Kombinierte histologische und Magnetresonanztomografie-basierte Betrachtung der Volumina des menschlichen Nucleus subthalamicus und deren Verhalten bei Alterung

Die hochfrequente Stimulation des Nucleus subthalamicus (STN) ist ein seit 25 Jahren durchgeführtes Prozedere, um die motorischen Symptome von Patienten mit bestimmten Formen des idiopathischen Morbus Parkinson effektiv zu lindern. Unter dieser Therapie könne Betroffene unter anderem an Manie oder einer gehäuften Suizidalität leiden. Genaue Kenntnisse der anatomischen Verhältnisse des STN sind essenziell für eine sichere Elektrodenplatzierung. Da der STN eine im klinischen Alltag häufig unzureichend zu lokalisierende Struktur darstellt, basiert die Zielpunktbestimmung in vielen Kliniken auf Hirnatlanten. Der am häufigsten eingesetzte Schaltenbrand-Wahren Atlas wurde mithilfe von nur drei menschlichen Hirnen erstellt und berücksichtigt weder interindividuelle Größenunterschiede von Hirnstrukturen noch deren Veränderung im Altersverlauf. Die große Spannweite bisher ermittelter STN Volumina von 20 mm3 bis 457 mm3 lässt den STN hinsichtlich des Volumens als inkonsistente Struktur erscheinen. Vor - 35 - diesem Hintergrund ist die indirekte Zielpunktbestimmung zu hinterfragen, um mögliche Risikofaktoren für das Auftreten von stimulationsassoziierten Nebenwirkungen zu minimieren. Eine Abhängigkeit des STN-Volumens vom Alter ist bisher nicht hinreichend geklärt und es ist offen, ob indirekte Zielpunktbestimmungen altersabhängig anzupassen sind. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war, das Volumen des STN mittels 3T MRT T2-gewichteter Datensätze ex vivo zu ermitteln. Im Anschluss wurden die Gewebe histologisch aufgearbeitet und mithilfe stereologischer Verfahren erneut die STN-Volumina bestimmt. Eine vergleichende Untersuchung von histologischen und MRT-basierten Volumina derselben Gewebe ist in der Literatur nicht beschrieben. Die Untersuchungen erfolgten an 25 STN von 14 Körperspendern (10 weibliche, 4 männliche). Die STN-Volumina zeigten sowohl in der Histologie als auch im MRT eine hohe Konsistenz. Die hohen interindividuellen STN-Volumenunterschiede der Literatur konnten in der vorliegenden Studie in gesteigerter Fallzahl nicht bestätigt werden. MRT basierte STN-Volumina waren mit einem durchschnittlichen Volumen von 99 ± 6 mm3 kleiner als die histologisch ermittelten Volumina von 132 ± 20 mm3. Eine mögliche Ursache ist die aufgrund des niedrigen Eisengehaltes unzureichende Visualisierung des dorso-lateralen STN in der verwendeten T2-gewichteten Bildgebung. Weiterhin ist im T2-gewichteten Bild die Abgrenzung zur Substantia nigra schwierig. Die histologische Identifikation der STN-Grenzen mithilfe der Luxol-Fast-Blue-Färbung erlaubt eine eindeutige Identifikation der STN-Grenzen. Dies führt möglicherweise zur Unterschätzung des STN-Volumens in T2-gewichteter MRT-Bildgebung. Während in der Histologie eine Abnahme des STN-Volumens im Altersverlauf beobachtet wurde, konnte dies in der MRT bei den vorliegenden Fällen nicht bestätigt werden. Die 3T T2 MRT Bildgebung ist möglicherweise nicht sensitiv genug, um derartige Abhängigkeiten in einer zwischen 65 bis 96 Jahre alten und 25 STN umfassenden Spendergruppe adäquat abzubilden. Die erhobenen MRT-Volumina komplettieren jedoch kürzlich von einer anderen Gruppe erhobene Daten, welche, MRT-basiert, in einer größeren Altersspanne die Abnahme des STN-Volumens im Altersverlauf ermittelte. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass bei der Tiefen Hirnstimulation weitgehend interindividuell konsistente STN-Volumina erwartet werden können. Dies ist als Argument zu werten, weshalb trotz der Verwendung einer indirekten Zielpunktbestimmung die Tiefe Hirnstimulation in der Mehrzahl der Fälle ein zufriedenstellendes klinisches Ergebnis liefert. Weiterhin verdeutlicht die vorliegende Arbeit die Unterschätzung des STN-Volumens bei der Verwendung eines 3T MRT T2-TSE Datensatzes. Der in dieser MRT-Wichtung nicht hinreichend visualisierbare Teil des STN betrifft überwiegend den als klinisch bedeutsam eingeschätzten dorso-lateralen Teil des STN. Das bei der Elektrodenimplantation erwartbare STN-Volumen ist umso geringer, je älter der Patient ist. Dies sollte bei der indirekten Planung Berücksichtigung finden. Eine Untersuchung mit einer größeren Probenanzahl gestaffelt nach verschiedenen Altersgruppen wird daher für zukünftige Untersuchungen vorgeschlagen. Derartige Befunde können helfen zu quantifizieren, in welchem Umfang ein zu erwartendes „Standard-STN-Volumen“ nach dem Alter zu korrigieren ist, um das reale STN-Volumen möglichst genau abzubilden. Die Limitierungen dieser Arbeit bestehen in der eingeschränkten Fallzahl und der relativ geringen Altersspanne der untersuchten Spender. Weiterhin kann nicht ausgeschlossen werden, dass die pharmakologische Behandlung der Spender zu Lebzeiten und die postmortalen Veränderungen der Spendergewebe einen Einfluss auf die STN-Volumina haben. Zur Ermittlung des Korrekturfaktors aufgrund der Schrumpfung des Gewebes im Rahmen der histologischen Aufarbeitung wurden dem STN benachbarte Gewebsblöcke verwendet. Es bleibt unklar, ob diese Gewebe ein identisches Schrumpfungsverhalten wie die STN-Region zeigen.:I INHALTSVERZEICHNIS II ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 1 EINFÜHRUNG IN DIE THEMATIK 1.1 ANATOMIE UND FUNKTION DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS 1.1.1 ANATOMIE DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS 1.1.2 FUNKTIONELLE BEDEUTUNG DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS 1.1.3 DER NUCLEUS SUBTHALAMICUS ALS ZIELPUNKT DER TIEFEN HIRNSTIMULATION BEI IDIOPATHISCHEM MORBUS PARKINSON 1.2 DAS VOLUMEN DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS 1.2.1 VOLUMINA DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS AUF BASIS DER MAGNETRESONANZTOMOGRAFIE 1.2.2 VOLUMINA DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS AUF BASIS DER HISTOLOGIE 1.2.3 VOLUMINA DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS AUF BASIS ANDERER METHODEN 1.2.4 DAS VOLUMEN DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS IM ALTERSVERLAUF 1.3 METHODIK 1.3.1 DER NUCLEUS SUBTHALAMICUS IN DER MAGNETRESONANZTOMOGRAFIE 1.3.2 DER NUCLEUS SUBTHALAMICUS IN DER LUXOL-FAST-BLUE-FÄRBUNG 1.4 ZIELE DER ARBEIT 2 PUBLIKATIONSMANUSKRIPT 3 ZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT 4 LITERATURVERZEICHNIS 5 BEIBLATT ZUR PUBLIKATIONSPROMOTION BEI GETEILTER ERSTAUTORSCHAFT 6 ERKLÄRUNG ÜBER DIE EIGENSTÄNDIGE ABFASSUNG DER ARBEIT 7 LEBENSLAUF 8 PUBLIKATIONEN 9 DANKSAGUN

Fat Is Consistently Present within the Plantar Muscular Space of the Human Foot—An Anatomical Study

Background and Objectives: The foot comprises of active contractile and passive connective tissue components, which help maintain stability and facilitate movement during gait. The role of age- or pathology-related degeneration and the presence of fat within muscles in foot function and pain remains unclear. The existence of fat has to date not been quantified or compared between individuals according to age, sex, side or subregion. Materials and Methods: 18 cadaveric feet (mean age 79 years) were sectioned sagittally and photographed bilaterally. Fat in the plantar muscular space of the foot (PMSF) was quantified through the previously validated manual fat quantification method, which involved observing photographs of each section and identifying regions using OsiriX. Fat volume and percentage was calculated using a modified Cavalieri’s method. Results: All feet had fat located within the PMSF, averaging 25.8% (range, 16.5–39.4%) of the total PMSF volume. The presence of fat was further confirmed with plastination and confocal microscopy. Conclusions: These findings suggest that fat within the PMSF is a consistent but highly variable finding in elderly cohorts. Fat within the foot muscles may need to be considered a norm when comparing healthy and non-healthy subjects, and for therapeutic interventions to the foot. Further work is required to understand in detail the morphological and mechanical presence of fat in the foot, and compare these findings with pathological cohorts, such as sarcopenia. Additionally, future work should investigate if fat may compensate for the degeneration of the intrinsic muscles of the foot, with implications for both the use of orthotics and pain management

Fat Is Consistently Present within the Plantar Muscular Space of the Human Foot: An Anatomical Study

Background and Objectives: The foot comprises of active contractile and passive connective tissue components, which help maintain stability and facilitate movement during gait. The role of age- or pathology-related degeneration and the presence of fat within muscles in foot function and pain remains unclear. The existence of fat has to date not been quantified or compared between individuals according to age, sex, side or subregion. Materials and Methods: 18 cadaveric feet (mean age 79 years) were sectioned sagittally and photographed bilaterally. Fat in the plantar muscular space of the foot (PMSF) was quantified through the previously validated manual fat quantification method, which involved observing photographs of each section and identifying regions using OsiriX. Fat volume and percentage was calculated using a modified Cavalieri’s method. Results: All feet had fat located within the PMSF, averaging 25.8% (range, 16.5–39.4%) of the total PMSF volume. The presence of fat was further confirmed with plastination and confocal microscopy. Conclusions: These findings suggest that fat within the PMSF is a consistent but highly variable finding in elderly cohorts. Fat within the foot muscles may need to be considered a norm when comparing healthy and non-healthy subjects, and for therapeutic interventions to the foot. Further work is required to understand in detail the morphological and mechanical presence of fat in the foot, and compare these findings with pathological cohorts, such as sarcopenia. Additionally, future work should investigate if fat may compensate for the degeneration of the intrinsic muscles of the foot, with implications for both the use of orthotics and pain management

Kombinierte histologische und Magnetresonanztomografie-basierte Betrachtung der Volumina des menschlichen Nucleus subthalamicus und deren Verhalten bei Alterung

Die hochfrequente Stimulation des Nucleus subthalamicus (STN) ist ein seit 25 Jahren durchgeführtes Prozedere, um die motorischen Symptome von Patienten mit bestimmten Formen des idiopathischen Morbus Parkinson effektiv zu lindern. Unter dieser Therapie könne Betroffene unter anderem an Manie oder einer gehäuften Suizidalität leiden. Genaue Kenntnisse der anatomischen Verhältnisse des STN sind essenziell für eine sichere Elektrodenplatzierung. Da der STN eine im klinischen Alltag häufig unzureichend zu lokalisierende Struktur darstellt, basiert die Zielpunktbestimmung in vielen Kliniken auf Hirnatlanten. Der am häufigsten eingesetzte Schaltenbrand-Wahren Atlas wurde mithilfe von nur drei menschlichen Hirnen erstellt und berücksichtigt weder interindividuelle Größenunterschiede von Hirnstrukturen noch deren Veränderung im Altersverlauf. Die große Spannweite bisher ermittelter STN Volumina von 20 mm3 bis 457 mm3 lässt den STN hinsichtlich des Volumens als inkonsistente Struktur erscheinen. Vor - 35 - diesem Hintergrund ist die indirekte Zielpunktbestimmung zu hinterfragen, um mögliche Risikofaktoren für das Auftreten von stimulationsassoziierten Nebenwirkungen zu minimieren. Eine Abhängigkeit des STN-Volumens vom Alter ist bisher nicht hinreichend geklärt und es ist offen, ob indirekte Zielpunktbestimmungen altersabhängig anzupassen sind. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war, das Volumen des STN mittels 3T MRT T2-gewichteter Datensätze ex vivo zu ermitteln. Im Anschluss wurden die Gewebe histologisch aufgearbeitet und mithilfe stereologischer Verfahren erneut die STN-Volumina bestimmt. Eine vergleichende Untersuchung von histologischen und MRT-basierten Volumina derselben Gewebe ist in der Literatur nicht beschrieben. Die Untersuchungen erfolgten an 25 STN von 14 Körperspendern (10 weibliche, 4 männliche). Die STN-Volumina zeigten sowohl in der Histologie als auch im MRT eine hohe Konsistenz. Die hohen interindividuellen STN-Volumenunterschiede der Literatur konnten in der vorliegenden Studie in gesteigerter Fallzahl nicht bestätigt werden. MRT basierte STN-Volumina waren mit einem durchschnittlichen Volumen von 99 ± 6 mm3 kleiner als die histologisch ermittelten Volumina von 132 ± 20 mm3. Eine mögliche Ursache ist die aufgrund des niedrigen Eisengehaltes unzureichende Visualisierung des dorso-lateralen STN in der verwendeten T2-gewichteten Bildgebung. Weiterhin ist im T2-gewichteten Bild die Abgrenzung zur Substantia nigra schwierig. Die histologische Identifikation der STN-Grenzen mithilfe der Luxol-Fast-Blue-Färbung erlaubt eine eindeutige Identifikation der STN-Grenzen. Dies führt möglicherweise zur Unterschätzung des STN-Volumens in T2-gewichteter MRT-Bildgebung. Während in der Histologie eine Abnahme des STN-Volumens im Altersverlauf beobachtet wurde, konnte dies in der MRT bei den vorliegenden Fällen nicht bestätigt werden. Die 3T T2 MRT Bildgebung ist möglicherweise nicht sensitiv genug, um derartige Abhängigkeiten in einer zwischen 65 bis 96 Jahre alten und 25 STN umfassenden Spendergruppe adäquat abzubilden. Die erhobenen MRT-Volumina komplettieren jedoch kürzlich von einer anderen Gruppe erhobene Daten, welche, MRT-basiert, in einer größeren Altersspanne die Abnahme des STN-Volumens im Altersverlauf ermittelte. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass bei der Tiefen Hirnstimulation weitgehend interindividuell konsistente STN-Volumina erwartet werden können. Dies ist als Argument zu werten, weshalb trotz der Verwendung einer indirekten Zielpunktbestimmung die Tiefe Hirnstimulation in der Mehrzahl der Fälle ein zufriedenstellendes klinisches Ergebnis liefert. Weiterhin verdeutlicht die vorliegende Arbeit die Unterschätzung des STN-Volumens bei der Verwendung eines 3T MRT T2-TSE Datensatzes. Der in dieser MRT-Wichtung nicht hinreichend visualisierbare Teil des STN betrifft überwiegend den als klinisch bedeutsam eingeschätzten dorso-lateralen Teil des STN. Das bei der Elektrodenimplantation erwartbare STN-Volumen ist umso geringer, je älter der Patient ist. Dies sollte bei der indirekten Planung Berücksichtigung finden. Eine Untersuchung mit einer größeren Probenanzahl gestaffelt nach verschiedenen Altersgruppen wird daher für zukünftige Untersuchungen vorgeschlagen. Derartige Befunde können helfen zu quantifizieren, in welchem Umfang ein zu erwartendes „Standard-STN-Volumen“ nach dem Alter zu korrigieren ist, um das reale STN-Volumen möglichst genau abzubilden. Die Limitierungen dieser Arbeit bestehen in der eingeschränkten Fallzahl und der relativ geringen Altersspanne der untersuchten Spender. Weiterhin kann nicht ausgeschlossen werden, dass die pharmakologische Behandlung der Spender zu Lebzeiten und die postmortalen Veränderungen der Spendergewebe einen Einfluss auf die STN-Volumina haben. Zur Ermittlung des Korrekturfaktors aufgrund der Schrumpfung des Gewebes im Rahmen der histologischen Aufarbeitung wurden dem STN benachbarte Gewebsblöcke verwendet. Es bleibt unklar, ob diese Gewebe ein identisches Schrumpfungsverhalten wie die STN-Region zeigen.:I INHALTSVERZEICHNIS II ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 1 EINFÜHRUNG IN DIE THEMATIK 1.1 ANATOMIE UND FUNKTION DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS 1.1.1 ANATOMIE DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS 1.1.2 FUNKTIONELLE BEDEUTUNG DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS 1.1.3 DER NUCLEUS SUBTHALAMICUS ALS ZIELPUNKT DER TIEFEN HIRNSTIMULATION BEI IDIOPATHISCHEM MORBUS PARKINSON 1.2 DAS VOLUMEN DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS 1.2.1 VOLUMINA DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS AUF BASIS DER MAGNETRESONANZTOMOGRAFIE 1.2.2 VOLUMINA DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS AUF BASIS DER HISTOLOGIE 1.2.3 VOLUMINA DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS AUF BASIS ANDERER METHODEN 1.2.4 DAS VOLUMEN DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS IM ALTERSVERLAUF 1.3 METHODIK 1.3.1 DER NUCLEUS SUBTHALAMICUS IN DER MAGNETRESONANZTOMOGRAFIE 1.3.2 DER NUCLEUS SUBTHALAMICUS IN DER LUXOL-FAST-BLUE-FÄRBUNG 1.4 ZIELE DER ARBEIT 2 PUBLIKATIONSMANUSKRIPT 3 ZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT 4 LITERATURVERZEICHNIS 5 BEIBLATT ZUR PUBLIKATIONSPROMOTION BEI GETEILTER ERSTAUTORSCHAFT 6 ERKLÄRUNG ÜBER DIE EIGENSTÄNDIGE ABFASSUNG DER ARBEIT 7 LEBENSLAUF 8 PUBLIKATIONEN 9 DANKSAGUN

Kombinierte histologische und Magnetresonanztomografie-basierte Betrachtung der Volumina des menschlichen Nucleus subthalamicus und deren Verhalten bei Alterung

Die hochfrequente Stimulation des Nucleus subthalamicus (STN) ist ein seit 25 Jahren durchgeführtes Prozedere, um die motorischen Symptome von Patienten mit bestimmten Formen des idiopathischen Morbus Parkinson effektiv zu lindern. Unter dieser Therapie könne Betroffene unter anderem an Manie oder einer gehäuften Suizidalität leiden. Genaue Kenntnisse der anatomischen Verhältnisse des STN sind essenziell für eine sichere Elektrodenplatzierung. Da der STN eine im klinischen Alltag häufig unzureichend zu lokalisierende Struktur darstellt, basiert die Zielpunktbestimmung in vielen Kliniken auf Hirnatlanten. Der am häufigsten eingesetzte Schaltenbrand-Wahren Atlas wurde mithilfe von nur drei menschlichen Hirnen erstellt und berücksichtigt weder interindividuelle Größenunterschiede von Hirnstrukturen noch deren Veränderung im Altersverlauf. Die große Spannweite bisher ermittelter STN Volumina von 20 mm3 bis 457 mm3 lässt den STN hinsichtlich des Volumens als inkonsistente Struktur erscheinen. Vor - 35 - diesem Hintergrund ist die indirekte Zielpunktbestimmung zu hinterfragen, um mögliche Risikofaktoren für das Auftreten von stimulationsassoziierten Nebenwirkungen zu minimieren. Eine Abhängigkeit des STN-Volumens vom Alter ist bisher nicht hinreichend geklärt und es ist offen, ob indirekte Zielpunktbestimmungen altersabhängig anzupassen sind. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war, das Volumen des STN mittels 3T MRT T2-gewichteter Datensätze ex vivo zu ermitteln. Im Anschluss wurden die Gewebe histologisch aufgearbeitet und mithilfe stereologischer Verfahren erneut die STN-Volumina bestimmt. Eine vergleichende Untersuchung von histologischen und MRT-basierten Volumina derselben Gewebe ist in der Literatur nicht beschrieben. Die Untersuchungen erfolgten an 25 STN von 14 Körperspendern (10 weibliche, 4 männliche). Die STN-Volumina zeigten sowohl in der Histologie als auch im MRT eine hohe Konsistenz. Die hohen interindividuellen STN-Volumenunterschiede der Literatur konnten in der vorliegenden Studie in gesteigerter Fallzahl nicht bestätigt werden. MRT basierte STN-Volumina waren mit einem durchschnittlichen Volumen von 99 ± 6 mm3 kleiner als die histologisch ermittelten Volumina von 132 ± 20 mm3. Eine mögliche Ursache ist die aufgrund des niedrigen Eisengehaltes unzureichende Visualisierung des dorso-lateralen STN in der verwendeten T2-gewichteten Bildgebung. Weiterhin ist im T2-gewichteten Bild die Abgrenzung zur Substantia nigra schwierig. Die histologische Identifikation der STN-Grenzen mithilfe der Luxol-Fast-Blue-Färbung erlaubt eine eindeutige Identifikation der STN-Grenzen. Dies führt möglicherweise zur Unterschätzung des STN-Volumens in T2-gewichteter MRT-Bildgebung. Während in der Histologie eine Abnahme des STN-Volumens im Altersverlauf beobachtet wurde, konnte dies in der MRT bei den vorliegenden Fällen nicht bestätigt werden. Die 3T T2 MRT Bildgebung ist möglicherweise nicht sensitiv genug, um derartige Abhängigkeiten in einer zwischen 65 bis 96 Jahre alten und 25 STN umfassenden Spendergruppe adäquat abzubilden. Die erhobenen MRT-Volumina komplettieren jedoch kürzlich von einer anderen Gruppe erhobene Daten, welche, MRT-basiert, in einer größeren Altersspanne die Abnahme des STN-Volumens im Altersverlauf ermittelte. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass bei der Tiefen Hirnstimulation weitgehend interindividuell konsistente STN-Volumina erwartet werden können. Dies ist als Argument zu werten, weshalb trotz der Verwendung einer indirekten Zielpunktbestimmung die Tiefe Hirnstimulation in der Mehrzahl der Fälle ein zufriedenstellendes klinisches Ergebnis liefert. Weiterhin verdeutlicht die vorliegende Arbeit die Unterschätzung des STN-Volumens bei der Verwendung eines 3T MRT T2-TSE Datensatzes. Der in dieser MRT-Wichtung nicht hinreichend visualisierbare Teil des STN betrifft überwiegend den als klinisch bedeutsam eingeschätzten dorso-lateralen Teil des STN. Das bei der Elektrodenimplantation erwartbare STN-Volumen ist umso geringer, je älter der Patient ist. Dies sollte bei der indirekten Planung Berücksichtigung finden. Eine Untersuchung mit einer größeren Probenanzahl gestaffelt nach verschiedenen Altersgruppen wird daher für zukünftige Untersuchungen vorgeschlagen. Derartige Befunde können helfen zu quantifizieren, in welchem Umfang ein zu erwartendes „Standard-STN-Volumen“ nach dem Alter zu korrigieren ist, um das reale STN-Volumen möglichst genau abzubilden. Die Limitierungen dieser Arbeit bestehen in der eingeschränkten Fallzahl und der relativ geringen Altersspanne der untersuchten Spender. Weiterhin kann nicht ausgeschlossen werden, dass die pharmakologische Behandlung der Spender zu Lebzeiten und die postmortalen Veränderungen der Spendergewebe einen Einfluss auf die STN-Volumina haben. Zur Ermittlung des Korrekturfaktors aufgrund der Schrumpfung des Gewebes im Rahmen der histologischen Aufarbeitung wurden dem STN benachbarte Gewebsblöcke verwendet. Es bleibt unklar, ob diese Gewebe ein identisches Schrumpfungsverhalten wie die STN-Region zeigen.:I INHALTSVERZEICHNIS II ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 1 EINFÜHRUNG IN DIE THEMATIK 1.1 ANATOMIE UND FUNKTION DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS 1.1.1 ANATOMIE DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS 1.1.2 FUNKTIONELLE BEDEUTUNG DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS 1.1.3 DER NUCLEUS SUBTHALAMICUS ALS ZIELPUNKT DER TIEFEN HIRNSTIMULATION BEI IDIOPATHISCHEM MORBUS PARKINSON 1.2 DAS VOLUMEN DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS 1.2.1 VOLUMINA DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS AUF BASIS DER MAGNETRESONANZTOMOGRAFIE 1.2.2 VOLUMINA DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS AUF BASIS DER HISTOLOGIE 1.2.3 VOLUMINA DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS AUF BASIS ANDERER METHODEN 1.2.4 DAS VOLUMEN DES NUCLEUS SUBTHALAMICUS IM ALTERSVERLAUF 1.3 METHODIK 1.3.1 DER NUCLEUS SUBTHALAMICUS IN DER MAGNETRESONANZTOMOGRAFIE 1.3.2 DER NUCLEUS SUBTHALAMICUS IN DER LUXOL-FAST-BLUE-FÄRBUNG 1.4 ZIELE DER ARBEIT 2 PUBLIKATIONSMANUSKRIPT 3 ZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT 4 LITERATURVERZEICHNIS 5 BEIBLATT ZUR PUBLIKATIONSPROMOTION BEI GETEILTER ERSTAUTORSCHAFT 6 ERKLÄRUNG ÜBER DIE EIGENSTÄNDIGE ABFASSUNG DER ARBEIT 7 LEBENSLAUF 8 PUBLIKATIONEN 9 DANKSAGUN

On a potential morpho-mechanical link between the gluteus maximus muscle and pelvic floor tissues

Abstract Stress urinary incontinence presents a condition not only found in female elderlies, but also in young athletes participating in high-impact sports such as volleyball or trampolining. Repeated jumps appear to be a predisposing factor. Yet the pathophysiology remains incompletely elucidated to date; especially with regard to the influence of the surrounding buttock tissues including gluteus maximus. The present study assessed the morpho-mechanical link between gluteus maximus and the pelvic floor female bodies. 25 pelves obtained from Thiel embalmed females were studied in a supine position. Strands of tissues connecting gluteus maximus with the pelvic floor obtained from 20 sides were assessed mechanically. Plastinates were evaluated to verify the dissection findings. In total, 49 hemipelves were included for data acquisition. The fascia of gluteus maximus yielded connections to the subcutaneous tissues, the fascia of the external anal sphincter and that of obturator internus and to the fascia of the urogenital diaphragm. The connection between gluteus maximus and the urogenital diaphragm withstood an average force of 23.6 ± 17.3 N. Cramér φ analyses demonstrated that the connections of the fasciae connecting gluteus maximus with its surroundings were consistent in the horizontal and sagittal planes, respectively. In conclusion, gluteus maximus is morphologically densely linked to the pelvic floor via strands of connective tissues investing the adjacent muscles. Though gluteus maximus has also been reported to facilitate urinary continence, the here presented morpho-mechanical link suggests that it may also have the potential to contribute to urinary stress incontinence. Future research combining clinical imaging with in-situ testing may help substantiate the potential influence from a clinical perspective

Fat Is Consistently Present within the Plantar Muscular Space of the Human Foot: An Anatomical Study

Background and Objectives: The foot comprises of active contractile and passive connective tissue components, which help maintain stability and facilitate movement during gait. The role of age- or pathology-related degeneration and the presence of fat within muscles in foot function and pain remains unclear. The existence of fat has to date not been quantified or compared between individuals according to age, sex, side or subregion. Materials and Methods: 18 cadaveric feet (mean age 79 years) were sectioned sagittally and photographed bilaterally. Fat in the plantar muscular space of the foot (PMSF) was quantified through the previously validated manual fat quantification method, which involved observing photographs of each section and identifying regions using OsiriX. Fat volume and percentage was calculated using a modified Cavalieri’s method. Results: All feet had fat located within the PMSF, averaging 25.8% (range, 16.5–39.4%) of the total PMSF volume. The presence of fat was further confirmed with plastination and confocal microscopy. Conclusions: These findings suggest that fat within the PMSF is a consistent but highly variable finding in elderly cohorts. Fat within the foot muscles may need to be considered a norm when comparing healthy and non-healthy subjects, and for therapeutic interventions to the foot. Further work is required to understand in detail the morphological and mechanical presence of fat in the foot, and compare these findings with pathological cohorts, such as sarcopenia. Additionally, future work should investigate if fat may compensate for the degeneration of the intrinsic muscles of the foot, with implications for both the use of orthotics and pain management

Fat Is Consistently Present within the Plantar Muscular Space of the Human Foot: An Anatomical Study

Background and Objectives: The foot comprises of active contractile and passive connective tissue components, which help maintain stability and facilitate movement during gait. The role of age- or pathology-related degeneration and the presence of fat within muscles in foot function and pain remains unclear. The existence of fat has to date not been quantified or compared between individuals according to age, sex, side or subregion. Materials and Methods: 18 cadaveric feet (mean age 79 years) were sectioned sagittally and photographed bilaterally. Fat in the plantar muscular space of the foot (PMSF) was quantified through the previously validated manual fat quantification method, which involved observing photographs of each section and identifying regions using OsiriX. Fat volume and percentage was calculated using a modified Cavalieri’s method. Results: All feet had fat located within the PMSF, averaging 25.8% (range, 16.5–39.4%) of the total PMSF volume. The presence of fat was further confirmed with plastination and confocal microscopy. Conclusions: These findings suggest that fat within the PMSF is a consistent but highly variable finding in elderly cohorts. Fat within the foot muscles may need to be considered a norm when comparing healthy and non-healthy subjects, and for therapeutic interventions to the foot. Further work is required to understand in detail the morphological and mechanical presence of fat in the foot, and compare these findings with pathological cohorts, such as sarcopenia. Additionally, future work should investigate if fat may compensate for the degeneration of the intrinsic muscles of the foot, with implications for both the use of orthotics and pain management

An ossifying bridge – on the structural continuity between the Achilles tendon and the plantar fascia

Abstract Highly regular aligned trabeculae are found in the superficial posterior and inferior calcaneus appearing to connect the Achilles tendon (AT) to the plantar fascia (PF) in a bridge-like manner. This provides a morphological basis for the stretching-based heel pain treatment. However, the continuity of collagen fibres between the AT and the PF remains debated controversially to date. The given study morphologically investigated the AT-calcaneus-PF complex using histology and plastination. Moreover, the AT-calcaneus-PF complex was biomechanically mapped based on 13 sub-regions with a total of 76 tested samples. Regular calcaneal trabeculae were surrounded by tendon-like collagen fibre bundles and adipocytes. The orientation of calcaneal trabeculae was further closely related to the course of the PF collagen fibre bundles. The pooled biomechanical analysis revealed low elastic moduli (minimum = 4 MPa) and ultimate tensile strengths of the decalcified calcaneal samples (minimum = 0.4 MPa) and the calcaneal periostea (minimum = 2 MPa) and high respective values (elastic modulus maximum of 144 MPa; ultimate tensile strength maximum of 29 MPa) for the PF samples compared to the other sub-regions. This study provides structural evidence for a morphological connection between the AT and PF via the highly aligned calcaneal trabeculae of the posterior calcaneus. The AT-calcaneus-PF complex was biomechanically mapped to allow for an assessment of its site-dependent mechanical characteristics