen und auf Druck von innen (innerhalb der aufgewickelten Struktur).
Wenn die Kernsack-(Kettenfasern) kontrahieren, wird es zu einer Druckzunahme auf die p/s- Afferenzen kommen. Daraus folgt eine Zunahme der AP-Frequenz!!
Aktivierung der γ- Motoneurone führt zur Kompensation der Spindelpause!
Die gemeinsame Aktivierung von α- und γ- Motoneuronen wirkt wie ein Selbstführungsmechanismus (servo).
Reflexe
Unter Reflex versteht man eine stereotype Antwort eines Systems auf Reizung einer Afferenz.
Eigenreflex (in der Regel monosynaptisch) - Effektor sitzt am Ort des Reizes
Fremdreflex (polysynaptisch) - Effektor sitzt nicht am Ort des Reizes!
Ein geschlossenes Reflexsystem wird auch als Reflexbogen bezeichnet. RB besteht aus:
1. Sensor, 2. Afferenz, 3. Umschaltung an zentralen Neuronen, 4. Efferenz, 5. Effektor
Bei polysynaptischen Reflexen ist die Umschaltung komplex und kann ganze Muskelgruppen agonistisch und antagonistisch als Effektoren beinhalten!
Klinisch wird eine Reihe von Reflexen eingesetzt, um die Verschaltung im Rückenmark zu überprüfen (Unfall bedingt, entwicklungs- bedingt)
Gemessen werden die Reflexzeit und die Beziehung zwischen Reizstärke und Antwortverhalten des Muskels!
T- und H- Reflex
T-Reflex (Tendon- Sehne) in Wirklichkeit wird nicht das Sehnenorgan, sondern die primäre Afferenz im Muskel gereizt!!!!!!
Deshalb ist der T-Reflex ein Muskelreflex!!!!
Die Antwort ist graduierbar und wird als elektrische Aktivität extrazellulär gemessen. Bei der el. Akt. handelt es sich um die Summenaktivität der Muskeln!!
Beim Hoffmann (H) -Reflex wird an Stelle des mechanischen Reizes die primäre Afferenz elektrisch gereizt. Es kommt im Muskel ebenfalls zu einer Aktivierung, die sich in der el. Aktivität äußert.
Die Latenzzeit zwischen Reiz und Antwort ist in beiden Fällen ähnlich.
H- Reflex 2
Wird die Reizstärke erhöht, lässt sich zunächst auch die Antwort erhöhen; ab einer gewissen Schwelle kommt es zu einer zweiten, früher auftretenden Antwort. Diese Antwort wird M-Welle genannt! Der zeitliche Zwischenraum zwischen H und M Welle repräsentiert die Laufzeit über die Afferenz, die Umschaltung im Rückenmark und die Efferenz (bis zur Reizstelle).
Die Auslöschung der H Welle entsteht durch die antidrome Weiterleitung des Reizes und die dadurch eintretende Refraktärität der Efferenz.
Der H-Reflex hat für die Klinik große Relevanz, da über Muskeltonus und Stärke des Reflexes Auskunft über pathologische Veränderungen gewonnen wird (Spastizität).
Physiologisch hat der H-Reflex seine Bedeutung, da er als erster zeigt, dass in einem geschlossenen System der Ort der Interaktion keine Bedeutung hat, um den Effektor zu aktivieren.
Reflexe können als die kleinsten motorischen Unterprogramme aufgefasst werden!
Hemmungen 1
Auf synaptischer Ebene werden Hemmungen benötigt, um komplizierte Unterprogramme zu realisieren. Inversion eines aktivierenden Signals!
a) Präsynaptische Hemmung
I. Rückwärtshemmung: Kollateralen eines Interneurons Projizieren rückwärts auf den gleichen Info-Kanal. Funktion: Nachkurzer Aktivierung erfolgt eine Hemmung (zeitliches Erregungsmuster)
II. Vorwärtshemmung: Kollaterale eines inhibitorischen Inteneurons inhibiert präsynaptisch einen anderen Info-Kanal. Funktion: dauerhafte Inhibition bei Aktivierung!
b) Reziproke Hemmung: Über Kollaterale der Ia Afferenz wird über ein Interneuron der Antagonist gehemmt! (der Agonist wird aktiviert - siehe Reflexbogen!)
Funktion: ordnungsgemäße Agonist- Antagonist- Regelung
Hemmungen 2
c) Autogene Hemmung: Ausgehend von den G. Sehnenorganen wird der gleiche Muskel über mehrere Interneurone (schwach) gehemmt. Feinmotorik, gut abstufbare Bewegungen. Flexoren werden mehr gehemmt als die Extensoren. Funktion: "Unterabfrage" der motorischen Aktivität (Vermeidung von Überschießender Aktivierung und Fehlerkorrektur!)
d) Renshaw Hemmung: (rekurrente Hemmung). Ansteuerung geschieht durch Kollateralen der alpha- Motoneurone. Wirkung ist inhibitorisch an der gleichen Synapse. Funktion: ähnlich der einer präsynaptischen Hemmung. Feinmotirik, Stützmotorik
Fremdreflexe
Standardbeispiel: Beugereflex; Schutzreflex vor Noxen (Hitze, Schmerz, Druck, Stich..)
Polysynaptisch und schließt Hautafferenzen mit ein. Wenn die Noxe stark genug ist, wird die kontralaterale Seite mit einbezogen. D.h. in umgekehrter Weise werden Beuger und Strecker inhibiert bzw. aktiviert über entsprechende inhibitorische Interneurone. (gekreuzter Streckreflex).
Weitere Reflexe: Schluck- und Saugreflexe, Husten, Niesreflexe, Bauchhautreflex, Fußsohlenreflex, diverse neurovegetative Reflexe (siehe glatter Muskel und per. Vegetativum)
Alle Reflexe müssen automatisch die neue Situation richtig einregeln! (Gewichtsverlagerung beim gekreuzten Streckreflex z.B. ohne Umfallen!!)
Polysynaptische Reflexe: zeigen Summation unterschwelliger Reize
Verkürzung der Reflexzeit bei häufigem Reiz
Habituation (Abschwächung der Reflexantwort bei wiederkehrendem Reiz) Begründung: zeitliche und räumliche Summation und Subtraktion an Synapsen der Interneurone.
Hirnstamm 1
Aufbau: Lage zwischen dem Zwischenhirn und dem Rückenmark, Aufteilung in: Mittelhirn (Nucl. ruber), Brückenhirn (Formatio reticularis, pontiner Teil), Vestibulariskerne, Medulla oblongata (Formatio reticularis, medullärer Anteil)
Verschaltung: Info-Eingang vom Zwischenhirn und Afferenzen vom Rückenmark, Info-Ausgänge zum Rückenmark (absteigende Bahnen)
Verlauf der Bahnen z.T. gekreuzt (Flexoren), z.T. ungekreuzt (Extensoren)
Funktion: Feinabstimmung der motorischen Unterprogramme, höhere reflektorische Leistungen
Funktionen der einzelnen Kerngebiete: Nucleus ruber- Flexorentonus
Formatio reticularis p.T. - Extensorentonus
Vestibulariskerne - Extensorentonus
Formatio reticularis m.T - Flexoren
Hirnstamm 2
Bei Durchtrennung oder Zerstörung einzelner Teile (Nucl. Ruber) kommt es zur sog. Enthirnungsstarre (Dezerebrationsstarre) Erhöhung des Extensorentonus und Erniedrigung des Flexorentonus!
Der Hirnstamm in Verbindung mit dem Rückenmark ist nur zu reflektorischen Leistungen in der Lage (benötigt Befehl vom Zwischenhirn). Eine wesentliche Verarbeitung liegt in der Umsetzung der α-γ- Koaktivierung! (Feinabstimmung, Servo)
Sensorische Schnittstellen können am Hirnstamm klinisch von Relevanz sein (offenbar ist die Information noch so einfach kodiert, dass wirksame Eingriffe vorgenommen werden können: Bsp. Hirnstamm-Implantat zur Wiedererlangung der Hörfunktion!)
Kleinhirn 1
Aufbau /Teilfunktion:
Vestibulozerebellum - Gleichgewicht und Okkulomotorik
Spinozerebellum - Bewegungsdurchführung
Zerebrozerebellum - Planung und Zielmotorik
Verschaltung: zwei Info-Eingänge (excitatorisch) -- ein Info-Ausgang (inhibitorisch)
Transmitter (inhibitorisch -GABA (Gamma- Amino- Buttersäure))
(excitatorisch - Aspartat, Glutamat)
Funktion: Feinabstimmung von allen motorischen Aktivitäten. Inhibition im Sinne einer schnellen Regelmöglichkeit von koordinierten Bewegungsabläufen.
"Für eine schnelle Bewegung sind sowohl starke hemmende als auch starke fördernde Antriebe erforderlich".
Kleinhirn 2
Bei Ausfall des Kleinhirns werden keine Lähmungen erzeugt, vielmehr werden die Bewegungsabläufe schlechter koordiniert (was z.T. motorisch sogar kompensiert werden kann)
Intentionstremor- Unsicherheit der Bewegungen
Dysmetrie- Bewegungen zu lang oder zu kurz
Adiadochokinese - Hin- und Herbewegungen gestört
Zerebellare Ataxie- Unsicherheit im Stehen
Durch die vernetzte Verschaltung der Parallelfasern mit den Purkinje- Zellen, werden Laufzeitunterschiede gemessen und verarbeitet. Dieses wird zur Synchronisation (zeitliche Abfolge, zeitgenaues Einsetzen von Bewegungen) verwendet ("Innerer Zeitmesser").
Basalganglien 1
Aufbau: Striatum, Pallidum
Substantia nigra (Pars compacta, Pars reticulata)- zwischengeschaltet ins Striatum
Verschaltung: ein Info-Eingang (excitatorisch) und ein Info-Ausgang (excitatorisch ab Thalamus) mit dazwischen geschaltetem inhibitorischen System. Sowohl Striatum als auch Pallidum sind inhibitorische Systeme.
Das Gesamtsystem der Basalganglien ist in eine große Schleife von der Hirnrinde, Basalganglien selbst, zum Thalamus zurück zur Rinde eingebunden.
Basalganglien 2
Funktion: Ausgestaltung und Feinabstimmung des Bewegungsprogramms.
Pallidum: Kinese (Bewegung) - da das Pallidum
entwicklungsbiologisch als erstes ausgebildet wird, zeigt ein Säugling Pallidummotorik (starker Bewegungsdrang).
Die Basalganglien sorgen für eine Abstimmung zwischen Kinese und Tonus der Muskulatur.
Im Alter kann es in beiden Qualitäten zu einer Überbetonung kommen.
Hyperton- hypokinetisches Syndrom (Parkinson-Syndrom) (Gestik, Mimik starr, gehemmt, Tonus zu groß!)
Hypoton, hyperkinetisches Syndrom (Chorea- Huntington Syndrom, Veitstanz)
Inhibitorisch wirkt GABA als Transmitter.
Komplexe Bewegungsabläufe 1
Ergreifen eines Gegenstandes mit der Hand.
Handbewegungen, Greif- und Haltebewegungen sind multisensorisch und gelernt (kognitiv). Dieser Prozess dauert viele Jahre und führt letztendlich zu einer gewissen Handgeschicklichkeit. Diese Art der Fähigkeit ist den Primaten weitgehend ausschließlich vorbehalten. Man unterscheidet zwischen einem Präzisionsgriff (Daumen und Opposition) und einem Kraftgriff (Daumen und ganze Hand).
Umsetzung eines visuellen Bewegungsablaufes in einen motorischen Ablauf. Die visuellen Eindrücke werden als Bewegungsunterprogramme gespeichert und abgerufen. Aus diesen Unterprogrammen werden der Geschwindigkeitsverlauf, die Beschleunigung und die Handöffnung optimiert. Dabei wird die Handöffnung nur gering größer als der zu greifende Gegenstand ausfallen.
Komplexe Bewegungsabläufe 2
Klinisch werden einfache Greifbewegungen als Messinstrument zur Bestimmung der Veränderung der Bewegungsoptimierung eingesetzt (Greifbrett, Messung der Geschwindigkeits-Weg-Kraft-Beziehungen)
Die Fähigkeit der Handgeschicklichkeit beruht auf der großen Repräsentanz der Hand auf dem motorischen und sensorischen Kortex (Somatotope Gliederung). Hand nimmt den größten Anteil ein. Aufgrund der ähnlichen Abbildung und der Abgestimmtheit der afferenten und efferenten Aktivierungen spricht man vom Sensomotorischen System.
Durch eine gezielte Verschaltung der möglichen Freiheitsgrade der Hand kommt es zu einer immer gleich bleibenden motorischen Reaktion auch bei unterschiedlicher Gelenkstellung (Prinzip der motorischen Äquivalenz! Schriftbildkonstanz). Bei motorischen Bewegungen steht Präzision und Geschwindigkeit in umgekehrter Proportionalität zueinander!
Die Präsentation der Muskelgruppen auf der kontralateralen Seite des Kortex nennen wir Homunkulus. Die Kreuzung der Fasern der Pyramidenbahn führt zu einer gekreuzten Repräsentation.
Komplexe Bewegungsabläufe 3
Die gesamte Bewegung setzt sich zusammen aus:
1. Handlungsantrieb
2. Bewegungsentwurf, Assoziation, Abruf der Unterprogramme
3. Motorische Umsetzung
Der Zeitverlauf einer Aktivierung hat seinen Starpunkt etwa 1 Sekunde vor der Ausführung (Schrecksekunde)! Nach etwa 500 ms beginnen der Bewegungsentwurf und die Zusammenstellung der Unterprogramme. Der auf beiden Schläfenlappen vorhandene Potentialverlauf (Differenz Null!) wird Bereitschaftspotential genannt. Die eigentliche motorische Aktivität erzeugt ein Potential nur unter der Stelle des Projektionsortes! Die Dauer beträgt etwa 100 ms. Dieses Potential wird Motorpotential genannt.
Afferenzkopien und Efferenzkopien werden benötigt an den einzelnen Stationen des Motorkortex im Sinne einer präzisen Regelung (Istwert (aff.) - Sollwert (eff.) - Vergleich).
Motorische Defekte
Pyramidenbahn, Schlaganfall, Blutung
Verläuft in mehreren Stufen:
Zuerst: Lähmung auf der kontralateralen Seite. Nach einiger Zeit beginnen die Nervenfasern empfindlicher zu reagieren (Schwellenverschiebung), (Fehlen von hemmenden Einflüssen). Daraus entsteht ein Hypertonus und Hyperreflexie (gesteuert über Spindeln und Sehnenorgane). Afferente Eingänge fehlen woraus folgt, dass eine Regelung unmöglich wird.
Weitere Schädigungen liegen im vegetativen System.
Präfrontalkortex: Starke Störungen der Willkürmotorik
Parietalen Assoziationskortex: Störungen hier verursachen eine Situation bei der Tun und Wollen nicht mehr identisch sind.
Medifrontalkortex: Störungen hier erzeugen Veränderungen der Bewegungsabläufe.
Untersuchungsmethoden
EEG- gängigste Methode zur Erfassung kortikaler Aktivität
a) Dauerregistrierungen (Frequenzspektren und Zeitverläufe)
b) Ereigniskorrelierte EEG (zeit- und reizsynchrone Aufzeichnung; Mittelwertbildung unterdrückt die Hintergrundaktivität!
MEG (Magnetoenzephalogramm) nutzt die Entstehung von Magnetfeldern bei der elektrischen Aktivität der Neurone aus. Tiefenauflösung möglich durch Kombination mit einem weiteren Bild gebenden Verfahren zur Festlegung der Randbedingungen. (sehr aufwändig und teuer).
Durchblutungsmessungen mit markiertem Material: kostengünstig aber langsam.