Kardiosomatische Kopplung als differentieller Indikator für Komatiefe und Effektivität sensorischer Stimulation*

Zusammenfassung

Koma wird von den Autoren als Dissoziation von endogenen Hirnstammrhythmen oder phasischen Aktivierungszuständen verschiedener Kompartimente des Nervensystems verstanden. Aufwachen aus dem Koma ist dann an eine zeitliche Kopplung solcher Aktivitätszustände gebunden, was wiederum als Voraussetzung für organismisches, ganzheitliches Verhalten gesehen werden kann. Aufgrund dieser Theorie wird postuliert, dass die Aktivitätskopplung zwischen motorischem Tonus und Herzfrequenz (die kardiosomatische Kopplung) mit wachsender Bewußtseinsnähe zunimmt, und dass durch eine gezielte Ansprache der Patienten (sensorische Stimulation) eine gleichgerichtete Kopplungsänderung erreicht werden kann. Untersucht wurden 47 Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma. Die Patienten wurden in drei verschiedenen Komatiefen (Glasgow Coma Scale 3-5, 6-7 und 8-10) gemessen und zwar teilweise mehrfach (aufgrund klinischer Bedingungen aber nicht jeder Patient in jeder Komatiefe). Bei jedem Patienten wurde als Indikator für den Muskeltonus des Unterarms und der Stirnmuskulatur ein Oberflächen-EMG sowie zur Bestimmung der Herzfrequenz (HF) ein EKG abgeleitet. Wir analysierten die Herzfrequenzvariabilität, die EMG-Variablität und die kardiosomatische Kopplung (Kreuzkorrelation von HF und EMG) für ein standardisiertes Interventionsschema mit einer 5 minütigen Baseline und einer 6 Minuten dauernden Interventionsphase, die eine visuelle, akustische, taktile und vestibuläre Stimulation (jeweils 1,5 Minuten) umfaßte. Das Ergebnis zeigt, dass die kardiosomatische Kopplung mit Bewußtseinsnähe und unter Stimulation steigt. Je nach analysierter Muskulatur läßt sich der Zuwachs an kardiosomatischer Kopplung ab dem Erreichen eines GCS-Wertes von 8-10 (Unterarmmuskulatur) oder 6-7 (Stirnmuskulatur) nachweisen. Die Ausgangsthesen konnten damit bestätigt werden. Als mögliche Erklärung für den differentiellen Effekt bei Unterarm- und Stirnmuskulatur wird diskutiert, dass die Stirnmuskulatur stärker zum axialen und proximalen motorischen System gehört und zudem emotionale Reaktionen wiedergibt, während die Unterarmmuskulatur zum distalen motorischen System zu zählen ist. Im Zuge der Re-Integration von Motorik und kardiovaskulärem System würden dann zuerst vom Hirnstamm gesteuerte Zentren erreicht werden, bevor kortikale Zentren eine Phasenkopplung zeigen.

Summary

Coma is understood as a dissociation of endogenous brain stem rhythms or phasic activity states of different compartments of the nervous system. Hence the awakening from coma is connected with a temporal coupling of activity states and this can be regarded as a presupposition for an integrated behaviour of the entire organism. Following this theory, we postulate that the activity coupling between motoric tonus and heart rate (cardlosomatic coupling) increases with growing closeness to consciousness and that if the patient is addressed specifically (sensoric stimulation) a rectified alteration in coupling can be achieved. We examined 47 patients with severe brain-head traumata. They were measured in three different coma depths (Glasgow Coma Scale 3 to 5, 6 to 7, and 8 to 10), some of them several times (but due to the clinical conditions not each patient in each of the coma depths). For every patient we recorded the muscle tonus of the forearm and the frontal muscles (by a surface EMG) as well as the heart rate (HR). Multiple measurements of one patient in one coma group were averaged, so that we had 82 measurements distributed over the three coma groups. We analysed the heart rate variability, EMG variability and the cardiosomatic coupling (crosscorrelation of HR and EMG) for a standardised intervention scheme with a 5-minute baseline and an intervention phase lasting for 6 minutes, which comprised a visual, acoustic, tactile and vestibular stimulation (each for 1.5 minutes). The result of this investigation shows that the cardiosomatic coupling increases with closeness to consciousness and under stimulation. Depending on the analysed muscle tonus, the increase in cardiosomatic coupling can be confirmed from the point of reaching a GCS score of 8 to 10 (forearm musculature) or 6 to 7 (frontal musculature). Thus our initial thesis could be confirmed. A possible explanation for the differential effect of forearm muscles and frontal muscles might be the fact that the frontal muscles belongs closer to the axial and proximal motor system and, in addition, mirrors emotional reactions, while the forearm muscles belongs to the distal motor system. During the re-integration of motor and cardiovascular system the centres which are controlled by the brain stem would then be reached first, even before cortical centres show a phase coupling.