title: The influence of calcium on the cortical excitability - an explorative TMS study
title: Der Einfluss von Calcium auf die corticale Exzitabilität - Eine explorative TMS Studie
Creators: name: Eienbröker, Almuth Geb. Schneider
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: Medizin, Gesundheit
Transkranielle magnetische Stimulation
explorative Studie, transkranielle Magnetstimulation
explorative study, transcranial magnetic stimulation

description: Eine seltene Komplikation von Hypo-
      sowie auch von Hypercalcämie sind epileptische Anfälle. Der
      zugrundeliegende Pathomechanismus ist bisher noch nicht
      endgültig geklärt. Daher untersuchten wir zur Erforschung des
      Einflusses des Calciumserumspiegels auf die corticale
      Exzitabilität 15 Patienten (8w, 7m; 54,2+14,8 Jahre) mit
      primärem Hyperparathyreoidismus (pHPT) vor und nach
      Parathyreoidektomie. Zur Charakterisierung der kortikalen
      Exzitabilität wurden die Einzel- und Doppelimpulsparadigmen
      der transkraniellen Magnetstimulation – motorische
      Ruheschwelle (RMT), corticale Silent Period (CSP),
      intracorticale Inhibition (ICI), intracorticale Fazilitation
      (ICF) und late intracorticale Inhibition (LICI) – vor und
      nach Parathyreoidektomie bestimmt. Prä- und postoperativ
      wurden ebenfalls der Calcium- und der Parathormonserumspiegel
      bestimmt. Bei 10 Patienten wurden die TMS-Messungen innerhalb
      von 4 Tagen postoperativ und bei 5 Patienten mit mindestens
      30 Tagen Abstand zur Operation durchgeführt. Zeitgleich mit
      den TMS-Messungen wurden die Nervenleitgeschwindigkeit (NLG),
      die F-Wellen Latenz und die Grip Force bestimmt. Um die
      klinischen Symptome bei pHPT zu erfassen, setzten wir die
      Fragebögen BDI II, SF-36 und den PAS-Score ein. In dieser
      Studie wird erstmalig der PAS-Score auf Deutsch eingesetzt.
      Der PAS-Score hat sich in Studien im englischsprachigen Raum
      als bestes Werkzeug zur Erfassung der unspezifischen Symptome
      bei pHPT erwiesen. Wir konnten in der früh postoperativ
      gemessenen Gruppe eine Abnahme der corticalen Exzitabilität
      durch eine im Trend signifikante Zunahme bzw. Verlängerung
      der RMT und der CSP im Vergleich zu den präoperativen
      Messungen nachweisen. In der spät postoperativ gemessenen
      Gruppe war die RMT dagegen im Vergleich zu der präoperativen
      Messung im Trend signifikant erniedrigt, im Sinne einer
      erhöhten corticalen Exzitabilität. Alle anderen TMS-Parameter
      wiesen keine signifikanten Veränderungen auf. Die NLG,
      F-Wellen Latenz und die Grip Force blieben zwischen der prä-
      und der postoperativen Messung unverändert. Daher ist davon
      auszugehen, dass die gemessenen TMS-Ergebnisse aufgrund von
      kortikalen und nicht peripheren Veränderungen zustande kamen.
      Aufgrund der gegensätzlichen Ergebnisse in der früh und der
      spät postoperativ gemessenen Gruppe hypothetisieren wir, dass
      sie durch zwei unterschiedliche Mechanismen bedingt sind. Der
      Abfall der kortikalen Exzitabilität direkt postoperativ
      könnte durch eine Zunahme der serotonergen und dopaminergen
      Inhibition ausgelöst worden sein. Die Zunahme der
      serotonergen und dopaminergen Inhibition könnte durch den
      Abfall des Calciumserumspiegels verursacht worden sein, da
      Hypercalcämie mit einem corticalen Serotonin- und
      Dopaminmangel in Verbindung gebracht wird. In der spät
      postoperativ gemessenen Gruppe könnte dagegen der
      Calciumabfall nach Parathyreoidektomie direkt
      destabilisierend auf die neuronalen Membranen gewirkt haben
      und so zu einer Zunahme der corticalen Erregbarkeit geführt
      haben. Um die aus dieser explorativen Studie entwickelten
      Hypothesen weiter zu prüfen, sollten sowohl in vivo als auch
      in vitro Folgestudien durchgeführt werden, um den Einfluss
      der Monoamine Serotonin und Dopamin auf die kortikale
      Exzitabilität weiter zu erforschen. Alle eingesetzten
      Fragebögen wiesen eine Verbesserung der Gesundheit
      postoperativ nach. Diese Ergebnisse sind im Einklang mit der
      bisher publizierten Literatur zu Untersuchungen von Patienten
      mit pHPT mit Hilfe des SF-36, dem BDI und dem PAS-Score.
      Insbesondere für den PAS-Score ist dies relevant, da es dafür
      spricht, dass es durch unsere Übersetzung des
      englischsprachigen Originalfragebogens zu keiner Veränderung
      der Aussagekraft des Fragebogens kam. In einer Folgestudie
      sollte der deutschsprachige PAS-Score nun weiter validiert
      werden. Wir konnten keine Korrelation der TMS-Parameter mit
      den eingesetzten Fragebögen nachweisen. Es muss offen
      bleiben, ob wir aufgrund einer zu kleinen Stichprobe keinen
      Effekt detektieren konnten, oder ob es tatsächlich keinen
      Zusammenhang gibt. Auch hierzu wäre eine Folgestudie
      interessant.
description: A very rare complication of hypo-
      and hypercalcaemia are seizures. The pathomechanism behind
      these seizures is still not fully understood. Therefore we
      studied the influence of the calcium blood level on the
      cortical excitability in 15 Patients (8w, 7m, 54, 2+14, 8
      years) with primary hyperparathyroidism before and after
      parathyroidectomy. To measure the cortical excitability we
      used single and paired-pulse transcranial magnetic
      stimulation (TMS). We assessed the resting motor threshold
      (RMT, the cortical silent period (CSP), the intracortical
      inhibition (ICI), the intracortical facilitation (ICF) and
      the late intracortical inhibition (LICI) before and after
      parathyroidectomy. The calcium and parathormone blood levels
      were also measured before and after the operation. In 10
      patients we performed the TMS within 4 days postoperative and
      in 5 patients with at least 30 days distance to the
      operation. To be able to differentiate between central and
      peripheral effects of the calcium blood level we also checked
      the nerve conduction velocity (NCV), the f-waves and the grip
      force. To evaluate the symptoms of pHPT we used the
      questionnaires BDI II, SF-36 and the PAS score. To our
      knowledge this is the first study using a German version of
      the PAS score. Following studies performed in the English
      speaking world (Great Britain, Canada and Australia) the PAS
      score is considered to be the best tool to determine the
      unspecific symptoms of pHPT. We found a non-significant
      reduction of the cortical excitability in the group measured
      early after the operation. There was a rise of the RMT and a
      prolongation of the CSP in comparison to the preoperative
      measurement. The opposite effect was seen in the group
      examined &gt; 30 days after the operation. The RMT was higher
      post- than preoperative. Therefore the cortical excitability
      rose postoperatively. All the other TMS parameters remained
      unchanged. We also couldn’t detect a difference between the
      pre- and postoperative nerve conduction velocity, the f-waves
      and the grip force. Therefore, it seems unlikely that changes
      in the peripheral nervous system are responsible for the
      changes we detected in the TMS parameters as compared to
      postoperatively. As we observed opposite effects in the
      groups measured early vs. late postoperatively we hypothesize
      that different mechanism underlie the detected changes. The
      reduction of the cortical excitability directly
      postoperatively could be due to an augmentation of the
      cortical inhibition through serotonin and dopamine. The
      intensification of the inhibition could be a consequence of
      the decrease of the calcium blood level. This seems possible
      because hypercalcaemia is thought to cause a deficiency of
      serotonin and dopamine. The augmentation of the cortical
      excitability in the group measured &gt; 30 days
      postoperatively is likely to be caused directly through the
      decline of the calcium blood level postoperatively. It is
      known that calcium stabilizes excitable membranes. Therefore
      the question comes up, whether a reduction of calcium
      lessening the stabilization of excitable membranes would
      correspondingly raise the cortical excitability? To further
      investigate the hypotheses we developed from this explorative
      study it seems necessary to study the effect of dopamine and
      serotonin on the cortical excitability in vitro and in vivo.
      Another field that needs additional examination is the
      connection between calcium and the monoamines dopamine and
      serotonin. All used questionnaires found an improvement of
      health in the participants. Moreover the results are in
      accordance to previously published studies on patients with
      pHPT and these questionnaires. This is especially of interest
      for the PAS-Score, because it shows that our translation did
      not negatively affect the usefulness of the PAS-Score in
      detecting changes in health and wellbeing in this population.
      To further validate the German version of the PAS score it is
      necessary to perform a follow-up study with a larger study
      size. We couldn’t find a correlation between the used
      questionnaires and the TMS parameters. It remains unknown if
      we simply couldn’t detect a relationship because of our small
      study size or if there really is no correlation. This also
      needs further investigation.