Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
S. Mense und U. Hoheisel
Lehrstuhl Neurophysiologie Universität Heidelberg, Medizinische Fakultät Mannheim
ASPEKTE ZU MUSKULÄREN UND FASZIENBEDINGTEN SCHMERZURSACHEN BEI
CHRONISCHEN RÜCKENSCHMERZEN
40+5
BMBF Konsortium LOGIN
Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdrucks und der Vervielfältigung der PPT-Folien bzw. der daraus erzeugten PDF-Dateien oder Teilen daraus bleiben Herrn Prof. Dr. S. Mense vorbehalten und sind nur mit schriftlicher Zustimmung durch ihn zulässig. Sie dürfen die PPT-Folien bzw. PDF-Dateien nur zum Zweck der persönlichen Information verwenden und keinesfalls an Dritte weitergeben.
1. FUNKTIONELLE STÖRUNGEN DER MUSKELN ALS URSACHE VON RÜCKENSCHMERZEN
3. VERHALTEN DES MUSKELS UND DER FASZIE BEI DEHNUNG
2. KANN DIE THORAKOLUMBALE FASZIE ZU NICHT- SPEZIFISCHEN RÜCKENSCHMERZEN BEITRAGEN?
THEMEN
Greggreendc.com
DAS PROBLEM
About 90% of the time sciatica is due to a spinal disc herniation pressing on one of the lumbar or sacral nerve roots. Valat et al. (2010). Clin rheum. 24: 241–52..
Travell and Simons 1992
SELBES PROBLEM, ANDERE URSACHE
Ursache: Myofasziale Triggerpunkte im M. glutaeus minimus Triggerpunkt = kleiner, druckempfindlicher Knoten im Muskelgewebe, der Schmerzen in andere Gebiete überträgt
Die funktionelle Störung eines Muskels kann neuropathischen Schmerz imitieren.
= Lage der Myofaszialen Triggerpunkte (MTrP)
= Gebiet des über- tragenen Schmerzes
Histamine
Mast cell
SP/CGRP
Noxious stimulus (e.g. low pH, ATP)
Unmyelinated (Group IV) fiber
Varicosity containing neuropeptides
Arteriole
Muscle fibers
REIZUNG UND SENSIBILISIERUNG VON MUSKELNOZIZEPTOREN
BK/PGs/H+/NGF
ATP
ATP
ATP=Adenosin triphosphate BK=Bradykinin CGRP=Calcitonin gene- related peptide H+=Protons NGF=Nerve growth factor PGs=Prostaglandins SP=Substance P
1. SP und CGRP bewirken Plasma-Extravasation 2. Aus dem Plasma werden entzündliche Substanzen freigesetzt (e.g. BK, PGs) 3. Die Substanzen sensibilisieren benachbarte Nozizeptoren
after Mense 2007
REZEPTORMOLEKÜLE IN DER MEMBRAN EINES MUSKELNOZIZEPTORS
,3
H : pH 6.25 in exhausted muscle +
Mense unpublished
ATP: high concentration in normal muscle
Exposed spinal cord
L3
Lumbar spinal cord
Stimulating electrodes (search stimulus)
Recording electrode
REGISTRIERUNG VON HINTERHORNNEURONEN MIT ANTRIEB VON DEN WEICHTEILEN DES KAUDALEN RÜCKENS
Recordings in lumbar segments
L2
after Taguchi et al. 2008
Soft tissues of low back
Stimulation
L1
HINTERHORNNEURON MIT ANTRIEB VOM KAUDALEN RÜCKEN
A) Location of receptive fields B) Responses to mechanical and chemical stimulation
L1 4 5 2 3
6 S1
Pinch (fascia) Touch (skin)
5 s
5 s 5 % NaCl into MF (50 µl)
20 s
Noxious pressure MF
Fascia
Spinous process
MF muscle
Skin
nach: Hoheisel et al 2011
MF
GS
Skin
TLF Other deep tissues
Other deep tissues
Other deep tissues
ineffective synapse
effective synapse
Jedes ZNS-Neuron hat bis zu 10 000 Synapsen auf seiner Oberfläche. Die meisten dieser Synapsen sind ineffektiv.
Axon
( effective)
Die Erregbarkeit der Neurone durch Reizung von mehreren Geweben könnte ein Grund für die diffuse Natur des Rückenschmerzes sein.
Ein typisches Beispiel für den Übergang von ineffektiven zu effektiven Synapsen ist die Schmerzübertragung.
WDR
WDR
SCHMERZÜBERTRAGUNG VON MUSKEL ZU MUSKEL
Simons et al 1999
= Location of myofascial trigger point (MTrP)
= Area of referred pain from MTrP
Local pain
Referred pain
Kranialer Muskel
Schmerzhafte Läsion
MÖGLICHE ERKLÄRUNG FÜR DIE ÜBERTRAGUNG VON SCHMERZEN VON EINEM KRANIALEN ZU EINEM KAUDALEN MUSKEL
Normaler Weg der Nozizeption (lokaler Schmerz)
Weg bei übertragenem Schmerz
Ineffektive (schlafende) Synapse
Effektive Synapse
Desz. schmerz- modulierende Bahnen
Übertragener Schmerz
Lokaler Schmerz
BDNF
after Graven-Nielsen and Mense 2010
Kaudaler Muskel
3.Möglichkeit: Freisetzung von Glutamat durch Astrozytenketten
2.Möglichkeit: Diffusion von BDNF etc
1. FUNKTIONELLE STÖRUNGEN DER MUSKELN ALS URSACHE VON RÜCKENSCHMERZEN
3. VERHALTEN DES MUSKELS UND DER FASZIE BEI DEHNUNG
2. K
THEMEN
2. KANN DIE THORAKOLUMBALE FASZIE ZU NICHT- SPEZIFISCHEN RÜCKENSCHMERZEN BEITRAGEN?
FASCIA THORACOLUMBALIS BEI RATTE UND MENSCH
NERVENFASERN AUF DER OBERFLÄCHE DER FASCIA THORACOLUMBALIS DER RATTE (HÄUTCHENPRÄPARAT MIT PGP 9,5-FÄRBUNG)
PGP 9.5 ist ein unspezifischer Marker für alle Nervenfasern
100 µm
20 µm
100 µm
Subcutaneous tissue
Multifidus muscle
Thoracolumbar fascia
SP- UND CGRP-HALTIGE NERVENENDIGUNGEN IN DER FASCIA THORACOLUMBALIS
10 µm SP (Ratte)
Fasziennozizeptor
Alle SP-haltigen und ein großer Teil der CGRP-haltigen Endigungen werden als nozizeptiv angesehen (Lawson et al. 1997).
10 µm
5 µm
25 µm
A B C
SP
SUBSTANZ P- UND CGRP-HALTIGE FREIE ENDIGUNGEN IN DER FASCIA THORACOLUMBALIS DES MENSCHEN
10 µm after Tesarz et al 2011
L 4
L 5 Fascia
Sampling site
CGRP D
SYMPATHISCHE FASERN UND ENDIGUNGEN IN DER FASZIE (RATTE)
50 µm TH
TH: tyrosine hydroxylase is a marker for postganglionic sympathetic nerve fibres.
50 µm
25 µm
B) Inner layer A) Subcutaneous layer
after Tesarz et al 2011
30-40% der Faszien- Gesamtinnervation bestanden aus sympa- thischen Fasern.
SYMPATHISCHE NERVENFASERN IN DER HUMANEN FASCIA THORACOLUMBALIS Tyrosinhydroxylase (TH)-Färbung
100 µm
25 µm after Tesarz et al 2011
Möglicher Schmerzmechanismus: 1. Stress aktiviert den Sympathikus, 2. Sympathische Fasern lösen Vasokonstriktion aus, 3. Diese führt zur Ischämie und Gewebsazidose, 4. ASIC-Rezeptormoleküle werden durch H aktiviert. 5. Faszienschmerz +
INJEKTION VON HYPERTONER NaCl IN LUMBALE WEICHTEILE
Schilder et al 2014
(MF)
(FTL) Von allen Weichteilen des kaudalen Rückens hat die FTL die höchste Schmerz- empfindlichkeit
Lowback
Control (fascia intact)
TLF inflamed
Low back muscles
Muscles outside the low back
Inflamed fascia (L5)
Muscles outside the low back
ANTWORTVERHALTEN DER HINTERHORNNEURONE NACH EINER CHRONISCHEN ENTZÜNDUNG DER FASZIE
Das Auftreten von neuen RFs in den Weichteilen des Beins könnte ein Mechanismus für die Ausbreitung von Rückenschmerzen sein.
Fasciitis for 12d; recording site: L3
200 µm
MF
Fascia
Die Faszie war entzündet, aber neue Verbindungen bestanden mit Muskeln (Wechselwirkung?)
0
20
40
60
%
(4 of 37) (11 of 36)
P < 0.05
Fascia inflamed Control
A) Proportion of neurons with input from muscle (MF)
VERHALTEN VON HINTERHORNNEURONEN NACH ENTZÜNDUNG DER FASCIA THORACOLUMBALIS UND DES M. MULTIFIDUS
0
% 20
10
(3 of 76) (9 of 61)
P < 0.03
MF inflamed
B) Proportion of neurons with input from fascia
Control
Entzündung des MF steigert die Erregbarkeit durch Faszie
after Hoheisel and Mense 2014
Entzündung der Faszie steigert die Erregbarkeit durch MF
Es scheint keine Rolle zu spielen, wo in den Weichteilen des Rückens eine Läsion auftritt. Ist überhaupt eine Läsion vorhanden, reagieren die Hinterhornneurone verstärkt auf Impulse aus allen tiefen Geweben des kaudalen Rückens. Der ganze Rücken kann dann schmerzhaft werden.
SCHLUSSFOLGERUNG
1. FUNKTIONELLE STÖRUNGEN DER MUSKELN ALS URSACHE VON RÜCKENSCHMERZEN
3. VERHALTEN DES MUSKELS UND DER FASZIE BEI DEHNUNG
2. K
THEMEN
2. KANN DIE THORAKOLUMBALE FASZIE ZU NICHT- SPEZIFISCHEN RÜCKEN SCHMERZEN BEITRAGEN?
MUSKEL MIT HILFSSTRUKTUREN
Endomysium
Perimysium umhüllt Muskelfaszikel
Epimysium = eigentliche Faszie
Septum
Purslow and Delage 2012
Muskelfasern herausgelöst
RASTER-EM DES ENDOMYSIUMS
HILLS ELASTIC MUSCLE MODEL (modifiziert nach HILL 1938)
F=Force CE=contractile element SE=series elastic element PE=parallel elastic element Muskelursprung
Kontraktiles Element (Sarkomer) gibt bei Dehnung praktisch widerstandslos nach
z.B.Titin Menge gering; trägt kaum zum Dehnungswiderstand bei Sehne/Muskelansatz
Endo-/Peri-/Epimysium Querverbindungen zwischen Muskelzellen und Endomysium sowie zwischen Muskeln
Die „Muskel“dehnung ist eigentlich eine Bindegewebs- (Faszien-) Dehnung
DREI PHASEN DER DEHNUNG AM BEISPIEL DER ACHILLESSEHNE
Nach: pt.ntu.edu.tw
Physiologischer Bereich, als ideal elastisch angenommen
Erste mikroskopische Läsionen (bei ca. 10 % Dehnung)
Gewellte Kollagenfasern richten sich aus
Kraft-Längen-Diagramm
(mm)
(Pas
cal)
Verklebungen
DEHNUNGSVERHALTEN EINES GESAMTMUSKELS (Kaninchen)
Der Gesamtmuskel verhält sich bei Dehnung viskoelastisch, wobei die visköse Komponente hauptsächlich vom Muskelgewebe herrührt; weniger vom Bindegewebe incl. der Faszien.
Restdehnung
Gary Larson, 1997
BEI STATISCHER DEHNUNG GIBT DIE FASZIE NACH
Statische (anhaltende) Dehnung ist effektiver als dynamische (kurzdauernde), weil die viskösen Anteile des Muskels und der Faszie nur langsam nachgeben.
100 µm
NERVE FIBERS AND ENDINGS IN RAT THORACOLUMBAR FASCIA
Middle layer
Inner layer
Subcutaneous tissue
Outer layer
2000
1000
0
Superficial layer
(Subcut. + outer layer)
n = 61
Middle layer Inner layer
L4-L6 (marker: PGP 9.5)
EINTEILUNG BINDEGEWEBE
Nach: Universität CH Fribourg
HAUPTBESTANDTEILE DER FASZIEN Kollagenfasern Typ I (von Fibrozyten gebildet) Freie Zellen (z.B. Makrophagen (Immunabwehr)) Interzellularsubstanz (Hyaluronsäure (Wasserspeicher))
Faszien
Sehnen
Sämtliches BG=Faszie?
QUERVERBINDUNGEN ZWISCHEN MUSKELFASERN UND ENDOMYSIUM
Muskelzelle
A=Aktin an Innenseite der Muskelzellmembran (Sarkolemm); D=Dystrophin; I=Integrin; K-IV=Kollagen Typ IV (Basallamina-Kollagen); L=Laminin; S=Sarkoglykan Z=Z-Streifen; ZS=Zytoskelett der Muskelfaser als Befestigung für Sarkomere
Mechanische Verbindung (Querverbindungen) zwischen Muskelfaser und Endomysium durch das Integrin- und Sarkoglykan-System
nach Huijing 2012
Z Z
Endomysium (Kollagen Typ I) Endomysium
Basalmembran, lamina rara
Basalmembran, lamina densa (Kollagen Typ IV)
Anker-Kollagen (eigentl. Querverb.)
Muskelfaser
10 µm 10 µm
TRPV1-POSITIVE NERVENFASERN IN DER FASCIA THORACOLUMBALIS DER RATTE
Hoheisel and Mense unpublished
Die Fascia thoracolumbalis besitzt eine reiche Innervation mit Nozizeptoren und kann daher als Quelle von Rückenschmerzen fungieren.
TRPV1=Transient receptor potential vanilloid subtype 1
WDR Neuron
Facilitating input from muscle
Brainstem and Thalamus Muscle
Fascia
Skin
HYPOTHETICAL WIRING IN THE SPINAL CORD
Muscle
Facilitating input from muscle
Facilitating input from fascia
Effective synapses
Ineffective synapse
HISTOLOGIE EINER FASZIENENTZÜNDUNG
200 µm
Middle layer
Inner layer
Subcutaneous tissue
Outer layer
MF muscle
10 µm
Histology 12 days after CFA injection (Giemsa staining, 40 µm)
A) Intrafascial injection of complete Freund’s adjuvant (CFA)
1 cm
B)
Zweck: Imitierung von Faszienschmerzen im kaudalen Rücken
0
10
20
INFLAMMATION-INDUCED EXPANSION OF TLF INPUT TO SEGMENT L3
A) Proportion of neurons
B) Location of receptive fields in inflamed fascia
%
L5
(4 of 36) (0 of 37)
Injection site in TLF
P = 0.05
TLF inflamed Control
Central sensitisation: Expansion of input area in spinal cord
0
10
20
A) Proportion of neurons in L3 with input from TLF
%
(4 of 36) (0 of 37)
P = 0.05
TLF inflamed Control
0
20
40
60
%
(4 of 37) (11 of 36)
P < 0.05
TLF inflamed Control
Entzündung der Fascia thoracolumbalis steigert den Antrieb vom MF-Muskel.
B) Proportion of neurons in L3 with input from muscle
ANTWORTVERHALTEN VON HINTERHORNNEURONEN NACH 12 TAGEN ENTZÜNDUNG DER FASCIA THORACOLUMBALIS (TLF)
Es scheint keine Rolle zu spielen, wo in den Weichteilen des kaudalen Rückens eine Läsion auftritt. Ist überhaupt eine Läsion vorhanden, reagieren die Hinterhornneurone verstärkt auf Impulse aus allen tiefen Geweben des kaudalen Rückens. Der ganze Rücken kann dann schmerzhaft werden.
ÜBERTRAGUNG VON EINEM MUSKEL ZUM ANDEREN
3. Ineffektive Verbindung wird durch starken nozizeptiven Impulseinstrom effektiv.
2. Synaptische Verbindung mit sakralem Muskel ursprünglich ineffektiv
Zur Beseitigung der Schmerzen ist Behandlung vom thorakalen Muskel erforderlich.
nach: Mense and Gerwin 2010
Lokaler Schmerz im thorakalen Muskel
Sakrales Segment
Normaler Weg für die Information von Nozizeptoren im thorakalen Muskel
Weg für Schmerz- übertragung vom thorakalen zum glu- täalen Muskel
Thorakales Segment
Übertragener Schmerz im glutäalen Muskel
1. Kollateralen von afferenten Fasern können im Rückenmark bis zu 7 Segmente nach kaudal reichen (Devor et al 1977)
7/38 L1 4 5
2 3 6 S1 2 3
L1 4 5 2 3 6 S1 2 3
9/28 Receptive fields of LB neurons
inhibitory RF
2/38 L1 4 5 2 3
6 S1 2 3
1/38
L1 4 5 2 3 6 S1 2 3
7/33 L1 4 5 2 3
6 S1 2 3
WIRKUNG EINER MUSKEL- (MF-) ENTZÜNDUNG AUF HINTERHORNNEURONE MIT ANTRIEB VOM KAUDALEN RÜCKEN
Segment L 2 Segment L 3 Segment L 5
Control
MF inflammation for 6 days
p<0.05
skin
muscle
fascia other deep tissues
CFA (200µl) L4 L5
after Taguchi et al. 2008
Das Auftauchen von Neuronen in L3 mit neuen RFs im kaudalen Rücken könnte der kraniokaudalen Ausbreitung von Rückenschmerzen zugrunde liegen.
GS Muskel
GS Nerv
Triggerpunkt
HYPOTHETISCHE ERKLÄRUNG FÜR DIE ÜBERTRAGUNG VON TrP-SCHMERZEN
Normaler Weg der Nozizeption (lokaler Schmerz)
Weg bei chronischem TrP (übertragener Schmerz)
Ineffektive (schlafende) Synapse
Effektive Synapse
Desz. schmerz- modulierende Bahnen
Übertragener Schmerz
Lokaler Schmerz
BDNF
8000-10000 Synapsen/Neuron
Mense, unpublished
Kaudaler Muskel