De invloed van (bindweefsel en) littekenweefsel op de mechanische werking van skeletspieren. Huub Maas. Boodschap

Transcriptie

1 De invloed van (bindweefsel en) littekenweefsel op de mechanische werking van skeletspieren Huub Maas Boodschap Littekenweefsel gevormd na beschadiging van spier of peesweefsel verandert de mechanische eigenschappen van de myofasciale paden voor krachttransmissie. Mechanische spiereigenschappen pp Mechanisch effect op gewricht F myofasciaal F origo F insertie 1

2 Spier skelet krachttransmissie Traditionele beeld: Kracht gegenereerd in sarcomeren, Spier skelet krachttransmissie Traditionele beeld: Kracht gegenereerd in sarcomeren, komt via de sarcomeren in serie, de myotendineuze junctie, 2

3 Spier skelet krachttransmissie Traditionele beeld: Kracht gegenereert in sarcomeren, komt via de sarcomeren in serie, de myotendineuze junctie, en de pees op het skelet terecht. Spieren als onafhankelijke actuatoren Biomechanische modellen Spieren als onafhankelijke actuatoren Schoudermodel Veeger Open Simm model onderste extremiteiten 3

4 Marionet of Trekpop? Marionet of Trekpop? 4

5 Opdracht in tweetallen Lengte van beide elastieken? Krachtin beide uiteinden? Rechterhand Persoon B Linkerhand Persoon A Rechterhand Persoon A Linkerhand Persoon B 5

6 Lengte van beide elastieken? Kracht in beide uiteinden? Lengte? Kracht? 6

7 Lengte? Kracht? Metingen aan echte spieren F1 F1 = F2 F2 F1 F2 7

8 Bindweefselverbindingen In het lichaam worden spieren omgeven door en zijn verbonden met andere spieren en bindweefselstructuren. Ervaringen snijzaal? EDL Bindweefselverbindingen In het lichaam, worden spieren omgeven door en zijn verbonden met andere spieren en bindweefselstructuren. Kunnen deze myofasciale verbindingen kracht doorgeleiden? JA Krachtopnemer Origo Spiergroep Krachtopnemer Insertie 8

9 Kracht uitgeoefend op de origo is niet altijd gelijk aan de kracht uitgeoefend op de insertie van dezelfde spier. Kracht op pees (N) Insertie Origo positie spier (mm) Er moet kracht vanuit de spier op het skelet terecht zijn gekomen zonder dat het de origo of insertie van de spier gepaseert heeft. Epimusculaire myofasciale krachttransmissie Prof. dr. Peter A. Huijing 9

10 Spier skelet krachttransmissie Kracht gegenereerd in een spier kan via twee verschillende paden naar het skelet worden doorgeleid: 1. Via de origo en insertie van de spier 2. Via epimusculaire myofasciale verbindingen F myofasciaal F origo F insertie Hoe belangrijk is epimusculaire myofasciale krachttransmissie? 10

11 Vragen? Littekenweefsel bindweefsel gevormd als reactie op het beschadigen van bepaalde weefsels. Bestaat uit collageen, maar andere samenstelling (meer type III collageen) andere oriëntatie van collageenvezels minder cross linking Inferieure kwaliteit 11

12 Dynamiek v/h menselijk bindweefsel Jan Jaap de Morree Huidletsel Littekenweefsel Na spier en peesblessures Na chirurgische ingrepen 12

13 Peestransposities Doel: verbeteren van loopvaardigheid of functie van bovenste extremiteiten. Patiëntgroepen: Cerebrale parese Smeulders & Kreulen Gage et al. (2009) Peestransposities Doel: verbeteren van loopvaardigheid of functie van bovenste extremiteiten. Patiëntgroepen: Cerebrale parese Perifere zenuwletsels Tetraplegie n. radialis letsel Obstetrisch plexus brachialis letsel 13

14 Peestransposities Operatie voor spier peesomlegging: Open maken van compartiment (fasciotomie) Losmaken insertiepees van skelet Vrijprepareren pees en (deel van) spierbuik Omleggen van spier pees p complex Pees vastzetten aan skelet op andere locatie Smeulders & Kreulen Sanghavi (2006) Succes operatie Peestransposities Patiënttevredenheid redelijk hoog (50 70%) Functionele verbetering (ADL) Maar Correlatie X Onverwachte uitkomsten Grote interindividuele verschillen 14

15 Onderzoek effecten peestransposities Doel: bepaling van krachttransmissie via myotendineuze enmyofasciale paden na een peestranspositie. Hypothese: adaptaties van bindweefsel rondom de getransponeerde spier met gevolgen voor krachttransmissie van spiervezel naar het skelet. Waarom proefdieronderzoek? Beperkte mogelijkheden van patiënt onderzoek. Groteverschillen in aandoening. Bestuderen effect enkele ingreep. Metingen spiereigenschappen na de operatie. Differentiatie tussen mechanische and neurale eigenschappen. Spier skeletmodellen niet geschikt. 15

16 Overzicht protocol FCU naar ECR B/L peestranspositie FCU: m. flexor carpi ulnaris (polsbuiger) lb ECR B/L : m. extensor carpi radialis brevis and longus (polsstrekker) Wistar rat FCU naar ECR B/L peestranspositie FCU FCU ECR B/L FCU: m. flexor carpi ulnaris (polsbuiger) ECR B/L : m. extensor carpi radialis brevis and longus (polsstrekker) 16

17 Overzicht protocol FCU naar ECR B/L peestranspositie Vijf weken na de operatie: Mechanisch effect van FCU op pols? (Biomechanisch doel) Effect littekenweefsel op krachttransmissie? 5 weken rat ~ 2.5 jaar mens Gewrichtsmoment FCU Extensie Klem op humerus Krachtopnemer Maas et al. (2013) 17

18 Gewrichtsmoment FCU Klem op humerus Intramusculaire stimulatie van FCU Extensie Kevlar draad naar krachtopnemer Verschillende polshoeken Maas & Huijing (2012) Mechanisch effect FCU CO #1 CO #2 CO #3 CO #4 CO #5 CO #6 Controle groep Actief Polsmoment (mnm) Flexie Flexie Polshoek (deg.) Extensie TT #1 TT #2 TT #3 TT #4 TT #5 Na peestranspositie Actief Polsmoment (mnm) Flexie 2 1 Flexie Extensie Polshoek (deg.) 2 Extensie Maas & Huijing (2012) 18

19 Onverwachte uitkomsten Biomechanisch doel: verandering mechanisch effect van spier (bijv. m. rectus femoris). Kniestrekker Kniebuiger Onverwachte uitkomsten Operatie omlegging m. rectus femoris (RF) naar kniebuigers in kinderen met cerebrale parese. Doel: verbetering knieflexie tijdens lopen. Asakawa et al. (2004) Riewald and Delp (1997) 19

20 Onverwachte uitkomsten Mechanisch effect stimulatie RF: kniestrekking Model simulatie RF transpositie: kniebuiging Fox et al. (2009) Riewald and Delp (1997) Conclusies Mechanische effect van getransponeerde FCU: TT #1 TT #2 TT #3 flexie en extensie moment. 2 Niet alle kracht uit FCU spiervezels wordt doorgeleid naar de nieuwe insertie. TT #4 Actief Polsmoment (mnm) Flexie TT #5 1 Flexie Extensie Polshoek (deg.) 2 Extensie Myofasciale krachttransmissie Via littekenweefsel? F origo F myofasciaal F insertie 20

21 Myofasciale krachttransmissie proximaal distaal F F Voorkeur krachtransmissie i naar uiteinden meest verlengde spieren. Maas and Sandercock (2010) Extensoren Flexoren FCU A. Pols gebogen B. Neutralestand t C. Pols gestrekt Extensie moment Flexie moment Maas & Huijing (2012) 21

22 Krachtransmissie naar insertie? Drie condities: Stimulatie n. ulnaris 1. Minimale dissectie en n. medianus 2. Pees vrijgeprepareerd 3. Spierbuik vrijgeprepareerd Getransponeerde FCU Klem op humerus Hand Verschillende lengten FCU ( m+t) Distale pees FCU verbonden met krachtopnemer Maas & Huijing (2012) Lengte kracht eigenschappen Isometrische, tetanische contracties op verschillende spier peescomplex pees lengten Kracht (N) Totale kracht Kracht (N) 4 3 Actieve kracht = Totale kracht Passieve kracht Passieve kracht 2 1 Passive Total Active Tijd (ms) Lengteverandering spier pees complex (mm) 22

23 Effecten dissectie Passive force - control FCU (N) 0.12 Minimal disruption 0.10 Tendon dissected Muscle belly y dissected Active force - control FCU (N) % 18% N = 5 N = lm+t FCU (mm) lm+t FCU (mm) Ook de lengte kracht eigenschappen van gezonde spieren worden beïnvloed door verbindingen met omliggende structuren. Effecten dissectie Passive force - control FCU (N) 0.12 Minimal disruption 0.10 Tendon dissected Muscle belly dissected Active force - control FCU (N) % 18% N = 5 N = lm+t FCU (mm) lm+t FCU (mm) Passive Force - transferred FCU (N) Active Force - transferred FCU (N) % % N = 7 N = lm+t FCU (mm) lm+t FCU (mm) 23

24 Myofasciale krachttransmissie Active Force - transferred FCU (N) lm+t FCU (mm) Drie condities: 1. Minimale dissectie 2. Pees vrijgeprepareerd 3. Spierbuik vrijgeprepareerd Proximaal Fepimusculair (netto distale belasting) 3 Naar de pols FCU Proximaal 2 Fa,distaal = 0 N, lm+t = 0 mm Naar de pols Fepitendineus (netto distale belasting) Conclusies Stijve verbindingen tussen getransponeerde spier enomliggende structuren. Hand Hand Distale pezen van de getransponeerde FCU (voorheen de insertie van ECR B/L ) 24

25 Onverwachte uitkomsten Mechanisch effect stimulatie RF: kniestrekking Model simulatie RF transpositie: kniebuiging Fox et al. (2009) Myofasciale krachttransmissie Via littekenweefsel? Riewald and Delp (1997) Onverwachte uitkomsten MRI beelden na peestranspositie Littekenweefsel Gold et al. (2004) 25

26 Conclusies Stijve verbindingen tussen getransponeerde spier enomliggende structuren. Niet alle kracht uit spiervezels wordt doorgeleid naar de nieuwe insertie. Proximaal Naar de pols FCU Naar nieuwe insertie Proximaal Naar de pols Conclusies Het mechanisch effect spier na transpositie kan niet voorspeld worden aan de hand van zijn nieuwe insertie en ligging spier pees complex. Fox et al. (2009) Smeulders & Kreulen 26

27 Conclusies Het mechanisch effect spier na transpositie kan niet voorspeld worden aan de hand van zijn nieuwe insertie en ligging spier pees complex. Littekenweefsel heeft effect op: Gewrichtsmoment Lengte kracht eigenschappen Active Force - transferred FCU (N) lm+t FCU (mm) Take home Littekenweefsel gevormd na beschadiging van spier of peesweefsel veranderd de mechanische eigenschappen van de myofasciale paden voor krachttransmissie. Mechanische spiereigenschappen pp Mechanisch effect op gewricht F myofasciaal F origo F insertie 27

28 Vragen? Bedankt! Peter Huijing Guus Baan Marco Ritt Subsidies Marie Curie International Reintegration Grant MIRG CT , 7th European Community Framework Programme Vidi Vernieuwingsimpuls, Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) 28

29 Referenties Maas H, Baan GC, Huijing PA (2013). Dissection of a single rat muscle tendon complex changes joint moments exerted by neighboring muscles: implications for invasive surgical interventions. PLOS ONE. 8: e Van Alphen NA, Van Doorn Loogman MH, Maas H, Van Der Sluijs JA, Ritt MJPF (2013) Restoring Wrist Extension in Obstetric Brachial Plexus Palsy Using Direct Flexor to Extensor Tendon Transfer. J. Ped. Rehab. Med. 6: Maas H, Huijing PA (2011). Myofascial force transmission between transferred rat flexor carpi ulnaris muscle and former synergistic palmaris longus muscle. Muscles, Ligaments & Tendons J. 1: (published in 2012). Maas H, Huijing PA (2012). The mechanical effect of rat flexor carpi ulnaris muscle after tendon transfer: does it generate a wrist extension moment? J. Appl. Physiol. 112: Maas H, Huijing PA (2012). Effects of tendon and muscle belly dissection on muscular force transmission following tendon transfer in the rat. J. Biomech. 45: Maas H, Sandercock TG (2010). Force transmission between synergistic skeletal muscles through connective tissue linkages. J. Biomed. Biotech. Article ID , 9 pages, doi: /2010/ Sandercock TG, Maas H (2009). Force Summation Between Muscles: Are muscles independent actuators? Med. Sci. Sports Exerc. 41: Maas H (2009). Mechanical interactions between skeletal muscles. In: Advances in Neuromuscular Physiology of Motor Skills and Muscle Fatigue (Chapter 14), Ed. Minoru Shinohara. Research Signpost, Kerala, India. Invited book chapter. pp