Brain plasticity and hand function

Abstract

The aim of this thesis was to investigate the effects of cortical reorganisational changes following experimental deafferentation and peripheral nerve injury and apply the concept of brain plasticity to enhance sensory re-education following peripheral nerve injury and repair in the hand.



In the first two papers the effects on hand function of contralateral deafferentation was investigated. Tourniquet induced anaesthesia (paper I) resulted in significant improvement in perception of touch, tactile discrimination, and grip strength in the opposite hand during anaesthesia. In order to investigate the effects of contralateral deafferentation with the pain factor eliminated, 100 patients, operated on in axillary plexus anaesthesia, were investigated (paper II). Axillary plexus anaesthesia also resulted in rapid, significant improvement in sensibility in the contralateral hand.



In paper III selective ipsilateral cutaneous anaesthesia of the forearm resulted in rapid significant improvement in ipsilateral hand function.



In the last two studies previous findings were applied on patients with median or ulnar nerve injuries. Tourniquet induced anaesthesia (paper IV) of the healthy hand results in significant rapid improvement in sensibility in nerve-injured hands. Repeated ipsilateral cutaneous anaesthesia (paper V) in combination with intensive sensory re-education resulted in improved hand function in nerve injured hands lasting at least 4 weeks after the last episode of anaesthesia.



In conclusion, hand function in both healthy persons and patients with median or ulnar nerve injuries can be improved by using the concept of brain plasticity. These findings have a potential clinical application in sensory re-education following nerve repair in the hand.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Nervskador som drabbar händerna orsakar stora problem både för den drabbade i form av försämrad handfunktion och för samhället i form av kostnader på grund av långvarig sjukskrivning. Trots mikrokirurgisk nervreparations teknik med användande av speciella instrument och mikroskop får vuxna patienter ofta bestående besvär med känselbortfall, muskelsvaghet och smärta.



Avsikten med avhandlingen är att beskriva en ny princip för att förbättra utfallet efter nervreparationer med fokus på centrala nervsystemet (CNS).



I delarbete I undersöktes hur en bedövning av högra handen, som resulterar i en övergående avstängning av nervsignalerna från denna kroppsdel till CNS ? deafferentiering? , påverkar funktionen i den vänstra handen. Studien visade att en högersidig bedövning, inducerad av en uppumpad blodtrycksmanschett, leder till en snabbt förbättrad förmåga att uppfatta beröring och att skilja mellan beröring med en eller två punkter (tvåpunkts diskriminationsförmåga ? 2PD). Även greppstyrkan förbättrades, i vänster hand jämfört med kontroll personer som inte bedövades. Funktionell magnetkamera undersökning (fMRI) visade ökad aktivitet i motorcentrum i höger hjärnhalva. Förbättringen i 2PD och greppstyrka kvarstod minst 15 minuter efter bedövningen.



Bedövning med en blodtrycksmanschett framkallar smärta och detta skulle kunna påverka resultaten i delarbete I varför vi valde att undersöka hur en smärtfri bedövning av ena sidans hand påverkar den andra sidans hand. I delarbete II undersöktes 100 patienter, som opererades på Handkirurgiska klinken, avseende känsel i den hand som inte opererades och som alltså inte var bedövad. Resultaten visade att bedövning av ena sidans hand medför en snabb och statistiskt säker förbättring av den icke bedövade sidans känsel.



Sammantaget tyder resultaten i de två första delarbetena på att man genom att bedöva den ena handen kan förbättra funktionen i den andra handen. Detta talar för att de båda hjärn-halvorna kommunicerar med varandra avseende registrering och tolkning av känselstimuli och eftersom förbättringen inträffar mycket snabbt så måste redan befintliga nervförbindelser vara inblandade sannolikt så att inaktiva nervceller aktiveras, vilket leder till förbättrad handfunktion.



Efter amputation av ett finger har man tidigare kunnat visa att det område i hjärnan som ansvarar för det amputerat fingret börjar reagera för stimuli av angränsande fingrar. I delarbete III tog vi fasta på detta och bedövade underarmens insida på friska försökspersoner med en bedövningssalva (EMLA?). Personerna som fått bedövningssalva förbättrades mer beträffande förmågan att uppfatta beröring liksom i 2PD jämfört med de som fått en vanlig hudkräm. Förbättringen kvarstod minst 24 timmar.



I delarbete IV var avsikten att testa våra fynd på patienter som skadat någon av de två stora nerverna som försörjer handen. Patienternas friska hand bedövades med en uppumpad blodtrycksmanschett, detta ledde till förbättrad känsel i den nervskadade handen. Bedövning med en manschett är emellertid inte lämplig att använda i rutin bruk på patienter eftersom den framkallar smärta och är svår att utföra tekniskt.



På grund av detta valde vi att i delarbete V behandla patienter med skador i någon av de två stora nerverna i handen med en bedövningskräm (EMLA?) eller en vanlig hudkräm (placebo) på underarmen på samma sida som nervskadan. Behandlingen upprepades två gånger per vecka i två veckor och kombinerades med intensiv känselträning. Alla patienter förbättrades men de patienter som fått bedövning av underarmen fick en statistiskt säkerställd större förbättring i jämförelse med de patienter som inte fått underarmen bedövad. Förbättringen kvarstod minst 4 veckor efter sista behandlingen.



Sammanfattningsvis kan man säga att man genom att manipulera känsel inflödet till hjärnan och genom att utnyttja hjärnans förmåga till anpassning kan få en förbättrad handfunktion i både friska och nervskadade personer. Förbättringen går mycket snabbt och orsakas sannolikt av att nervförbindelser som redan finns aktiveras. Genom att upprepa behandlingen kan man få en mer långvarig effekt. Dessa fynd öppnar möjligheter för att kunna erbjuda bättre rehabilitering för patienter med nervskador i händerna.

• author: Björkman, Anders
• supervisor: Göran Lundborg
• opponent: Professor Carlstedt, Thomas, The Royal National Orthopeadic Hospital, Brockley Hill, Stanmore, Middlesex, England
• organization: Hand Surgery, Malmö (research group)
• publishing date: 2005
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Surgery
• keywords: traumatologi, Neurology, neuropsychology, neurophysiology, Neurologi, neuropsykologi, neurofysiologi, Kirurgi, ortopedi, traumatology, Surgery, Medicin (människa och djur), Medicine (human and vertebrates), hand function, nerve injury, brain plasticity, orthopaedics
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2005:87
• pages: 86 pages
• defense location: Lilla aulan Medicinskt forskningscentrum Universitetssjukhuset MAS Malmö
• defense date: 2005-10-28 13:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 91-85439-89-4
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: A Björkman, B Rosén, D van Westen, E-M Larsson and G Lundborg. 2004. Acute improvement of contralateral hand function after deafferentation. NeuroReport, vol 15 pp 1861-1865.; A Björkman, B Rosén and G Lundborg. 2005. Anaesthesia of the axillary plexus induces rapid improvement of sensory function in the contralateral hand: an effect of interhemispheric plasticity. Scand J Plast Reconstr Surg Hand Surg, vol 39 pp 234-237.; A Björkman, B Rosén and G Lundborg. 2004. Acute improvement of hand sensibility after selective ipsilateral cutaneous forearm anaesthesia. Eur J Neurosci, vol 20 pp 2733-2736.; A Björkman, B Rosén and G Lundborg. 2005. Enhanced function in nerve-injured hands after contralateral deafferentation. NeuroReport, vol 16 pp 517-519.; B Rosén, A Björkman and G Lundborg. 2005. Improved sensory relearning after nerve repair induced by selective temporary anaesthesia – a new concept in hand rehabilitation. J Hand Surg (Br.), (submitted)
• id: aa0f866e-1569-4979-a840-6a805eb7a560 (old id 545485)
• date added to LUP: 2016-04-01 16:48:33
• date last changed: 2019-05-21 21:19:49