Een nieuwe manier om spierkracht te meten

12-11-2009

Kort nadat hij aan de slag ging als docent bij MIT, sprak Joel Dawson ’96, SM ’97 af met zijn vroegere muzieklerares Elena Ruehr om een kop koffie te drinken. Ruehr, een MIT-docente in muziek en toneel, vertelde dat haar man, een neuroloog bij Beth Israel, een ingenieur zocht om hem te helpen bij het ontwikkelen van een apparaat om het verlies aan spierkracht te meten bij patiënten met ALS en andere spierziektes.

Dawson, die gespecialiseerd is in microchips voor draadloze communicatie, was geboeid door de kans iets te doen dat buiten zijn normaal werkgebied lag, en iets dat mogelijks rechtstreeks de levenskwaliteit van mensen kan verbeteren.

‘Veel van mijn labo’s onderzoek betreft microchips voor draadloze systemen en elektronica voor mobiele telefoons en basisstations’, zo zegt Dawson, een hoogleraar in elektronische techniek. ‘Draadloze communicatie heeft mensen geholpen, maar hier is de hulp iets meer direct.’

Dawson assisteerde Ruehrs echtgenoot, Dr. Seward Rutkove, met een spiersonde die nu getest wordt bij patiënten in het Beth Israel Diaconess Medical Center, waar Rutkove directeur is van de afdeling Neuromusculaire Ziekte. Rutkove lanceerde het project bijna tien jaar geleden in de hoop een makkelijke, nauwkeurige manier te vinden om het verlies aan spierkracht te meten bij patiënten met Amyotrofische Laterale Sclerose (ALS). De ziekte valt de motorische neuronen aan die vrijwillige spierbewegingen controleren, wat leidt tot spierzwakte en atrofie.

‘Eens de diagnose gesteld is, kunnen we niet meer zo goed de progressie van de ziekte volgen’, zegt Rutkove.

Spierkracht meten

Momenteel kan ALS niet behandeld worden, maar de progressie van het verlies aan spierkracht precies kunnen meten kan de onderzoekers misschien helpen de doeltreffendheid te bepalen van medicijnen bij klinische testen. Het meten van het verlies aan spierkracht kan dokters ook helpen te bepalen of patiënten met behandelbare ziektes zoals spierontstekingen en orthopedische kwetsuren reageren op de behandeling.

Momenteel wordt de spierfunctie getest met elektromyografie, waarbij een naald in een spier van de patiënt geplaatst wordt als de patiënt die opspant, een pijnlijke procedure.

De sonde van Rutkove en Dawson stelt het verlies aan spierkracht vast dmv elektrische impedantie myografie (EIM) die de spierweerstand meet tov elektrische stroom waarbij een kleine, niet-pijnlijke hoeveelheid stroom door de spier gestuurd wordt via twee elektrodes. Rutkove heeft ontdekt dat het testen van deze weerstand, of impedantie, in musculair atrofische patiënten na verloop van tijd een nauwkeurig beeld geeft van verlies of winst aan spierkracht.

Om bruikbare gegevens te verzamelen moet de impedantie echter gemeten worden in verschillende richtingen van de spier, wat veel tijd in beslag kan nemen.

‘Als je elektrodes gebruikt, plak je ze op, doe je je metingen en herbevestig je ze in een andere richting en meet je opnieuw,’ aldus Dawson. ‘Als je meer dan twee richtingen wilt meten, kan dat dus wel even duren.’

Rutkove nam Dawson in dienst om van het EIM-systeem een draagbare versie te ontwikkelen die dokters en kinesitherapeuten gemakkelijk kunnen gebruiken in ziekenhuizen. Het nieuwe apparaat bevat twee concentrische ringen elektrodes die naar wens kunnen geactiveerd worden om zo metingen te verrichten in verschillende richtingen zodat er geen aparte elektrodes meer geplaatst en verplaatst moeten worden.

De eerste generatie van het apparaat mat erg precies maar uitstekende puntige elektrodes maakten het niet echt patiëntvriendelijk. Ook was het voor niet-ingenieurs te ingewikkeld om te gebruiken. ‘Eigenlijk hadden we toen kunnen ophouden. We kregen de gegevens die we wilden, maar kinesitherapeuten zouden het toestel nooit gebruiken. Het was te omslachtig,’ aldus Dawson.

De sonde meer gebruiksvriendelijk maken was een proces dat Dawson vergelijkt met het ontwikkelen van de iPod en iPhone door Apple. ‘MP3-spelers bestonden al lang, maar ze braken pas door toen ze makkelijk in gebruik waren,’ legt Dawson uit. ‘De iPhone leert je bijna hoe je het moet gebruiken. Wat de gebruikersinterface betreft is het geniaal.’

Met de hulp van Hong Ma, een MIT postdoctorale assistent, maakte het team de sonde kleiner en eenvoudiger in gebruik en bouwden ze een rij van elektrodes met een vlak oppervlak ipv punten, wat het comfortabeler maakt voor patiënten.

William David, a neurologist at Massachusetts General Hospital who is familiar with the project, says that such a probe has the potential to one day become the neurologist's equivalent of a stethoscope.

William David, een neuroloog in het Massachusetts General Hospital die vertrouwd is met het project, zegt dat zo’n sonde voor een neuroloog misschien wel het equivalent kan worden van een stethoscoop.

‘Als ze erin slagen een draagbare sonde te ontwikkelen die je eenvoudig op de huid van de patiënt kan plaatsen, dan kan het een niet-invasieve en erg snelle test zijn die je kunt uitvoeren aan iemands bed, zonder ongemak voor de patiënt,’ zo zegt hij.

Dawson en zijn collega’s beschrijven de nieuwste generatie van de EIM-sonde in een paper dat ze hebben voorgelegd aan de ‘Annals of Biomedical Engineering’. Vorig jaar hebben ze de eerste generatie van de sonde voorgesteld tijdens de ‘IEEE International Engineering in Medicine and Biology Conference’.

Eens het op punt staat, kan het apparaat niet alleen gebruikt worden om ALS te onderzoeken maar ook om de toestand van de spieren te evalueren bij patiënten met andere ziektes, zoals musculaire dystrofie.

Rutkove, die een patent heeft aangevraagd voor het toestel, heeft ook met NASA gepraat over de mogelijkheid de sondes te gebruiken om de musculaire atrofie te meten bij astronauten die misschien op missie naar Mars gaan. Gedurende de zes maanden durende reis zouden astronauten spiermassa verliezen door het gebrek aan zwaartekracht maar er bestaat geen eenvoudige manier om precies te meten hoeveel kracht ze verliezen. Met de sonde kunnen de astronauten inschatten of ze sterk genoeg zijn om de sluisdeur te openen of om andere taken uit te voeren die kracht vergen.

Volgens Rutkove kan het apparaat binnen twee jaar klaar zijn voor commerciële productie en nog een jaar later zou het goedgekeurd kunnen worden door de FDA.

Vertaling: Marjolein Nootaert

Bron: ALS Independence

Share