Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines neuen Ansatzes zur Diagnostik von Demenzerkrankungen wurde anhand von Überprüfungen der Handsensibilität als potenzielles Früherkennungstool bei den Untersuchungsgruppen mit unterschiedlichem Alter und für beide Geschlechter umgesetzt. Es wird vermutet, dass die Gruppe der jungen gesunden Kontrollgruppe eine höhere Handsensibilität als die ältere gesunde Kontrollgruppe und als die Mild Cognitive Impairment (MCI)-Gruppe aufweist. Des Weiteren wird angenommen, dass geschlechtsspezifische Unterschiede bezüglich der Handsensibilität und ein Zusammenhang zwischen dem Montreal Cognitive Assessments (MoCA)-Testwert und der Handsensibilität in allen drei Untersuchungsgruppen bestehen.
In Deutschland leben derzeit rund 1,7 Millionen Menschen, die an Demenz erkrankt sind. Die Mehrheit ist besonders von der Alzheimer-Krankheit betroffen. Weltweit werden etwa 50 Millionen der Demenzerkrankungen zugeschrieben. Im Rahmen der demografischen Entwicklung werden insbesondere die Veränderungen der Altersstruktur erörtert. Diese beinhalten vor allem eine steigende Lebenserwartung, zunehmende Multimorbidität und ein wachsender Anteil der älteren Menschen in der Bevölkerung. Voraussichtlich wächst die Anzahl der Demenzerkrankten bis zum Jahre 2050 auf rund 3 Millionen an. Dementsprechend gewinnt die Thematik immer mehr an Bedeutung.
Zur Diagnostik werden vorrangig neuropsychologische Untersuchungen eingesetzt. Hinzufügend liegen neben den kognitiven, auch sensomotorische Beeinträchtigungen bei Demenzpatienten vor. Ergänzend dazu wird vermutet, dass die Manifestation der kognitiven Beeinträchtigungen erst infolge der nicht kognitiven Auffälligkeiten auftritt. Aus diesem Grund sollte die Diagnostik unter Berücksichtigung der Sensomotorik stattfinden. In diesem Zusammenhang ist die Weiterentwicklung der diagnostischen Verfahren und ihrer zuverlässigen Wirksamkeit unerlässlich.
Inhaltsverzeichnis
Abstract
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Sensorik
2.1.1 Reizaufnahme
2.1.2 Mechanosensoren
2.1.3 Reizweiterleitung
2.2 Physiologie des Alterungsprozesses
2.3 Kognitive Beeinträchtigungen
2.3.1 Demenz
2.3.2 Mild Cognitive Impairment (MCI)
3 Stand der Forschung
3.1 Kognitive Kurztests
3.2 Einflüsse auf die Handsensibilität
3.2.1 Anatomische Region
3.2.2 Alter
3.2.3 Geschlecht
3.2.4 Erkrankungen
3.2.5 Temperatur
3.2.6 Auflagegewicht und Frequenz
4 Problemstellung und Hypothesen
5 Methodik
5.1 Untersuchungsgut
5.1.1 Ort und Zeitraum
5.1.2 Probandenkollektiv
5.2 Instrumentarium und Versuchsaufbau
5.2.1 Montreal Cognitive Assessment (MoCA)
5.2.2 Vibrationserzeuger
5.2.3 Thermometer
5.2.4 Schallschutzkopfhörer
5.3 Versuchsdurchführung
5.3.1 Messvorbereitung
5.3.2 Messablauf
5.4 Datenverarbeitung
5.5 Statistische Verfahren
5.5.1 Kolmogorov-Smirnov-Test
5.5.2 Mann-Whitney-U-Test
5.5.3 Spearman-Rho-Korrelation
5.5.4 Boxplot
6 Ergebnisse
6.1 Deskriptive Analyse: Montreal Cognitive Assessment
6.2 Deskriptive Analyse: Handsensibilität
6.3 Unterschiede der Handsensibilität
6.3.1 Geschlechtsspezifische Unterschiede
6.3.2 Gruppenspezifische Unterschiede in Abhängigkeit vom Geschlecht
6.4 Zusammenhang zwischen den MoCA-Werten und der durchschnittlichen Handsensibilität
6.5 Zusammenhang zwischen den MoCA-Werten und dem Alter
6.6 Zusammenhang zwischen der durchschnittlichen Handsensibilität und dem Alter
7 Diskussion
7.1 Geschlechtsspezifische Unterschiede
7.2 Gruppenspezifische Unterschiede
7.3 Zusammenhang MoCA-Wert und durchschnittliche Handsensibilität
7.4 Limitation und Fehlerreflexion
8 Zusammenfassung und Ausblick
9 Literaturverzeichnis
Anhangsverzeichnis
Anhang A: Telefon-Interview
Anhang B: MoCA-Instruktionen
Anhang C: MoCA-Test
Anhang D: Messprotokoll
Abstract
Ziel: Die Entwicklung eines neuen Ansatzes zur Diagnostik von Demenzerkrankungen wurde anhand von Überprüfungen der Handsensibilität als potenzielles Früherkennungstool bei den Untersuchungsgruppen mit unterschiedlichem Alter und für beide Geschlechter umgesetzt. Es wird vermutet, dass die Gruppe der jungen gesunden Kontrollgruppe eine höhere Handsensibilität als die ältere gesunde Kontrollgruppe und als die Mild Cognitive Impairment (MCI)-Gruppe aufweist. Des Weiteren wird angenommen, dass geschlechtsspezifische Unterschiede bezüglich der Handsensibilität und ein Zusammenhang zwischen dem Montreal Cognitive Assessments (MoCA)-Testwert und der Handsensibilität in allen drei Untersuchungsgruppen bestehen.
Methodik: Die Untersuchung der Vibrationssensibilität erfolgte bei insgesamt 88 Probanden, davon 40 Frauen und 48 Männer im Alter von 20 bis 92 Jahren. Anhand des MoCA-Tests wurde die kognitive Leistungsfähigkeit bestimmt. Aus den daraus resultierenden Ergebnissen wurde die Einteilung der Probanden in die junge gesunde Kontrollgruppe mit 28 Probanden, davon 12 Frauen und 16 Männer, sowie in die ältere gesunde Kontrollgruppe und MCI-Gruppe mit jeweils 30 Probanden, davon 14 Frauen und 16 Männer, vorgenommen. Die Messungen der Vibrationssensibilität wurden an der Zeigefingerspitze der Hand mit einer Vibrationsfrequenz von 30 Hz unter Anwendung eines modifizierten Vibrationserzeugers durchgeführt.
Ergebnisse: Für die ältere gesunde Kontrollgruppe ergaben sich signifikante geschlechtsspezifische Unterschiede, dabei wurden deutlich niedrigere Vibrationsschwellen bei den weiblichen Probanden als bei den männlichen Probanden festgestellt. Im Vergleich dazu wurden in der MCI-Gruppe als auch in der jungen gesunden Kontrollgruppe für beide Geschlechter keine signifikanten Unterschiede ermittelt. Innerhalb der jungen gesunden Kontrollgruppe stellten sich niedrigere Vibrationsschwellen als bei der älteren gesunden Kontrollgruppe sowie bei der MCI-Gruppe heraus. Des Weiteren erwiesen sich signifikante Unterschiede der durchschnittlichen Handsensibilität zwischen der MCI-Gruppe und der jungen gesunden Kontrollgruppe sowie zwischen der älteren gesunden Kontrollgruppe und der jungen gesunden Kontrollgruppe in Abhängigkeit vom Geschlecht. Dennoch konnten keine geschlechtsspezifischen Unterschiede zwischen der älteren gesunden Kontrollgruppe und der MCI-Gruppe bestimmt werden. Darüber hinaus wurde ein mittlerer, negativer und starker signifikanter Zusammenhang zwischen dem MoCA-Wert und der durchschnittlichen Handsensibilität für beide Geschlechter gezeigt.
Schlussfolgerungen: Innerhalb der Untersuchungsgruppen bestehen Unterschiede und Gemeinsamkeiten bezüglich der Vibrationssensibilität der Hand in Abhängigkeit zum Geschlecht. Eine entsprechende Anpassung, insbesondere durch eine gezielte ergänzende Überprüfung von Demenzpatienten und MCI-Patienten kann zu einer möglichen Integration des Verfahrens führen in Hinsicht auf die Resultate die Handsensibilität als zukünftiges Verfahren im Prozess zur Früherkennung von dementiellen Erkrankungen. Zusätzlich stellten der MoCA-Test als kognitiver Kurztest und der modifizierte Vibrationserzeuger wertvolle variable Methoden zur Erfassung von kognitiven Einschränkungen und der Vibrationssensibilität dar.
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Die verschiedenen Arten der Mechanosensoren der Haut, Quelle: Schandry, 2016, S. 228
Abbildung 2: Die Rezeptiven Felder und Reizantworten der Mechanosensoren, Schandry, 2016, S.229
Abbildung 3: Die zentrale Reizweiterleitung, Schandry, 2016, S. 232
Abbildung 4: Stößel des Vibrationserzeugers
Abbildung 5: Vibrationserzeuger
Abbildung 6: Thermometer zur Bestimmung der Raumtemperatur
Abbildung 7: Infrarotthermometer
Abbildung 8: Schallschutzkopfhörer
Abbildung 9: Messpunkt an der Zeigefingerspitze, modifiziert nach Löfvenberg und Johansson, 1984, S. 66
Abbildung 10: Messablauf der Handsensibilität
Abbildung 11: Ablauf statistische Auswertung
Abbildung 13: Verteilung der MoCA-Werte der weiblichen Probanden innerhalb der älteren gesunden Kontrollgruppe
Abbildung 12: Verteilung der MoCA-Werte der weiblichen Probanden innerhalb der jungen gesunden Kontrollgruppe
Abbildung 14: Verteilung der MoCA-Werte der weiblichen Probanden innerhalb der MCI-Gruppe
Abbildung 15: Verteilung der MoCA-Werte der männlichen Probanden innerhalb der jungen gesunden Kontrollgruppe
Abbildung 16: Verteilung der MoCA-Werte der männlichen Probanden innerhalb der älteren gesunden Kontrollgruppe
Abbildung 17: Verteilung der MoCA-Werte der männlichen Probanden innerhalb der MCI-Gruppe
Abbildung 18: Boxplot der durchschnittlichen Handsensibilität der einzelnen Probandengruppen
Abbildung 19: Boxplot der durchschnittlichen Handsensibilität der älteren gesunden Kontrollgruppe für die weiblichen und männlichen Probanden (signifikante Unterschiede: * p < 0,05)
Abbildung 20: Boxplot der durchschnittlichen Handsensibilität der MCI-Gruppe für die weiblichen und männlichen Probanden
Abbildung 21: Boxplot der durchschnittlichen Handsensibilität der jungen gesunden Kontrollgruppe für die weiblichen und männlichen Probanden
Abbildung 22: Boxplot der durchschnittlichen Handsensibilität der weiblichen Probanden für die MCI-Gruppe und der älteren gesunden Kontrollgruppe
Abbildung 23: Boxplot der durchschnittlichen Handsensibilität der männlichen Probanden für die MCI-Gruppe und der älteren gesunden Kontrollgruppe
Abbildung 24: Boxplot der durchschnittlichen Handsensibilität der weiblichen Probanden für die MCI-Gruppe und der jungen gesunden Kontrollgruppe (signifikante Unterschiede: * p < 0,05)
Abbildung 25: Boxplot der durchschnittlichen Handsensibilität der männlichen Probanden für die MCI-Gruppe und der jungen gesunden Kontrollgruppe (signifikante Unterschiede: * p < 0,05)
Abbildung 26: Boxplot der durchschnittlichen Handsensibilität der weiblichen Probanden für die junge gesunde Kontrollgruppe und der älteren gesunden Kontrollgruppe (signifikante Unterschiede: * p < 0,05)
Abbildung 27: Boxplot der durchschnittlichen Handsensibilität der männlichen Probanden für die junge gesunde Kontrollgruppe und der älteren gesunden Kontrollgruppe (signifikante Unterschiede: * p < 0,05)
Abbildung 28: MoCA-Wert in Abhängigkeit von der durchschnittlichen Handsensibilität für die weiblichen Probanden
Abbildung 29: MoCA-Wert in Abhängigkeit von der durchschnittlichen Handsensibilität für die männlichen Probanden
Abbildung 30: MoCA-Wert in Abhängigkeit vom Alter für die weiblichen Probanden
Abbildung 31: MoCA-Wert in Abhängigkeit vom Alter für die männlichen Probanden
Abbildung 32: Die durchschnittliche Handsensibilität in Abhängigkeit von dem Alter für die weiblichen Probanden
Abbildung 33: Die durchschnittliche Handsensibilität in Abhängigkeit von dem Alter für die männlichen Probanden
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Anthropometrische Daten nach Gruppen und Geschlecht (Mittelwert ± Standardabweichung)
Tabelle 2: Übersicht der MoCA-Werte (Median, Minimum, Maximum)
Tabelle 3: Übersicht der durchschnittlichen Handsensibilität (MW ± SD in μm) für die junge gesunde Kontrollgruppe, ältere gesunde Kontrollgruppe und MCI-Gruppe
Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1 Einleitung
In Deutschland leben derzeit rund 1,7 Millionen Menschen, die an Demenz erkrankt sind. Die Mehrheit ist besonders von der Alzheimer-Krankheit betroffen. Weltweit werden etwa 50 Millionen der Demenzerkrankungen zugeschrieben (Prince & Jackson, 2009). Im Rahmen der demografischen Entwicklung werden insbesondere die Veränderungen der Altersstruktur erörtert. Diese beinhalten vor allem eine steigende Lebenserwartung, zunehmende Multimorbidität und ein wachsender Anteil der älteren Menschen in der Bevölkerung. Aufgrund der demografischen Veränderungen tritt unter den gesunden älteren Menschen ein höheres Maß an Neuerkrankungen als Sterbefälle unter den längst Erkrankten auf. Voraussichtlich wächst die Anzahl der Demenzerkrankten bis zum Jahre 2050 auf rund 3 Millionen an (Deutsche Alzheimer Gesellschaft e. V. - Selbsthilfe Demenz, 2018; Fratiglioni et al., 1999; Nitrini et al., 2004). Dementsprechend gewinnt die Thematik immer mehr an Bedeutung.
Die Demenz stellt eine Beeinträchtigung des Gedächtnisses und mindestens einer anderen kognitiven Funktion dar (Jahn & Werheid, 2015). Die pathologischen und molekularen Mechanismen sowie Ursachen von der leichten kognitiven Beeinträchtigung bis hin zur Demenzerkrankung sind noch nicht hinreichend etabliert (Mufson et al., 2012). Aus einigen Studien geht hervor, dass schon mehrere Jahre vor den ersten klinisch manifesten Symptomen ein langsamer Prozess der pathologischen Veränderungen eintritt (Dal Forno et al., 1995; Ohm et al., 1995). Darum ist eine Diagnose häufig sehr schwierig. Im Besonderen bestehen auf der Ebene der Früherkennung wie auch der Differentialdiagnose noch oft unzureichende Defizite (Ihl et al., 1992). Jedoch benötigen Demenzen eine konsequente Diagnostik (Hegerl et al., 2001). Daher ist eine Weiterentwicklung neuer als auch bereits bestehender Diagnoseverfahren erforderlich.
Darüber hinaus treten bei der Demenz Störungen der Gedächtnisleitung und des Denkvermögens auf. Infolgedessen kommt es zu ausgeprägten Beeinträchtigungen des beruflichen und sozialen Lebens (Dilling et al., 2015; Weyerer & Schäufele, 2004). Außerdem entwickeln sich intensive Kosten für die medizinische Behandlung und pflegerische Betreuung (Zemke, 2017). Eine frühzeitige Diagnose dient als Grundlage zur Gewährleistung einer rechtzeitigen Behandlung (Deuschl & Maier, 2016).
Zur Diagnostik werden vorrangig neuropsychologische Untersuchungen eingesetzt (Zemke, 2017). Hinzufügend liegen neben den kognitiven, auch sensomotorische Beeinträchtigungen bei Demenzpatienten1 vor. Ergänzend dazu wird vermutet, dass die Manifestation der kognitiven Beeinträchtigungen erst infolge der nicht kognitiven Auffälligkeiten auftritt (Raudino, 2013). Aus diesem Grund sollte die Diagnostik unter Berücksichtigung der Sensomotorik stattfinden (Zimmermann, 1993b). In diesem Zusammenhang ist die Weiterentwicklung der diagnostischen Verfahren und ihrer zuverlässigen Wirksamkeit unerlässlich.
Des Weiteren wurden in verschiedenen Gehirnbereichen Auffälligkeiten bei der Pathologie der Demenz festgestellt. Das bedeutet, dass nicht nur Veränderungen im Frontal- und Temporallappen, sondern auch im Parietallappen aufgezeigt wurden (Schröder et al., 2007). Der Parietallappen dient zur somatosensorischen Wahrnehmung (Zimmermann, 1993b). Dadurch ergibt sich ein realisier-barer Zusammenhang mit der Handsensibilität. Allerdings stellt die Handsensibilität zur Diagnostik von Demenzerkrankungen ein bisher neues und wenig untersuchtes Forschungsgebiet dar. Aus diesem Grund werden Patienten mit milder kognitiver Beeinträchtigung (MCI) herangezogen, da eine präklinische Diagnostik durchgeführt werden soll. Die MCI subsumiert ein Vorstadium der Demenzerkrankung, die bereits beginnende pathologische Prozesse und leichte kognitive Defizite aufweist. Im weiteren Verlauf der Erkrankung besteht bei den Betroffenen mit MCI ein erhöhtes Risiko zur Manifestierung einer Demenz. Dabei entwickeln 10 bis 15% der Patienten mit MCI nach einem Jahr und rund 50 % nach 10 Jahren eine Demenz (Pantel & Schröder, 2006; Petersen, 2000; Visser et al., 2006).
Die Intention dieser Arbeit ist die Handsensibilität als potenzielles Früherkennungstool bei Demenzerkrankungen zu überprüfen. Anhand von vielen Studien wurde belegt, dass verschiedene Erkrankungen eine abnehmende Handsensibilität zur Folge haben (Dahlin et al., 2011; Flondell et al., 2017; Ye & Griffin, 2018). In diesem Zusammenhang übernimmt sie eine bedeutende Rolle bei der Feinmotorik, der Grobmotorik und bei komplexeren Funktionen der Handmotorik (Ebied et al., 2004). Aus verschiedenen Studien geht hervor, dass eine verminderte Handmotorik bei den Patienten mit Demenz besteht (Hebert et al., 2010; Scherder et al., 2008). Des Weiteren wurde ein erhöhtes Demenzrisiko in Verbindung mit der motorischen Dysfunktion und der Handgriffstärke nachgewiesen (Buchman & Bennett, 2011; Buchman et al., 2007). Folglich könnte bei der Handsensibilität ebenfalls eine Beeinträchtigung vorliegen (Murata et al., 2010).
Die Hand stellt einer der wichtigsten Sinnesorgane mit Greif- und Tastfunktion und ihrer komplexen sensorischen und motorischen Innervation dar. Außerdem dient sie zur Wahrnehmung von Formen, Oberflächen und Materialeigenschaften, dass sich wiederum bei Bewegungen als einen bedeutenden Teil der Tiefensensibilität erweist. Die Raumvorstellung und die Körperwahrnehmung des Menschen sind nicht nur überwiegend mit der visuellen Wahrnehmung, sondern auch mit dem Tastsinn verknüpft (Birbaumer & Schmidt, 2006; Schmidt & Unsicker, 2003). Im fortgeschrittenen Stadium der Demenzerkrankung kommt es zu Einbußen der Körperwahrnehmung, die sich fortwährend zu einer schweren Immobilität entwickeln kann (Blank, 2015). Zusätzlich manifestiert sich eine verminderte Handfunktion, welches mit einem erhöhtem Verletzungsrisiko einhergeht (Bell-Krotoski, 2016).
Demzufolge ist das Ziel dieser Studie die Handsensibilität als potenzielles Früherkennungstool bei dementiellen Erkrankungen zu untersuchen. Dabei wird sowohl ein Vergleich der Handsensibilität zwischen der Gruppe der jungen gesunden Erwachsenen und der Gruppe der älteren gesunden Erwachsenen als auch der Gruppe mit MCI unter Einbezug des Geschlechtes durchgeführt. Darüber hinaus werden geschlechtsspezifische Unterschiede hinsichtlich der Handsensibilität mit den jungen gesunden Erwachsenen im Gegensatz zu den beiden Gruppen der älteren gesunden Erwachsenen und MCI betrachtet. Dementsprechend wird von einer verminderten Vibrationssensibilität der Hand bei den beiden älteren Gruppen als bei der jungen gesunden Gruppe ausgegangen.
In den folgenden Kapiteln wird der theoretische Hintergrund der Fragestellung bzw. der Hypothesen in Hinblick auf Sensorik, physiologische Alterungsprozesse, kognitive Beeinträchtigungen und Einflussfaktoren der Handsensibilität erläutert. Anschließend wird das methodische Vorgehen verdeutlicht, welches zu den Ergebnissen führt, die im darauffolgenden Schritt der Arbeit vorgestellt werden. In Bezug auf den theoretischen Rahmen werden die Ergebnisse abschließend interpretiert und diskutiert sowie die Stärken und Limitationen der Arbeit thematisiert.
2 Theoretische Grundlagen
Der nachstehende Abschnitt referiert die theoretischen Grundlagen. Hierbei wird insbesondere auf die Sensorik und auf die Physiologie des Alterungsprozesses eingegangen.
2.1 Sensorik
Die Sensorik umfasst alle Empfindungen, die durch Reizungen verschiedener Sensoren des Körpers erzeugt werden (Handwerker, 2006). Die Reizaufnahme, die Reizweiterleitung und die unterschiedlichen Mechanosensoren werden in den nachfolgenden Unterabschnitten dargelegt.
2.1.1 Reizaufnahme
Als spezielle Bereiche des Organismus erfolgt die Reizaufnahme aus der Umwelt durch die verschiedenen Sinnesorgane. Aufgrund ihrer Beschaffenheit sind sie geeignet, um bestimmte Reize aufzunehmen (Schandry, 2016). Es gibt verschiedene Sinnesmodalitäten und innerhalb dieser Komplexe werden unterschiedliche Qualitäten differenziert. Die Reizeinwirkung bewirkt eine Verschiebung des Membranpotenzials, dadurch entsteht das Sensor- bzw. Generatorpotenzial. Dieser allgemeine Vorgang wird als Transduktion bezeichnet. Jedoch entwickelt sich solch eine Reaktion nur, wenn das Sinnesorgan von einem adäquaten Reiz erregt wird (Handwerker & Schmelz, 2007).
Zu einem bestimmten Zeitpunkt auf einen bestehenden Reiz zu reagieren, ist abhängig von dem Zustand der jeweils involvierten Rezeptoren und Nervenzellen. Dabei ist primär die zuvor und gegenwärtige Aktivierung der involvierten Sinnes- und Nervenzellen entscheidend (Staffen & Kieslinger, 2010). Außerdem führt es nicht immer zu einer bewussten Empfindung, wenn auf den Sensor Energie einwirkt. Dies tritt ein bei einer kurz andauernden Reizeinwirkung oder bei einer unterschwelligen Reizintensität. Diese Reize können dennoch auf mentale Prozesse Einfluss nehmen. Hinzu kommt, dass der Sensortyp die Reizaufnahme beeinflusst. Dabei wird zwischen langsam und schnell adaptierend unterschieden. Die schnell adaptierenden Sensoren bewegen sich unmittelbar zum Ruhepotenzial zurück, auch wenn der Reiz noch besteht. Hingegen kehren die langsam adaptierenden Sensoren vergleichsweise nicht so schnell zurück.
Des Weiteren hängt die Reizaufnahme von der Größe der rezeptiven Felder ab. Die Aufnahme eines Reizes erfolgt nur dann, wenn eines oder mehrere Neurone im rezeptiven Feld vorkommen. Die dicht aneinander liegenden Rezeptoren innerhalb der kleinen rezeptiven Felder ermöglichen eine sehr genaue Lokalisation der Reizquelle. Im Vergleich dazu besitzen die Sensortypen mit den größten rezeptiven Feldern nur ein geringes räumliches Auflösungsvermögen (Schandry, 2016). Außerdem sollte beachtet werden, dass viele Umweltphänomene dem menschlichen Organismus verschlossen bleiben und sie sich somit nicht zum einem Sinnesreiz entwickeln können aufgrund von fehlenden Sensoren oder begrenzter Leistungsfähigkeit des Sinnessystems (Marées et al., 2003).
2.1.2 Mechanosensoren
Die Aufnahme mechanischer Reize aus der Umwelt erfolgt über unterschiedliche Typen von Sinneszellen, den sogenannten Mechanosensoren. Sie kommen in der behaarten sowie in der unbehaarten Haut vor (Schandry, 2016). Diese unterscheiden sich in ihrem Adaptionsverhalten, in der Größe und Empfindlichkeit ihrer rezeptiven Felder (Schmidt & Lang, 2007).
Die Mechanosensoren werden eingeteilt in Meissner-Körperchen, Merkel-Tastzellen, Vater-Pacini-Körperchen, Ruffini-Körperchen und den freien Nervenendigungen. Diese werden in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: Die verschiedenen Arten der Mechanosensoren der Haut, Quelle: Schandry, 2016, S. 228
2.1.2.1 Meissner-Körperchen
Die Meissner-Tastkörperchen sind vor allem in den Innenflächen der Hände und Füße anzutreffen. Im Bereich der Fingerbeeren ist die Dichte besonders erhöht. Bei einer mechanischen Verformung der Hautoberfläche kommt es zur Übertragung auf das Innere des Tastkörperchens über die Faserbündel. Diese sprechen besonders auf Vibrationen bei etwa 20-50 Hz an und sind zuständig für die Wahrnehmung bei Bewegungen der Haut über einem Objekt. Die Meissner-Körperchen weisen kleine rezeptive Felder auf und sind schnell adaptierend. In der unbehaarten Haut registrieren sie die Geschwindigkeitsinformation, wenn eine Bewegung der Haare verspürt wird. In der behaarten Haut übernehmen die Haarfollikel-Sensoren dieselbe Aufgabe (Schandry, 2016; Speckmann et al., 2015).
2.1.2.2 Merkel-Tastzellen
Die Merkel-Tastzellen sind in der unbehaarten sowie in der behaarten Haut vorzufinden. In der behaarten Haut liegen sie besonders dicht an den Haarwurzeln und werden bei Bewegungen des Haares deformiert. Zusätzlich weisen die Merkel-Tastzellen eine sehr hohe Empfindlichkeit auf. Sie verfügen über kleine rezeptive Felder und adaptieren als Intensitätsdetektor vom Typ I langsam. Das bedeutet, sie codieren die Intensität eines Druckreizes und reagieren mit einer andauernden Impulsfolge auf einen konstanten mechanischen Reiz. Die Merkel-Tastzellen sind ohne Reizung inaktiv. Ein ähnliches Verhalten zeigen die Ruffini-Endigungen, wobei die Antwort eher spontan aktiv ist (Schandry, 2016).
2.1.2.3 Vater-Pacini-Körperchen
Die Vater-Pacini-Körperchen sind in der Subcutis bzw. im subkutanen Fettgewebe vorhanden (Schmidt & Schaible, 2006). Durch die Deformierung sowie der darauffolgenden Entlastung werden sie stimuliert. Jedoch leiten die Pacini-Körperchen keine anhaltenden Drucksignale weiter, sondern deren Änderung (Schandry, 2016). Im Frequenzbereich zwischen 200-300 Hz reagieren sie besonders empfindlich auf Vibrationen unter anderem bei ferner liegenden Hautstellen. Charakteristisch für die Vater-Pacini-Rezeptoren sind große rezeptive Felder und eine schnelle Adaptation (Schmidt & Schaible, 2006; Zimmermann, 1993b).
2.1.2.4 Ruffini-Körperchen
Die Ruffini-Körperchen sind im Bindegewebe der Dermis gelegen und sind dementsprechend in den tieferen Hautschichten vorzufinden. Sie besitzen große rezeptive Felder und adaptieren als Intensitätsdetektor vom Typ II langsam (Schandry, 2016). Im Vergleich zu Vater-Pacini-Körperchen reagieren sie eher auf andauernde Stimuli. Außerdem sprechen sie besonders empfindlich auf Druck- und Dehnungsreize der Haut an (Laube, 2009; Zimmermann, 1993b).
2.1.2.5 Freie Nervenendigungen
Die Freien Nervenendigungen befinden sich in der Haut und in fast allen Geweben des menschlichen Körpers. In allen Bereichen der Epidermis sowie der Dermis sind sie weit verbreitet. Sie übernehmen die Funktionen der Thermo- und Schmerzwahrnehmung und fungieren unter anderem als Berührungssensor in der behaarten Haut aufgrund der Umwicklung des Schaftes der Haarwurzel. Bei Bewegungen des Haares wirken Zug oder Druck auf die Nervenendigungen, anschließend werden sie als Berührungsreiz weitergeleitet (Schandry, 2016).
Die Abbildung 2 illustriert die Merkmale der einzelnen Mechanosensoren. Zu den Sinneszellen mit den kleinsten rezeptiven Feldern gehören die Merkel-Tastzellen und die Meissner-Körperchen. Dadurch ist ihr hohes räumliches Auflösungsvermögen bedingt. Demgegenüber besitzen die Vater-Pacini-Körperchen und die Ruffini-Körperchen große rezeptive Felder. Die Meissner-Körperchen weisen eine schnelle Reizreaktion auf, die allerdings nicht langanhaltend wirkt, wohingegen die Merkel-Tastzellen langsam adaptieren. Sie vermitteln eine verzögerte Reaktion auf einen Reiz, allerdings langandauernder. Bei den Vater-Pacini-Körperchen liegt nur eine kurz wirkende, aber schnelle Reizreaktion vor, während die Ruffini-Körperchen eine langsame Adaptation besitzen und für längere Dauer besteht (Schandry, 2016).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2: Die Rezeptiven Felder und Reizantworten der Mechanosensoren, Schandry, 2016, S.229
2.1.3 Reizweiterleitung
Für die Entwicklung eines Sensorpotenzials und Umkodierung in ein Aktionspotenzial wird eine physikalische Reizintensität über einen Minimalwert benötigt, damit eine Membranpotenzialänderung erfolgen kann (Schandry, 2016). Die Reizintensität beeinflusst vor allem die Größe der Membranpotenzialänderung sowie des Aktionspotenzials (Zimmermann, 1993a).
Zusätzlich ist die Hervorrufung eines Aktionspotenzials und dessen Frequenz von unterschiedlichen Faktoren abhängig. Einerseits kommt es durch die Refraktärphase zu einer Begrenzung der Aktionspotenzialfrequenzen. Andererseits ist ein Sättigungseffekt feststellbar, der ab einem bestimmten Intensitätswert mit zunehmender Intensität keinen weiteren Anstieg der Aktionspotenzialfrequenzen zur Folge haben kann. Zudem werden ausgewählte Sinnesinformationen oftmals untermauert. Dies erfolgt aufgrund der Verschaltung von sensorischen Neuronen, die hemmende wie auch erregende Effekte auf ein nachgeschaltetes Neuron ausüben. Dieser Prozess wird laterale Hemmung genannt (Schandry, 2016). Die aufgenommenen Berührungsreize der Mechanosensoren werden über die Aβ-Axone übermittelt. Sie weisen eine schnelle Leitungsgeschwindigkeit hinsichtlich ihres dicken Durchmessers auf (Hoth & Rettig, 2010). Über das Vorderstrang- und Hinterstrangsystem werden die Informationen aus der Haut zum Gehirn weitergeleitet. Die ausgehenden Fasern der Spinalganglien treten über die Hinterwurzeln in das Rückenmark ein, wo sie sich aus den Leitungswegen in zwei Stränge aufteilen. Folglich steigt ein Teil der Fasen im Hinterstrang auf, während beim anderen Teil bereits eine Verbindung mit den motorischen Neuronen und Interneuronen besteht. Im Hinterstrangsystem werden vorwiegend Impulse von den Mechanosensoren weitertransportiert. Die Umschaltung im Thalamus findet vor dem Erreichen der Impulse im jeweiligen Zielgebiet der primären oder sekundären somatosensorischen Kortexe statt. Die aufsteigenden Fasern endigen in den Hinterstrangkernen der Medulla oblongata und werden auf das nächste Neuron umgeschaltet. Dies führt bereits zu einfachen Informationsverarbeitungsprozessen. Anschließend kreuzen die umgeschalteten Fasern im Lemniscus medialis zur Gegenseite und ziehen dort zum Ventrobasalkern des Thalamus. Hier erfolgt eine erneute Umschaltung auf ein drittes Neuron, um letztendlich in das erste kortikale Zielgebiet der primär-somatosensorische Kortex zu gelangen. Das Vorderstrangsystem kommt eine vordergründige Rolle der Informationsvermittlung von Schmerz und Temperaturreizen zu (Schandry, 2016). Die Verarbeitung der somatosensorischen Informationen ist sehr komplex und läuft in der Großhirnrinde ab. Die im Parietallappen vorkommenden Kortexbereiche übernehmen die Aufgabe der somatosensorischen Wahrnehmung. Die afferenten Informationen gelangen vorwiegend über den Thalamus zum somatosensorischen Kortex. Hinzufügend sprechen die Neurone des somatosensorischen Kortex hervorragend auf propriozeptive und taktile Reize an (Weiss, 2001).
In Abbildung 3 wird die Reizweiterleitung des Hinterstrang- und Vorderstrangsystems dargestellt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3: Die zentrale Reizweiterleitung, Schandry, 2016, S. 232
2.2 Physiologie des Alterungsprozesses
Die allgemeine Leistungsfähigkeit nimmt mit zunehmendem Alter durch pulmonale, degenerativ-reaktive und kardiovaskuläre Veränderungen am Bewegungsapparat ab (Hollmann, 1993). Bereits ab dem 30. Lebensjahr sind die ersten Leistungseinbußen ersichtlich (Bauer et al., 1998). Hinzukommt, dass es ab dem 50. bis 65. Lebensjahr zu altersabhängigen Veränderungen der kognitiven, sensorischen und motorischen Funktionen kommt (Laube, 2009; Li & Lindenberger, 2002). Kognitive Leistungsbereiche, die auf lebenslanger Ansammlung von Wissen und Erfahrung beruhen, sind verhältnismäßig alterungsbeständig. Im Vergleich dazu sind die basalen kognitiven Funktionen eher wissensunabhängig und verdeutlichen den Altersabbau. Dabei ergeben sich verschiedene altersbedingte Veränderungen (Mayr, 2006). Einerseits kommt es zu einer deutlich reduzierten Leitungsgeschwindigkeit im zentralen Nervensystem. Dies ist hauptsächlich durch eine Verminderung der isolierenden Myelinscheide der Nervenfasern sowie dem Verlust von myelinisierten Fasern bedingt (Verdú et al., 2000). Andererseits erfolgt eine verlangsamte Übertragung an den Synapsen aufgrund der Abnahme von Neurotransmittern. Außerdem zeigt sich im Striatum der Basalganglien ein ziemlich starker Volumenrückgang sowie eine verminderte Menge an Dopamin (Karnath & Thier, 2006). Darüber hinaus kommt es zu altersabhängigen Veränderungen, welche die Wahlreaktionszeiten, das Arbeitsgedächtnis und episodische Gedächtnis, das logische Denken und die visuelle Leistungsfähigkeit einschließt (Kausler, 1991). Die Mehrheit der Defizite hängt insbesondere mit der Abnahme der Verarbeitungsgeschwindigkeit zusammen (Salthouse, 1996). Des Weiteren führt es ebenfalls zu Defiziten der exekutiven Aufgaben, bei der es vor allem zu einer Beeinträchtigung der Inhibition von irrelevanten Informationen kommt (Hasher et al., 1999; West, 1996). Im Falle einer Überlagerung von konkurrierenden Repräsentationen ist die Aufrechterhaltung von vorgegebenen relevanten handlungsleitenden Zielen erschwert (Mayr, 2006).
Zusätzlich wirken sich die altersbedingten Veränderungen auch auf die sensorische Funktion aus. Aufgrund der Reduktion von dendritischen Verzweigungen, der Dichte von Spines und Änderungen der Genexpressionen führt es zu einer Beeinträchtigung der Dynamik von neuronalen Funktionen und der Plastizität des Gehirns (Burke & Barnes, 2006). Infolgedessen kommt es zu Defiziten in der Integration und Verarbeitung von sensorischen Informationen (Laube & Heymann, 2012).
Ergänzend dazu wird ein Rückgang der sensorischen Neuronen beschrieben, der zu Veränderungen der präsynaptischen Hemmung führt (Earles et al., 2001; Maisonobe & Hauw, 1997). Als Folge von Re- und Demyelinisierungsprozessen stellt die daraus resultierende verlangsamte Leitungsgeschwindigkeit der sensiblen und motorischen Neuronen die Ursache für die reduzierte Verarbeitungsgeschwindigkeit von Informationen sowie der Fehlfunktion des Vibrationssinnes dar (Scaglioni et al., 2003; Woodward, 1993). Mit zunehmendem Alter nimmt auch die Anzahl der Rezeptoren in der Haut ab, vor allem der schnell adaptierenden Sensoren (Benninghoff & Drenckhahn, 2004; Iwasaki et al., 2003). Im Besonderen ist die Anzahl der Meissner-Körperchen deutlich reduziert, dadurch ist die taktile Sensibilität abgeschwächt. Folglich kommt es zu steigenden Wahrnehmungsschwellen der Druckempfindung (Laube, 2009).
[...]
1 Aus Gründen der besseren Lesbarkeit wird in dieser Arbeit auf die gleichzeitige Verwendung männlicher und weiblicher Sprachformen verzichtet, nichtsdestoweniger gelten sämtliche Personenbezeichnungen gleichermaßen für Angehörige beiderlei Geschlechter.
- Citar trabajo
- David Reißig (Autor), 2020, Aspekte der Handsensibilität in Bezug auf Alter und kognitiven Status. Entwicklung einer neuen Diagnostik der Alzheimererkrankung, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1006724
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