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Neue Kombitherapie für Schlaganfall-Patienten

30 bis 40 Prozent der Schlaganfall-Patienten leiden dauerhaft unter Lähmungserscheinungen, die ihnen den Einsatz der betroffenen Hand versagen. Die innovative Kombination aus zwei nicht-operativen Behandlungsmethoden stellt einen möglichen Therpieansatz für schwer betroffene Patienten dar.

Tübinger Forscher und Ärzte haben einen neuen Behandlungsansatz für schwer betroffene Schlaganfall-Patienten entwickelt. „Viele dieser Patienten können ihre Finger nicht mehr strecken und damit auch ihre Hand nicht mehr wie gewohnt öffnen. Das kann jährlich bis zu 100.000 Patienten allein in Deutschland betreffen“, erklärt Prof. Dr. Alireza Gharabaghi von der Neurochirurgischen Universitätsklinik in Tübingen. Er hat mit seinem Team einen neuen Weg für diese Patienten beschritten. Hierbei werden zwei innovative, nichtinvasive Methoden auf neuartige Weise miteinander kombiniert.

Prof. Dr. Alireza Gharabaghi leitet seit 2009 die Forschergruppe Neuroprothetik am DFG-Exzellenzcluster Centre for Integrative Neuroscience (CIN) der Universität Tübingen und ist Ärztlicher Leiter der 2012 gegründeten Sektion für Funktionelle und Restaurative Neurochirurgie der Neurochirurgischen Universitätsklinik Tübingen. © Gharabaghi

Die beiden Methoden werden bereits seit vielen Jahren in Klinik und Forschung eingesetzt. Es handelt sich erstens um die transkranielle magnetische Stimulation, kurz TMS, zur gezielten Stimulation bestimmter Hirnregionen. Dazu werden Magnetspulen außen am Schädel angelegt. Zweitens handelt es sich um den Einsatz eines Neuroroboters. Dieser kann über eine Gehirn-Maschine-Schnittstelle (Brain-Machine Interface, kurz BMI) per Hirnstrom gesteuert werden. Das heißt, der Patient stellt sich zum Beispiel vor, wie er die Hand öffnet. Der Roboter empfängt über ableitende Sensoren auf der Schädeldecke den elektrischen Impuls, den diese Gedanken erzeugen und setzt ihn mechanisch um, indem er die Fingerglieder streckt: Die Hand öffnet sich. Jede dieser beiden Methoden wird für sich allein genommen bereits eingesetzt. Ein nachhaltiger Durchbruch konnte damit jedoch noch nicht erzielt werden. Den könnte nun eine genau aufeinander abgestimmte, gleichzeitige Anwendung beider Verfahren ermöglichen.

Die smarte Kombination der Geräte ist dabei ein wichtiger Faktor, um ungenutzte Nervenbahnen zu aktivieren. „Es kommt auf das Timimg an, um die Kommunikation zwischen Gehirn und Muskeln wiederherzustellen“, sagt Gharabaghi. „Wir setzen Hand-Roboter ein, wie sie sich im Prinzip jede Reha-Klinik kaufen kann. Auch das Equipment für die TMS ist am Markt frei erhältlich.“ Die Wissenschaftler haben die Gerätschaften so kombiniert, dass sie zu konzertanten Aktionen fähig sind, und die Geräte dabei in gewisser Weise intelligenter gemacht. Dafür haben die IT-Experten und Ingenieure des Teams ihre Kompetenzen eingebracht, die sie bereits bei der Weiterentwicklung der TMS für Neuro-Therapien bewiesen haben.

Glossar

  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Mit Kompetenz im biologischen Sinn ist die Eigenschaft eines Bakteriums gemeint, DNA von außen aufnehmen zu können.
  • Neuron ist der Fachausdruck für Nervenzelle. Diese besteht aus einem Zellkörper, einem Axon und Dendriten.
  • kb ist die Abkürzung für Kilobase. Diese Einheit für die Länge von DNA- oder RNA-Molekülen entspricht 1.000 Basen bzw. Basenpaaren der Nukleinsäure.
  • Brain-Machine Interface ist ein neues Verfahren der Hirnchirurgie, mit dem man Schwerstgelähmten die Steuerung einer Prothese ermöglichen will. Hierfür werden elektrische Signale an der Oberfläche des Gehirns abgegriffen und an einen Computer übermittelt. Dieser interpretiert mit Hilfe mathematischer Analyseverfahren die Bewegungsabsichten des Patienten aus der gemessenen Hirnaktivität und steuert anschließend eine Prothese oder einen Roboterarm an.
  • Physiologie ist die Lehre von den biochemischen und physikalischen Vorgängen in Zellen, Geweben und Organen der Lebewesen.
  • Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist eine nicht-invasive Methode zur Stimulation von Gehirnbereichen mithilfe starker Magnetfelder. Diese Methode wird in einigen Fällen in der neurologischen Diagnostik und noch seltener in der Behandlung bestimmter neurologischer Erkrankungen wie Tinnitus, Apoplexie, Epilepsie, Parkinson oder Depressionen eingesetzt.
  • Magnetresonanztomografie (MRT) oder auch Kernspintomografie ist ein bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Strukturen im Körperinneren. Die MRT beruht auf der Nutzung magnetischer Felder und erlaubt die Erzeugung sehr genauer Schnittbilder des menschlichen Körpers.

Abgelegene Signalwege werden zur Autobahn

Bisher wurde der neue Ansatz bei gesunden Probanden und bei einigen ausgewählten Patienten getestet. Hier hat die Anwendung bereits positive Ergebnisse geliefert. Das grundlegende Prinzip ist stets das gleiche: Wenn einige Nervenbahnen zwischen den motorischen Hirnarealen und der Peripherie, in diesem Fall der Hand, von dem Schlaganfall nicht betroffen sind, können diese mit dem neuen Verfahren nachhaltig gestärkt werden. „Man kann sich das in etwa vorstellen wie eine ausbaufähige, aber etwas abgelegene Umgehungsstraße, die bei einem Stau auf der Autobahn genutzt werden kann“, so Gharabaghi. Die Frage ist, woher die Ärzte wissen, wo diese Umgehungsstraßen sind. „Um das herauszufinden, nutzen wir MRT-Aufnahmen des Gehirns und physiologische Verfahren wie die TMS. Denn die magnetische Stimulation können wir nicht nur therapeutisch, sondern auch diagnostisch nutzen, indem wir schachbrettartig verschiedenen Hirnareale abfahren und Pulse setzen. Mithilfe eines Sensors an der Hand messen wir, ob und wann ein Signal dort ankommt“, erklärt Gharabaghi.

Die gleichzeitige Anwendung eines Neuroroboters und der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) aktiviert bisher ungenutzte Nervenbahnen. © Arbeitsgruppe Gharabaghi, Universitätsklinikum Tübingen

Es muss aber nicht nur eine gewisse neuronale Restaktivität gefunden werden. Ein ganz zentraler Punkt für den Therapieerfolg ist die Motivation und Imaginationskraft des Patienten, sich das Öffnen der Hand auch bildhaft vorzustellen zu können. Genau dann entsteht ein messbares Signal, das an den Handroboter weitergeleitet wird, der daraufhin die vorgestellte Bewegung ausführt. Gleichzeitig, also während der Roboter die Hand öffnet, werden beim Kombiverfahren magnetische Impulse am Gehirn gesetzt. Gharabaghi und seine Mitarbeiter haben in ihren ersten Untersuchungen bereits herausgefunden, dass diese Impulse unmittelbar simultan zur Aktion des Roboters gesetzt werden sollten. Wie genau eine optimale Abstimmung in Frequenz und Dauer aussieht, sollen weitere Studien nun zeigen. „Es gibt verschiedene Formen von Pulsen, die wir einsetzen können, und diverse Pulsmuster. Die Frage ist zum Beispiel, ob Einfach- oder Mehrfachpuls besser sind“, sagt Gharabaghi. Außerdem entwickeln und optimieren die Forscher und Ärzte Trainingspläne für die Patienten. Kontrollierte, prospektive Studien an einer möglichst großen Patientengruppe sollen hierbei helfen.

Wichtige Erfolgsfaktoren: Wille und Durchhaltevermögen des Patienten

Eines haben bereits die Vorversuche gezeigt: Je mehr der Patient mitmacht, umso besser sind die Behandlungsergebnisse. „Ein passiver Patient wird von dem Ansatz wenig profitieren. Es ist enorm wichtig, dass er aktiv mitarbeitet und sich die Vorgänge konzentriert vorstellt“, betont Gharabaghi. Generell hat er die besten Erfahrungen mit hoch motivierten Patienten, die zu hoher, auch wochenlanger Disziplin fähig sind und zudem eine gewisse Frustrationstoleranz mitbringen. „Es gibt keine Garantie für den Erfolg, aber wir können das bestmögliche Umfeld dafür schaffen“, bringt Gharabaghi es auf den Punkt. Zurzeit untersucht das Tübinger Team potenzielle Studienteilnehmer. Voraussetzung ist, dass der Schlaganfall mindestens sechs Monate zurückliegt und dass es bisher zu keiner anhaltenden Besserung der Handfunktion gekommen ist.

Mittel- und langfristig ist auch eine Ausweitung der neuen Kombimethode denkbar. Theoretisch könnte die BMI auch mit der tiefen Hirnstimulation kombiniert werden, um andere Ausfälle zu verbessern. Gharabaghi will hier jedoch nicht den zweiten Schritt vor dem ersten tun. Das heißt, zunächst wird die bisherige nicht-operative Kombination aus TMS und BMI weiter erforscht und zur Anwendung gebracht. „Damit lässt sich bereits einiges erreichen. Operationen werden wir für unsere Patienten nur einsetzen, wenn wir davon weitere Verbesserungen erwarten können.“

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