Die Neurologie entwickelt ständig neue und verbesserte Verfahren zur Behandlung von Erkrankungen des Nervensystems. Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist ein nicht-invasives Verfahren, das zunehmend an Bedeutung gewinnt. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die TMS, insbesondere im Hinblick auf genetisch bedingte Nervenerkrankungen, und beleuchtet aktuelle Studien und Therapieansätze.
Einführung in die Neuromodulation
Neuromodulierende Verfahren zielen darauf ab, die Aktivität des Gehirns, des Rückenmarks oder der peripheren Nerven durch den Einsatz von Elektrizität, magnetischen Feldern oder anderen Modalitäten zu verändern. Invasive und nicht-invasive Neuromodulationsverfahren werden ständig weiterentwickelt, um neurologische Erkrankungen effektiver zu behandeln.
Nicht-invasive Neuromodulationstechniken
Transkutane Vagusnervstimulation (tVNS)
Bei der akuten tVNS wird ein Hautast des Nervus vagus im Bereich der Ohrmuschel mittels Elektrode stimuliert. Studien an Migränepatienten zeigten positive, aber nicht signifikante Effekte auf die Schmerzfreiheit nach zwei Stunden. Auch eine prophylaktische Wirkung bei episodischer Migräne war limitiert, mit einer nicht signifikanten Abnahme der Zahl der Migränetage. Eine weitere Studie an Patienten mit chronischer Migräne konnte ebenfalls numerische, aber keine signifikanten Verbesserungen nachweisen.
Transkutane Supraorbitalis-Neurostimulation (tSNS)
Die tSNS ist in der Migränebehandlung weit verbreitet, wobei der Stimulator auf der Stirn der Patienten angebracht wird. Die PREMICE-Studie untersuchte im prophylaktischen Setting, ob Patienten mit ≥2 vorherigen Migräneattacken nach einer täglichen Behandlung für 20 Minuten über drei Monate einen Nutzen haben. Nach zwei Monaten lag die Anzahl der Responder (>50%ige Reduktion) bei 38,1%, gegenüber 12,1% in der Sham-Gruppe. Unterschiede bei den monatlichen Migräneattacken und Kopfschmerztagen waren jedoch nach drei Monaten nicht mehr signifikant.
Externe Trigeminale Nervenstimulation (e-TNS)
Bei der e-TNS wird eine Stimulation von mehr als einer Stunde durchgeführt. Die ACME-Studie konnte zeigen, dass bei Migränepatienten bereits nach einstündiger Anwendung eine signifikante Verbesserung beim Schmerzempfinden vorlag, welche auch nach 24 Stunden noch anhielt. Diese positiven Daten wurden von der TEAM-Studie gestützt, bei der moderate bis schwere Migräneattacken über 2 Stunden konstant mit e-TNS behandelt wurden.
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Elektrische Fernneuromodulation (REN)
Die REN ist eine Neuentwicklung in der Migränebehandlung, eine extratrigeminale Stimulation, bei der für 45 Minuten TNS-artig am Oberarm stimuliert wird, was profunde Effekte auf den Trigeminus hat. Eine Post-hoc-Analyse, welche REN mit einer Akutmedikation verglich, konnte zeigen, dass das Verfahren der pharmakologischen Behandlung nicht unterlegen war. Im prophylaktischen Setting wurden Patienten über einen Zeitraum von acht Wochen jeden zweiten Tag für 45 Minuten behandelt.
Transkranielle Magnetstimulation (TMS)
Die «Single puls» TMS wurde erstmals 2010 in einer Studie vorgestellt und konnte bei Patienten mit episodischer Migräne mit Aura durch einen einzelnen Puls eine Schmerzfreiheit nach 2 Stunden bei 39% gegenüber 22% in der Shamgruppe erzielen.
Kinetische Oszillationsstimulation (KOS)
Bei der KOS wird das Gerät in ein Nasenloch eingebracht und mittels Oszillation der parasympathische Reflexbogen induziert, was darauf abzielt, den Trigeminus positiv zu beeinflussen.
Invasive Neuromodulationstechniken
Okzipitale Nervenstimulation (ONS)
Die ONS ist eine häufig verwendete Alternativbehandlung, bei der die beiden Okzipitalnerven stimuliert werden. Bis 2021 gab es zum ONS-Verfahren bei chronischen Clusterkopfschmerzen nur wenige, kleine retro- und prospektive Studien, welche eine hohe Variabilität zeigten. Im Mittel konnte eine Reduktion der Attackenhäufigkeit von 50% mit ONS erreicht werden. Die ICON-Studie aus dem Jahr 2021 war die erste multizentrische Doppelblindstudie. Trotz der nur mässigen Erfolge ist ONS eine Alternative für Patient:innen, die medikamentös austherapiert sind und einen hohen Leidensdruck haben.
Tiefe Hirnstimulation (DBS)
Die invasive DBS wird allgemein als letzte Therapieoption angesehen. Eine prospektive Studie aus dem Jahr 2016 konnte zeigen, dass die Zahl der Kopfschmerztage und die Intensität durch die Behandlung signifikant reduziert waren. Gerade bei Respondern (>50%ige Reduktion) konnten beachtliche Erfolge erzielt werden, jedoch gab es auch Nicht-Responder mit keinerlei Verbesserungen. Eine umfassende Metaanalyse konnte eine signifikante Reduktion der Rate von Kopfschmerzattacken von 77% ermitteln. Die Studie zeigte auch, dass erfolgreiche Stimulationen in zwei Clustern erfolgten: zwischen Nucleus ruber und Nucleus subthalamicus oder in der Region posterior des Nucleus ruber.
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Rückenmarksstimulation (Burst-Stimulation)
Aus dem Bereich der Rückenmarksstimulationen kommt mit der Burst-Stimulation eine Alternative zu den Parästhesietherapien. Hier werden hochfrequente Pulse verwendet, die unterhalb der Wahrnehmungsschwelle liegen, was auch eine Verblindung von Studien vereinfacht.
Transkranielle Magnetstimulation (TMS) im Detail
Die repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) ist eine neue Technologie, durch die kortikale Neurone durch elektromagnetische Induktion stimuliert werden können. Für die Behandlung depressiver oder ängstlicher Störungen werden wiederholt (über drei bis sechs Wochen hinweg täglich) frontale Gehirnareale (DLPFC: linker oder rechter dorsolateraler präfrontaler Cortex) durch ein starkes Magnetfeld stimuliert.
Wirkungsweise der TMS
Neue Erkenntnisse, wie transkranielle Magnetstimulation (TMS) auf Verschaltungen von Nervenzellen wirkt, haben Forscher der Ruhr-Universität Bochum gewonnen. Sie nutzten fluoreszierende Farbstoffe, die Auskunft über die Aktivität von Nervenzellen geben. Die aktuellen Ergebnisse beschreibt ein Team um Privatdozent Dr. Dirk Jancke vom Bochumer Optical Imaging Lab in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, kurz PNAS.
Das Team untersuchte, wie sich eine TMS-Stimulation auf sogenannte Orientierungskarten im visuellen Teil des Gehirns auswirkt. Diese Karten sind zum Teil genetisch festgelegt, aber auch durch die Interaktion mit der Umwelt geprägt. Die Sehrinde enthält zum Beispiel eine kortikale Karte für Reize mit kontrastreichen Kanten bestimmter Orientierungen, die gewöhnlich die Grenzen von Objekten markieren. Für die Studie verwendeten die Forscher hochfrequente TMS und verglichen, wie Nervenzellen vorher und nachher auf Bildreize mit einer bestimmten Kantenorientierung reagierten.
Das Ergebnis: Die Nervenzellen antworteten nach der Magnetstimulation variabler; die Präferenz für einen bestimmten Winkel war also nicht mehr so stark ausgeprägt wie vor der TMS. „Man könnte sagen, die Nervenzellen waren nach der TMS-Behandlung für eine Weile unentschlossener und damit offen für neue Aufgaben“, veranschaulicht Dirk Jancke. Speziell analysierte das Team, wie sich ein passives visuelles Training nach einer TMS-Behandlung auswirkt. Eine nur 20-minütige Stimulation mit Bildreizen einer bestimmten Kantenorientierung führte dazu, dass sich die Gehirnbereiche vergrößerten, deren Zellen bevorzugt auf den präsentierten Kantenwinkel reagieren.
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Die transkranielle Magnetstimulation ist ein nicht invasives und schmerzfreies Verfahren, bei dem eine Magnetspule über dem Kopf positioniert wird. Der gewählte Gehirnbereich kann dann über Magnetwellen gezielt gehemmt oder aktiviert werden. Bislang ist wenig über die Wirkung des Verfahrens auf Zellebene bekannt, weil das starke Magnetfeld der TMS die Signale anderer Methoden überlagert, mit denen Forscher die Auswirkungen der TMS beobachten könnten. Messverfahren mit hoher zeitlicher Auflösung wie das EEG werden durch den Magnetpuls gestört. Um die Gehirnaktivität nach TMS-Anwendung zu messen, nutzt Janckes Team spannungsabhängige Farbstoffe. Diese werden in den Membranen der Nervenzellen verankert. Wird die Zelle erregt, fluoreszieren die Moleküle.
TMS bei Dystonie
Einer der interessantesten neuen Ansätze, die derzeit für die Dystonie erforscht werden, ist die nicht-invasive Hirnstimulation mittels transkranieller Magnetstimulation (TMS) und transkranieller Gleichstromstimulation (tDCS). Bei diesen Therapien wird eine Magnetspule über dem Schädel/oder peripher über betrofenen Muskeln gelegt und dazu verwendet, einen kleinen magnetischen oder elektrischen Impuls schmerzlos zu applizieren.
Genetische Aspekte von Nervenerkrankungen und TMS
Viele neurologische Erkrankungen haben eine genetische Komponente, was bedeutet, dass sie durch Veränderungen in den Genen verursacht werden können. Die Forschung hat begonnen, einige der möglichen genetischen Zusammenhänge zwischen verschiedenen neurologischen Erkrankungen aufzudecken.
Studien haben gezeigt, dass Menschen mit einer seltenen vererbten Form von Parkinson, verursacht durch Veränderungen in einem Gen namens PARKIN, nicht nur dazu neigen, Parkinson-Symptome in einem jüngeren Alter zu entwickeln, sondern entwickeln auch Dystonien. Vor kurzem zeigte eine große Studie, das genetische Mutationen, die eine Form von Dystonie im Kindesalter verursachen, auch eine Rolle bei der Entwicklung von M. Parkinson spielen können.
Mutationen in einem Gen namens GCH1 führen zB zu einer starken Reduktion der Dopaminproduktion und verursachen Symptome, die in der Kindheit auftreten, oft im Alter von etwa sechs Jahren, einschließlich Dystonien in den unteren Gliedmaßen. Die Symptome sprechen sehr gut auf Levodopa-Medikamente an und werden daher als dopa-responsive Dystonie (DRD) bezeichnet. In Familien mit DRD finden sich ältere Verwandte mit dem gleichen genetischen Defekt, die im Erwachsenenalter Parkinson-ähnliche Symptome entwickelten. Wenn diese Personen einen Gehirnscan bekommen, mit dem die Diagnostik von M. Parkinson unterstützt werden kann (DaTSCaN), sehen oft die Ergebnisse so aus, als hätten die Patienten eine typische Parkinson-Krankheit. Dies hat gezeigt, dass Mutationen in GCH1 nicht nur zu Dystonien im Kindesalter, sondern auch zu Parkinson im Erwachsenenalter führen können.
Fortschritte in der Behandlung neurologischer Erkrankungen
Die Möglichkeiten der Therapie nach einem Gefäßverschluss im Gehirn oder einer Hirnblutung - beides ein möglicher Auslöser für einen Schlaganfall - haben sich deutlich verbessert. Für die akute Therapie gilt „Time is Brain“ - im Vordergrund steht die schnelle Wiederherstellung einer ausreichenden Durchblutung der betroffenen Areale. Ein Meilenstein in der akuten Behandlung ist die Erweiterung des Zeitfensters für die Katheterbehandlung (Thrombektomie). Studien haben gezeigt, dass Patientinnen und Patienten mit einem Verschluss großer hirnversorgender Gefäße sogar bis zu 24 Stunden nach dem Ereignis von dieser Behandlung profitieren können. Die medikamentöse Schlaganfalltherapie hat ebenfalls deutliche Fortschritte gemacht: Das Thrombolytikum Tenecteplase hat in vielen deutschen Schlaganfallzentren den Einsatz des bisherigen, seit fast 30 Jahren eingesetzten Medikaments Alteplase abgelöst.
Neben der Akuttherapie werden zunehmend postakute Therapien entwickelt, die die Regeneration nach einem Schlaganfall signifikant verbessern können. Die neuronale Reorganisation gilt als entscheidender Faktor für die funktionelle Erholung. Die Kombination von bildgebenden Verfahren und transkranieller Magnetstimulation (TMS) hat sehr vielversprechende Ergebnisse bei der Reorganisation neuronaler Netzwerke gezeigt. Die funktionelle Bildgebung mittels MRT oder Elektroenzephalografie (EEG) macht die Hirnareale sichtbar, die am meisten von einer TMS profitieren. Moderne Bildgebungsverfahren und Konnektivitätsanalysen ermöglichen es, die Anpassungsprozesse des Gehirns nach einem Schlaganfall zu untersuchen und zu verstehen, warum manche Betroffene sich besser erholen als andere. So können Behandlungsmethoden individuell optimiert werden. Die Nutzung künstlicher Intelligenz (KI) trägt ebenfalls zu einer präziseren, personalisierten Therapie bei: KI-Algorithmen können anhand von Patientendaten den individuellen Verlauf eines Schlaganfalls vorhersagen und Faktoren identifizieren, die eine schnelle Regeneration oder einen komplizierten Verlauf begünstigen.
Bei der Amyotrophen Lateralsklerose (ALS), einer bisher unheilbaren Erkrankung des motorischen Nervensystems, gibt es neue Hoffnung durch eine neue Behandlungsstrategie, die am Immunsystem ansetzt. Ein weiterer Durchbruch in der ALS-Behandlung ist die Entwicklung von Tofersen, einem Antisense-Oligonukleotid, das im April 2023 von der FDA und im Februar 2024 von der europäischen Arzneimittelbehörde die Zulassung erhalten hat. Eine weitere von der Europäischen Arzneimittelbehörde im Jahr 2024 zugelassene Substanz ist Lecanemab, welche für die Therapie von Frühformen der Alzheimer-Demenz eingesetzt werden kann.
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