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Viola M. Frymann, DO, FAAO

Genehmigter Nachdruck aus JAOA (70)

928 - 945, Mai 1971

Zusammenfassung

Die Hypothese der inhärenten Motilität des Schädels wird durch die Palpation des lebenden Kopfes gestützt. Die Hypothese, dass womöglich ein Rhythmus festgestellt wird, der mit dem arteriellen Puls synchron ist und ein anderer, der mit der thorakalen Atmung zusammenhängt, stimmen mit den bekannten physiologischen Phänomenen überein. Der Bericht über einen dritten tastbaren Rhythmus, langsamer als Puls und Atmung, verlangt nach eingehender Forschung. Dieser Artikel berichtet über eine Reihe von Experimenten, die mit Instrumenten durchgeführt wurden, welche für das Studium von kleinsten Bewegungen der Expansion und Kontraktion des Schädels geeignet sind. Die Aufzeichnungen zeigen, dass eine langsamere, sich von der Motilität des vaskulären Pulses und der thorakalen Atmung unterscheidende Motilität des Schädels vorliegt und dass diese Bewegung durch Instrumente aufgezeichnet werden kann. Von Studien über die rhythmische zelluläre Funktion und der Bewegung der Zerebrospinalen Flüssigkeit wird oft berichtet. Um Zusammenhänge zwischen den hier beschriebenen verschiedenen physiologischen Phänomenen herzustellen, wird weitere Forschung benötigt.

Vor 70 Jahren entwickelte Dr. Sutherland die Idee, dass die Schädelknochen schräg abgeflacht sind, um die Mobilität und die Bewegung für einen respiratorischen Mechanismus1 zu ermöglichen. Seine akribischen Studien über die Schädelknochen zeigten, dass jeder Knochen seinem ossären Partner durch Abschrägung angepasst ist. Er beschrieb quer verlaufende Furchen, diagonal liegende reibungsgesteuerte Schaltungen, ballförmige Objekte und Höhlen, Angeln, Flaschenzüge, Drehpunkte, Scharniere und andere mechanische Einrichtungen, die eine Bewegung voraussetzen. Die zuerst 19392 veröffentlichte Hypothese, dass eine inhärente Motilität vorhanden ist, wurde durch die Palpation am lebenden Kopf gestützt. Eine plausible Behauptung im Einklang mit den bekannten physiologischen Phänomenen ist, dass ein mit dem arteriellen Puls synchroner Rhythmus festgestellt werden kann. Der dritte tastbare Rhythmus, der langsamer als Puls und Atmung ist, verlangt jedoch nach weiterer Forschung. Gibt es eine solche Bewegung wirklich? Kann sie aufgezeichnet werden? Wie ist ihre Beziehung zu den bekannten physiologischen Funktionen, falls sie existiert?

In der vorliegenden Arbeit soll diesen drei Fragen auf den Grund gegangen und die Ergebnisse aufgezeigt werden. Was die erste Frage, über die Existenz einer rhythmischen Bewegung im lebenden Schädel, die sich in ihrer geringeren Geschwindigkeit und dem andersartigem Rhythmus von dem der thorakalen Atmung unterscheidet, betrifft, behaupten alle der Palpation kundigen Behandler schon seit etwa 30 Jahren, dass eine solche inhärente Motilität feststellbar sei. Die Aussagekraft der Palpationsbefunde von Menschen mit geübten Händen wird hingegen von allen bezweifelt, denen diese Kunstfertigkeit fehlt. Der Zweifel gründet in erster Linie auf der plausiblen Hypothese, dass der Tastsinn systematischen, spürbaren Illusionen unterliegt, insbesondere wenn er rhythmischen Bewegungen ausgesetzt ist.

Folgendes kann mathematisch bewiesen werden: Sobald auf druckempfindliche Nervenenden mit der Summe von zwei schwingenden Druckwirkungen unterschiedlicher Frequenz eingewirkt wird und das von den Nerven entwickelte Signal eine nicht-lineare Funktion des absoluten Drucks repräsentiert, enthält das Signal zwei Pseudoschwingungen, deren Frequenzen die Summe und die Differenz der tatsächlichen Schwingungen darstellen. Wurde das neuronale Netzwerk weiterhin durch Wahrnehmung und praktische Ausführung daraufhin entwickelt, alles außer den geringsten Schwingungen zu filtern, unterliegt der Tastsinn dahingehend einer Täuschung, dass die sich wiederholende Bewegung mit jener Frequenz wahrgenommen wird, die sich aus der Differenz der beiden aktuellen Frequenzen ergibt. Während der Palpation sind die Fingerspitzen vier rhythmische Bewegungen unterschiedlicher Frequenz ausgesetzt, von denen jeweils eine vom Puls und den Atemzyklen des Ausführenden sowie des Patienten ausgeht. Man kann durchaus argumentieren, dass die anscheinende Empfindung eines langsamen kranialen Rhythmus, eigentlich nur eine Schlagfrequenz etwa zwischen den zwei Pulsrhythmen darstellt.

Darauf bezogen muss auch angemerkt werden, dass dieses Phänomen auch für das Ohr bekannt ist. Vibrieren zwei Klaviersaiten in nur geringfügig unterschiedlichen Schwingungen, wird auf einer anderen Frequenz deutlich ein rhythmischer Klang vernommen, obwohl der Klang physisch nicht präsent ist. Darüber hinaus ist eine Reihe von den Tastsinn betreffenden Täuschungen bekannt. Die wohl bekannteste mag jene sein, welche erzeugt wird, wenn ein Objekt mit den Fingerspitzen von überkreuzten Fingern berührt wird, sodass der Eindruck entsteht, es wären zwei Objekte anstatt von einem.

Aus dem eben Gesagten ergab sich die Notwendigkeit, eine Instrumentenanordnung zu entwerfen, um die tastbaren Beobachtungen der Schädelbeweglichkeit tatsächlich nachzuweisen.

Abbildung 1. Instrument von vorne gesehen; zeigt das dem Kopf angepasste Flexicast-Kissen.

Eine intensive Durchsicht der wissenschaftlichen Literatur ergab bis dato keinerlei Untersuchung der Motilität des lebenden Schädels. Die anatomischen Studien von Pritchard, Scott und Girgis3 untermauerten Dr. Sutherlands Theorie, dass die Strukturen des Schädels dazu vorgesehen sind, Bewegung zu erlauben und weiteten dieses Konzept in der Tat auf mehrere Tierarten aus. Jedoch wurde das somit vorgelegte Konzept noch nicht experimentell diskutiert.

Daher beauftragte ich 1962 F. G. Steele, einen begabten Elektroingenieur und Computerdesigner, ein elektronisches Aufzeichnungsgerät zu entwerfen, das geeignet war, kleinste Expansions- und Kontraktionsbewegungen am lebenden Schädel zu erfassen. Dieser Aufsatz wurde mit Steeles Hilfe erarbeitet, denn das Verstehen der Zusammenhänge zwischen den Gesetzen der Elektronik, den Gesetzen der Mechanik und den Gesetzen der Nervenfunktion ist für das Verständnis der am Instrumentendesign beteiligten Prinzipien und der Interpretation der Ergebnisse unerlässlich.

Mechanische Aufzeichnung

Bei dem Instrument wurde berücksichtigt, dass Berührungen nicht-linear verlaufen. Das Nervensystem gibt Signale ans Gehirn weiter, die fälschlicherweise Sinuskurven der Frequenzen der Summen und Differenzen der tatsächlich präsenten rhythmischen Bewegungen einschließen.

Abbildung 2. Nahaufnahme des Instruments mit Druckmesser und Übertragungsarm

Abbildung 3. Seitliche Ansicht mit Objekt in situ.

Täuschungen des Tastsinns im Sinn von rhythmischen Bewegungen im Kopf oder jedem anderen Körperteil einer Versuchsperson mögen in folgender Weise auftreten:

Die Fingerspitzen des Versuchsleiters sind leicht auf dem Kopf der Versuchsperson platziert, der Kopf und die Hände so gestützt, dass keine weiteren Bewegungen stattfinden. Die Kopfhaut sowie auch die Finger erfahren aufgrund der zwei Pulswellen leichte Ausdehnungen und Kontraktionen. Falls angenommen werden kann, dass die Finger als linear federnde Kontakte fungieren, entsteht ein Druck an den Kontaktoberflächen, der proportional zur Summe der Pulsamplituden verläuft.

Die nächste Annahme besteht darin, dass die druckempfindlichen Neuronen eine nichtlineare Reaktion aufweisen. Ein Graph der neuronal vermittelten Druckänderungen würde demnach eher kurvenförmig als geradlinig verlaufen. Man könnte folgerichtig annehmen, dass die menschlichen Drucksensoren eher eine logarithmische als eine lineare Reaktion anzeigen würden.

Unter diesen Umständen kann mathematisch veranschaulicht werden, dass die Neuronen nicht nur zwei Rhythmen wahrnehmen, sondern noch zwei weitere innere rhythmische Signale mit sich wiederholenden Frequenzen – eines am Summengipfel und eines am Differenzgipfel der zwei Pulsfrequenzen.

Abbildung 4. Apparat von oben mit Objekt in situ.

Abbildung 5a (links). Aufzeichnung vom 30. Mai 1963. Geschwindigkeit des Oszillografen: 1 mm/​sec. Von rechts nach links gesehen: Der mit der thorakalen Atmung synchrone Zyklus vor und nach gehaltener Einatmung, bei der keine bedeutende Bewegung außer jener des Pulses festgehalten wurde. Abbildung 5b (rechts). Nachdem die Druckmesser fester gezogen wurden, konnten deutliche rhythmische Bewegungen während gehaltener Einatmung aufgezeichnet werden.

Abbildung 5c. Nach weiterem Anziehen der Druckmesser weisen die rhythmischen Bewegungen während gehaltener Einatmung eine größere Amplitude auf und sind langsamer als beim vorausgehenden bzw. folgenden Respirationszyklus. Nach diesem Test, bei dem der Druck bis hin zur Schwelle des Unangenehmen verstärkt wurde, bekam der Patient starke Kopfschmerzen.

Abbildung 6. Aufzeichnung einer anderen Versuchsperson. Oszillografengeschwindigkeit: 5 mm/​sec. Bei Unterbrechungen der Atmung erfolgte eine Reduktion der Amplitude und eine Veränderung der Frequenzen.

Kleinere translatorische Bewegungen im Bereich zwischen 0,00025 - 0,25 cm traten häufig auf. Es stehen eine Reihe von Geräten mit Sensoren zur Verfügung, die derartige Verschiebungen registrieren können und mithin als aussagekräftig für die Erforschung erscheinen. Daher ist die Empfindsamkeit des Druckmessers eine ernstzunehmende aber nicht dominierende Angelegenheit. Falls erforderlich, sind optische Techniken verfügbar, die Bewegungen geringer als 0,0000025 cm ausmachen können. Der so genannte Mossbauer-Effekt kann theoretisch dazu genutzt werden, um Bewegungen darzustellen, die noch langsamer als das Wachstum eines Fingernagels ablaufen.

Abbildung 7a (oben). Drei Abschnitte der Aufzeichnung derselben Versuchsperson Oszillografengeschwindigkeit: 5 mm/​sec. Die Schädelbewegungen sind im oberen Verlauf und das Pneumogramm darunter zu sehen. Von rechts nach links gesehen, zeigt das Pneumogramm zwei Respirationszyklen vor dem Abbruch der Atmung, mit durchweg anhaltender langsamer, flacher Exhalation.

Abbildung 7b (Mitte). Ein späterer Abschnitt zeigt einen schädelinhärenten Rhythmus, welcher der Thoraxbewegung nachhinkt und einen Bewegungshöhepunkt während unterbrochener Einatmung vorweist und weder von der Atmung noch von den Arterien ausgeht.

Abbildung 7c (unten). Ein noch späterer Abschnitt zeigt einen phasenverschobenen Verlauf.

Alle vorrangigen Überlegungen bezogen auf das Design waren auf die Applikationen der Druckmesser bezogen, um gesuchte Bewegungen aufzeichnen und unerwünschte ausschließen zu können. Letztere entstehen aus mindestens drei Quellen heraus:

1 Die großflächigen Bewegungen des Thorax während der Atmung können eine Reihe unterschiedlicher kleiner Bewegungen im Kopf hervorrufen.

2 Unwillentliche Bewegungen der Versuchsperson sowie Schlucken, Schniefen, Zusammenbeißen der Zähne oder sich einstellende Müdigkeit, implizieren sowohl vorübergehende Störungen als auch Nullverschiebungen.

3 Der Puls impliziert eine rhythmische Bewegung der Kopfhaut mit einer Amplitude der gesuchten Bewegung. Zusätzlich müssen Veränderungen im Tonus der Kopf- und Halsmuskulatur als verdächtig gelten.

Es gibt zwei grundlegende Methoden Druckmesser anzubringen. Eine davon ist, sie unmittelbar auf der Versuchsperson zu platzieren, die andere besteht darin, sowohl die Druckmesser als auch die Versuchsperson an einem gemeinsamen festen Rahmen anzubringen. Der gepolsterte Tisch stellt hierbei diese augenscheinliche Einheit dar.

Jede Anbringungsmethode hat Vorteile, birgt aber auch Probleme.

Direkt am Kopf angebrachte und durch ihn gehaltene Druckmesser sind relativ unempfindlich gegen Kopfbewegungen, da sie sich mitbewegen. Es empfiehlt sich die Anbringung in sitzender Position der Versuchsperson. Die von der Atmung ausgehenden Störungen sollten minimal sein, aber anhaltende Schwierigkeiten aufgrund von großen Pulssignalen sind wahrscheinlich. Am Kopf angebrachte Systeme weisen sowohl Schwierigkeiten bei der Lokalisierung als auch der Wahrnehmung von Bewegungen im Kopf auf. Zudem entstehen Probleme, weil sie die Druckmesser in willkürliche Positionen verlagern und daher bei der Druckmessung selbst.

Mit Vorrichtungen, die nicht unmittelbar an der Versuchsperson angebracht werden, verhält es sich tendenziell umgekehrt. Schwierigkeiten mit unerwünschten Kopfbewegungen liegen auf der Hand. Es ist also äußerst wünschenswert, der Versuchsperson die Geräte anzulegen, während sie sich in Rückenlage befindet. Die Pulssignale werden hierbei minimiert, wobei jedoch die Signale der Atmung die Hauptschwierigkeit darstellen.

Die Druckmesser könnten in ihrer Position frei bewegt, ihre Lokalisation könnte gemessen und sie mit geregeltem Druck angebracht werden.

Man entschied sich, die Arbeit mit einem System zu beginnen, das die Standardbedingungen unter welchen Palpation, Diagnose und Behandlung normalerweise ausgeführt werden, so abbildgetreu wie möglich reproduzieren würde. Daher wurde die externe Anbringung gewählt. Eine wichtige zusätzliche Abwägung war, dass eine Störung durch die Atmung vorteilhafter sei als eine Störung durch den Puls, denn die Atmung kann willentlich unterbrochen werden.

Die Wahl einer instrumentellen Versuchsanordnung, welche einer Palpation entspricht, schien bei der Entwicklung am rationalsten. Wie bereits erwähnt besteht der hauptsächliche Nachteil der Druckmesserfixierung am Tisch in ihrer Sensitivität gegenüber den Kopfbewegungen. Um diesem prinzipiell entgegenzuwirken, müssten am Rahmen zwei aufeinander abgestimmte Druckmesser angebracht werden, die auf den gegenüberliegenden Seiten Kontakt mit dem Kopf haben. So werden die Signale bei Bewegungen des gesamten Kopfes gegenseitig aufgehoben, wohingegen Ausdehnungen oder Kontraktionen ein verdoppeltes Signal erzeugen würden.

Abbildung 8. Aufzeichnung des Schädels während zwei Perioden, als die Atmung in Mittelstellung angehalten wurde bzw. nach tiefer Einatmung. Es konnte ein Rhythmuszyklus von ungefähr fünf Sekunden im Schädel festgestellt werden.

Abbildung 9a. Aufzeichnung eines Patienten mit hypertrophischer Osteitis frontalis. Die Schädel-Druckmesser an den Ossa parietalia zeigen eine ausgeprägte Verzögerung zwischen den Spitzen der Schädelbewegung im oberen Verlauf und den Atemspitzen im unteren Verlauf. Kräftiges Einatmen wird von einer weitreichenden Auslenkung des Schädels begleitet.

Abbildung 9b. Derselbe Patient wie oben. Die auf den lateralen Winkeln des Os frontale platzierten Druckmesser zeigen keine signifikanten Bewegungen. Dies stimmte mit den Ergebnissen der Palpation überein.

Besäßen Menschen komplette Quadratschädel – also, wenn die zwei Schädelseiten parallel wären – wäre die Balance vollständig. Für unsere Versuchsanordnung ist es von Nachteil, dass die Seiten des Kopfes zur Stirn und zur Kuppel hin abgeschrägt sind. Das Atmen lässt den Kopf durch das Anheben und Absenken des Thorax leicht über dessen effektiven Stützungspunkt schwanken, was den Kopf durch eine Bewegung wiederum dazu veranlasst, die Druckmesser weiter auseinander beziehungsweise weiter zusammen zu bewegen.

Daher kann der Einfluss einer kontinuierlichen Atembewegungen nur teilweise eliminiert werden. Um weitere Störungen möglichst gering zu halten, muss man dem Design der Nackenstütze besondere Aufmerksamkeit schenken. Es ist offensichtlich, dass deren Elastizität eine unerwünschte Eigenschaft darstellt, welche aber leider zur üblichen Ausstattung zählt. Das typische Kissen hat nun einmal eine federnde Eigenschaft. Unter dem Kopf platziert wird es nicht nur durch das Gewicht des Nackens, sondern auch durch einen gewissen Teil des Gewichts der oberen Schultern heruntergedrückt. Da sich die Schultern durch die Atembewegung des Thorax anheben, verringern sie die Last des unteren Halsabschnitts; das Kissen hebt leicht ab und ein Schwanken des Kopfes folgt.

Nach viel Herumprobieren mit speziell geformten Holzapplikationen und anderem Zubehör, wurde das Problem mittels eines kleinen Sandsacks gelöst. Dies erwies sich als die beste Lösung, da Sand bequem ist und sich ohne große Elastizität allen Formen leicht anpasst. Die Ruhigstellung des Kopfes wurde später durch die Nutzung eines Flexicast-Kissens verstärkt. Dies ist ein mit einem pulverisierten Plastik gefülltes Gebilde aus Gummi, das sich in der Anwesenheit von Luft wie jedes andere feine und körnige feste Material und damit auch wie ein Sandsack verhält, indem es sich an die Form des Kopfes anpasst, um eine komfortable, nicht nachgebende Stütze zu bieten. Saugt man aus ihm jedoch die Luft heraus, verbacken die Plastikkörner in nahezu betonharter Konsistenz. Da die Form der des Kopfes entspricht, welcher nun in seiner ‘Gipseinfassung’ ruhig gestellt wird, bleibt das Kissen bequem. Zwischen den ausgleichenden Druckmessern und der unelastischen Kopf- und Halsstütze kann somit die Auswirkung der externen physischen Koppelung der Thoraxbewegung und des Kopfs auf ein Minimum reduziert werden.

Die Effektivität des Kontakts zwischen Druckmessern und Schädel stellten das zweite ernstzunehmende Problem dar. Einmal war die Rede davon, kleine Schrauben in den Schädel einer Versuchsperson zu stecken und die hervorstehenden Schraubenköpfe als Messpunkte zu benutzen. Zahnärzte schlugen die Nutzung von kleinen L-förmigen Metallklammern vor, wie sie im zahnärztlichen Bereich verwendet werden, um Bewegungen der Oberkiefer zu erfassen. Ein Arm des Ls wird mit Knochenkontakt ins weiche Gewebe geschoben und in seiner Position durch Fibrosierung fixiert. Der andere Arm wird, sobald erforderlich, an Mess- und Aufzeichnungsinstrumente angeschlossen. Eine ähnliche Applikation wurde konzipiert, um Bewegungen auch bei anderen Schädelknochen aufzuzeichnen. Dabei wurden Metallklammern eingesetzt und in ihrer Position versiegelt, damit sie bei Bedarf verwendbar waren. Da die Schlange Freiwilliger, die draußen vor der Tür wartete, unerhofft kurz blieb, wurde auf diese Methode verzichtet.

Im Allgemeinen ist die Kopfhaut eine dämmende Zwischenschicht, die nicht nur die schon vorhandenen kleinen Bewegungen unterhalb ihr abdämpft, sondern selbst einen Ausgangspunkt störender Signale darstellt. Daher war es wünschenswert, dass die Druckmesser den besagten Kopfhauteffekt auf ein Minimum reduzieren und alle übrigen Impulse standardisiert messen würden. Dies impliziert aber die Anbringung der Druckmesser mit einem bestimmten Druck.

Die schließlich gewählten Druckmesser hingen schließlich frei hängend an einem Paar hochwertiger Federn, also ohne jeglichen reibenden Kontakt. Ihre Spitzen waren parabelförmig, mit einem Durchmesser von ungefähr 0,7 cm. In der verwendeten Anordnung wurden sie durch einen Satz Schrauben solange festgezogen, bis die Versuchsperson ein deutliches Druckgefühl angab. Da sich das Kopfhautgewebe unter der Bewegung der Spitze des Plastikdruckmessers langsam verformt und vorübergehend eine Delle bildet, wurden die Druckmesser einige Minuten später nachjustiert. Das Gewebe zwischen dem Zentrum des Druckmessers und dem Schädel bestand anschließend vermutlich aus einer Zellmasse, von der die interzelluläre Flüssigkeit zu einem großen Teil ausgeschlossen wurde und deren Kapillare abgeklemmt waren.

Diese Feststellung wurde durch die Tatsache bestätigt, dass sich die Pulssignale bei festerer Applikation tendenziell schwach zeigten. Es scheint zudem, dass anfänglich feste Einstellungen durch Verformung des Plastiks auf dem Kopfhautgewebe stufenweise immer leichter werden. Daher genügte nach Erreichen eines bestimmten Balancespunktes ein leichter Kontakt. Die Technik des schrittweisen Nachjustierens wurde nur von einigen Versuchspersonen als unangenehm empfunden, und zwar bei denen, bei denen ein zu starker Enddruck aufgebaut wurde.

Obwohl viele Jahre vergehen werden, bevor gesagt werden kann, welche Größe, Form, Material und welcher Druck der Spitze wohl am geeignetsten ist, scheint es, dass die Druckmesser, die in dieser Art benutzt werden, zufriedenstellende Ergebnisse liefern und deren Anbringung dennoch schmerzlos und leicht vonstatten geht. Da einige der besten Ergebnisse bei Frauen mit üppigem Haarwuchs auftraten, wurde auf die Routine der speziellen Auswahl kahlköpfiger Männer als Versuchspersonen verzichtet.

Die benutzten Druckmesser wurden auf verschiedene hochempfindliche Differenzialtransformatoren abgestimmt.

Der Oszillograf wurde mit einem Schreiber speziell auf die Aufnahme von Signalen dieser Applikation eingestellt. Die beiden Ausgänge der Transformatoren wurden gegengeschaltet, um unerwünschte Bewegungen und eine Verdoppelung von erwünschten Bewegungen aufzuheben. Der Transformator wurde anderen Geräten vorgezogen, weil er wahrscheinlich den zuverlässigsten und am ehesten wiederholbar und störungsfrei einsetzbaren Vertreter der Standardsensoren darstellt und zudem achtbare Ergebnisse liefert.

Bericht über die Studie

Die Arbeit wurde grob in vier Zeitabschnitte eingeteilt:

Erste Periode

Im ersten Teil der Studie wurde eine Einheit aus einem Sperrholzrahmen und einem standardisierten Paar an Überschuss-Umwandlern mit angebrachten Federn zusammengestellt. Obwohl die Ergebnisse überwiegend schlecht waren, zeichneten sie sich durch einen schnellen Aufbau der Versuchsanordnung aus. Man lernte genug, um die nächste Variante einzusetzen. Die bedeutendste Entdeckung dieser Periode war, dass die Schädelbewegungen viel geringer sind als angenommen und sich in einem Bereich von 0,0002 - 0,0025 cm bewegen.

Zweite Periode

Während der zweiten Periode wurde das momentan verwendete Gerät erarbeitet (siehe Abbildung 1 - 4), montiert und in Betrieb gesetzt. Als Druckmesser wurden die empfindlichsten käuflich verfügbaren Differenzialtransformatoren eingesetzt. Diese Periode nahm viel Zeit in Anspruch und es gab eine Reihe von kleinen ungeklärten Schwierigkeiten, die einer erfolgreichen Aufzeichnung im Weg standen und die nur im Nachhinein als eher amüsant zu betrachten waren. Es gab jedoch eine signifikante Aufzeichnung vom 30. Mai 1963, die aus jener bedrückenden Zeit unserer Bemühungen Bestand hatte (Abbildung 5a, 5b und 5c). In dieser Periode wurde die erste unmissverständliche Aufzeichnung des Kranialen Rhythmischen Impulses, unabhängig und verschieden von Puls und Atmung, gemacht.

Weil die großen Druckmesser so fest angezogen waren, litt die Versuchsperson an starken Kopfschmerzen. Dennoch war bewiesen worden, dass eine solche Bewegung existiert und aufgezeichnet werden kann. Es wurden geringe Veränderungen in der Apparatur vorgenommen, um den Vorgang weniger traumatisch für die Versuchsperson zu gestalten. In allen nachfolgenden Experimenten wurden Druckmesser von ca. 0,6 cm Durchmesser benutzt.

Abbildung 6 zeigt die Aufzeichnung eines Mannes mit exzellenter Kontrolle seiner Atmung und stellt die Amplitude der Welle und einige Variationen der Frequenz während einer Phase mit angehaltener Atmung dar. Die Ergebnisse sind besser, sobald die Versuchsperson dazu in der Lage ist, die Atmung am Umkehrpunkt zwischen Ein- und Ausatmung anzuhalten. Jedoch weisen nur wenige Versuchspersonen die dafür erforderliche Körperbeherrschung auf und neigen oft dazu, den Atem anzuhalten.

Dritte Periode

1964 wurden auf ein und derselben Aufzeichnung die Bewegung des rhythmischen Impulses des Schädels und simultan dazu pneumografische Aufzeichnungen gemacht. Endlich erhielt man signifikante Aufzeichnungen. Danach wurde die Häufigkeit von Aufzeichnungen, die den von Dr. Sutherland beschriebenen Rhythmus zeigten, fortlaufend erhöht. Jetzt war es wahrscheinlich, vergleichbare Aufzeichnungen von den meisten Versuchspersonen bzw. von ein und derselben Versuchsperson zu jeder gegebenen Gelegenheit zu bekommen.

Abbildung 10. Drei Abschnitte desselben Bandes zeigen interessante Schwankungen. Links ist die Korrelation zwischen den Schädel- und Thoraxbewegungen in hohem Maße unregelmäßig. In der Mitte hat sich die Amplitude des Schädelrhythmus über den des Atemzyklus angehoben. Rechts ist ein Abschnitt mit einem von der Atmung unabhängigen Schädelrhythmus zu sehen.

Es werden zwölf Aufzeichnungsbeispiele vorgestellt, wobei man berücksichtigen sollte, dass eine typische Aufzeichnung ungefähr 15 Meter lang ist und hier nur ein paar Zentimeter dargestellt werden können. Nicht alle gewählten Abschnitte zeigen unbedingt die besten Abbildungen zur Veranschaulichung des schädelinhärenten Rhythmus, obwohl es davon inzwischen nicht gerade wenige gibt. Einige der gezeigten Abschnitte veranschaulichen jedoch überraschende Ergebnisse, die unerforschte Ausblicke anzudeuten scheinen. In der ersten Periode der Studie war es schwierig den optimalen Druck der Druckmesser zum Schädel zu bestimmen. Dies galt nun auch für den Pneumografen, welcher um den Thorax herum befestigt wurde. Daher stellte ich mich als Versuchsperson zur Verfügung, sodass ich meine eigenen subjektiven Beobachtungen mit der objektiven Aufzeichnung abstimmen konnte.

Abbildung 11a. Abschnitte der Aufzeichnung eines rüstigen Mannes in seinen 80ern zeigen eine bemerkenswerte inhärente Bewegung. Die Rhythmen am Schädel und bei der Atmung verlaufen nicht synchron.

Bei erstmaliger Fixierung der Druckmesser am Kopf, konnte ich einen pochenden arteriellen Puls wahrnehmen, der nach kurzer Zeit nach und nach verschwand. Als die Druckmesser nachjustiert wurden, spürte ich eine übertragene Atembewegung, das heißt, eine mit der thorakalen Bewegung verbundene Bewegung des Kopfes. Bei weiterem Festziehen wurde mir die rhythmische, zyklische Zu- und Abnahme des Drucks, der vom Inneren des Kopfes her kommt und gegen die Druckmesser drückt, allmählich bewusst. Dieser nahm abhängig von der inneren Bewegung ab bzw. zu. Bei vorwiegend lateraler oder medialer Richtung, konnte ich die Druckmesser wahrnehmen. Bei antero-posteriorer Bewegung nahm der Druck auf die Druckmesser ab. Die Korrelation dieser Beobachtungen mit den Aufzeichnungen legten zugrunde, dass Abschnitte, die eine geringe Amplitude zeigten, mit der antero-posterioren Bewegung innerhalb des Kopfes zusammenfielen. Sobald die thorakale Atmung an einem ihrer Umkehrpunkte unterbrochen wurde, war die Schädelbewegung gegenüber dem Druckmesser leicht von innen her „palpierbar”. Bei Anhalten der Luft nach kraftvollem Einatmen, schien der dadurch hervorgerufene verstärkte schädelinhärente Druck die Amplitude der Bewegung zu reduzieren. Der Spannungsgrad des Pneumografen um den Thorax war wichtig, da er die Schädelbewegung beeinflusste. Als er fest genug angezogen wurde, um einen Widerstand gegenüber der thorakalen Ausdehnung darzustellen, wurde einerseits sofort ein Anstieg der diaphragmatischen und abdominalen Abweichung und andererseits eine Verstärkung der übertragenen Respirationsbewegung des Kopfes verzeichnet. Es wurde offensichtlich, dass das Band fest genug gespannt sein musste, um sich gemeinsam mit dem Thorax zu bewegen, aber dennoch leicht genug, um dessen Bewegung nicht einzuschränken, sollte der kraniale Impuls davon unbeeinflusst bleiben.

Abbildung 11b. Dieselbe Person wie oben. Aufzeichnung der langsamen Schädelbewegung während angehaltener Atmung.

Abbildung 12 . Aufzeichnung des Schädels eines 19-jährigen Jugendlichen mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/​sec.

Abbildung 7a, 7b und 7c zeigen drei Abschnitte derselben Aufzeichnung, mit dem Verlauf der Schädelbewegungen oben und dem Pneumogramm darunter. Das Pneumogramm zeigt zwei Atemzyklen vor Unterbrechung der Atmung, mit kontinuierlichem langsamem, leichtem Ausatmen. Obwohl es keinen Bewegungszyklus bei der Aufzeichnung des Schädels während angehaltener Atmung gab, fing der Zyklus der Respirationsbewegungen zuerst im Kopf und nicht in der Lunge an. Es ist unwahrscheinlich, dass hierdurch eine starke unwillentliche Anstrengung der Atemmuskulatur reflektiert wird, die im Mund und der Kehle aufgehalten wurde, da der Pneumograf besonders empfindlich auf solche Muskelbewegungen reagiert und einen abgebrochenen Atemversuch deutlich hervorheben würde. Stattdessen zeigt er eine langsame Ausatmung, die weitergeht, bis eine erneute Einatmung stattfindet.

Im zweiten Abschnitt hinkte der Schädelrhythmus der Thoraxbewegung hinterher, und im Abschnitt während der unterbrochenen Atmung gab es einen Bewegungshöhepunkt, der weder aufgrund der Atmung noch arteriell bedingt war.

Im dritten Abschnitt zeigen sich die zwei Verläufe phasenverschoben. Abbildung 8 zeigt die Aufzeichnung der Schädelbewegung in zwei Abschnitten, als die Atmung unterbrochen wurde und in der Mitte des Atemzyklus. Jedem Abschnitt ging eine tiefe Einatmung voraus.

Von den für das Experiment ausgewählten Versuchspersonen waren bewegungsreiche Mechanismen im Schädel bekannt, da ja die Absicht dieser Studie war, zu versichern, dass in einem gesunden Kopf Bewegungen stattfinden. Jedoch wurde eine Ausnahme von dieser Regel zugelassen, als sich eine Patientin mit hypertrophem Os frontale vorstellte (Abbildung 9a und 9b).

Abbildung 10 zeigt drei Abschnitte einer Aufzeichnung eines bemerkenswert bewegungsreichen Mechanismus des Schädels. Es gab viele interessante Variationen bei den Eigenschaften der Abweichungen, der Verhältnisse der Phasen zur Atmung, überlagerte schnelle Schwingungen und langsame Wellen. Zudem war die Korrelation mit den Thoraxbewegungen in hohem Maße unregelmäßig. Später gestaltete sich die Amplitude des schädelinhärenten Rhythmus größer als die des Atemzyklus. Dies erleichterte die Unterscheidung der Komponenten im Gegensatz zu vorher, obwohl das Ganze immer noch durch die Vermischung verzerrt wurde. Das überlagerte Pulssignal wies ein ungewöhnliches Ausmaß auf.

Abbildung 11a und 11b zeigt einen bemerkenswerten Grad an Schädelbewegungen bei einem rüstigen Mann in seinen 80ern. Seine erstaunliche Fähigkeit bezogen auf das Anhalten der Atmung machte ihn zu einer idealen Versuchsperson, und er hatte die zusätzliche Qualifikation vollkommen kahlköpfig zu sein. Schädel- und Atemrhythmen waren nicht synchron.

Abbildung 13a. Verlauf der Schädelbewegung und plethysmografische Aufzeichnung vom rechten Unterarm. Während leichter, ruhiger Atmung fällt eine starke Abnahme des Extremitätenumfangs mit der kontraktilen Phase des Schädelzyklus nahezu zusammen.

Abbildung 12 zeigt eine Aufzeichnung, die auf dem Schädel eines 19-jährigen Jugendlichen basiert. Während einer Phase, in welcher er den Atem anhielt, veränderte sich der Schädelrhythmus von einem mit der thorakalen Atmung synchronen Muster hin zum von Dr. Sutherland beschriebenen inhärenten Rhythmus, der sich langsamer als die thorakale Atmung erweist und sich auch entsprechend von ihr unterscheidet. Seine Atemfrequenz lag bei ungefähr 15,5 Zyklen pro Minute und die Frequenz der Schädelbewegung betrug 12,8 Zyklen pro Minute.

Vierte Periode

1965 wurde der zweite Kanal des Oszillografen für die plethysmografische und nicht wie sonst für die pneumografische Studie benutzt. Die vierte Phase dieser Forschungsarbeit war darauf ausgerichtet zu bestimmen, welcher Zusammenhang zwischen den Veränderungen des Umfangs von Finger oder Unterarm bezogen auf die rhythmischen Zyklen des Schädels besteht. Der Plethysmograf verzeichnet Umfangsänderungen der Anteile, die er umschließt. Derartige Veränderungen äußern sich in erster Linie in der veränderten Blutmenge, aber die Bewegung von Gewebeflüssigkeiten darf als ein wichtiger beitragender Faktor zur Veränderung des Umfangs nicht übersehen werden, auch wenn sie von geringerer Bedeutung ist.

In Abbildung 13a und den folgenden Abbildungen ist die Aufzeichnung der Schädelbewegungen oben und die plethysmografische Aufzeichnung unten abgebildet. Die Aufzeichnung in Abbildung 13a wurde während leichter, ruhiger Atmung erstellt und zeigt eine starke Umfangsreduktion am rechten Unterarm, die nahezu mit der kontraktilen Phase des kranialen Rhythmus zusammenfällt.

Abbildung 13b stellt eine spätere Aufzeichnung derselben Versuchsperson während einer Phase mit angehaltener Atmung dar. Während der drei Schädelzyklen am Anfang der Periode gab es eine Änderung im Grad der Abnahme des Extremitätenumfangs bezogen auf den Extremitätenumfang während der Atmung.

Abbildung 13c ist eine Aufzeichnung derselben Person an einem späteren Tag, mit dem Plethysmografen am linken Mittelfinger. Bei gehaltener Einatmung sowie bei leichter Atmung korreliert der Höhepunkt Schädelexpansion nahezu vollständig mit dem Tiefpunkt des Fingerumfangs.

Abbildung 14 wurde mit dem Plethysmografen am Unterarm aufgenommen und zeigt wiederum, dass der Höhepunkt der Schädelexpansion mit dem Tiefpunkt des Unterarmumfangs zusammenfällt.

Viele weitere Aufzeichnungen zeigten das beschriebene Verhaltensmuster während der Atmung sowie auch bei deren Unterbrechung. Ich wage anzunehmen, dass die rhythmischen Schwankungen des Extremitätenumfangs unabhängig von der Atmung eng mit den Rhythmusschwankungen im Kopf verbunden sind. Diese Beobachtung ruft viele Fragen hervor, die weitere Studien und Analysen verdienen.

Die wenigen hier präsentierten und viele andere dokumentierte Beispiele erlauben die Behauptung, dass es eine Motilität des Schädels gibt, die langsamer als die Motilität des vaskulären Pulses und der thorakalen Atmung ist und sich von ihnen unterscheidet. Es wurde zudem gezeigt, dass die besagte Bewegung mechanisch aufgezeichnet werden kann. Abbildung 9 zeigt, dass die mechanische Aufzeichnung und die durch Palpation gewonnenen Befunde bezogen auf das Bewegungsausmaß übereinstimmen.

Zusammenhang der Schädelbewegung mit anderen physiologischen Phänomenen

Die Zielsetzung des Projekts bestand in einer Studie der inhärenten Bewegung des Organismus. Die Motilität des Herzmuskels und des Gefäßsystems erzeugen die bekannte arterielle Pulsierung. Die Motilität des Zwerchfells, der Interkostalmuskulatur und der Lunge erzeugen die rhythmische Bewegung der Atmung. Die dem Verdauungssystem inhärente Motilität, als Peristaltik bekannt, stellt einen wesentlichen Faktor für Verdauung, Assimilation und Ausscheidung dar. Eine Bewegung peristaltischer Art treibt Urin im Harnleiter und Galle die Gallenwege entlang. Die Motilität der Spermazellen ist wesentlich für die Befruchtung. Laborit4 äußerte die Meinung, „dass jede erregbare Einheit mit einem Automatismus ausgestattet ist”. Er zitierte die Winterberg-Experimente über den Automatismus embryonaler Muskulatur und stellte fest: „Der Autor bemerkte rhythmische Bewegungen in den Muskeln des Embryos, als er die Entwicklung von Knorpelfischen erforschte.” Laborit schrieb weiter:

Die Differenzierung von Strukturen und Funktionen macht diese rhythmische Periodizität in erwachsenen Organismen weniger wahrnehmbar, da dieser Aspekt nur auf der Ebene einiger privilegierter Gewebe, wie etwa dem Lymphgewebe, oder einigen Nervenzentren, wie den Atemzentren, erhalten bleibt.

Abbildung 13b. Aufzeichnung während angehaltener Atmung derselben Versuchsperson wie in Abbildung 13a. Während der drei Schädelzyklen rechts gibt es, verglichen mit jenen während der Atmung, eine Verschiebung der Abnahme des Extremitätenumfangs.

Abbildung 13c. Simultane kraniale und plethysmografische Aufzeichnungen der Versuchsperson in Abbildung 13a und 13b zu einem späteren Zeitpunkt. Die linke Hand wurde neben den Körper gelegt und der Plethysmograf befand sich am linken Mittelfinger: Während angehaltener Atmung (links) und leichter Atmung (rechts) erscheint der Höhepunkt der Schädelexpansion fast zum gleichen Zeitpunkt wie der Tiefpunkt des Fingerumfangs. Zwischen den auf der plethysmografischen Aufzeichnung erscheinenden langen, langsamen Zyklen von 50 bis 60 Sekunden und den Veränderungen im Schädel besteht anscheinend kein Zusammenhang.

Best und Taylor5 konstatierten:

Die vasomotorischen Zentren weisen einen inhärenten Automatismus auf, da ihre kontinuierliche Entladung sogar nach der Beseitigung aller neurologischen Einflüsse persistiert.

Ruch und Fulton6 beschrieben auch die tonische Aktivität der Neuronen im vasomotorischen Zentrum. Sie berichteten zudem:

Der Rhythmus der Impulsgruppen wird oft mit dem Atemrhythmus assoziiert; an anderen Stellen wird er mit dem Herzschlag in Verbindung gebracht, obwohl er häufig keinerlei Beziehung zu irgendeinem beobachtbaren zyklisch verlaufenden Phänomen im Körper aufweist.

Sie beobachteten, dass die Wellen der rhythmischen Funktion zu bestimmten Zeiten viel länger sind als die mit der Atmung verbundenen Wellen. Rhythmische Schwankungen der Aktivität des vasomotorischen Zentrums sind so sicher wie die periodische Zu- und Abnahme des allgemeinen arteriellen Drucks. Diese wechselnden Druckwellen werden üblicherweise als Traube-Hering-Wellen bezeichnet, obwohl dieser Begriff, streng genommen, nur auf jene Wellen, „die Traube in Tieren mit geöffnetem Thorax und paralysiertem Zwerchfell beobachtete”, angewandt werden sollte. Diese Wellen gehen auch aus den rhythmischen Schwankungen der Aktivität des vasokonstriktorischen Zentrums hervor. Zudem treten im Schlaf gleichermaßen viel längere wellenartige Schwankungen auf.

Die Arbeit von Sears7 an noch spontan atmenden narkotisierten Katzen deutete an, dass das Atemzentrum der Medulla möglicherweise über eine vergleichbare rhythmische Aktivität verfügt, welche die Atmung durch entsprechende Motoneuronen im Rückenmark beeinflusst. Beim Studium und der Dokumentation intrazellulärer Vorgänge in den besagten Motoneuronen machte er folgende Beobachtungen:

Die Membranpotenziale unterschiedlicher Motoneuronen unterliegen langsamen, rhythmischen Fluktuationen, welche der Periodizität der Atmung entsprechen. In Motoneuronen der Inhalation trat die depolarisierende Phase seiner langsamen Membranpotenziale während der Inhalation auf.

Abbildung 14. Simultane kraniale und plethysmografische Aufzeichnung einer Versuchsperson, die zeigt, dass Höhepunkt der Schädelexpansion und Tiefpunkt des Unterarmumfangs zusammenfallen.

Auf der anderen Seite sagte er:

Die Motoneuronen der Exhalation traten am Umkehrpunkt der Atmung nach Exhalation auf … Da die periodische Aktivierung der respiratorischen Motoneuronen kausal von diesen rhythmischen langsamen Potenzialen abhängt, wurde angenommen, dass sie Zentrale Respiratorische Antriebspotenziale genannt werden können, abgekürzt ZRAPs.

Eine seiner Aufzeichnungen zeigte einen interessanten Übergang von einer mit der Aktivität der Motoneuronen synchronen Potenzialfluktuation zu einer Phasenänderung zwischen den beiden „und schließlich einer Phase mit ZRAPs, resultierend aus einem stetigen Anstieg des durchschnittlichen Membranpotenzials und einer Abnahme der Amplitude der darauf folgenden Zyklen der ZRAPs.“ Die Ähnlichkeit dieser Aufzeichnung mit einigen der kranialen sowie der pneumografischen Aufzeichnungen in der vorliegenden Studie, in denen eine Phasenänderung stattfindet, ist beeindruckend. (Abbildung 10).

Sears fasste zusammen:

Die phasenweise Hemmung ist von beträchtlicher funktioneller Signifikanz, da sie ein Instrument bereithält, mit dem der zentralnervöse Mechanismus der Atmung die segmentalen propriozeptiven Reflexe der Atemmuskulatur kontrollieren kann.

Dieser Effekt konnte bei Wirbeltieren nicht ausgelöst werden.

Eine weitere relevante Frage ist, ob eine Verbindung zwischen der rhythmischen zellulären Funktion, die von Traube, Ruch, Sears und anderen beschrieben wurde, und der aufgezeichneten rhythmischen Bewegung des Schädels existiert.

Laborit4 stellte fest:

Fessard zeigte, dass ein Nerv auf elektrische Stimulation häufig mit Initiierung einer rhythmischen Aktivität antwortet. Monnier und seine Schule führten eine ausgedehnte Untersuchung der rhythmischen Aktivität der Nerven und über die sie dämpfenden Faktoren durch. Laget zeigte, dass die besagte Dämpfung mit den Membranpotenzialen zusammenhing und dass ein Abfall dieses Potenzials die Dämpfung reduzieren und zur Entwicklung einer rhythmischen Aktivität führen kann.

Die russischen Forscher Moskalenko und Naumenko8 führten Experimente durch, um die Frage nach der Existenz eines zerebralen Pulsierens in der geschlossenen Schädelhöhle zu klären. Ihre Definition dieses Pulsierens lautete „periodische Fluktuationen des intrakranialen Drucks”. Mit Elektroplethysmografie wiesen sie nach, dass eine anhaltende Bewegung der Flüssigkeiten zwischen den subarachnoidalen Räumen des Gehirns und dem Rückenmark vorhanden ist. In ihren Langzeitexperimenten mit Katzen wurde die Bewegung der Zerebrospinalen Flüssigkeit in Form von Verschiebungen, die mit der Herztätigkeit, der Atmung und Wellen dritter Ordnung synchron waren, dargestellt. Diese Autoren definierten die Wellen dritter Ordnung als Traube-Hering-Wellen. In der Aufzeichnung erschienen sie dem Atemzyklus ähnlich, nur langsamer.

Kommentar

Durch Deduktion oder direkte Beobachtung kann geschlossen werden, dass das vasomotorische Zentrum und das Atemzentrum auf der Höhe des vierten Ventrikel eine funktionelle Aktivität besitzen, die eine rhythmische Periodizität ähnlich der Atmung, nur langsamer, aufweist. Weiterführende Experimente haben zudem gezeigt, dass die Bewegung der Zerebrospinalen Flüssigkeit nicht synchron mit der Herz- und Atembewegung verläuft, sondern mit einer rhythmischen Periodizität, die der Atmung ähnelt, jedoch langsamer als diese ist. Beobachtung und Aufzeichnung geringster rhythmischer Bewegungen des lebenden Schädels haben veranschaulicht, dass eine expansiv-kontraktile Bewegung synchron mit dem Herzschlag und der Atmung und ebenso mit einer der Atmung ähnlichen, nur langsameren, rhythmischen Periodizität vorliegt. Es wurde auf den Zusammenhang zwischen dem sich ändernden Potenzial und der rhythmischen Aktivität einer Zelle hingewiesen. Das fortwährende Aussenden von Impulsen aus dem Gehirn, um Körperhaltung, Chemiehaushalt, Homöostase usw. aufrechtzuerhalten, kann die Aktivität der individuellen Zellen in ein rhythmisches Muster des gesamten Gehirns aufmultiplizieren, welches klein genug ist, um für das bloße Auge unsichtbar zu sein, aber groß genug um die Zerebrospinale Flüssigkeit zu bewegen, die ihrerseits den empfindlich ausbalancierten Mechanismus des Schädels bewegt.

Weitere Forschung ist nötig, um die verschiedenen beschriebenen physiologischen Phänomene in Beziehung zu setzen. Die rhythmische Bewegung des Schädels, die ihrem ersten Entdecker zur Ehre Sutherland-Rhythmus genannt wird, ist jedoch nicht nur von didaktischem Interesse, sie ist auch von unerlässlicher klinischer Relevanz, wie die Arbeiten von Magoun9, Woods und Woods10 und vielen anderen Forschern gezeigt haben.

Dies ist ein weiterer Beweis für die Behauptung von Dr. A. T. Still, wie Truhlar11 ihn zitierte: „Da Bewegung der erste und einzige Beweis für Leben ist, sind wir durch diesen Gedanken von der Maschinerie, durch die das Leben funktioniert, geleitet, um die Ergebnisse, die in ihrer Bewegung selbst bezeugt werden, zu vervollständigen.“

Zusammenfassung

Im lebenden Schädel existiert tatsächlich eine inhärente Bewegung. Sie kann mit Instrumenten aufgezeichnet werden und ihr Zusammenhang mit anderen bekannten physiologischen Funktionen kann von ihrer auf sie bezogenen Ähnlichkeit abgeleitet werden. Dieser Punkt erfordert jedoch weitere Forschung und seine klinische Relevanz bedarf zudem einer ausgedehnten Dokumentation.

Dank geht an F. G. Steele aus LaJolla, Kalifornien, der die Entwicklung der Apparatur vorantrieb und wichtige Hinweise in die richtige Richtung gab; an die Cranial Academy, die das Material zur Verfügung stellte; und an den physiologischen Berater Dr. I. M. Korr, Kirksville College of Osteopathy and Surgery.