Die Computertomographie (CT) des Gehirns ist ein wichtiges diagnostisches Instrument zur Beurteilung des Gehirns bei älteren Menschen. Mit zunehmendem Alter unterliegt das Gehirn einer Reihe von Veränderungen, die sich auf seine Struktur und Funktion auswirken können. Der CT-Scan des Gehirns kann helfen, diese Veränderungen zu erkennen und die Diagnose und Behandlung verschiedener Erkrankungen zu unterstützen.
Schlaganfall-Diagnostik mittels CT
Ein Schlaganfall ist eine der häufigsten Ursachen für neurologische Beeinträchtigungen bei älteren Menschen. Bei einem Schlaganfall ist die Durchblutung des Gehirns gestört, was zu einer Unterversorgung mit Sauerstoff und zum Absterben von Gewebe führt. Eine schnelle Diagnose und Behandlung sind entscheidend, um die Schäden zu minimieren und die Chancen auf eine vollständige Genesung zu erhöhen.
Eine Herausforderung bei der Schlaganfallbehandlung besteht darin, dass bei vielen Patienten der genaue Zeitpunkt des Schlaganfallbeginns unbekannt ist. Diese Information ist jedoch wichtig für die Entscheidung, ob eine Thrombolyse, eine medikamentöse Auflösung des Blutgerinnsels, durchgeführt werden kann. Die Thrombolyse ist nur innerhalb der ersten viereinhalb Stunden nach Schlaganfallbeginn wirksam.
Um den Zeitpunkt des Schlaganfallbeginns genauer bestimmen zu können, haben Wissenschaftler eine Methode entwickelt, die auf der Auswertung von CT-Bildern basiert. Bei einem Schlaganfall wird Wasser im Gewebe der betroffenen Hirnregion eingelagert. Die Menge des eingelagerten Wassers nimmt mit der Zeit zu. Durch die Messung der Strahlendichte, also der verschiedenen Graustufen auf den CT-Bildern, kann die Menge des eingelagerten Wassers bestimmt und somit der Zeitpunkt des Schlaganfallbeginns geschätzt werden.
Da die Graustufen des Gehirns von Mensch zu Mensch unterschiedlich sind, vergleichen die Wissenschaftler die Grauwerte im Bereich des Schlaganfalls mit denen im spiegelbildlichen Bereich der gesunden Hirnhälfte. So können sie für jeden Patienten individuell bestimmen, ob der Insult mehr oder weniger als viereinhalb Stunden zurückliegt.
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BrainAGE-Verfahren zur Erfassung der Gehirnalterung
Neben der Schlaganfalldiagnostik kann der CT-Scan des Gehirns auch zur Erfassung der Gehirnalterung eingesetzt werden. Das BrainAGE-Verfahren, das am Universitätsklinikum Jena entwickelt wurde, basiert auf der Auswertung von Daten aus Untersuchungen mittels Magnetresonanztomographie (MRT).
Beim BrainAGE-Verfahren werden die Gehirn-MRT-Daten durch Mustererkennungs-Algorithmen automatisch ausgewertet. Zunächst wird ein Standard für bestimmte Altersstufen ermittelt. Anschließend können die Daten einzelner Patienten mit diesem Standard verglichen werden, um das biologische Alter des Gehirns zu bestimmen.
Das BrainAGE-Verfahren hat interessante Einblicke in die Einflussfaktoren der Alterung des Gehirns ermöglicht. So konnten die Forscher zeigen, dass neurodegenerative Prozesse, vorgeburtlicher Stress oder Mangelernährung die Entwicklung des Gehirns im späteren Leben prägen können. Eine aktuelle Studie dokumentiert beispielsweise Effekte bei Männern, die aus Schwangerschaften während des holländischen Hungerwinters am Ende des Zweiten Weltkriegs hervorgegangen sind. Die Ergebnisse bestätigen die entscheidende Bedeutung einer ausreichenden Nährstoffversorgung während der Schwangerschaft: Eine vorgeburtliche Unterernährung ist mit der beschleunigten Alterung des Gehirns im höheren Erwachsenenalter verbunden.
Zudem bestätigten die Ergebnisse dieser Studie, dass die Alterungsgeschwindigkeit von der individuellen Struktur des Gehirns abhängt, die wiederum von Geburtsmerkmalen geprägt ist, aber auch von Gesundheitsfaktoren im späten Erwachsenenalter. Es zeichnete sich ab, dass die Entwicklung des biologischen Alters des Gehirns beispielsweise auch mit dem Kopfumfang bei der Geburt verknüpft ist.
Den Forschern zufolge kann das BrainAGE-Verfahren auch eine verbesserte Prognose von Alzheimer-Demenz ermöglichen. Untersuchungen bei Patienten im Anfangsstadium der Erkrankung offenbarten ein im Vergleich zum chronologischen Alter um etwa zehn Jahre erhöhtes biologisches Hirnalter. Bei Patienten, die später eine Alzheimer-Demenz entwickeln, altert das Hirn außerdem doppelt so schnell.
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Risikofaktoren für Demenz
Weltweit steigt die Zahl der Demenzfälle. Viele Risikofaktoren sind jedoch beeinflussbar. Studien schätzen, dass sich bis zu 7 Prozent der Demenzfälle verhindern ließen, wenn Hörprobleme im mittleren Alter behandelt würden. Auch das Ausgleichen von Sehschwäche kann das Demenz-Risiko um 2 Prozent senken. Ein hoher Cholesterinspiegel im Alter erhöht das Demenz-Risiko um 7 Prozent, da hohe Cholesterinwerte Ablagerungen fördern und die Durchblutung im Gehirn beeinträchtigen.
Weitere Risikofaktoren für Demenz sind:
- Niedrige Bildung (5 Prozent)
- Soziale Isolation (5 Prozent)
- Luftverschmutzung (3 Prozent)
- Depression (3 Prozent)
- Schädel-Hirn-Trauma (3 Prozent)
- Bluthochdruck (2 Prozent)
- Rauchen (2 Prozent)
- Bewegungsmangel (2 Prozent)
- Diabetes Typ 2 (2 Prozent)
- Übergewicht (1 Prozent)
- Zu viel Alkohol (1 Prozent)
Hirntod-Diagnostik
Bevor der vollständige Hirnfunktionsausfall bei einem Menschen festgestellt werden kann, müssen die Ärzte wichtige Tests machen und dokumentieren. Ein Grundprinzip ist, dass die Unumkehrbarkeit der vollständigen Hirnschädigung zu belegen ist.
Die Hirntod-Diagnostik ist ein komplexer Prozess, der von speziell qualifizierten Ärzteteams durchgeführt wird. Zunächst müssen wichtige Voraussetzungen geprüft werden, insbesondere muss eine akute, schwerste Hirnschädigung vorliegen. Ausgeschlossen muss sein, dass zum Untersuchungszeitpunkt keine anderen Ursachen die Ausfallsymptome des Gehirns verursachen.
Der zweite Schritt ist die klinische Prüfung des vollständigen Hirnfunktionsausfalls, definiert durch Koma, Ausfall der Hirnstammreflexe und fehlende Atmung. In Deutschland ist dieser Nachweis besonders streng geregelt. So erfolgt bei Ausfall der Hirnstammfunktion keine Reaktion bei direktem Hineinleuchten in die Pupille, keine gegenläufige Augenbewegung bei ruckartiger Drehung des Kopfes und kein Zusammenkneifen der Augen bei Berührung der Augenbindehaut. Der Patient spricht nicht auf beidseitig gesetzte Schmerzreize an und es erfolgt keine Würgereaktion auf die wiederholte mechanische Reizung der Rachenhinterwand.
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Ist der vollständige Hirnfunktionsausfall nachgewiesen, dann muss in einem dritten Schritt gezeigt werden, dass der Hirnfunktionsausfall unumkehrbar ist. Hierzu erfolgt eine erneute, vollständige klinische Untersuchung nach einem fest vorgegebenen Zeitraum. Alternativ zur zweiten Untersuchung können die untersuchenden Ärzte zum Nachweis der unumkehrbaren Hirnschädigung auch apparative Untersuchungstechniken einsetzen, z. B. die Messung der Hirnströme (Elektroenzephalogramm, EEG) oder die Untersuchung der Hirndurchblutung mittels Ultraschall. Seit 2015 ist auch die Gefäßdarstellung im Computertomogramm, die CT-Angiographie, als Methodik zulässig.
Die Richtlinien sehen vor, dass die Hirntoddiagnostik jeweils von zwei qualifizierten Ärzten durchgeführt werden muss. Die Ärzte müssen nicht nur eine Facharztausbildung haben, sie müssen auch über mindestens zwei Jahre Erfahrung in der Intensivmedizin und der Behandlung hirngeschädigter Patienten nachweisen können. Zudem dürfen die an der Hirntod-Diagnostik beteiligten Ärzte nicht Teil eines Organentnahmeteams sein.
CT-Scan nach Stürzen bei älteren Menschen
Stürze sind bei Senioren die Hauptursache für ein Schädel-Hirn-Trauma. Aus diesem Grund werden ältere Patienten auch heute schon nach einem Sturz meist per Kopf-CT gescreent, um zu entscheiden, ob weitere (vor allem neurochirurgische) Maßnahmen erforderlich sind.
Eine Studie hat gezeigt, dass die routinemäßige CT-Untersuchung bei älteren Patienten nach einem Sturz sinnvoll ist, auch dann, wenn sie hämodynamisch stabil sind und ihr GCS-Wert normal ist. Ein höheres Alter sei ein etablierter Risikofaktor für einen positiven CT-Befund und eine notwendige neurochirurgische Intervention. Dies hänge vermutlich mit einer Reihe altersbedingter Veränderungen im Gehirn zusammen: So wiesen Senioren oft eine herabgesetzte Elastizität und erhöhte Vulnerabilität der Gefäße auf. Durch die physiologische Hirnatrophie seien die venösen Strukturen zudem einer erhöhten Belastung ausgesetzt. Dies könne dazu führen, dass ältere Menschen bei intrakraniellen Blutungen und erhöhtem Hirndruck untypische neurologische Befunde zeigten und der GCS das Ausmaß der Schädigung unterschätze.
Künstliche Intelligenz zur Bestimmung des biologischen Alters des Gehirns
Aus Hirnbildern lässt sich mithilfe von neuester KI-Technologie, sogenannter Künstlicher Neuronaler Netzwerke, das biologische Alter eines Menschen genau bestimmen. Bislang war jedoch unklar, anhand welcher Merkmale diese Netzwerke auf das Alter schließen.
Ein Forschungsteam hat jetzt einen Algorithmus entwickelt, durch den sich zeigt: Die Altersschätzung geht auf eine ganze Bandbreite an Merkmalen im Gehirn zurück und gibt dabei generelle Auskunft über den Gesundheitszustand eines Menschen.
Die Künstlichen Neuronalen Netzwerke nutzen unter anderem die weiße Substanz, um Vorhersagen zu treffen. Sie schauen demnach insbesondere darauf, wie viele kleine Risse und Vernarbungen sich durch das Nervengewebe im Gehirn ziehen. Zudem analysieren sie, wie breit die Furchen in der Großhirnrinde, dem Cortex, sind oder wie groß die Hohlräume, die sogenannten Ventrikel. Je älter eine Person ist, desto größer sind im Schnitt die Furchen und Ventrikel.
Die Künstlichen Neuronalen Netzwerke werden eine zunehmend wichtigere Rolle bei der medizinischen Diagnose einnehmen. Zu wissen, woran sich diese Algorithmen orientieren, wird damit immer wichtiger. In Zukunft könnte ein Hirnscan von verschiedenen Netzwerken automatisch analysiert werden, die sich jeweils auf bestimmte Bereiche spezialisiert haben - eines zieht Rückschlüsse auf Alzheimer-Erkrankungen, das andere auf Tumore, und wieder ein anderes auf mögliche psychische Störungen.
Gefäßgesundheit und Gehirnalterung
Gesunde Blutgefäße sind wichtig, um der Gehirnalterung vorzubeugen. Einige gefäßgesunde Maßnahmen können dafür sorgen, dass das Gehirn auch mit 70 Jahren „jung“ aussieht.
In MRT-Untersuchungen stellte sich heraus, dass die Gesundheit der Blutgefäße besonders wichtig war, um eine vorzeitige Hirnalterung zu vermeiden: Älter aussehende Gehirne waren mit körperlicher Inaktivität, Diabetes, Schlaganfall, höheren Entzündungs- und höheren Blutzuckerwerten verbunden. Das spricht dafür, dass der Lebensstil einen großen Einfluss darauf hat, inwieweit sich das Geburtsalter vom biologischen Alter unterscheidet.
Folgende Maßnahmen fördern die Gefäßgesundheit und können so dazu beitragen, das Gehirn jung zu halten:
- Regelmäßige körperliche Aktivität
- Gesunde Ernährung
- Nichtrauchen
- Die Kontrolle des Blutzuckerspiegels
Die Rotterdam-Studie: Was kann der Radiologe aus Bevölkerungsstudien lernen?
Die 12-jährige Teilnahme an einer bildgestützten Bevölkerungsstudie in Rotterdam hat bei Prof. Krestin zu provozierenden Einsichten geführt. Bildgestützte Bevölkerungsstudien verfolgen das Ziel, in einer großen Anzahl radiologische Bilder zu analysieren, um auf deren Grundlage Biomarker für die Früherkennung und Voraussage von Krankheiten entwickeln zu können.
Gabriel Krestin stellt fest, dass es kein altersgerechtes Vorgehen in der Medizin gibt. In der Vergangenheit wurde der Begriff „altersgerecht“ benutzt, um viele Veränderungen dem Alterungsprozess zuzuschreiben. Die Veränderungen, die wir mit dem Vorgang des Alterns in Verbindung brachten, sind aber durch symptomatische und manchmal präklinische oder asymptomatische Krankheiten bedingt. Altern ist kein sogenannter normaler Prozess. So etwas wie ein normales Altern des Gehirns gibt es nicht. Es ist eben nicht „normal“, dass man die Gehirnfunktion mit zunehmendem Alter verliert, oder diese Funktionen nachlassen und das Gehirn in Folge senil wird.
Was den Alterungsprozess des Gehirns bestimmt, ist der Einfluss externer Faktoren: generelle Risikofaktoren, andere zugrunde liegende Erkrankungen und möglicherweise auch genetische Veranlagungen. Aber es ist nicht unbedingt die Anzahl der Jahre, die man gelebt hat, die zu diesen Veränderungen führen.
Mit zunehmendem Alter zeigen mehrere Regionen einen bedeutenden Rückgang der fraktionellen Anisotropie (FA). Nach Atrophie- und WML-Bereinigung bleiben jedoch nur wenige Regionen. Umfassende Atrophie der weißen Substanz ist mit einem Rückgang der FA im hippocampalen Bereich, Fornix, Corpus callosum und entlang des Gyrus cinguli verbunden.
Läsionen in der weißen Substanz sind mit einer bestimmten Zahl an Risikofaktoren assoziiert. Kardiovaskuläre Risikofaktoren wie Rauchen, Bluthochdruck oder Diabetes zum Beispiel führen zu einer Zunahme der Läsionen. Und Läsionen in der weißen Substanz sind Indikatoren für bestimmte Diagnosen wie Demenz, aber auch den Schlaganfall.
Dank diffusionsgewichteter MRT können wir inzwischen die Integrität von Mikrostrukturen oder Schäden in der weißen Substanz diagnostizieren. Was wir dank neuer MRT-Methoden bei Querschnittstudien der Bevölkerung entdecken konnten, ist, dass sogar bei der nicht beeinträchtigten weißen Hirnsubstanz, die bei konventionellen MRT-Aufnahmen ganz normal aussieht, eine Veränderung der Diffusionswerte zu erkennen ist, lange bevor eine Läsion der weißen Substanz Jahre später sichtbar wird.
Die bildgebende Erfassung solcher Veränderungen wird immer wichtiger, weil sie als Biomarker fungieren, die bestimmte Erkrankungen voraussagen können. Menschen, die Schäden an der Mikrostruktur der weißen Hirnsubstanz aufweisen, oder in hohem Maße an Atrophie oder Läsionen der weißen Substanz leiden, haben ein größeres Risiko, an Demenz oder Schlaganfall zu erkranken.