Entschlüsselung der Kraftvariabilität auf Motoneuronebene bei Gesunden und Erkrankten

• Antragsteller: Dr. Benedict Kleiser
• Fachliche Zuordnung: Klinische Neurologie; Neurochirurgie und Neuroradiologie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 584514440

Die Muskelkraft, die auf der koordinierten Aktivierung motorischer Einheiten beruht, ist bei neuromuskulären Erkrankungen aufgrund von Veränderungen der Größe, Rekrutierung und Entladungsmuster motorischer Einheiten beeinträchtigt. In der klinischen Praxis wird die Muskelkraft häufig mit semiquantitativen Skalen wie INCAT, I-RODS oder der MRC-Skala erfasst, die nur grobe Schätzungen liefern und die feine Organisation der Kraftkontrolle nicht erfassen. Eine genauere Beurteilung ist mittels isometrischer Kraftaufgaben mit visuellem Feedback möglich, bei denen Abweichungen von vorgegebenen Krafttrajektorien die Kraftvariabilität quantifizieren. Studien zeigen, dass Patientinnen und Patienten mit Erkrankungen wie Charcot-Marie-Tooth Typ 1A (CMT1A) oder fazioskapulohumeraler Muskeldystrophie (FSHD) häufig eine erhöhte Kraftvariabilität aufweisen, wobei der Zusammenhang mit der Aktivität motorischer Einheiten unklar ist. Die konventionelle invasive Elektromyographie (iEMG) erfasst Aktionspotenziale und Entladungsraten motorischer Einheiten, ist aber auf niedrige Kraftniveaus und wenige Einheiten gleichzeitig beschränkt, wodurch die koordinierte Aktivität der motorischen Einheiten, die der Kraftvariabilität zugrunde liegt, schwer untersuchbar ist. Die nicht-invasive hochdichte Oberflächen-EMG (HDsEMG) verbessert die räumliche Auflösung und erlaubt die Dekomposition mehrerer Einheiten gleichzeitig, liefert aber bei Patienten uneinheitliche Ergebnisse und ist durch Überlagerung von Signalen benachbarter Muskeln und die auf oberflächliche Muskelschichten beschränkte Ableitung limitiert, besonders bei kleinen oder atrophierten Muskeln. Hochdichte intramuskuläre Elektromyographie (HDiEMG) überwindet diese Einschränkungen, da mit ihr Mehrkanalableitungen aus tief gelegenem Muskelgewebe möglich sind und so die HDsEMG ergänzt, um eine Referenzmessung der Aktivität und Koordination motorischer Einheiten zu ermöglichen. Erste eigene Vorarbeiten mit HDsEMG bei Erkrankten zeigten veränderte Kraftkontrolle und mögliche kompensatorische Rekrutierungsmechanismen motorischer Einheiten bei Patientinnen und Patienten. Ziel des Projekts ist es, den Zusammenhang zwischen Entladungsmustern motorischer Einheiten und Kraftvariabilität bei Gesunden und Erkrankten zu klären. Hierzu wird ein Kraftvariabilitäts-Paradigma mit Rampen-, sinusförmigen und alternierenden Aufgaben entwickelt und validiert. Diese Protokolle sollen krankheitsspezifische Veränderungen der Koordination motorischer Einheiten und deren Beitrag zur erhöhten Kraftvariabilität untersuchen. Analysen umfassen Entladungsraten, Rekrutierungsmuster, Variabilitätsmetriken und Modulation synchroner Aktivität (Common Drive). Das Projekt liefert ein mechanistisches Verständnis, wie neuromuskuläre Erkrankungen die MU-Organisation stören, bewertet die Aussagekraft von HDsEMG bei Patienten und schafft Grundlagen für verbesserte diagnostische und rehabilitative Maßnahmen.

• DFG-Verfahren: Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Dario Farina