Motor fatigability of the upper limb in persons with multiple sclerosis:clinical and neurophysiological insights

Abstract

Multiple sclerosis (MS) is a neurodegenerative disease of the central nervous system, causing symptoms such as muscle weakness, decreased sensibility and fatigue. Besides the general feeling of fatigue, persons with MS report a decline in muscle strength after physical activities, which is called motor fatigability. The main goal of this thesis was to study motor fatigability with different protocols to determine if fatigability in the upper limbs and the underlying mechanism of motor fatigability are different in persons with MS. Chapter 1 describes the results of a systematic literature review on the possible assessment methods for motor fatigability. The results showed that there are substantial differences in the assessments of motor fatigability and not all protocols and outcome measures were able to demonstrate a higher degree of motor fatigability in persons with MS. Probably, the severity of the disability due to MS, the limb that is assessed or the type of MS influence the presence of motor fatigability. Chapter 2 and 3 showed that the motor fatigability in the upper limb is higher in people with MS compared to healthy subjects. In order to determine the differences in motor fatigability between healthy subjects and persons with MS, maximum sustained contractions are often used. The decrease in muscle strength during these sustained contractions is expressed in a fatigue index. In subjects with mild disability due to MS, abnormal fatigability was found in the elbow only, while in persons with MS with moderate to severe disability, fatigability during a sustained hand grip task was higher. It seems that there is a relationship between the motor fatigability and the disability caused by MS. The relationship between strength and fatigability, often described in healthy individuals, was not found in persons with MS. Chapters 4 and 5 show the results of two studies in which low intensive exercises were performed with the shoulder and hand. These were thought to be more related to activities of daily living, as low intensity intermittent contractions are often used in daily life. Here, no differences in motor fatigability were found between people with MS and healthy individuals, based on an objective registration of strength or muscle activity with electromyography. On average, however, persons with MS perceived more fatigability than healthy individuals after exercising with the non-dominant hand. Persons with MS with a reduced muscular strength experienced more fatigability after the execution of low-intensive shoulder movements. In Chapter 6 it was examined whether the underlying mechanisms of motor fatigability differed between healthy persons and persons with MS during low and high-intensity intermittent movements of the finger. Results showed that the reduction in force over time in persons with MS is determined less by factors in the muscle, in comparison to healthy individuals. However, the decrease in central activation was not different, which contrasts the results of maximal sustained contractions.

Multiple Sclerose is een aandoening van het centrale zenuwstelsel die spierzwakte, sensibiliteitsproblemen en vermoeidheid veroorzaakt. Naast een algemene vermoeidheid, rapporteren personen met MS ook vaak toenemend krachtsverlies tijdens het uitvoeren van lichamelijke activiteiten, motorische vermoeibaarheid genoemd. Deze thesis onderzocht motorische vermoeibaarheid bij personen met MS en dit met verschillende meetmethoden. Hoofdstuk 1 beschrijft een systematische literatuurstudie die de mogelijke meetmethoden voor motorische vermoeibaarheid in kaart bracht. Er werd aangetoond dat er substantiële verschillen bestaan in meetmethoden voor motorische vermoeibaarheid. Niet alle meetmethoden en uitkomstmaten kunnen een hogere motorische vermoeibaarheid aantonen bij personen met MS. Waarschijnlijk hebben ook de ernst van de beperkingen, het lidmaat waarin gemeten wordt of het type van MS een invloed op motorische vermoeibaarheid. Om de verschillen in motorische vermoeibaarheid te bepalen tussen gezonde personen en personen met MS, meet men vaak de afname in kracht tijdens maximale spierkrachtmetingen, wat resulteert in een vermoeidheidsindex. Hoofdstuk 2 en 3 tonen dat de motorische vermoeibaarheid in het bovenste lidmaat hoger is bij personen met MS. Bij personen met beperkte beperkingen ten gevolge van MS werd er enkel een afwijkende vermoeibaarheid gevonden in de elleboog, terwijl bij personen met zwaardere beperkingen dit bijkomend aangetoond kon worden tijdens een volgehouden handgrijptaak. Er lijkt dus een relatie te bestaan tussen de motorische vermoeidheid en de ernst van de beperkingen ten gevolge van MS. De relatie tussen kracht en vermoeibaarheid, die vaak wordt beschreven in gezonde personen, werd niet gevonden in personen met MS. Hoofdstuk 4 en 5 beschrijven de resultaten van twee studies waarbij er laagintensieve oefeningen werden uitgevoerd in de schouder en met de handen, omdat laag-intensieve oefeningen waarschijnlijk meer gerelateerd zijn aan activiteiten van het dagelijks leven. Na laag-intensieve oefeningen werden er geen verschillen in motorische vermoeibaarheid gevonden tussen personen met MS en gezonde personen op basis van objectieve krachtmetingen noch registratie van spieractiviteit met elektromyografie. Gemiddeld gaven personen met MS wel aan dat ze meer vermoeidheid voelden dan gezonde personen na bewegingen met de niet-dominante hand. Personen met MS met een verminderde spierkracht ervaarden dit ook na het uitvoeren van laag intensieve schouderbewegingen. In hoofdstuk 6 tenslotte werd er nagegaan of de onderliggende mechanismes van motorische vermoeibaarheid verschilden tussen gezonde personen en mensen met MS tijdens laag en hoog-intensieve intermittente bewegingen van de vinger. De resultaten toonden dat de afname in kracht over de tijd bij personen met MS minder wordt bepaald door factoren in de spier, in vergelijking met gezonde personen, maar de daling in centrale aansturing van de spieren niet verschillend is, wat tegengesteld is aan de bestaande informatie op basis van maximale volgehouden kracht.