3 MATERIAL UND METHODEN
3.1 Geräte und Materialien
3.1.2 Geräte und Computer-Software
3M Gehörschutzstöpsel Fa. 3M Deutschland GmbH, Neuss
Atembeutel Silko Bag, 0,5; 1; 1,5; 2,3; 3l Fa. Teleflex Medical GmbH, Kärnen
Atemschläuche groß, 158901 Fa. Teleflex Medical GmbH, Kärnen
Handschuhe, Peha-soft Fa. Hartmann, Heidenheim
Venenverweilkatheter, VasoVet, 18G x 1 ¼“ Fa. B. Braun Melsungen AG, Melsungen
Infusionsbesteck Typ: IV-Standard-Luer Lock Fa. B. Braun Melsungen AG, Melsungen Verlängerungsschlauch Typ: Heidelberger 140 cm Fa. B. Braun Melsungen AG, Melsungen
Laryngoskop NT 3,5V Fa. Heine, Herrsching
Tubus, Tracheal Tubes, Size 5,0 – 10,0 I.D. mm Fa. Smiths Medical ASD Inc., Keene, USA
Verbandstoffschere, BC861R Fa. Aesculap AG, Tuttlingen
3M™ Littmann® Classic II S.E. Stethoskop Fa. 3M Deutschland GmbH, Neuss
Wärmestrahlgerät Fa. Schneider GmbH, Hachenburg
Infusomat Fa. B. Braun Melsungen AG, Melsungen
Magstim 200² Fa. Magstim, Carmarthenshire, UK
Subdermalnadel Elektrode, 1 m Fa. Natus Medical Incorporated, Planegg
Monopolare Muskelnadel Elektrode, 1m Fa. Natus Medical Incorporated, Planegg
Nicolet™ NicVue 2.9.1 Fa. Natus Medical Incorporated, Planegg
VikingSelect Software Version 11.0 Fa. Viasys healthcare, CareFusion, Höchberg
Narkosegerät Forane Trajan 808 Fa. Dräger, Drägerwerk AG, Lübeck
Narkose-Überwachungsmonitor Tesla Oxysat® Fa. MIPM Mammendorfer Institut
für Physik und Chemie GmbH, Mammendorf Magnetresonanztomograph Phillips Achieva 3.0 Tesla Fa. Philips Medical Systems, Eindhoven,
Niederlande
easyVET Veterinärmedizinisches Dienstleistungszentrum
GmbH, IFS Informationssysteme GmbH,
SAS® (Enterprise Guide, Version 7.1) Fa. SAS Institute, Cary, NC, USA
GraphPad Prism ® Version 5.0 Fa. GraphPad Software, Inc., La Jolla, CA,
USA
3 Material und Methoden
26 3.1.2 Medikamente
Azepromazin, Vetranquil® 1% Injektionslösung Fa. CEVA Tiergesundheit GmbH, Düsseldorf
Bepanthen Nasen- und Augensalbe® Fa. Bayer Vital GmbH, Leverkusen
Diazepam-ratiopharm Injektionslösung Fa. Ratiopharm GmbH, Ulm
Dotarem Godolinum 0,5 mmol/ml Fa. Guerbet GmbH; Sulzbach/Taunus
Haut-Desinfektionsmittel, Softasept® N Fa. B. Braun Melsungen AG, Melsungen
Isofluran CP 250 ml Fa. CP-Pharma mbH, Burgdorf
Levomethadon/Fenpipramid, L-Polamivet® Injektlsg. Fa. Intervet Deutschland GmbH, Unterschleißheim
Narkofol, Propofol 10 mg/ml Fa. CP-Pharma mbH, Burgdorf
Sterofundin® Infusionslösung Fa. B. Braun Melsungen AG, Melsungen
3 Material und Methoden
27 3.2 Patientengut und Studiendesign
Die Probanden für die vorliegende Studie wurden aus dem Patientengut der Klinik für Kleintiere der Tierärztlichen Hochschule Hannover rekrutiert. Sie hatten ein Körpergewicht von weniger als 20 kg, zeigten seit bis zu 28 Tagen eine Paraplegie mit oder ohne Tiefenschmerz aufgrund einer Bandscheibenextrusion in den Rückenmarkssegmenten von T3-L3. Durch eine Magnetresonanztomographie und anschließende chirurgische Therapie (Hemilaminektomie) wurde bei allen Patienten der Verdacht eines Bandscheibenvorfalls bestätigt.
Bei der Erstvorstellung wurde eine ausführliche Anamnese aufgenommen, sowie eine umfassende klinische Allgemeinuntersuchung durchgeführt, an die sich eine neurologische Untersuchung anschloss. Die Patienten zeigten eine thorakolumbale Hyperästhesie und/oder neurologische Defizite bei vorhandenem oder abwesendem Tiefenschmerz. Entsprechend eines Schemas nach Sharp and Wheeler (2005) wurden die Patienten entsprechend der Schwere der neurologischen Symptome wie folgt eingeteilt:
Grad I: Schmerzhaftigkeit der Wirbelsäule ohne neurologische Ausfallerscheinungen Grad II: Gering- bis mittelgradige Paraparese, Ataxie und Propriozeptionsdefizite,
selbstständig gehfähig
Grad III: Hochgradige Paraparese, nicht selbstständig gehfähig Grad IV: Paraplegie mit erhaltenem Tiefenschmerzwahrnehmung Grad V: Paraplegie ohne Tiefenschmerzwahrnehmung
In die Studie wurden 21 Patienten eingeschlossen, darunter 12 Rüden (7 kastriert) und 9 Hündinnen (5 kastriert); das Alter zum Zeitpunkt der Erstvorstellung betrug 2,6 bis 13,1 Jahre, ( = 5,4 ± 2.8 Jahre), das durchschnittliche Gewicht betrug 8,5 kg (± 4,1 kg). Die Dauer der Symptome zum Zeitpunkt der Vorstellung lag zwischen <24 Stunden bis zu 23 Tagen (Median 3 Tage; ±7.08). Die häufigste vertretene Rasse waren Dackel (n = 7; 33.3 % der Studienpopulation) gefolgt von Mischlingen (n = 4; 19 %), Französischer Bulldogge (n = 2; 9,5%), Jack Russell Terrier (n = 2; 9,5%), Lhasa Apso (n = 2; 9,5%), Shih Tzu (n = 2;
9,5%), Bologneser (n = 1; 4,8%), Bolonka Zwetna (n = 1; 4,8%) und Havaneser (n = 1;
4,8%).
3 Material und Methoden
28
Nach einer sich anschließenden Laboruntersuchung wurden zum Ausschluss anderer Ätiologien der neurologischen Defizite, wie z.B. Diskospondylitis, Röntgenaufnahmen der Wirbelsäule in dem Bereich der betroffenen Rückenmarkssegmente erstellt. Erfüllte der Hund alle Einschlusskriterien, wurde nach Berücksichtigung der Laborergebnisse ein venöser Verweilkatheter gelegt und eine Sedation zur Durchführung der TMS eingeleitet.
Entsprechend eines für diesen Zweck etablierten Sedationsprotokolls wurde das Phenothiazinderivat Azepromazin (0,02-0,05 mg/kg Vetranquil® 1% Injektionslösung, Fa.
CEVA Tiergesundheit GmbH, Düsseldorf) in Kombination mit dem Opiat Levomethadon (als Kombinationspräparat mit dem Parasympatholytikum Fenpipramid (0,2-0,4 mg/kg L-Polamivet® Injektionslösung, Fa. Intervet Deutschland GmbH, Unterschleißheim) langsam intravenös appliziert (Amendt, 2014). Unter Kontrolle der Herzfrequenz und Körperinnentemperatur wurde innerhalb weniger Minuten eine ausreichend tiefe Sedation erzielt. Zur weiteren Überwachung des Kreislaufs wurde alle zehn Minuten die Körperinnentemperatur der Probanden bestimmt und protokolliert.
Im Anschluss an die transkranielle Magnetstimulation wurden die Patienten für die Allgemeinanästhesie vorbereitet. Eingeleitet wurde diese durch eine weitere Applikation von Levomethadon/Fenpipramid (L-Polamivet) 0,2-0,6 mg/kg in Kombination mit 0,5 mg/kg Diazepam (Diazepam-ratiopharm Injektionslösung, Fa. Ratiopharm GmbH, Ulm). Bei noch nicht für die Intubation ausreichender Narkosetiefe wurden zusätzlich 1-5 mg/kg Propofol (Narkofol, Fa. CP-Pharma Handelsgesellschaft mbH, Burgdorf) nach Effekt appliziert.
Die Magnetresonanztomographie lieferte die erforderlichen Informationen für den Zugang und Umfang der dekomprimierenden chirurgischen Intervention, welche im Anschluss erfolgte.
3 Material und Methoden
29
Nach einer postoperativen Nachsorge von mehreren Tagen Dauer wurden die Patienten – im Regelfall selbststständig zum Urinabsatz befähigt – zur weiteren Therapie nach Hause entlassen. Bei allen Patienten dieser Studie war innerhalb von ≤ 37 Tagen ein Wiederauftreten von Spontanbewegungen in den Hintergliedmaßen zu beobachten. Innerhalb von 1-2 Tagen nach dieser Regeneration motorischer Funktionen erfolgte eine neurologische Reevaluation unter Zuhilfenahme des bereits erwähnten Graduierungssystems nach Sharp and Wheeler (2005), sowie eine erneute TMS. Weitere drei Monate später wurde eine zweite Nachuntersuchung mit neurologischer Untersuchung, TMS und MRT durchgeführt (Abb. 1).
TMS TMS TMS
MRT
Zeitpunkt 1 Zeitpunkt 2 Zeitpunkt 3
MRT Chirurgie BSV
(1)
(2)
≤ 28 Tage
Abbildung 1: Design der prospektiven Studie
Nach Eintritt des Bandscheibenvorfalls (BSV) wurden 21 Hunde innerhalb von 28 Tagen vorgestellt (Zeitpunkt 1). Zu diesem Zeitpunkt wurden eine transkranielle Magnetstimulation (TMS), sowie eine Magnetresonanztomographie (MRT) durchgeführt.
Nachfolgend wurde die diagnostizierte Bandscheibenextrusion durch eine Hemilamin-ektomie chirurgisch therapiert (Chirurgie). Mit wiederauftretenden motorischen Funktionen wurde die TMS wiederholt (Zeitpunkt 2). Drei Monate später (Zeitpunkt 3) erfolgten Kontrolluntersuchungen der TMS und MRT.
(1) Modifiziert nach: http://www.hillsvet.com/en/us/hills-atlas (2) Modifiziert nach Shores A.: Intervertebral disk surgery in the dog:
Part III. Thoracolumbar disk surgery The Compendium on Continuing Education for the Practicing Veterinarian 4:24-34. I982
3 Material und Methoden
30 3.3 Methoden
3.3.1 Korrelation von Daten der transkraniellen Magnetstimulation mit der Morphometrie des Rückenmarks in der Magnetresonanztomographie bei Hunden mit motorischer Verbesserung nach Bandscheibenvorfällen
3.3.1.1 Aufbau und Anwendung der transkraniellen Magnetstimulation
Die Methode der TMS wurde entsprechend der kürzlich von Amendt (2014) publizierten, modifizierten Vorgehensweise auf der Basis früherer Studien durchgeführt (Sylvestre et al., 1992; da Costa et al., 2006; Martin-Vaquero and da Costa, 2014). Mit Hilfe des monophasischen Einzelpuls-Stimulators Magstim 200² (Fa. Magstim, Carmarthenshire, GB) wurden durch kortikale Stimulation transkraniell magnetisch motorisch evozierte Potentiale (TMMEPs) erzeugt. Das Gerät hat eine maximale Impulsfrequenz von 0,25 Hz, bei einer maximalen Signalstärke von 0,5 Hz. Die maximale magnetische Flussdichte beträgt 4,0 Tesla, welche innerhalb von 150 µs aufgebaut wird und innerhalb etwa einer 1 ms wieder abnimmt.
Abstufungen der Intensität können über eine manuelle Regelung vorgenommen werden (1-100%). Das Zentrum der verwendeten Spulen (50 mm und 90 mm in Abhängigkeit von der Größe des Patienten) wurde tangential zum Vertex angelegt und zur Detektion der besten Position der Stimulation geringgradig von der Medianen seitlich verschoben.
Abbildung 2: Versuchsaufbau der TMS
Monophasischer Einzelpuls-Stimulator Magstim 2002, angeschlossener Elektromyograph Nicolet NicVue 2.9.1 und ein Notebook mit installierter VikingSelect Software zur Visualisierung und Auswertung der Daten.
Foto: mit freundlicher Genehmigung von N. Steffensen
3 Material und Methoden
31
Die erzeugten TMMEPs wurden am Effektororgan mittels monopolarer Muskelnadel-Elektroden und subdermaler Referenz- und Erdungselektroden durch einen Elektromyographen Nicolet™ NicVue 2.9.1 (Fa. Natus Medical Incorporated, Planegg) gemessen. Dieser war wiederum zur Datenvisualisierung und -verarbeitung an einen PC mit installierter VikingSelect Software Version 11.0 (Fa. Viasys healthcare, CareFusion, Höchberg) angeschlossen.
Bei jeder Untersuchung wurden vier Messungen mit ansteigender Intensität der magnetischen Flussdichte (80, 90, 100% der maximalen Stimulationintensität) an allen vier Gliedmaßen, des in Seiten- oder Brust-Bauchlage befindlichen Hundes durchgeführt. Zur Ableitung der TMMEPs wurden monopolare Muskelnadel-Elektroden (Fa. Natus Medical Incorporated, Planegg) verwendet, welche an den Hintergliedmaßen lateral der distalen Kante des Tibiaplateaus, mittig im Muskelbauch des M. tibialis cranialis (MTC) platziert wurden.
Abbildung 3: Prinzip der transkraniellen Magnetstimulation
Zur Ableitung transkraniell magnetisch motorisch evozierter Potentiale fand eine Stimulation des motorischen Kortex mithilfe einer Rundspule statt. Das induzierte elektrische Feld führt zur Depolarisation von Nervenzellmembranen, so dass ein Aktionspotential generiert wird, welches über deszendierende motorische Bahnen des Gehirns, des Rückenmarks und der peripheren Nerven bis zum Effektororgan geleitet wird, wo ein messbarer Effekt abgeleitet werden kann.
Spule
Magnetfeld
*
M. tibialis cranialis
3 Material und Methoden
32
An den Vordergliedmaßen diente der laterale Epicondylus des Humerus zur Orientierung, um in den kranial davon gelegenen Muskelbauch des M. extensor carpi radialis (MECR) einstechen zu können. Die subdermale Referenzelektrode (Fa. Natus Medical Incorporated, Planegg), wurde jeweils ca. 1 cm distal der Muskelelektrode positioniert. Eine Erdungselektrode (Fa. Natus Medical Incorporated, Planegg) wurde subkutan auf Höhe von Th1-Th3 beziehungsweise L4-L6 gesetzt.
Als wichtigste Merkmale der TMMEPs wurden Latenz (ms) und Amplitude (mV) jeder Stimulation auf dem Oszillographen gemessen. Dabei ergibt sich die Latenz als Differenz der Zeit zwischen dem Stimulusartefakt und der ersten Abweichung der Ableitung des Muskelpotentials von der Basallinie in positiver oder negativer Richtung. Die Amplitude ist der Betrag der Differenz der maximalen und minimalen Werte der Muskelpotentialableitung.
Des Weiteren wurde die Länge der Nervenbahn näherungsweise durch Messung des Abstandes zwischen Vertex und der Muskelelektrode mit Hilfe eines Maßbandes über den angenommenen Verlauf der leitenden Bahnen entlang der Rückenlinie bis zum Muskel bestimmt.
3.3.1.2 Durchführung und Auswertung der Magnetresonanztomagraphie
Zur Sicherung der Diagnose und Erhebung pathologischer Befunde der Medulla spinalis wurde bei allen Probanden eine Magnetresonanztomographie des thorakolumbalen Rückenmarks mit einem 3,0 Tesla Magnetresonanztomographen (Philips Achieva MRI scanner; Fa. Philips Medical Systems Nederland, PC Best, Niederlande) durchgeführt. Die Patienten wurden in Rückenlage befindlich unter Verwendung einer 15-Kanal-Wirbelsäulenspule entsprechend dem Standard-Klinikprotokoll in verschiedenen Sequenzen untersucht. Zur Anfertigung der T2-gewichteten sagittalen Bildserien wurden folgende Einstellungen gewählt: Turbo-Spin-Echo (TSE) Sequenz, Pulswiederholzeit (TR) = 3100 ms, Echozeit (TE) = 120 ms, Schichtschnittdicke 1,8 mm mit einem 0,2 mm großen Abstand zwischen den Schnittbildern. Die transversale Schnittebene wurde mit Hilfe der folgenden Parameter bestimmt: TSE Sequenz, TR = 4630,4 bis 8418,8 ms bei einer TE von 120 ms und einer Schichtschnittdicke von 2 mm mit einem Schnittbildintervall von 0,2 mm.
3 Material und Methoden
33
Neben T2- und T1-gewichteten transversalen und sagittalen Sequenzen wurde im Falle einer Kompression der Medulla spinalis durch Bandscheibenmaterial eine multi-Fast-Field–Echo- (mFFE) Sequenz in transversaler Ebene durchgeführt. Der Nachweis möglicher Blutungen wurde mit Hilfe einer HEMO Sequenz (Blut-Signal-Unterdrückungssequenz) geführt. Für die Diagnose einer möglichen Flüssigkeitsextravasation, welche auf T2-gewichteten Bildern zu einem hyperintensen Signal führt, wurde eine transversale FLAIR (Fluid attenuated inversion recovery) -Sequenz genutzt. In einigen Fällen war der Einsatz einer transversalen SPAIR (Spectral attenuated inversion recovery) -Sequenz zur Unterdrückung des Fettsignals indiziert. Eine Abgrenzung degenerativer von neoplastischen Prozessen wurde im Einzelfall durch die Injektion von Dotarem Godolinum Kontrastmittel (Guerbet GmbH;
Sulzbach/Taunus) und anschließender T1-gewichteter Sequenzen erzielt.
Die Diagnosestellung erfolgte durch die Auswertung von wenigstens der T2- und T1-gewichteten Sequenzen, sowie der mFFE-Bildserien, nach Indikation wurden weitere der oben genannten Sequenzen zur Hilfestellung genutzt. Die Bilddateien wurden im DICOM-Format gespeichert und mit Hilfe der Bildverarbeitungsroutine des Klinikprogramms easyVet (IFS Informationssysteme GmbH, Hannover, Deutschland) ausgewertet.
Im Rahmen dieser Studie wurden morphometrische Parameter erhoben, wie sie zuvor in anderen Veröffentlichungen beschrieben wurden und auch Anwendung in der Humanradiologie finden (Ito et al., 2005; Fehlings et al., 2006; Levine et al., 2009; Boekhoff et al., 2012). Die Beurteilung der Rückenmarksbefunde fand unter Verwendung der T2- und T1-gewichteten Sequenzen, sowie in einigen Fällen der mFFE-Bildserien statt. Mit Hilfe der T2-gewichteten transversalen Bilder wurde die minimale Höhe (mm) des Rückenmarks im Bereich der Kompression durch Bandscheibenmaterial bestimmt. An gleicher Stelle wurde die minimale Höhe (mm) des Rückenmarkkanals, definiert als Abstand zwischen vorgefallenem Bandscheibenmaterial und der gegenüberliegenden Lamina arcus vertebrae, bestimmt. Beide Werte wurden mit Messungen der gleichen Parameter einen Wirbelkörper kranial jedweder Kompression in ein Verhältnis gesetzt (Rückenmarks-Kompressions-Verhältnis bzw. Wirbelkörper-Kompressions-(Rückenmarks-Kompressions-Verhältnis), so dass vergleichbare und körpergrößen-unabhängige Werte erhoben wurden.
3 Material und Methoden
34
Auf den sagittalen Bildern wurde die Länge (mm) der Kompression mit Hilfe der transversalen Aufnahmen abgetragen und gemessen. Es wurde ein Verhältnis zur Länge des zweiten Lendenwirbelkörpers (KLV = Kompressions-Längen-Verhältnis) gebildet.
Abbildung 4: Messung der Kompression des Rückenmarks
4a: Sagittale T2-gewichtete Sequenz des Rückenmarks eines 3 Jahre alten Mischling-Rüden. Die gelben Pfeile kennzeichnen die Länge des 2. Lendenwirbels (L2), sowie die Länge der Kompression des Rückenmarks.
4b: Korrespondierende transversale T2-gewichtete Sequenz; der weiße Pfeil markiert ein hypointenses Areal, welches vermutlich durch extrudiertes Bandscheibenmaterial hervorgerufen wird.
4c: Der transversalen Position von 4b entsprechende mFFE Sequenz des gleichen Hundes. Das Weichteil-isointense Areal, welches durch den weißen Pfeil markiert wird, kann als Bandscheibenmaterial angesprochen werden und führt zu einer hochgradigen Kompression des Rückenmarks von lateral.
a
c b
3 Material und Methoden
35
Des Weiteren wurde auf T2-gewichteten sagittalen Sequenzen unter Berücksichtigung der korrespondierenden transversalen Schnittbilder die Länge von Hyperintensitäten gemessen.
Auch diese Werte wurden durch eine Division mit der Länge des zweiten Lendenwirbels normalisiert (HLV = T2-gewichtetes-Hyperintensitäts-Längen-Verhältnis).
Abbildung 5: Messung der intramedullären Hyperintensität
5a: Sagittale T2-gewichtete Sequenz des Rückenmarks eines 12 Jahre alten Shih-Tzu-Rüden. Die gelben Pfeile kennzeichnen die Länge des 2. Lendenwirbels (L2), sowie die Länge der intramedullären Hyperintensität kranial und kaudal der Bandscheibenextrusion.
5b: Korrespondierende transversale T2-gewichtete Sequenz; der weiße Pfeil markiert ein hyperintenses Areal, welches kaudal der Bandscheibenextrusion liegt.
5c: Der weiße Pfeil markiert ein hyperintenses Areal kranial der Bandscheibenextrusion.
a
b c
3 Material und Methoden
36 3.4 Statistische Auswertung
Die statistische Analyse der Daten wurde mit dem kommerziellen Software-Programm SAS® Enterprise-Guide (Version 7.1, Cary, North Carolina, USA) durchgeführt, die graphische Darstellung erfolgte mittels GraphPad Prism ® (Version 5.0 Fa. GraphPad Software, Inc., La Jolla, CA, USA). Alter und Gewicht wurden gemittelt und die Standardabweichung wurde berechnet. Für die Berechnungen der TMMEPs wurden für die Amplituden und Latenzen der Vorder- und Hintergliedmaßen gesondert die Mittelwerte aus den Ergebnissen der Ableitungen rechter und linker Gliedmaßen pro Patient ermittelt. Für die Kalkulationen der TMMEP Parameter Latenz und Amplitude standen bei Hunden mit Paraplegie bei initialer Vorstellung keine Ergebnisse zur Verfügung. Weitere fehlende Ableitungen im Verlauf der Studie wurden für die Berechnungen nicht berücksichtig. Die Berechnung der Entwicklung von Amplituden und Latenzen während des Studienverlaufs war auf die Daten von 11 Hunden mit gepaarten Werten beschränkt. Dazu wurde ein Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test angewendet. Der Vergleich von KLV und HLV während des Studienverlaufs wurde aufgrund Normalverteilung der Daten ebenfalls mit nicht-parametrischen Methoden unternommen (Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test, Kruskal-Wallis-Test). Da die Latenzen und Amplituden zum Zeitpunkt wiederkehrender Spontanbewegungen eine Normalverteilung aufwiesen, wurde ein t-Test zur Kalkulation der Assoziation mit den neurologischen Schweregraden durchgeführt. Die Korrelation der Latenzen mit selbigen wurde mit einer (Rang-) Korrelationsanalyse nach Spearman, sowie Pearson untersucht. Die Assoziation von KLV und HLV mit den neurologischen Schweregraden wurde mittels Wilcoxon-Two-Sample-Test und Kruskal-Wallis-Test untersucht. Die Korrelation von KLV und HLV mit den Amplituden und Latenzen zu verschiedenen Zeitpunkten wurde mit Hilfe einer Spearman Korrelation untersucht. Eine statistisch signifikante Differenz lag vor, wenn P
< 0,05.
4 Publikation
37 4 Publikation
4.1 Correlation of transcranial magnetic motor evoked potentials and MRI morphometry in dogs with functional motor recovery after intervertebral disc herniation: A follow-up study
J.S.C.G. Siedenburga, H.-L. Amendta, K. Rohnb, A. Tipolda,c, V.M. Steina*
aDepartment of Small Animal Medicine and Surgery, University of Veterinary Medicine Hannover
bDepartment of Biometry, Epidemiology and Information Processing, University of Veterinary Medicine Hannover, Hannover, Germany.
cCenter for Systems Neuroscience, Hannover, Germany.
* Corresponding author: Veronika M. Stein +49 511 953 6200 E-mail address: veronika.stein@tiho-hannover.de
4 Publikation
38 Abstract
Functional motor recovery after decompressive surgery in paraplegic dogs with intervertebral disc herniation (IVDH) is crucial for patients and their owners. In this prospective study the hypotheses should be investigated that transcranial magnetic motor evoked potentials (TMMEPs) reliably display the course of motor function improvement in initially paraplegic dogs with thoracolumbar IVDH after decompressive surgery and determine whether there is any association between TMMEP data and severity of neurological signs or correlation with morphometric magnetic resonance imaging (MRI) findings.
At initial presentation TMMEP data including onset latencies and peak-to-peak amplitudes were obtained in 21 paraplegic, sedated dogs from the cranial tibial muscle. Morphometric measurements of MRI of the thoracolumbar spinal cord prior to surgery included L2 normalized ratios of compression length (CLR) and of T2 weighted intramedullary hyperintensities (T2WLR). First follow-up was performed within 1-2 days after first motor function reappearance including neurological examination and TMS. Second follow-up was performed 3 months after first follow-up comprising repeated neurological examination, TMS and MRI.
At initial presentation, TMMEPs could not be recorded from pelvic limbs. However, TMMEPs could be elicited from the cranial tibial muscle in 12/21 dogs at first follow-up and in 20/21 dogs at second follow-up. Comparison of values of these TMMEPs obtained at first and second follow-up showed a significant increase of peak-to-peak amplitudes and significant decrease of onset latencies. A significant association was detected of onset latencies first follow-up and severity of neurological signs at the second follow-up. At second follow-up latencies were significantly associated and correlated with severity of neurological signs. CLR and T2WLR were not significantly correlated with TMMEP data.
In conclusion, TMMEPs reflect motor function recovery after severe spinal cord injury.
Moreover, onset latencies obtained shortly after first reappearance of motor function may provide prognostic information of further motor improvement. However, correlation of TMMEPs with MRI morphometric measurements could not be confirmed.
4 Publikation
39
Keywords: Intervertebral Disc Herniation; Transcranial Magnetic Motor Evoked Potentials;
Transcranial Magnetic Stimulation, Spinal Cord Injury; Magnetic Resonance Imaging; Dog
Introduction
Spinal cord injury (SCI) in canines is commonly caused by thoracolumbar intervertebral disc herniation (IVDH) resulting in a broad range of clinical signs from paraspinal hyperaesthesia to paraplegia and loss of deep pain perception (DPP) with concomitant impairment of micturition and defecation (Duval et al., 1996; Jeffery and Blakemore, 1999;
Ferreira et al., 2002; Olby et al., 2003; Mayhew et al., 2004; Cerda-Gonzalez and Olby, 2006;
Fluehmann et al., 2006). Transcranial magnetic stimulation (TMS) generates transcranial magnetic motor evoked potentials (TMMEPs), which can be recorded from surface or muscle electrodes (Nollet et al., 2003). These TMMEPs enable a noninvasive and fast evaluation of the functional integrity of descending motor pathways in the brain and spinal cord (Barker et al., 1985). TMS is well established in human medicine, providing information about corticospinal tract damage and lesion location in cervical spinal cord injury (Maertens de Noordhout et al., 1991; Lo et al., 2004; Shields et al., 2006; Kalupahana et al., 2008).
Moreover, it can be of prognostic value in stroke and SCI patients (Clarke et al., 1994;
Pennisi et al., 1999). In veterinary medicine diagnostic applications of TMS have been described in equine and canine species with spinal cord diseases (Sylvestre et al., 1993; Nollet et al., 2002; De Decker et al., 2011). Association of TMMEP data with severity of clinical signs and magnetic resonance imaging (MRI) findings has been described in CSM in Great Danes and Dobermann Pinschers, but was not examined in thoracolumbar IVDH so far (De Decker et al., 2011; Martin-Vaquero and da Costa, 2014).
Prognostic information gained from clinical assessment is widely accepted. In particular, presence or absence of DPP is acknowledged to be the most reliable prognostic indicator for recovery after severe SCI in dogs with plegia and has become a frequently used reference evaluating new prognostic approaches (Duval et al., 1996; Scott and McKee, 1999; Coates, 2000; Davis and Brown, 2002; Jeffery et al., 2013; Jeffery et al., 2016). In the past years a shift of focus towards CSF analysis and diagnostic imaging features revealed several associations with severity of spinal cord injury and correlations with functional outcome (Olby et al., 2003; Ito et al., 2005; Penning et al., 2006; Royal et al., 2009; Srugo et al., 2011;
4 Publikation
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Roerig et al., 2013). Among the diagnostic imaging techniques MRI is considered the most
Roerig et al., 2013). Among the diagnostic imaging techniques MRI is considered the most