Langenbecks Arch Chir (1988) 373:30-41 Langenbecks A hiv forChirurgie © Springer-Verlag 1988

Manometrische und elektrophysiologische Untersuchungsverfahren zur Funktionsdiagnostik des inneren AnalsehlieBmuskels

J. Braun

Abteilung Chirurgie (Vorstand: Prof. Dr. V. Schumpelick) der Medizinischen Fakult~it der Rheinisch-Westfalischen Technischen Hochschule, PauwelsstraBe, D-5100 Aachen

Manometric and Electrophysiological Investigations in Functional Diagnosis of the Internal Anal Sphincter

Summary. In 49 subjects, simultaneous mano- metric and electrical investigations of the internal anal sphincter were performed. In resting state slow potentials were recorded in all subjects at a mean frequency of 20.6-4-0.6cpm for needle electrodes and 16.0+0.5cpm for surface elec- trodes in bipolar technique. The mean amplitude amounted to 380.6 ± 28.4 IxV respectively 411.6 ± 27.8 ~tV for both electrical derivations. Whereas frequency was fairly constant, amplitude of slow potentials changed interindividually and intrain- dividually. Anal sphincter pressure did not corre- late with amplitude and frequency of slow poten- tials. Sphincter relaxation by rectal distension was associated with inhibition of slow potentials. Both, percentage of inhibition of slow potentials and of sphincter relaxation were proportional to the volume of rectal distension. There was also a direct correlation between volume of rectal dis- tension, depth of sphincter relaxation and length of inhibition of slow potentials. When 10 ml, 25 ml and 50 ml of air were used for rectal disten- sion, duration of inhibition of slow potentials were 8.5_1.5s, 12.5±1.6s and 15.1±1.2s (p < 0.05) for bipolar tracings, depth of relaxation respectively 15.0±l.2mmHg, 26.1+2.3 mmHg and 36.6±2.2 mmHg (p <0.05). The association of inhibition of slow potentials with sphincter relaxation suggests that maintenance of sphincter tone is governed by slow potentials. This proves the diagnostic value of electromyography of the internal sphincter.

Key words: Manometry - Electrophysiology - Internal anal sphincter - Diagnostic value.

Zusammenfassnng. An 49 gesunden Probanden wurde eine simultane manometrische und elek- tromyographische Funktionsdiagnostik des inne- ren AnalschlieBmuskels durchgefiihrt. Unter Ruhebedingungen lieBen sich be± allen Proban- den langsame Potent±ale mit einer mittleren Fre- quenz yon 20,6+0,6 cpm be± Nadelelektroden- und 16,0 + 0,5 cpm be± Oberfl~ichenelektrodenab- leitungen registrieren. Die mittlere Amplitude be- trug 390,6±28,4~tV resp. 411,6 +_ 27,8 ~tV fiir be±de Ableitverfahren. Wahrend die Frequenz weitgehend konstant blieb, wechselte der Ampli- tudenverlauf der langsamen Potent±ale interindi- viduell als auch intraindividuell. Der anale Ruhe- druck korrelierte weder mit der Amplitude noch mit der Frequenz der langsamen Potent±ale. Die Sphincterrelaxation durch pneumatische rectale Distension war mit einer elektromyographischen Potentialhemmung vergesellschaftet. Die Haufig- keitsverteilung der Potentialhemmung und der Sphincterrelaxation war proportional zum recta- len Dehnungsvolumen. Auch bestand eine direkte Korrelation zwischen rectalem Distensionsvolu- men, Tiefe der Sphincterrelaxation und der Lange der Potentialhemmung. Be± einer rectalen Disten- sion mit 10 ml, 25 ml und 50 ml Luft betrug die Dauer der Potentialhemmung in der bipolaren Nadelelektrodenableitung 8,5 + 1,4 s, 12,5 ___ 1,6 s und 15,1 _+ 1,2 s (p < 0,05), die Tiefe der Sphincter- relaxation resp. 15,0 ± 1,2 mmHg, 26,1 ± 2,3 mmHg und 36,6 ± 2,2 mmHg (p < 0,05). Die Asso- ziation der Potentialhemmungen mit der Sphinc- terrelaxation lieB vermuten, dab der Sphincter- tonus durch die von uns gemessenen langsamen Potentiale aufrecht erhalten wird. Dieser Befund weist auf die Bedeutung der Elektromyographie des inneren AnalschlieBmuskels ftir die anorectale Funktionsdiagnostik hin.

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Das anorectale Kontinenzorgan besteht aus mehreren muscul~iren Einzelkomponenten mit komplizierten anatomischen und funktionellen Verflechtungen, deren exaktes Zusammenspiel Bedingung der Kontinenz ist. Hauptgarant hierft~r ist die anale Hochdruckzone als mel3barer Aus- druck der Kontinenzleistung des analen Ver- schlu6systems. Der komplexe Aufbau erschwert die klinische Beurteilung, welche muscul~iren Sphincteranteile im Einzelfall for eine defizitare Kontinenz verantwortlich sind. Daher haben manometrische Untersuchungsverfahren zur quantitativen und qualitativen Beurteilung der analen Verschlu6funktion an Bedeutung gewon- nen. Trotz zahlreicher Untersuchungen am analen Sphinctersegment sind die Aussagen zur Wertig- keit der einzelnen Strukturen divergierend [10, 20, 25, 26, 31], Dart~ber hinaus erschweren unter- schiedliche methodische Verfahren den Vergleich einzelner Me6werte, d.h. relativieren die Ergeb- nisse. So sind allenfalls qualitative Vergleiche zulassig [3, 12, 14-16, 21].

Die Grenzen der Aussagef~ihigkeit der Mano- metrie ergeben sich aus dem topographischen Aufbau der Komponenten des Sphincters. Die manometrisch erfa6bare radi~ire Krafteinwirkung im Analkanal wird gemeinsam durch die tonische Dauerkontraktion des M. sphincter ani internus, den Dehnungswiderstand des M. sphincter ani externus, den M. puborectalis und den M. levator ani bewirkt. Wegen der teils konzentrischen An- ordnung dieser Muskelmanschetten erlaubt die manometrische Erfassung der analen Hochdruck- zone nur eine Aussage zur Globalleistung der Sphincterfunktion ohne sichere differenzierte Be- urteilung der einzelnen Sphincteranteile. Um et- waige Defekte der globalen Abschlul31eistung jeder einzelnen Sphincterkomponente isoliert zu- zuordnen, gilt es, die Funktion der verschiedenen Muskeln zu analysieren. Hierzu bietet die simul- tane elektromyographische und manometrische Untersuchung die besten Voraussetzungen.

Allerdings fanden derartige Me6methoden bisher t~berwiegend Anwendung an quergestreif- ten Muskeln und nur selten im Bereich glatt- muscularer Sphincter [1, 7, 22].

Doch tierexperimentelle und in vitro-Unter- suchungen belegen eine Ubertragbarkeit dieser Me6methode auf die glatte Muskulatur [2, 19]. Verwertbare elektrophysiologische Parameter konnten bisher nicht selektioniert werden, so dab ihr klinischer Einsatz in der anorectalen Diagno- stik hypothetisch blieb [19, 28, 29, 32].

Vor diesem Hintergrund haben wir versucht, unter Verwendung eines optimalen manometri-

schen Me6verfahrens methodische M6glichkeiten der synchronen Internusmyographie abzugrenzen und entsprechende for die Klinik relevante elek- trophysiologische Parameter zu selektionieren.

Methode

Manometrie

Die intraluminalen Druckmessungen wurden anlehnend an die von Harris [12] erprobte Perfusionsmanometrie durch- geftihrt. Als DruckObertr~ger diente ein am distalen Ende blind verschlossener graduierter Katheter CH 6 mit seitlicher I3ffnung 2 cm proximal der Spitze mit einem Durchmesser von 1,2 mm. Das distale Ende dieses Katheters war mit dem Ausgangskanal des Druckdomes eines Statham-Elementes (P 23 1 D) verbunden. Der Druckme6katheter wurde dabei im Nebenschlu6 flowkonstant tiber eine Hochdruckperfusions- pumpe (Typ UNITAII, Braun-Melsungen) mit niedriger Eigencompliance mit Wasser perfundiert. Die Perfusionsrate betrug 0,75 ml pro Minute. Dieses System erreichte Druckan- stiege bis 200 mmHg pro Sekunde. Die Wassertemperatur be- trug 22 °C.

Elektromyographie

Die elektrische Aktivit~it des inneren Analschliel3muskels wurde synchron zur Manometrie sowohl tiber Oberfl~ichen- als auch extracellul~ire Nadelelektroden abgeleitet. Als Oberfl~- chenelektroden dienten jeweils 2 mm distal und proximal der seitlichen Katheter6ffnung aufgeklebte 2mm breite und 0,1 mm dicke Ag-Ag-chlorierte Ringelektroden, die tiber intra- luminal verlaufende Leitungen mit der Aufnahmeeinheit in Verbindung standen.

Zur extracellul~tren Nadelelektrodenableitung benutzten wir sowohl in der bipolaren als auch in der unipolaren Ableit- technik 120 ~tm im Durchmesser grof~e kunststoffbeschichtete NiCr-Dr~ihte, deren distales Ende tiber eine L~inge von 2 mm abisoliert wurde [32] (Abb. 1 a).

Neben diesen beiden elektromyographischen und mano- metrischen Me6einheiten wurde zus~ttzlich ein 6 Ch groBer ballonarmierter Katheter in das Rectum plaziert. Der Durch- messer des 4 cm langen Ballons betrug bei Distension mit 10 ml Luft 2,5 cm, mit 25 ml Luft 3,2 cm und mit 50 ml Luft 4,5 cm. Im Nebenschlul3 stand diese Distensionseinheit mit einem Statham-Element (P 23 1 D) in Verbindung, so dab simultan wahrend der Distension jeweils der volumenabh~,n- gige Innendruck des Distensionsballons aufgezeichnet werden konnte.

A ufnahmeeinheit

Die beiden Statham-Elemente standen tiber Druckverst~irker mit selbstabgleichender MeBb~cke und Eichfaktoreneinstel- lung mit einem Thermoschreiber sowie einer digitalen Spei- cheranlage in Verbindung. Zwecks Aufzeichnung der Atem- exkursionen wurde zus~tzlich ein Kanal mit einem Pneumo- graphen (Firma Hellige Typ P 19) nach Vorverst~rkung (Sie- mens Universalverst~irker Typ 854) belegt. Die elektrischen Signale wurden nach Vor- und Trennverst~irkung (Typ Bio- Verst~trker, Frequenzbereich 0-10KHz, Empfindlichkeit 10 IxV bis 50 mV mit Tief- und Hochpal3filter, Notchfilter) simultan mit den analen Druckverlaufen analog und digital gespeichert (Abb. 1 b). Bei der digitalen Speichereinheit handelte es sich um ein Magnetband-PCM-System mit einer Wiedergabe-Ge- nauigkeit von 0,025% bei einer Dynamik von 75 dB.

32

a 3

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Abb. 1 a, b. Methodik (a): Schematische Darstellung der synchronen manometrischen und elektromyographischen Ableittechnik: 1, Perfusionskatheter; 2, Rectumballonkatheter; 3, Ableitungen der NiCr-Drahtelektroden; 4, Ableitungen der Ag-Ag-chlorierten Oberfl~ichenelektroden. b Blockschaltungen der elektromechanischen und elektromyographischen Aufzeichnungseinheiten

Untersuchungsablauf

Vor jeder Untersuchung wurde die manometrische Me6einheit geeicht. Hierzu wurde ein integriertes Eichsystem genutzt, das zu Kontrollmessungen mit einem Quecksilbermanometer eine absolute Linearit~it aufwies.

Die Compliance des Distensionsballons wurde ebenfalls vor jeder Messung in einem 37 °C warmen Wasserbad for Ffil- lungsvolumina von 10, 25 und 50 ml Luft errechnet und sp~iter bei der Auswertung der Ergebnisse von den entsprechenden realgemessenen intraluminalen Ballondrticken subtrahiert. Die Eichung der EMG-Einheit erfolgte iJber externe Genera- toren, die Signale definierter Amplituden und Wellenl~inge generierten.

Alle Untersuchungen erfolgten in Steinschnittlage. Nach Plazierung des rectalen Dehnungsballons 10 cm oberhalb der Anocutanlinie wurde nun der Druckme6katheter mindestens 6 cm tief in das Rectum geschoben und in Stufen von 0,5 cm von oral nach aboralw~irts durch den Analkanal gezogen bis die seitliche Offnung an der Anocutangrenze erschien. Die seitliche Katheter6ffnung wies dabei auf 9 h in Steinschnitt- lage. Das Druckprofil des Analkanals wurde fortlaufend ana- log auf dem Thermoschreiber mit einer Schreibgeschwindig- keit von 2 mm/s registriert. Diese Aufzeichnung des anorecta- len Druckprofils erlaubte die Bestimmung der H6he des maxi- malen Ruhedruckes sowie die Entfernung des maximalen Ruhedruckpunktes vonder Anocutanlinie. Die seitliche Ka- theter6ffnung wurde anschlieBend zur station~iren Messung definitiv in H6he des maximalen Ruhedruckpunktes plaziert. Die Oberprt~fung tier exakten Katheterlage war durch die Ka- thetergraduierung jederzeit gew~ihrleistet.

In einem weiteren Schritt wurden anschlieBend die beiden Ni-Cr-Elektroden plaziert. Hierzu wurde das distale NiCr- Drahtende um die Spitze einer 27er Einmalkanfile gebogen und mitsamt Kanfile tief durch das Anoderm unter digitaler Kontrolle in den inneren Analschlie6muskel gestochen. Nach Rtickzug der Einfiihrungskanfile verankerte sich die Elektro- dendrahtspitze in den Muskel. Der Elektrodenabstand betrug 0,5 mm. In Position gebrachte Elektroden registrierten Mus- kelareale des mittleren Anteiles des inneren AnalschlieBmus-

kels bei 9 h in Steinschnittlage, d.h. 3 mm subanodermal und 20-25 mm proximal des distalen Internusrandes. L~ingere Schmerzreaktionen nach Elektrodenanlage wurden in keinem Fall beobachtet.

Der haarfeine Draht konnte nach Beendigung der Unter- suchung durch leichten Zug begradigt und ohne Schmerz- reaktionen entfernt werden.

Die Ableitpunkte der beiden Ag-Ag-chlorierten Ring- elektroden nach Plazierung der Sonde lagen naturgem~il~ 2 mm proximal und distal des maximalen Ruhedruckpunktes, d. h. zwischen 1,5 und 3 cm ab Anocutanlinie entfernt.

Nach einer Adaptationszeit von 15 min erfolgte zun~ichst die alleinige analoge und digitale Aufzeichnung der elektri- schen Aktivitat ohne Perfusion, um mOgliche Irritationen des Anoderms und St6rungen in H6he der Oberfliichenelektroden durch Wasser zu vermeiden. Die weiteren Aufzeichnungen wurden anschlie6end bei simultaner Perfusion des Druckauf- nahmesystems durchgefdhrt.

Nach 10minfitiger Aufzeichnung der mechanischen und elektrischen Aktivit~it unter Ruhebedingungen wurden fiber den im Rectum plazierten Ballonkatheter Distensionsreize durch Insufflation von 10, 25 und 50ml Luft ausgel6st. Die Schnelligkeit der Ballonftillung lag unter einer Sekunde, die Dauer der Distension zwischen 5 und 25 s. Zwischen aufein- anderfolgenden Ballondistensionen lagen mindestens 3 min. Jeder zur Auswertung herangezogene Mel3vorgang wurde zweimal in einem Mindestabstand yon 3 min wiederholt.

Manometrische und elektromyographische Parameter

Folgende manometrische und elektromyographische Parame- ter kamen zur Auswertung.

Maximaler Ruhedruck mit langsamen und ultralangsa- men analen Fluktuationen, HOhe und Dauer des analen Druckabfalles nach rectaler Distension, Druckverlauf im Distensionsballon, Frequenz und maximale Amplitude der langsamen Potentiale uni- und bipolarer Nadel- bzw. Ober- fl~ichenableitungen, Dauer der elektrischen Potentialhem- mung.

Jede Kurve wurde zweimal in Abst~inden von 8 Wochen ohne Kenntnis der Vorgeschichte und des Patientennamens ausgewertet.

Statistik

Zum Vergleich unabh~ingiger und gepaarter Mittelwerte nor- malverteilter Grundgesamtheiten wurde der Student-t-Test herangezogen. Wegen der verteilungsbedingten kleineren Stichprobenumf~inge sind die Mittelwerte nur deskriptiv, ohne statistische Sicherheit. Die Prtifung von Verteilungen erfolgte tiber die Analyse von Vierfeldertafeln (Chi-Quadrat-Test). Stochastische Zusammenh~inge zwischen gleichwertigen Zu- fallsvariablen wurden anhand von Korrelationsanalysen un- tersucht [23].

Untersuchungskollektiv

Zur Beurteilung der analen manometrischen und elektromyographischen Verh~iltnisse unter norma- len Bedingungen am Menschen wurden 49 prok- tologisch unaulT~illige Probanden untersucht. Das Durchschnittsalter lag bei 51,5 ___ 2,0 Jahre (22-79 Jahre). Es handelte sich um 25 Frauen (Durch- schnittsalter 50,6+2,9 Jahre) und 24 M~inner (Durchschnittsalter 52,4_+2,8 Jahre). Es wurden nur Probanden mit anamnestisch normalem Kon- tinenzverhalten und klinisch unaulT~illigen End- darmverh/iltnissen ausgew~ihlt. Die klinischen Enddarmverh~iltnisse wurden neben der Ana- mnese proktoskopisch bzw. rectoskopisch objekti- viert.

Ergebnisse

Manometrie

Im Gesamtkollektiv von 49 Probanden betrug der maximale Ruhedruck im Mittel 67,9 + 3,5 mmHg. Wird dieses Kollektiv geschlechtsspezifisch unter- teilt, lagen die Mittelwerte Ft~r M~inner bei 73,8___ 4,6 mmHg, bei Frauen 62,2 + 5,0 mmHg (p > 0,09).

In H6he der maximalen analen Hochdruck- zone unterlag der Ruhedruck spontanen Druck- schwankungen, die von uns in langsame und ultralangsame anorectale Fluktuationen klassifi- ziert worden sind. Langsame anorectale Fluk- tuationen, in 42,8% nachweisbar, waren charakte- risiert durch einen kontinuierlichen Druckwel- lenverlauf mit einer Amplitude von 7,0+0,6 mmHg (5-15mmHg) und einer Frequenz von 13,4+0,7 cpm (8-24 cpm). Die Amplituden und Frequenzen wiesen interindividuell erhebliche Schwankbreiten auf.

Neben den langsamen Wellen lieBen sich in 14,2% ultralangsame Druckschwankungen beob-

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achten, lhre Amplitude betrug im Mittel 36,2___ 9,8 mmHg (15-90mmHg), die Frequenz 1,1+ 0,0 cpm (0,8-1,3 cpm). Ihnen aufgepfropft sind die langsamen Fluktuationen, deren Amplituden im oberen Scheitelpunkt am gr6Bten sind und im unteren Scheitelpunkt in der Mehrzahl der F~ille nicht mehr nachweisbar sind (Abb. 2).

Der Analkanal reagierte auf eine rectale Dis- tension mit einem Druckabfall, dem die Erschlaf- fung des inneren AnalschlieBmuskels zugrunde liegt. Simultan trat w~ihrend dieser Erschlaffung eine Hemmung der anorectalen Fluktuationen auf. W~ihrend des Wiederanstiegs des Ruhe- druckes zum Ausgangsruhedruck wurden die analen Fluktuationen wieder sichtbar (Abb. 3 a). Bei Distensionsvolumina von 10, 25 und 50 ml Luft lagen die endoluminalen Rectumdrticke je- weils bei 8,9 + 0,7 mmHg, 16,3 _ 1,0 mmHg und 25,7___ 1,3 mmHg. Diese rectalen Drticke standen in positiver Korrelation zum jeweiligen B1/ihvolu- men (p < 0,000).

Bei 10, 25 und 50 ml Distensionen trat jeweils in 71,4, 97,9 und 100% der untersuchten Proban-

K ~neumograph cpm

K2 P 100 t anoler Druckvedouf 50

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elek t rodePa hie*tutti (mV)

mt 10ml Luft Abb. 2. Synchrone zeitkontinuierliche Aufzeichnung der At- mung (K 1), des analen (K2) und rectalen (K 4) Druckverlau- fes, der bi- (K 5) und unipolaren (K 6) Nadelelektrodenpoten- time, sowie der bi- (K 7) und unipolaren (K8) Oberfl~chen- elektrodenpotentiale. Der maximale Ruhedruck (K2) unter- liegt langsamen und ultralangsamen Fluktuationen. Die lang- samen Potentiale der Oberfl~ichenelektrodenableitungen sind dutch Interferenzen gcst6rt

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4' 4 ~ 4' r~ to le Oistt,~sqon roll 10n/ Lull 25ml Lufl 50ml Lull

Abb. 3 a-c. (a) Darstellung der Ver~nderungen manometrischer und elektrophysiologischer Funktionsparameter durch rectale Distensio- nen mit 50 ml Luft. Nach passagerer Disten- sion (6 s) des rectalen Ballons mit 50 ml Luft wird ein entsprechender Druckanstieg von 0 auf 22,5 mm Hg im Rectum beobachtet (K 5). Gleichzeitig tritt ein analer Druckabfall von 88,0 mm Hg auf max. 33,0 mm Hg t~ber eine Gesamtdauer von 30 s auf. Synchron damit vergesellschaftet ist elektromyographisch eine Potentialhemmung, die in der bi- und unipola- ten Ableitungstechnik 12 s andauert. Mit Be- ginn des Wiederanstieges des analen Ruhe- druckes wird wieder eine normale elektrische Aktivit~tt sichtbar, b Synchrone, kontinuierfiche Aufzeichnung des analen (K2) und rectalen (K 4) Druckverlaufes sowie der bi- (K 5) und unipolaren (K6) Nadelelektrodenpotentiale. Uberlagerung des basalen Ruhedruckes durch langsame anale Fluktuationen (K 2). Nach rec- taler Distension mit 20, 25 und 50 ml Luft In- ternusrelaxation mit Druckabfallsequenz im Analkanal (K2) und synchroner elektrischer

t ¢ t 3o, ' Potentialhemmung (K5/K6). Tiefe bzw. Dau- 10ml 25nl 5Oral

er des analen Druckabfalles sowie Dauer der Potentialhemmung stehen in positiver Korrelation zum ausl~senden rectalen Dehnungsreiz. c Schematische Darstellung der Abb. 3 b. Hier wird deutlich, dab synchron mit steigenden Distensionsvolumina sowohl Tiefe und Dauer des analen Druckabfalles wie auch die Dauer der Potentialhemmungen zunehmen

den nach einer Reakt ionslatenz ein Druckabfal l im Analkanal auf. Die Ampl i tuden der Druckab- f~ille bet rugen dabei jeweils 15,0+_ 1,2 mmHg, 26,1 +_ 2,3 m m H g und 36,6 +_ 2,2 m m H g und wie- sen somit un te re inander signifikante Unterschiede auf, in direkter Abh~ingigkeit zum Distensions- volurnen bzw. Druck (p < 0,000). Die Daue r des Druckabfal les wies eine Beziehung zum Disten- s ionsvolumen au f und betrug fiir 10, 25 und 50 ml Distensionen jeweils 13,9+_0,9 s, 24,5 + 1,8 s und 32 ,7+2,1 s (Abb. 3b, c). Die Ergebnisse sind hochsignifikant verschieden (p < 0,0000) (Abb. 4).

Die dabei ermit tel ten intrarectalen Driicke wiesen dagegen keine direkt propor t iona le Korre la t ion zur Relaxationstiefe au f (Abb. 5). Die Daue r des Druckabfal les stand in Korre la t ion zur Tiefe des Druckabfal les (Abb. 6), d.h. je tiefer der Druck- abfall, umso l~inger dauer te die Zeit, bis das Aus- gangsruhedruckniveau wieder erreicht war.

Elektromyographie des M. sphincter ani internus

Die analog aufgezeichneten elektrischen Signale des inneren AnalschlielSmuskels zeigten langsame,

rhythmische, teils sinusoidale Wellen, deren Kon- figuration sich zeitlich ~nderte (Abb. 7). Zwei Grundformen liel3en sich unterscheiden:

a) bandartige, gleichfOrmige, in ihrer Amplitude monotone aus einer oder mehreren harmoni- schen Schwankungen zusammengesetzte Muster.

s mmHg 5 0 - - 50

2 5 ~

1 0 m l

13,9 15,0 4- 0,9 ± 1,2

p < 0,05

25 ml

1

24,5 .26,1 4-1,8 4-2,3

] Dauor

Tlofo

5 0 ml

- 25

/ I 32,7 36,6 +2,1 +_2,2

Abb. 4. Dauer (s) und Amplitude (mmHg) des analen Druck- abfalles nach rectaler Distension mit 10, 25 und 50 ml Luft

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b) Crescendo-decrescendo verlaufende spindel- tbrmige Muster, innerhalb der die Amplitu- den der Wellen zu- und wieder abnahmen im Sinne einer Amplitudenmodulation. Zwischen diesen Spindeln sistierte die Aktivit~it Ober mehrere Sekunden bzw. war sehr unregel- m~iBig.

Zwischen diesen beiden Extremformen lieBen sich in 51% der Probanden hoch- und nieder- arnplitudige Wellenmuster in unregelm~iBiger Reihenfolge mit st~indig wechselnder Konfigura- tion beobachten. Sie waren regelhaft mit Ruhe- driicken im unteren Normbereich vergesellschaftet.

Unter Basalbedingungen betrug die maximale Amplitude der langsamen Potentiale im Mittel bei bipolaren extracellul~iren Nadelableitungen 380,6 _+ 28,4 ~tV, bei unipolarer Ableitung 326,3 _+ 24,3 ~V (p > 0,05). Die Frequenz der langsamen Potentiale lag im Mittel bei 20,6+ 0,6 cpm bzw. 20,1 + 0,6 cpm t't~r bipolare und unipolare Nadel- ableitungen (p > 0,05).

Bei der Oberfl~ichenelektromyographie lag die maximale Amplitude in der bipolaren Ableitung bei 411,5_+27,8 pV, in der unipolaren bei 361,3 _+ 26,2 ~tV (p > 0,05). Die bipolaren Oberfl~ichenab- leitungen wiesen im Vergleich zur extracelluUiren Nadelableitung mit 16,0_+0,5 cpm eine signifi- kant niedrigere Frequenz auf ~ < 0,05).

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Abb. 5. Korrelation zwischen dem rectalen Druck nach 10, 25 und 50ml Luftinsufflation (y-Achse in mmHg) und dem analen Druckabfall (x-Achse in mmHg). (r = 0,447)

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R - ~ x AXZS P < OOt

Abb. 6. Korrelation zwischen der Dauer des analen Druckab- falles (x-Achse in s) und der Tiefe des analen Druckabfalles (y-Achse in mmHg). (r = 0,699)

36

[ i I l i l l i f \ L ~ i l l l . I r~,'~ ' , . . ~ ~ ~

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32.00 33.00 t/ml (rain) StQrtzeit =

K I 5V/cm

K2 0.1 V/era (= 5mn~g/crnl

K5 0.5 V/cm

K6 0.5V/cm

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K 8 l m V / o m

30.~,0 31 0 0 3120 31 ./.0

Abb. 7. Synchrone zeitkontinuierliche Aufzeichnung der Atmung (K 1) des ma- ximalen Ruhedruckes (K 2), der bi- (K 5) und unipolaren (K 6) Nadelelektromyo- gramme sowie der bi- (K 7) und unipola- ren (K 8) Oberflachenelektromyogramme tiber eine Dauer t. rel. 30,00-33,45 min

,S

1 0 -

p <0,05

1Oml u n i

b i

8,5 8,1 + 1,4 _+ 0,7

25 ml

12,5 13,0 _+ 1,6 _+ 1,5

50 m l bi

uni

15,1 15,5 +_1,2 --/-1,1

Abb. 8. Dauer (s) der Potentialhemmung uni- und bipolar ab- geleiteter langsamer Potentiale nach rectaler Distension mit 10, 25 und 50 ml Luft

Simultan zum distensionsbedingten analen Druckabfall wurde eine Hemmung der langsamen Potentiale beobachtet. Bei einer rectalen Disten- sion mit 10 ml Luft war in 33,3% der F~ille nach einer Latenzzeit eine Irregularit~it der elektrischen Aktivit~tt zu beobachten. Sie dauerte im Mittel 8,5 + 1,4 s bzw. 8,1 ___ 0,7 s ft~r bipolare und uni- polare Ableitungen. Distensionsvolumina von 25 ml wiesen bei der bipolaren Ableitung in 72,9 bzw. 66,6% eine Irregularitat der elektrischen Ak- tivit~it auf, die im Mittel 12,5 +__ 1,6 s resp. 13,0+ 1,5 s andauerte. 50ml Distensionen waren in 89,7% und 93,8% mit einer St6rung der elektri- schen Aktivit~it vergesellschaftet, die bei den bi- und unipolaren Ableitungen jeweils 15,1 + 1,2 und 15,5_ 1,1 s dauerte (Abb. 3b, c). Die H~ufig- keitsverteilung der Potentialhemmung war direkt proportional zum Distensionsvolumen (p < 0,05).

Die Dauer der Potentialhemmung war for 10 ml Distension signifikant kOrzer als ftZr 25 und 50 ml Distension (p<0,01 bzw. p<0,002). Dies gait sowohl for uni- als auch for bipolare Nadelablei- tungen (Abb. 8).

Qualitativ waren die distensionsbedingten Po- tentialhemmungen unabh~ingig vom ausl6senden Stimulus durch eine Irregularit~it der einzelnen Wellen charakterisiert (Abb. 9). Die Irregularit~it betraf sowohl die Amplitude, die Frequenz als auch die Morphologie der Spannungsverlfiufe. Diese Parameter konnten sowohl alle gemeinsam als auch einzeln zu- und abnehmend ver~tndert sein. Bei zunehmenden Distensionsvolumina trat allerdings geh~iuft eine Reduktion der Amplitu- denh6he und eine Frequenzabnahme auf.

Weder die Amplitude noch die Frequenz der langsamen Potentiale, unabh~ingig der Ableitart, lieBen eine lineare Korrelation zum maximalen analen Ruhedruck erkennen (Abb. 10, 11). Ver- gleichen wir w~ihrend der Distensionsphase mit 10, 25 und 50 ml Luft die Dauer des korrespon- dierenden Druckabfalles mit der jeweiligen Dauer der Potentialhemmung der elektrischen Aktivit~it, so wurde sowohl bei den bipolaren als auch den unipolaren Ableitungen eine relativ positive Kor- relation erkennbar (r= 0,643 - p < 0,001, Abb. 12).

Eine Korrelation zwischen der Tiefe des Druckabfalles und der L~inge der St6rung der elektrischen Aktivit~it ist weniger deutlich (r= 0,464) (Abb. 13).

Diskussion

Mit der stationaren Open-side-Perfusionsmano- mettle lassen sich am Menschen reproduzierbar

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37

Abb. 9. Synchrone zeitkontinuierliche Aufzeichnung der Atmung (K 1) des ana- len (K 2) und rectalen (K 4) Druckverlau- fes sowie der hi- (K5) und unipolaren (K 6) Nadelelektrodenpotentiale vor Dis- tension (t. rel. 40,05-40,35 min) und w~ih- rend Distension (t. rel. 40,41-40,51 min)

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Abb. 10. Korrelation zwischen der max imalen Ampl i tude der elektrischen Signale (x-Achse in I~V) und dem maximalen Ru- hedruck im Analkanal (y-Achse in mm Hg) bei Nadelelektro- denablei tung ( r - 0,131)

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Abb. 11. Korrelation zwischen der Frequenz der elektrischen Signale (x-Achse in s) und dem maximalen Ruhedruek im Analkanal (y-Achse in mm Hg) bei Nadelelektrodenableitun- gen (r = 0,095)

anale Druckprofile darstellen, die intraindividuell konstant sind und auch bei Wiederholung in zeit- lich grOfSeren Abst~inden Schwankungen unter 5 % aufweisen. Der hier zur Anwendung kommende di~nne Perfusionskatheter mit seitlicher Offnung erfal3t ann~ihernd den basalen Ruhedruck im Analkanal, der nahezu ausschliel31ich vom inne- ren AnalschlieBmuskel aufrechterhalten wird [6, 8, 24]. GrofSkalibrige Perfusions- und Ballon- katheter tiber 5 mm ~ messen dari~berhinaus auxili~ire radi~ir wirkende visco-elastische und

muscul~ire VerschluBkdifte. Untersuchungen im Tierexperiment scheinen dies zu best~itigen. So beobachtete Schiller [24] unter Verwendung di~n- ner Perfusionskatheter, dab die maximale H6he des Ruhedruckes am relaxierten Hund identisch ist mit Ruhedriicken am wachen Hund. Diese Beobachtung l~13t zumindest den SchluB zu, dab quergestreifte Muskelfasern keinen Einflul3 auf den Ruhedruck ausi~ben.

Der Ruhetonus des inneren Analschliel3mus- kels unterliegt Fluktuationen, die sich manome-

38

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Abb. 12. Korrelation zwischen der Dauer der Potentialhem- mung der elektrischen Aktivit~t (x-Achse in s) und der Dauer des Druckabfalles im Analkanal (y-Achse in s) nach 10, 25 und 50 ml Luftinsufflation (r = 0,643)

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Abb. 13. Korrelation zwischen der Dauer der Potentialhem- mung der elektrischen Aktivit~it (x-Achse in s) und der Tiefe des Druckabfalles im Analkanal (y-Achse in mm Hg) nach 10, 25 und 50 ml Luftinsuffiation (r--0,464)

trisch in langsamen regelm~iBigen Druckschwan- kungen ~iul3ern. In der Literatur finden sich nur vereinzelte Mitteilungen hinsichtlich dieser cha- rakteristischen Internusmotilitat. Kerremans [17] beobachtete, dab diese langsamen Kontraktionen einen nach oralw~irts gerichteten Frequenzgra- dienten mit teilweise phasenverschobenen Kon- traktionen aufwiesen. Dieser spezielle Druckwel- lenverlauf dient der kontinuierlichen S~iuberung des Analkanals, damit dieser st~indig trocken bleibt.

Neben diesen umschriebenen langsamen Fluktuationen kann der basale Ruhetonus im Analkanal grolSamplitudigen ultralangsamen Fluktuationen unterliegen. Diese ultralangsamen Wellen sind mit h6heren analen Ruhedrilcken ge- p.aart, so dab sie m6glicherweise Ausdruck einer Uberfunktion des inneren Analschliel3muskels sind.

Schon 1877 beobachtete Gowers [11] nach transienter rectaler Dehnung einen Druckabfall im Analkanal. Dieser Druckabfall wurde eben- falls von Denny Brown [5] bei Paraplegikern regi- striert und daher dem inneren AnalschlieBmuskel zugeordnet. In der vorliegenden Untersuchung gelang es uns, nachzuweisen, dab die H~iufigkeit, die Tiefe und die Dauer des analen Ruhedruckab- falles in linearer Beziehung zum jeweiligen recta- len Distensionsvolumen steht, d.h. schwache rec- tale Stimuli bewirken kurze niederamplitudige

Druckabf~ille, starke Stimuli lange, hochamplitu- dige steile Druckabf~ille. Dies beweist, dal3 der Analkanal auf rectale Druckanderungen sehr dif- ferenziert reagiert. Dieser reizabbildende Reflex- mechanismus des inneren Analschlief3muskels ist for das Diskriminationsverm6gen und damit Feinkontinenz von gr6Bter Bedeutung. Quantita- tive Mel3ergebnisse bezOglich reizabbildender Korrelationen zwischen intrarectaler Reizst~irke und analem Druckabfall liegen im Schrifttum nicht vor. Bei proktologisch Gesunden werden in der Literatur nach rectaler Dehnung mit 30 bis 100 ml Luft Druckabf~ille im Analkanal zwischen 32% und 51% des Ruheausgangsdruckes beob- achtet [4, 8, 9, 27, 30]. Wahrscheinlich wird der Internusrelaxationsreflex prim~tr (iber intramurale Nervengeflechte ausgelOst und erf~ihrt sekund~ir Modulationen via Sacralnerven [18].

Wegen der in der Literatur widerspriachlichen elektrophysiologischen Untersuchungsergebnisse am inneren AnalschlieBmuskel [28, 29, 32] haben wir simultan Oberflachen- und Nadelelektroden- ableitungen sowohl in der bipolaren als auch in der unipolaren Technik durchgefdhrt. Die mit einer Kaniile eingebrachten, angelhakenartig ge- bogenen Nickelchromddihte sind im Vergleich zu Oberflachenelektroden kaum st6ranf~illig. Verglei- chen wir die Ableitungen der Oberfl~tchen- und Nadelelektroden, so unterlagen Oberfl~tchenablei- tungen erheblichen StOrungen, die eine zuverlas-

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sige Beurteilung verbieten. Dartiberhinaus ist die simultane Oberfl/ichenelektromyographie und Elektromanometrie mit wasserperfundierten offenendigen Sonden nicht kompatibel. Durch die kontinuierliche Perfusion des Manometrie-Kathe- ters unterliegen die in unmittelbarer Nachbar- schaft liegenden Ringelektroden fortlaufend Wi- derstands/~nderungen, die zu Kurzschltissen fiih- ren. Das elektrische Signal wird durch diese Inter- ferenzen derart gest6rt, dab die langsamen Poten- tiale v611ig tiberlagert sind und nicht mehr ausge- wertet werden k6nnen. Insofern kann die Ober- fl~tchenelektromyographie nicht kombiniert und simultan mit der wasserperfundierten Elektro- manometrie eingesetzt werden (Abb. 2).

Weiterhin beeinfluBt auch die Ableitart das Signal. Elektrische Signale unipolarer Ableitun- gen gegen eine indifferente Referenzelektrode sind sowohl bei Oberfl~ichen- als auch bei extra- cellul/iren Nadelelektrodenableitungen h/iufiger durch hochfrequente St6rsignale oder Aktions- potentiale unmittelbar benachbarter somatischer Sphinctermuskulatur iaberlagert als bipolare Ab- leitungen.

Unter Ruhebedingungen werden zwischen Nadel- und Oberflachenelektroden hinsichtlich der Amplitude der langsamen Potentiale keine Unterschiede deutlich. Der maximale Amplitu- denwert der elektrischen Signale unterliegt im Rahmen der vorliegenden Auswertkriterien kei- nen zeitlichen oder r~iumlichen EinflOssen. Bei gleicher Ableittechnik sind diese Werte mit den Ergebnissen yon Wienbeck [32] zu vergleichen.

Betrachten wir die Frequenz der elektrischen Signale, so wird zwischen Nadelelektroden und Oberfl/ichenelektroden ein signifikanter Unter- schied deutlich. Oberflachenelektrodenableitun- gen weisen die langsamere Frequenz mit 16 cpm auf, w/ihrend die Frequenz der Nadelelektroden- ableitungen bei 20 cpm liegt. Unterschiede zwi- schen uni- und bipolaren Ableitungen bestehen nicht. Unter Berflcksichtigung der jeweils zur Anwendung kommenden Elektroden werden keine Diskrepanzen mit Ergebnissen der Literatur beobachtet [28, 32].

Morphologisch weisen die langsamen Poten- tiale eine gewisse Periodizit/it auf. Es lassen sich sowohl sinusoidale als auch komplexe, vermutlich aus mehreren Wellen unterschiedlicher Frequen- zen zusammengesetzte Kurvenztige beobachten. Die unterschiedliche Morphologie der langsamen Potentiale im Zeitsignal findet ihre Erkl/~rung in den Subtraktions- und Summationseffekten einer Vielzahl zu Schrittmachern oder Generatoren zu-

sammengefaBter Zellgruppen des inneren Anal- schlieBmuskels [17, 28].

Die langsamen Potentiale des inneren Anal- schlieBmuskels werden durch die rectale Aktivit/it beeinfluBt. So Rihrt die Distension der Rectum- wand synchron zur manometrisch objektivier- baren Internusrelaxation zu einer tempor~tren Ir- regularit~it (Potentialhemmung) der langsamen Potentiale des inneren AnalschlieBmuskels. Die H~iufigkeitsverteilung und L/inge der Potential- hemmung steht in linearer Beziehung zum aus- 16senden rectalen Dehnungsvolumen. Durch die distensionsbedingte Zunahme des Ballondurch- messers werden m6glicherweise eine zunehmende Anzahl von Dehnungsreceptoren rekrutiert und stimuliert, die ihrerseits reizabbildend ebenfalls h~ufigere und 1/ingere Potentialhemmungen im inneren AnalschlieBmuskel zur Folge haben.

Neben diesen quantitativen Einfltissen recta- ler Reizaktivit/~ten lassen sich auch qualitative Einfltisse beobachten. Die H~ufigkeitsverteilung der Amplitudenverluste sowie die Frequenzver- langsamung stehen in direktem Zusammenhang zur Gr6Be des auslOsenden Dehnungsreizes. Da bei kleineren Reizen nur wenige Generatorgrup- pen gleichzeitig gehemmt werden, kOnnen je nach Elektrodenlage unterschiedliche Wellenkonfigura- tionen im Sinne von Amplituden- und Fre- quenzzu- oder -abnahmen erfagt werden. Es wer- den aber auch keine entsprechenden Hemmun- gen registriert, weil ein nicht gehemmter oder ge- st6rter Bezirk gar nicht abgeleitet wird. St/~rkere Reize durch grOgere Dehnungsvolumina ftihren dagegen zu einer Hemmung mehrerer oder aller Generatorgruppen mit konsekutivem Amplituden- und Frequenzverlust. Dies erkl/irt die Unregel- m/igigkeit des Auftretens einer Aktivit/itshem- mung und die Abhgngigkeit der Hemmung von der Gr613e des Dehnungsvolumens und der Elek- trodenlage.

Die Untersuchung wechselseitiger Beziehun- gen zwischen mechanischer und elektrischer Akti- vit/it l~iBt im Normalkollektiv keine Korrelation zwischen maximaler Amplitude der langsamen Potentiale und dem maximalen Ruhedruck oder zwischen Frequenzen der langsamen Potentiale und dem maximalen Ruhedruck erkennen.

Es ist somit unwahrscheinlich, dab der Ruhe- druck im Analkanal quantitativ direkt von der Frequenz oder Amplitude der sinusoidalen elek- trischen Aktivit~it der glatten Muskulatur des in- neren AnalschlieBmuskels bestimmt wird. Ebenso wie unter Ruhebedingungen scheint auch w/ih- rend der Distensionsphase keine Korrelation zwi-

40

schen der Potentialfrequenz und den Druckver- h~iltnissen vorzuliegen. Wienbeck [32] registrierte, da6 weder Bl~ihvolumina noch Druckvedinderun- gen wahrend des Def~ikationsreflexes eine kon- stante Beziehung zur Frequenz der langsamen Potentiale des inneren Analschlie6muskels oder zur Frequenz~inderung der langsamen Potentiale aufwiesen. Zum Verst~tndnis der myoelektrischen Kontrolle des inneren Analschlie6muskels bedarf es daher anderer Parameter als der Frequenz oder der Amplitude der langsamen Potentiale. So konnten wir nachweisen, da6 hohe Ruhedrticke im Analkanal h~tufiger mit regelm~t6igen sinusoida- len Potentialschwankungen vergesellschaftet sind als niedrigere Ruhedriacke. Letztere weisen in der Mehrzahl der F~ille unregelm~i6ige, zusammenge- setzte Kurvenverlaufe auf. Wahrscheinlich sind exogene modulierende Einfltisse, z.B. via N. hypogastricus daflir verantwortlich. Die Stimula- tion des N. hypogastricus hat einen synchroni- sierenden Effekt auf die einzelnen Generatoren [2, 19].

Hieraus resultiert eine Optimierung der Sum- mation der Einzelkontraktionen der glatt-muscu- l~ren Zellen des inneren Analschlie6muskels mit regelm~i6igen sinusoidalen langsamen Potentialen und konsekutivem Spannungsanstieg im Anal- kanal. Bei Probanden mit tiefen analen Ruhe- drOcken liegt wahrscheinlich eine asynchrone autonome Erregungsbildung vieler einzelner Generatorgruppen vor mit stochastischen lang- samen Potentialen im EMG. Dies hat eine Disko- ordination der Einzelzuckungen mit Spannungs- verlust der glatt-muscul~iren Zellen zur Folge.

Die bisher umstrittene Internusrelaxation ist unseren Untersuchungen zufolge auf elektrische Vorg~nge im Muskel zuriackzufiihren. Vergleichen wir die dehnungsabh~ingige H~iufigkeitsverteilung nachweisbarer Internusrelaxationen mit den je- weiligen Potentialhemmungen, so weisen beide Parameter eine positive Linearit~tt auf. Die Dauer der Internusrelaxation l~ifSt ebenfalls eine Korre- lation zur Dauer der elektrischen Potentialhem- mung erkennen. Diese Korrelation zwischen Dis- tensionsvolumen, Internusrelaxation und Poten- tialhemmung der elektrischen Aktivit~tt suggeriert, da6 nur dann eine Hemmung auftritt, wenn eine ausreichende Anzahl von glatt-muscul~iren Inter- nuszellen durch den Dehnungsreiz erfa/3t werden. Die nicht streng lineare H~tufigkeitsverteilung zwischen Internusrelaxation und Potentialhem- mung erkl~irt sich daraus, da6 zum einen nicht alle Generatoren gleichzeitig gehemmt werden, zum anderen die Nadelelektroden Muskelareale

ableiten, die zuf~illig nicht gehemmt sind. Dies erkl~irt nicht nur die Unregelm~i6igkeit des Auf- tretens der Potentialhemmung, sondern auch die Abh~ingigkeit der Hemmung vom Distensions- volumen und dem abgeleiteten Internusareal. Da- mit ist nachgewiesen, da6 die funktionellen manometrischen Reflexabl~iufe elektrophysiologi- schen Einfliissen unterliegen.

Schluflfolgerung

Methodische Probleme und das Fehlen klinischer aussagefahiger Parameter haben den Einsatz elek- tromyographischer Untersuchungsverfahren bei der Beurteilung der Internusfunktion begrenzt oder hypothetisch erscheinen lassen. Mit der hier zur Anwendung kommenden Versuchsanordnung konnten wir erstmals alle methodischen M6glich- keiten der Internuselektromyographie im Hin- blick auf ihren klinischen Einsatz ~berpr~fen und aussagefahige elektrophysiologische Funktionspa- rameter definieren. So hat sich hier in Kombina- tion mit der Perfusionsmanometrie die bipolare Nadelelektrodenableitung mit extracellul~ren NiCr-Dr~hten am besten bew~hrt. Die Unter- suchungen wechselseitiger Beziehungen zwischen mechanischer und elektrischer Aktivit~t lassen keine Korrelation zwischen Amplitude bzw. Fre- quenz der langsamen Potentiale und dem analen Ruhedruck erkennen, so da6 diese Parameter ft~r die Beurteilung der Ruheaktivitfit des Internus nicht geeignet erscheinen. Von Bedeutung ist dagegen die Morphologie der langsamen Poten- tiale. Regelmfi6ige sinusoidale Potentialverl~ufe sind Garant fur eine normale Ruheaktivit~t des inneren Analschliel3muskels. Von gr66erer Bedeu- tung ist offensichtlich die Korrelation zwischen rectalem Dehnungsreiz, manometrischer Internus- relaxation und elektrischer Potentialhemmung. Diese enge elektromechanische Koppelung be- weist, da6 mit der alleinigen Elektromyographie die Internusaktivit~t zuverl~ssig beurteilt werden kann. Gegent~ber der Manometrie bietet sie zu- dem den Vorteil, die Internusaktivit~t isoliert beurteilen zu k0nnen. Me6technische Fehlerquel- lender Manometrie kOnnen so zweifelsfrei aufge- deckt, Fehlinterpretationen und damit auch Fehl- behandlungen verhindert werden. Somit kommt der Internuselektromyographie eine zentrale Be- deutung in der anorectalen Funktions-Diagnostik zu. Neueste klinische Befunde bestfitigen dieses Konzept.

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Eingegangen am 13. Januar 1987