Die Tiefe Hirnstimulation (THS) ist eine etablierte und effektive Therapie zur Behandlung verschiedener neurologischer Erkrankungen. Sie bietet Patienten eine Möglichkeit, Symptome zu lindern und ihre Lebensqualität deutlich zu verbessern. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die THS, einschliesslich ihrer Funktionsweise, Anwendungsbereiche, des Verfahrens, der Nachsorge und der aktuellen Forschung.
Einführung in die Tiefe Hirnstimulation (THS)
Die Tiefe Hirnstimulation (THS), auch bekannt als Deep Brain Stimulation (DBS), ist ein neurochirurgisches Verfahren, bei dem Elektroden in bestimmte Bereiche des Gehirns implantiert werden. Diese Elektroden senden schwache elektrische Impulse aus, die die Aktivität der betroffenen Hirnregionen modulieren. Die THS wird hauptsächlich zur Behandlung von Bewegungsstörungen wie der Parkinson-Krankheit, essentiellem Tremor und Dystonie eingesetzt. Die vermutlich erste Applikation der dauerhaften tiefen Hirnstimulation war die Therapie des chronischen Schmerzes in den 1970er Jahren.
Funktionsweise der Tiefen Hirnstimulation
Bei der THS werden mit Hilfe von Elektroden schwache Strompulse hochfrequent (typischerweise 130 Hz) an strategische Stellen im Gehirn geleitet. Hierbei werden Rechteckimpulse mit variabler Pulsweite (30-450 us) sowie variabler Amplitude (1-5 V, 0,5-10 mA) in Abhängigkeit von der Indikation angewandt. Vermutlich hat der Effekt der Ladungsübertragung eine vorwiegend aktivierende Wirkung auf axonale Strukturen. Es hängt dann von der Funktion des individuellen Neurons ab (inhibitorisch/exitatorisch), welchen distanten Effekt die Stimulation hat. Die hierdurch erwirkte veränderte Oszillation von Netzwerkstrukturen (Beta-Oszillation zum Beispiel beim Morbus Parkinson) führt dann zu einer Verbesserung der Krankheitssymptome.
Anwendungsbereiche der THS
Die THS wird hauptsächlich zur Behandlung folgender Erkrankungen eingesetzt:
- Parkinson-Krankheit: Insbesondere Zittern, Steifigkeit und Bewegungsverlangsamung sprechen gut auf die Stimulation an. Zudem nehmen Wirkungsschwankungen deutlich ab und die Zeit im guten "On" (gute Einstellung) über den Tag hinweg ist im Vergleich zu einer rein medikamentösen Behandlung aktuellen Studien zufolge etwa doppelt so lange.
- Essentieller Tremor: Bei Tremorpatienten wird als Ziel eine 80-90%ige Reduktion des Zitterns insbesondere der Arme sowohl in der Amplitude als auch in der Häufigkeit über den Tag hinweg als realistisches Ziel angesehen.
- Dystonie: Die Ergebnisse der Tiefen Hirnstimulation sind in Abhängigkeit von der Art der Dystonie etwas unterschiedlich. Die besten Aussichten bestehen bei der schweren generalisierten Dystonie bei jüngeren Patienten aber auch Gesichtsdystonien (Blepharospasmus oder Meige-Syndrom) und Dystonien, die nach der Einnahme von bestimmten Medikamenten (Neuroleptika) auftreten können.
- Chronischer Schmerz: Die vermutlich erste Applikation der dauerhaften tiefen Hirnstimulation war die Therapie des chronischen Schmerzes in den 1970er Jahren.
- Zwangsstörungen (OCD): In einigen Fällen kann THS auch bei schweren, therapieresistenten Zwangsstörungen eingesetzt werden.
Es ist wichtig zu beachten, dass die THS nicht für alle Patienten geeignet ist. Vor einer Operation muss von den Ärzten also detailliert geprüft werden, ob ihre Krankheitssymptome durch die Stimulation deutlich gebessert werden können und ob sich durch die Symptomlinderung die Lebensqualität nachhaltig verbessern lässt.
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Der THS-Eingriff: Implantation und Programmierung
Die Elektroden werden in einem stereotaktisch geführten Eingriff beim (meist) analgo-sedierten Patienten im Gehirn platziert. Sie werden durch den eigentlichen Schrittmacher (INS, „internal neural stimulator“), der neuerdings aufladbar sein kann, mit Strom versorgt. Dieser Schrittmacher wird in einem zweiten Teil der Operation, in Vollnarkose, unter die Haut implantiert (pectoral oder abdominal). Der Schrittmacher ist über Kabel, die an der Halsseite unter der Haut verlaufen, mit den Elektroden verbunden. Die Therapie wird im Weiteren telemetrisch durch die Haut angepasst.
Angeleitete und Fortschrittliche Programmierung
Die „Angeleitete Programmierung“ führt Sie Schritt für Schritt durch die Bestimmung der optimalen Stimulationsparameter. Fortschrittliche Programmierung bietet eine Vielzahl an Möglichkeiten für die Lokalisierung und Feinabstimmung des Stimulationsfelds. Ein innovatives Patienten-Programmiergerät versetzt den Kliniker in die Lage, die Möglichkeiten zur Anpassung der Therapie für jeden Patienten individuell zu konfigurieren. Das Activa PC System umfasst weitere Innovationen, die eine Anpassung der DBS-Therapie an die speziellen Bedürfnisse des jeweiligen Patienten ermöglichen. Definition von bis zu vier Therapiegruppen, z.B. Informationen zu den Indikationen finden Sie unter den Therapieinformationen zur Tiefen Hirnstimulation. Informationen zu Kontraindikationen, Warnhinweisen, Vorsichtsmaßnahmen, unerwünschten Ereignissen, Individualisierung der Behandlung, Patientenauswahl, Verwendung bei bestimmten Patientengruppen, Resterilisierung und Entsorgung der Komponenten entnehmen Sie der entsprechenden Broschüre Informationen für verordnende Ärzte.
Operationseffekt und Stimulatoreinstellung
Unmittelbar nach der OP liegt durch das Einbringen der Elektroden in das Gehirn häufig ein sog. 'Operationseffekt' oder 'Setzeffekt' vor. Bei dem 'Operationseffekt' handelt es sich um eine winzige Gewebereizung um die eingebrachten Elektroden. Diese Reizung hat meist einen kurzfristigen positiven Effekt (da sie krankhaft überaktive Zellen hemmt) - ähnlich wie die Stimulation selbst. Aus diesem Grund sind die Symptome nach der Operation in den ersten Tagen häufig deutlich gebessert, selbst wenn der Stimulator noch nicht eingeschaltet ist. Im Laufe der Wochen nach der Operation bildet sich diese Reizung wieder zurück und die positive Auswirkung auf die Symptome kann sich im Verlauf der ersten drei Monate nach der Operation wieder leicht zurückbilden. Im diesem Zeitraum müssen daher entsprechend die Stimulationsparameter angepasst und erhöht werden. Das heißt, in den Wochen nach der Operation, muss die Stimulatoreinstellung öfter angepasst werden, um den positiven Effekt, der durch die Reizung bei der Operation entstand, zu ersetzen. Da der 'Operationseffekt' bis zu drei Monaten andauern kann, führen wir in Tübingen eine stationäre Kontrolle nach 2-3 Monaten durch, um die optimale Einstellung der Stimulationsparameter zu gewährleisten, die dann langfristig beibehalten werden kann.
Nachsorge und Anpassung der Stimulation
Nach der Operation ist der Stimulator im funktionstüchtigen Zustand mit Batterieaggregat implantiert. In den ersten Tagen der nach Operation erfolgen noch einige Untersuchungen (Computertomographie oder Kernspintomographie), bei denen zur Sicherheit des Patienten der Stimulator noch ausgestellt bleibt. Die Ein- und Umstellung der Stimulationsparameter ist einfach durchzuführen und bedarf keiner erneuten Operation. Die Stimulationsparameter können von außen mit einem entsprechenden Gerät ohne Unannehmlichkeiten für den Patienten durch einfaches Auflegen des Programmierkopfes verändert werden. Da wir mit dem Stimulator nicht die Ursache der Erkrankung, sondern nur die Symptome behandeln, schreitet die chronische Krankheit weiter fort, d.h. die Symptome können auch nach Implantation des Stimulators im Laufe der Jahre voranschreiten und die Stimulatoreinstellungen müssen ggf. geändert werden.
Medikamentenanpassung
Medikamente müssen nach einer OP neu angepasst werden - Ziel ist dabei eine Verringerung der Medikamente nach einer Stimulations-OP. Im Durchschnitt können bei Parkinsonpatienten die Medikamente um ca. 50% reduziert werden. Dieses schrittweise Reduzieren der Medikamente erfolgt langsam und über einen längeren Zeitraum, so dass sich Körper und Psyche an die neue Situation gewöhnen können. Bei Patienten mit essentiellem Tremor können die Medikamente oft ganz abgesetzt werden.
Langzeitbetreuung
Auch nach Implantation des Hirnstimulators werden die Patienten in der Regel weiter von ihrem niedergelassenen Neurologen betreut. Im weiteren Verlauf werden gelegentlich Anpassungen der Stimulatoreinstellung nötig. Die Einstellung des Stimulators erfolgt in unserer Spezialambulanz für Tiefe Hirnstimulation in enger Zusammenarbeit mit Ihrem Neurologen.
Mögliche Nebenwirkungen und Umgang damit
Prinzipiell können durch einen Hirnstimulator auch unerwünschte Wirkungen ausgelöst werden - allerdings kann jede Einstellung rückgängig gemacht und angepasst werden. Es kann also gezielt reagiert werden, falls es zu Nebenwirkungen durch die Stimulation kommen sollte. Als häufige Nebenwirkung tritt bei einem Teil der Patienten (bis zu 20%) im Verlauf der Stimulatorbehandlung ein undeutliches Sprechen auf - sollte dies eintreten, wird die Einstellung angepasst, um die Auswirkung auf das Sprechen zu verringern bzw. rückgängig zu machen. Gelegentlich kann es zu Gangverschlechterung mit Nachziehen eines Beines oder Muskelverspannungen an Armen oder im Gesicht kommen - auch diese Nebenwirkung ist durch eine gezielte Anpassung der Stimulatoreinstellung gut rückgängig zu machen. Beachtet werden muss jedoch ausdrücklich, dass Sprech- und Gangverschlechterungen auch im natürlichen Verlauf der Erkrankung auftreten können und häufig bereits vor der Operation bestehen. Ziel und Aufgabe ihres Arztes ist dabei, genau zu erkennen, ob es sich bei solchen Beschwerden um Krankheitssymptome oder um Nebenwirkungen der Stimulation handelt. Die Nachsorge in Tübingen wird sehr intensiv betrieben, um das bestmögliche Ergebnis der Tiefen Hirnstimulation zu erzielen.
Stationäre Austestung und Neueinstellung
Die stationären Aufenthalte werden typischerweise jährlich nach einer Tiefen Hirnstimulation durchgeführt und dienen dazu, die Einstellung des Stimulators und der Medikamente an das Fortschreiten der Erkrankung nach standardisierten klinischen Kriterien zu erfassen und anzupassen.
Stimulatorambulanz
Die Stimulatorambulanz hat reguläre Sprechzeiten an 2 Terminen in der Woche und kann bei Fragen, kurzfristigen Veränderungen oder Verschlechterung der Symptome nach telefonischer Terminvereinbarung besucht werden.
Batterie und Akku: Lebensdauer und Austausch
Die Batterie für die Tiefe Hirnstimulation wird in Tübingen in der Regel unterhalb des Schlüsselbeins auf der linken Seite unter die Haut eingesetzt. Die Lebenszeit des Batterieaggregats beträgt in der Regel 3-5 Jahre. Die Dauer der Lebenszeit ist abhängig von dem Energieverbrauch. Eine stärkere Stimulatoreinstellung geht dabei in der Regel mit höherem Energieverbrauch einher.
Seit dem Jahr 2009 sind wiederaufladbare Aggregate (Akkus) auf dem Markt, die typischerweise bei Krankheitsbildern, welche mit besonders hohem Energieverbrauch einhergehen (z.B. Dystonie), eingesetzt werden. Wichtig ist dabei, dass der Patient den Akku zuverlässig selbstständig und regelmäßig über ein Ladegerät wieder auflädt. Dies geschieht durch Auflegen des Ladegeräts auf die Haut über dem Aggregat (Induktionsverfahren).
Der Batteriestatus wird von Ärzten der Neurologischen Universitätsklinik in der Regel halbjährlich kontrolliert, so dass ungefähr abgeschätzt werden kann, wann die Batterie zu Ende gehen wird (die Genauigkeit einer Prognose liegt dabei im Wochen- bis Monatszeitraum). In der Regel wird das Batterieaggregat rechtzeitig ausgetauscht, wenn über 90% der ursprünglichen Leistung verbraucht sind, so dass es nicht zur völligen Erschöpfung des Aggregats kommen kann.
Was passiert bei niedrigem Batteriestatus?
In dem Fall, dass ein niedriger Batteriestatus nicht rechtzeitig erkannt wird, kommt es in der Regel schon vor einer endgültigen Erschöpfung des Aggregats zu einem langsamen und kontinuierlichen Spannungsabfall der Batterie, so dass die Stimulation langsam an Stärke und damit Wirkung verliert. Der Patient bemerkt eine langsam zunehmende Verschlechterung der Krankheitssymptome in einem Zeitraum von einigen Tagen bis Wochen. In seltenen Ausnahmefällen kann es zu einem plötzlichen Wirkungsverlust kommen. Sollten Sie einen Wirkungsverlust der Stimulation bemerken, kann die Ursache in der Erschöpfung der Batterie liegen. Bei diesem Verdacht sollten Sie umgehend mit der Stimulatorambulanz Kontakt aufnehmen, um den Batteriestatus zu überprüfen. Wird ein niedriger Batteriestatus festgestellt, werden wir Ihnen kurzfristig einen stationären Aufenthalt organisieren, um einen Austausch des Batterieaggregats durchzuführen.
Psychische Aspekte und THS
Psychische Beschwerden als Begleitsymptome von neurologischen Erkrankungen sind ebenso wie mögliche Auswirkungen der Tiefen Hirnstimulation auf die psychische Verfassung derzeit Gegenstand intensiver klinischer Forschung. Folgende Aussagen lassen sich nach aktuellem Kenntnisstand treffen:
- Alle Patienten werden vor einer Operation ausführlich psychiatrisch untersucht, um die Auswirkung der Tiefen Hirnstimulation auf das psychische Wohlbefinden des Patienten einschätzen zu können. Das ist wichtig, denn einzelne psychiatrische Symptome können durch die Operation besonders innerhalb des ersten Jahres nach OP zunehmen.
- Depressive Symptome scheinen durch die Hirnstimulation eher verbessert zu werden. Kurzfristig kann es bei wenigen Patienten zu Stimmungsauslenkungen mit vermehrter Traurigkeit oder übertriebenem Glücksgefühl kommen, welche sich in der Regel nach einigen Wochen verlieren. Langfristige Änderungen der Stimmungslage sind im Regelfall nicht zu erwarten.
- Neuropsychologische Untersuchungen haben keinen sicheren Einfluss der Tiefen Hirnstimulation auf die Gedächtnisleistungen gezeigt.
- Nach aktuellem Wissen übt die Tiefe Hirnstimulation allenfalls leichte und geringe positive Effekte auf die sexuelle Zufriedenheit aus. Sie besitzt keine nachhaltigen Effekte auf Erektionsstörungen oder auf die Libido.
Aktuelle Forschung und zukünftige Entwicklungen
Die Forschung im Bereich der THS ist weiterhin sehr aktiv. Aktuell werden hierzu umfangreiche klinische Studien in der Neurologischen Klinik der Universität Tübingen durchgeführt. Aktuell werden neue Möglichkeiten der Tiefen Hirnstimulation untersucht, um auch Sprech- und Schluckstörungen in Zukunft behandeln zu können.
KI-gestützte Optimierung der Stimulation
Eine Studie der University of California, San Francisco (UCSF) entwickelte einen präzisen, KI-gestützten Ansatz zur individuellen Einstellung der DBS-Parameter. Die Ergebnisse wurden in 'npj Parkinson’s Disease' veröffentlicht und im Rahmen der klinischen Studie NCT03582891 erhoben. Die Studie belegt, dass eine datengetriebene, personalisierte DBS-Programmierung die Gehfunktion bei Parkinson-Patienten verbessern kann. Die Kombination aus objektiver Ganganalyse mittels WPI und neurophysiologischen Biomarkern liefert eine Grundlage für präzise und patientenspezifische Stimulationsstrategien.
Hirnaktivitätsmuster und Therapieeffekt
Wissenschaftler der Charité - Universitätsmedizin Berlin haben erstmals nachgewiesen, dass ein bestimmtes Hirnaktivitätsmuster mit der Erkrankungsschwere der Bewegungsstörung Dystonie sowie dem Behandlungserfolg der Tiefen Hirnstimulation zusammenhängt. Die Ergebnisse der Studie können helfen, das Therapieverfahren noch bedarfsgerechter anzupassen und damit die Lebensqualität der Patienten entscheidend zu verbessern.
Intelligente Systeme („closed loop“)
In Zukunft wird es intelligentere Systeme („closed loop“) geben. Möglich sind sowohl eine spannungskonstante als auch eine stromkonstante Stimulation.
Limitationen der THS
Die Tiefe Hirnstimulation ist nach heutigem Wissen eine symptomatische Therapie, d.h. sie behandelt sehr effektiv die Krankheitssymptome, jedoch nicht die Ursache der Erkrankung. Die Erkrankung lässt sich also auch mit der Operation nicht beseitigen und sie wird weiterhin wahrnehmbar und spürbar sein. Die Symptome der chronischen Krankheit können jedoch zu jeder Zeit besser kontrolliert und die Tiefe Hirnstimulation dem Bedarf und dem Wunsch des Patienten - auch bei einem Fortschreiten der Erkrankung - entsprechend angepasst werden.
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