Summary
In order to get further informations about the pathophysiology of parkinsonian gait,
we examined the EMG-pattern of muscles of the lower extremity [tibialis anterior (TA),
medial head of gastrocnemius (CC), vastus medialis (VM), biceps femoris (BF), iliopsoas
(IP) and gluteus maximus (GM)] in 20 parkinsonian patients and 15 normal controls
during normal gait on a treadmill. The different phases of a step were identified
by pressure sensors. The begin of a step-cycle was defined by the increase of heel-pressure.
The duration of the EMG-activity was given as percentage of the normalized step-cycle,
and the amplitude of the EMG-activity was given as percentage of the maximal isometric
activity. 14-16 step-cycles were averaged.
The gait velocity was significantly reduced in parkinsonian patients, whereas there
was no difference of the step-duration. Within the step-cycle, the stance phase was
significantly prolonged in parkinsonian patients. This can be explained by an increased
duration and amplitude of EMG-activity of VM and BF in the stance phase. In both groups,
TA and CC showed an antagonistic EMG-pattern, the amplitude of TA was significantly
increased in parkinsonian patients. In addition, moderately affected patients (Webster-scale)
showed a decreased duration of GC-activity which can also result in a prolonged stance
phase. The proximal muscle groups showed synergistic activities. In parkinsonian patients,
BF was delayed during swing phase. Together with an increased amplitude of VM, this
can explain the reduced extent of knee-flexion. The amplitude of the GM was significantly
increased which can detoriate hip-flexion. These alterations were more pronounced
in moderately affected in comparison with slightly affected patients. These findings
were related to the severity of clinical affection and correspond to the clinical
signs of the short-stepped and stiff gait of parkinsonian patients.
Zusammenfassung
Zur Klärung der Pathophysiologie des charakteristisch veränderten Gangbildes bei Parkinsonpatienten
untersuchten wir die EMG-Aktivität von drei Muskelpaaren der unteren Extremität [M.
tibialis anterior und M. gastrocnemius, M. vastus medialis und M. biceps femoris,
M. glutaeus maximus und M. iliopsoas] bei 15 Gesunden und 20 Patienten während des
Gehens mit normaler Geschwindigkeit auf einem Laufband. Drucksensoren an Ferse und
Großzehenballen dienten der Aufzeichnung der Schrittphasen. Durch den Anstieg des
Druckes an der Ferse wurde der Beginn eines Schrittzyklus festgelegt. Die Dauer der
Muskelaktivität wurde prozentual zum normierten Schrittzyklus und die Amplitude der
EMG-Aktivität in Prozent der isometrischen Maximalamplitude angegeben. Die Registrierdauer
betrug zwanzig Sekunden, je nach Ganggeschwindigkeit entsprach dies 14-16 Schrittzyklen,
die zur Auswertung gemittelt wurden. Die Ganggeschwindigkeit war bei Parkinsonpatienten
deutlich reduziert, während die Schrittdauer sich nicht unterschied. Innerhalb des
Schrittzyklus zeigten die Patienten eine signifikant verlängerte Standphase. Ursächlich
hierfür konnte eine verlängerte Aktivierung und erhöhte Amplitude vom M. vastus medialis
und M. biceps femoris in der Standphase nachgewiesen werden. M. tibialis anterior
und M. gastrocnemius wiesen in beiden Gruppen ein antagonistisches Muster auf, die
Amplitude des M. tibialis anterior war bei Patienten jedoch signifikant erhöht. Bei
mittelschwer betroffenen Parkinsonpatienten (Webster-Skala) war zusätzlich eine Verkürzung
der Dauer der Aktivierung des M. gastrocnemius nachweisbar, was ebenfalls durch eine
verminderte Fußsenkung zur Verlängerung der Standphase führt. Die beiden proximalen
Muskelpaare zeigten bei Gesunden synergistische Aktivität von der Schwung- bis in
die mittlere Standphase. Bei Parkinsonpatienten wurde der M. biceps femoris später
in der Schwungphase aktiviert, zusätzlich zeigt der M. vastus medialis eine deutlich
erhöhte EMG-Aktivität. Diese Konstellation erklärt das verminderte Ausmaß der Kniebeugung.
Hinsichtlich der Hüftmuskulatur fand sich die Amplitude des M. glutaeus maximus, der
als Antagonist der Hüftbeuger wirkt, in der Patientengruppe signifikant erhöht. Dies
kann über eine verminderte Hüftbeugung die verkürzte Schwungphase und damit die verkürzte
Schrittlänge bei Parkinsonpatienten erklären. Unsere Befunde waren bei mittelschwer
betroffenen Patienten stärker ausgeprägt als bei leicht Betroffenen. Der kleinschrittige
und steife Gang von Parkinsonpatienten ist durch die von uns beschriebenen Veränderungen
der Muskelaktivierung erklärbar.
Key words:
Gait analysis - Parkinsonian patients - EMG-activity - Webster-scale
