Frühes Lernen und Stimulation für Babys sind heutzutage ein weit verbreitetes Thema. Viele Eltern möchten ihren Kindern den bestmöglichen Start ins Leben ermöglichen und setzen daher auf eine frühe Förderung durch vielfältige Reize und Anregungen. Das Angebot reicht von speziellen Liedern und Sprachprogrammen über Babygymnastik bis hin zu altersgerechten Lernspielen. Allerdings gibt es auch Bedenken hinsichtlich einer Überstimulation. Eine Studie von US-Forschern mit Mäusen deutet darauf hin, dass eine zu hohe Stimulation im frühen Lebensalter negative Auswirkungen auf die Entwicklung der Gehirngefäße haben kann.
Die Bedeutung der frühen Gehirnentwicklung
Im frühen Kindesalter werden im Gehirn entscheidende Weichen gestellt. Das Gehirn entwickelt sich rasant und legt wichtige Verbindungen neu an, baut andere aus oder reduziert sie wieder. Auch die Blutversorgung des Gehirns wird in dieser Phase ausgebaut. Nach und nach entstehen so die komplexen Strukturen, die dem Denken, Lernen und Gedächtnis zugrunde liegen. Studien zeigen, dass die Art und Weise, wie diese Verknüpfungen reifen, stark von den Umwelteinflüssen und Reizen abhängt, denen ein Kind in dieser kritischen Zeit ausgesetzt ist.
Auswirkungen von Überstimulation auf die Gehirngefäße
Christina Whiteus und ihre Kollegen von der Yale University in New Haven haben genauer untersucht, welche Spuren frühe Reize und Stimulationen in der Gefäßarchitektur des Gehirns hinterlassen. Ihre Forschung konzentrierte sich auf die feinen Äderchen, die die sauerstoffhungrigen Hirnzellen mit Nachschub versorgen. Diese Gefäße entwickeln ebenfalls erst nach der Geburt allmählich ihre volle Ausprägung.
In ihrer Studie setzten die Forscher junge Mäuse ab dem 15. Tag nach der Geburt verschiedenen Reizen aus. Einige Tiere wurden als Kontrollen in einem normalen Gehege gehalten, während andere künstlich von einigen Sinneseindrücken beraubt wurden, indem man ihnen die Tasthaare kürzte. Eine weitere Gruppe von Jungmäusen musste drei Stunden täglich im Laufrad laufen, und eine vierte Gruppe wurde zehn Stunden täglich einem steten Luftstrom ausgesetzt, um ihre Tasthaare zu reizen.
Nach zehn Tagen dieser unterschiedlichen Stimulationsregime untersuchten die Forscher die Entwicklung der Blutgefäße im Gehirn der Jungmäuse. Das Ergebnis war überraschend: Entgegen ihren Erwartungen hatte die Reizdämpfung keinerlei Einfluss auf das Gefäßwachstum. Die Reizüberflutung hingegen hatte deutliche Auswirkungen.
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"Unerwarteterweise führte eine wiederholte und anhaltende Stimulation zu einer verringerten Gefäßdichte", berichten Whiteus und ihre Kollegen. Dies galt für alle Reizarten, egal ob Bewegung, Töne oder Tastreize. Waren die Mäuse zehn Tage lang einer erhöhten Reizaktivität ausgesetzt, waren die Adern in dem für den Reiz zuständigen Hirnareal rund 13 Prozent weniger stark verzweigt und acht Prozent kürzer als bei den Kontrolltieren.
Zeitfenster der Erholung und mögliche irreversible Schäden
Weitere Versuche ergaben, dass dieser Effekt nach fünf Tagen der Reizüberflutung noch umkehrbar ist. Hält die Überstimulation jedoch über den ersten Lebensmonat der Tiere hinweg an, kann das Gehirn die Defizite nicht mehr aufholen. Selbst fünf Monate später zeigten die Mäuse noch immer eine abnormal niedrige Gefäßdichte.
"Das deutet darauf hin, dass es eine kritische Zeitperiode gibt, innerhalb der sich die Gefäße von einer solchen Störung erholen können", schlussfolgern die Wissenschaftler. Ist dieses Zeitfenster verstrichen, werden die Defizite irreversibel.
Übertragbarkeit auf den Menschen und mögliche Folgen
Die Forscher vermuten, dass diese Ergebnisse durchaus auch auf den Menschen übertragbar sein könnten. Für Säuglinge könnte eine Überreizung nachhaltige Folgen haben und genau das Gegenteil von dem bewirken, was möglicherweise wohlmeinende Eltern bezwecken wollten.
"Überstimulation durch wiederholte Geräusche oder andere Reize, wie sie in der modernen Gesellschaft häufig sind, könnten lebenslange Nachwirkungen auf die Durchblutung des Gehirns und den Stoffwechsel der Hirnzellen haben", konstatieren sie. Dies könnte das Gehirn der Betroffenen im späteren Leben sogar anfälliger für Gefäßschäden durch Bluthochdruck, Diabetes oder andere Erkrankungen machen.
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Es sind zwar noch weitere Studien erforderlich, um zu prüfen, ob die Ergebnisse der Mäuseversuche tatsächlich auf Menschen übertragbar sind, doch die vorliegenden Erkenntnisse geben Anlass zur Vorsicht.
Dopplersonographie: Einblicke in die fetale und kindliche Hämodynamik
Die Dopplersonographie ist ein nicht-invasives Ultraschallverfahren zur Beurteilung der Blutströmungsverhältnisse bei Ungeborenen, Neugeborenen, Säuglingen und Kindern. Sie dient der Darstellung und quantitativen Analyse der Blutflussgeschwindigkeiten in arteriellen und venösen Gefäßen. Anwendung findet sie in der Pränataldiagnostik sowie in der pädiatrischen Kardiologie, Angiologie, Nephrologie und Intensivmedizin.
Anwendungsbereiche der Dopplersonographie
Die Dopplersonographie wird unter anderem eingesetzt bei:
- Verdacht auf Plazentainsuffizienz oder intrauterine Wachstumsrestriktion
- Beurteilung der zerebralen Perfusion, z. B. bei Zwillingsschwangerschaften mit transfusionsassoziierten Komplikationen
- Zerebrale Perfusionsdiagnostik, z. B. zum Nachweis oder Ausschluss von Thrombosen
- Vaskuläre Fehlbildungen
- Postoperative Gefäßüberwachung
Durchführung der Dopplersonographie
Vor der Untersuchung erfolgt eine Erhebung der maternalen Anamnese, des fetalen Wachstumsverlaufs und vorbestehender Risikofaktoren. Die Dopplersonographie kann auch in Kombination mit anderen Screening-Parametern eingesetzt werden. Wichtig ist eine detaillierte Anamneseerhebung. Gegebenenfalls ist eine Beruhigung des Kindes erforderlich. Die Dokumentation der Flusskurven und Indizes ist essenziell. In komplexen Fällen kann eine interdisziplinäre Fallbesprechung sinnvoll sein.
Gefäßmissbildungen im Gehirn und Rückenmark bei Kindern
Gefäßmissbildungen des Gehirns und des Rückenmarks, sogenannte arterio-venöse Malformationen (AVM), können zu lebensbedrohlichen Blutungen und neurologischen Symptomen durch Gehirnschädigung führen. Auch Gefäßmissbildungen von Gesicht, Kopf, Hals und Körperstamm, wie venöse Malformationen, Hämangiome oder Lymphangiome, können mithilfe von neuroradiologischen Embolisations- oder Sklerosierungsverfahren behandelt werden.
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Arterio-venöse Malformationen (AVM)
AVM sind knäuelartige Kurzschlussverbindungen zwischen Arterien und Venen, die im gesamten Gehirn und Rückenmark auftreten können. Sie können sich durch Kopfschmerzen, neurologische Ausfälle, Krampfanfälle oder eine Hirnblutung bemerkbar machen. Manchmal werden sie auch zufällig bei einer Untersuchung entdeckt.
Behandlung von AVM
Die Behandlung von AVM erfolgt in enger Abstimmung zwischen Neuroradiologie, Neurochirurgie und Strahlentherapie. Die drei wichtigsten Verfahren sind:
- Endovaskuläre Embolisation (Verschluss mittels Kathetereingriff)
- Offene chirurgische Entfernung
- Bestrahlung
In vielen Fällen ist ein abgestuftes Vorgehen erforderlich, bei dem zunächst eine endovaskuläre Embolisation durchgeführt wird, gefolgt von einem neurochirurgischen Eingriff oder einer Bestrahlung.
Gefäßmissbildungen von Gesicht, Kopf, Hals und Körperstamm
Gefäßmissbildungen wie arterio-venöse und venöse Malformationen, Hämangiome oder Lymphangiome können auch außerhalb des Gehirns auftreten. Sie können im Gesicht, in der Kopf-Hals-Region oder oberflächlich am Körperstamm lokalisiert sein und in vielen Fällen ebenfalls durch interventionell-neuroradiologische Verfahren behandelt werden.
Behandlung von Gefäßmissbildungen außerhalb des Gehirns
Behandlungsbedürftig sind solche Gefäßmissbildungen, wenn sie das umgebende Gewebe gefährden, die komplexen Funktionen der Kopf-Hals-Region stören oder als kosmetisch störend empfunden werden. Die Art der Behandlung hängt von der Lage und Art der Gefäßmissbildung und von der Stärke des Blutflusses in den krankhaft veränderten Gefäßen ab. Infrage kommen unter anderem eine Verödung oder ein Verschluss durch Einspritzen einer speziellen Flüssigkeit. Die Behandlung erfolgt in enger Kooperation mit den Partnerdisziplinen HNO-Heilkunde, Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie und Neurochirurgie.
Ultraschall-Lokalisierungsmikroskopie (ULM): Neue Einblicke ins Säuglingsgehirn
Neuartige Hochgeschwindigkeitsultraschallgeräte in Kombination mit KI-gestützter Bildanalyse ermöglichen hochaufgelöste Einblicke ins Säuglingsgehirn. Forschende der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) wollen diese Methode weiterentwickeln und mögliche Einsatzgebiete untersuchen. Im Fokus stehen dabei der Schlaganfall während oder direkt nach der Geburt sowie die sogenannte Asphyxie, ein gefährlicher Sauerstoffmangel bei Neugeborenen.
Vorteile der Ultraschall-Lokalisierungsmikroskopie
Die Diagnose eines Schlaganfalls bei Neugeborenen erfolgt bislang meist mit einem Magnetresonanztomografen (MRT). Doch die MRT-Untersuchung von Neugeborenen ist besonders herausfordernd, und nicht alle Krankenhäuser verfügen über ein solches Gerät. Die neue Ultraschalltechnologie könnte sich zumindest für eine erste schnelle Abklärung eignen und damit die Einleitung einer passenden Therapie beschleunigen.
Bei Neugeborenen sind die Schädelknochen noch nicht miteinander verwachsen, so dass die Fontanelle es ermöglicht, das Gehirn per Ultraschall zu untersuchen. Normale Ultraschallgeräte bilden die Gefäße im Gehirn jedoch oft nicht genau genug ab, um für die Schlaganfalldiagnose geeignet zu sein.
Funktionsweise der Ultraschall-Lokalisierungsmikroskopie
Bei der Ultraschall-Lokalisierungsmikroskopie werden den kleinen Patientinnen und Patienten einige Tropfen Kontrastmittel in die Vene injiziert. Die Flüssigkeit enthält kleine Gasbläschen, die im Ultraschall hell erscheinen. Entsprechend trainierte KI-Verfahren können im Ultraschallfilm einzelne Kontrastmittel-Bläschen erkennen und ihre Reise durch das Gehirn verfolgen. Dadurch können die Gefäße sichtbar gemacht und Verengungen oder Blockaden genau analysiert werden. Um der künstlichen Intelligenz ihre Arbeit zu erleichtern, werden Hochgeschwindigkeitsultraschallgeräte eingesetzt, die bis zu 300 Bilder pro Sekunde aufzeichnen.
Ziele der Forschung
Die Forscher wollen die Ultraschall-Lokalisierungsmikroskopie weiterentwickeln und untersuchen, inwiefern sie sich zur schnellen Diagnose eines Schlaganfalls eignet. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der sogenannten Asphyxie. Die Forschenden wollen herausfinden, ob sie mit ihrer Methode die Hirngebiete sichtbar machen können, die besonders stark unter der Mangelversorgung leiden. Außerdem wollen sie untersuchen, wie das Gehirn auf die Notlage reagiert und ob sie aus diesen Mechanismen mögliche Therapiemaßnahmen ableiten können, um bleibende Schäden des Gehirns zu verhindern.
Seltene Gefäßerkrankungen bei Kindern und Neugeborenen
Erkrankungen der Hirngefäße bei Neugeborenen und Kindern sind sehr seltene Erkrankungen. Die Sana Kliniken Duisburg haben sich auf diese seltenen Krankheitsbilder und ihre Therapie spezialisiert. Zu den wichtigsten Gefäßerkrankungen gehören die Vena Galeni Malformation (VGM), die durale Sinusmalformation (DSM) und die arterio-venöse Malformation (AVM).
Vena Galeni Malformation (VGM)
Die Vena Galeni Malformation ist eine sehr seltene, angeborene Gefäßfehlbildung im zentralen Anteil des Gehirns. Durch einen Kurzschluss kann bis zu 80 % des Blutvolumens direkt am Gehirn vorbei geleitet werden, wodurch dieses nicht mit ausreichend Sauerstoff versorgt wird.
Durale Sinusmalformation (DSM)
Die durale Sinusmalformation ist ebenfalls eine extrem seltene Gefäßfehlbildung. Hierbei kommt es zu einem Kurzschluss zwischen Arterien, welche die harte Hirnhaut versorgen, und den großen, venösen Blutleitern.
Arterio-venöse Malformation (AVM)
Die arterio-venöse Malformation ist eine angeborene Gefäßfehlbildung, bei der ein pathologisches Gefäßknäuel mit Kurzschlussverbindungen zwischen krankhaft veränderten Hirnarterien und Venen entsteht.
Behandlung von Gefäßerkrankungen
Aufgrund der Schwere der Erkrankungen ist insbesondere bei der Vena Galeni Malformation sowie der duralen Sinusmalformation eine zeitnahe Behandlung zur Vermeidung bleibender neurologischer Schäden essenziell. Die Behandlung erfolgt minimal-invasiv über das Gefäßsystem mit feinsten Drähten und Mikrokathetern. Betreut werden die Neugeborenen und Kinder im Anschluss an die Behandlung von einem spezialisierten Team mit Beteiligung der Kinder-Intensivmedizin, der Neuropädiatrie und der Neurochirurgie.
Arteriovenöse Malformationen (AVM): Diagnostik und Therapie
Arteriovenöse Malformationen (AVM) sind angeborene Gefäßmissbildungen, die im Hirngewebe oder dessen unmittelbarer Nachbarschaft wachsen. Sie bestehen aus einem Nidus, in den zuführende arterielle Gefäße münden und venöse Gefäße herausführen. AVM können spontan bluten und dadurch Beschwerden hervorrufen.
Diagnostik von AVM
Häufig sind AVM asymptomatisch und werden zufällig bei einer MRT des Kopfes entdeckt. Andererseits kann ein Krampfanfall zur Entdeckung einer AVM führen. Wenn der Verdacht auf eine Hirnblutung besteht, wird meist zuerst eine CT durchgeführt, gelegentlich auch mit einer Gefäßdarstellung (CT-Angiographie). Die genaueste Methode zum Nachweis einer AVM ist jedoch die Digitale Subtraktionsangiographie (DSA).
Therapie von AVM
Die Therapiewahl hängt von vielen Faktoren ab. Prinzipiell ist eine Behandlung erforderlich, wenn die AVM durch eine Blutung entdeckt wurde. Handelt es sich um einen Zufallsfund, kann der Verzicht auf eine (risikoreiche) Behandlung sinnvoll sein. Zur Behandlung der AVM stehen drei Verfahren jeweils alleine oder in Kombination zur Verfügung:
- Neurochirurgische Operation
- Katheterbasierte, endovaskuläre Embolisation mit Flüssigembolisaten oder -klebern
- Bestrahlung
Risiken der AVM-Behandlung
Beim therapeutischen Verschließen der AVM und der zuführenden Gefäße kann es zu Durchblutungsstörungen auch in anderen Gefäßen kommen. Dies kann zu vorübergehenden oder schlimmstenfalls bleibenden Störungen am Nervensystem führen (Schlaganfall). Auch kann es während oder nach der Behandlung zu einer Hirnblutung kommen. Da die Risiken einer jeden AVM-Behandlungsmethode nicht unerheblich sind, entscheiden sich betroffene Personen nach eingehender Beratung oft für das vierte Behandlungskonzept: die alleinige Verlaufskontrolle mit MRT.