Trotz schwerer Rückenmarksverletzungen haben querschnittsgelähmte Ratten dank neuer Therapien wieder laufen gelernt. Diese ermutigenden Ergebnisse, erzielt durch gezielte Stimulation des Rückenmarks und Lauftraining, nähren die Hoffnung, dass ähnliche Erfolge auch bei menschlichen Patienten möglich sein könnten.
Die Herausforderung der Rückenmarksverletzung
Während sich Gehirn und Rückenmark nach leichten Verletzungen regenerieren können, ist dies bei schwerwiegenden Schäden meist nicht der Fall. Sind zu viele Nervenleitungen im Rückenmark durchtrennt, wachsen sie nicht mehr zusammen, und eine dauerhafte Lähmung ist die Folge - zumindest dachte man das bisher.
Durchbruch bei Ratten: Eine neue Therapie
Ein Schweizer Forschungsteam hat gezeigt, dass eine Heilung unter bestimmten Bedingungen doch möglich sein kann. Bei querschnittsgelähmten Ratten wurden die Hauptleitungsbahnen des Rückenmarks bis auf einen kleinen Teil des Nervengewebes durchtrennt, was einer Verletzung vieler querschnittsgelähmter Menschen entspricht. Durch die Injektion chemischer Botenstoffe in die untere Rückenmarksregion und die Reizung des Bereichs mit leichten Stromstößen simulierten die Forscher aktivierende Signale, die normalerweise vom Hirnstamm gesendet werden, um die Nervenleitungen auf eine Bewegung vorzubereiten.
Schon nach sieben Tagen dieser Behandlung führten die Ratten auf einem Laufband erste unwillkürliche Schrittbewegungen mit ihren Hinterbeinen aus. Nach zwei bis drei Wochen Training machten die Ratten ihre ersten selbstständigen Schritte und legten bald eine Strecke von 21 Metern in drei Minuten zurück. Die Triebkraft für die Bewegung war allein die Willenskraft der Tiere. Grundlage für den Erfolg war, dass sich durch das spezielle, willensbasierte Training neue Nervenverbindungen im Rückenmark gebildet hatten. Sie wuchsen um die verletzten Bereiche herum und stellten so neue Verbindungen zwischen dem Gehirn und den Hinterbeinen her. Damit erlangten die Ratten die bewusste Kontrolle über ihre Beinbewegungen zurück.
Der Schlüssel zum Erfolg: Stimulation und Training
Der Schlüssel zum Erfolg sei, zunächst das vom Gehirn abgetrennte Rückenmark wieder aufzuwecken und zu aktivieren, so Grégoire Courtine von der Universität Zürich und der Ècole Polytechnique Fédérale de Lausanne und seine Kollegen. Dieses "Rückenmarks-Gehirn" müsse dazu gebracht werden, die Nervenheilung anzuregen und selbstständig Bewegungen zu koordinieren.
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Bereits vor einigen Jahren hatten die Schweizer Forscher gezeigt, dass dank dieser Stimulierung gelähmte Ratten auf einem Laufband vorwärts gehen können. Allerdings konnten die Tiere ihre Bewegungen nicht bewusst steuern, weil die Nervenverbindungen zwischen den Hinterbeinen und dem Gehirn getrennt blieben. Stattdessen gab das Laufband den Anstoß für die Bewegungen. Jetzt aber haben die Forscher einen robotergesteuerten Halteapparat konstruiert, der die Ratten auf den Hinterbeinen hält und sie nur dann abfängt, wenn sie das Gleichgewicht verlieren. Die Tiere haben dadurch das Gefühl, eine gesunde Wirbelsäule zu besitzen, erklären die Forscher. Nach der chemisch-elektrischen Anregung der Nervenzellen ließen sie die Tiere gestützt von dem Geschirr ein Lauftraining absolvieren.
Hoffnung für menschliche Patienten
Courtine und seine Kollegen halten es für durchaus möglich, dass die neue Trainingsmethode zukünftig auch Menschen mit schweren Rückenmarksverletzungen wieder auf die Beine bringen kann. Erste Studien mit Patienten in einer Klinik in Zürich sind ihren Angaben nach geplant und könnten in zwei Jahren beginnen.
Jan Schwab von der Abteilung Experimentelle Neurologie an der Charité Berlin betonte, dass Rehabilitation die bislang einzige geprüfte Therapie nach Querschnittverletzung beim Menschen sei und zu wichtigen, jedoch deutlich begrenzten Verbesserungen führe. Der kombinierte Rehabilitationsansatz von Courtine sei ein wichtiger Schritt hin zur Entwicklung von modernen Therapien und verbessere das Verständnis der erstaunlich robusten Regenerationseffekte im stimulierten, verletzten Rückenmark.
Dietmar Fischer von der Neurologischen Klinik der Universität Düsseldorf bezeichnete es als ein "tolles Zeichen", dass die Tiere eine willkürliche Kontrolle über die Bewegungssteuerung erlangt haben.
Elektrostimulation beim Menschen: Erste Erfolge
Zwei Ärzteteams ist es gelungen, das Rückenmark Gelähmter elektrisch so zu stimulieren, dass sie wieder einige Schritte gehen konnten. Die Arbeitsgruppe von Claudia Angeli und Susan Harkema von der Universität in Louisville berichtet von querschnittsgelähmten Patienten, die weder stehen noch laufen konnten. Ihr Rückenmark war so stark beschädigt, dass es keine oder kaum noch Signale vom Gehirn zu den Muskeln weiterleiten konnte.
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Das fehlende Signal versuchten die Forscher mit Hilfe elektrischer Stimulation zu überbrücken. Sie implantierten den Patienten einen Stimulator mit 16 Kontaktelektroden am Rückenmark. Die Idee ist, das unterhalb der Verletzung gewissermaßen "eingeschlafene" Rückenmark durch die Stimulation aufzuwecken, sodass er wieder Nervenimpulse empfängt.
Mit eingeschaltetem Stimulator gelang es ihnen dann, zu stehen und ihren Rumpf stabil zu halten. Laufen allerdings konnten nur zwei der vier Teilnehmer: Nach 278 Trainingseinheiten in 85 Wochen gelang es einem der Probanden, mit Hilfe von Stöcken etwa 90 Meter am Stück zu gehen. Eine Patientin konnte bereits nach 15 Wochen mit Rollator laufen. Den anderen beiden gelangen trotz Stimulation keine eigenen Schritte.
Forscher um Kendall Lee von der amerikanischen Mayo-Klinik berichten über einen jungen Mann, der nach einer schweren Rückenmarkverletzung gelähmt war. Nach 43 Wochen Training konnte er etwa hundert Meter weit gehen - allerdings nur unter elektrischer Stimulation und mit Hilfe eines Rollators und eines Assistenten.
Einschränkungen und Realismus
Norbert Weidner, Ärztlicher Direktor der Klinik für Paraplegiologie am Uniklinikum Heidelberg, warnt vor Euphorie bei Patienten: "Die Studien zeigen, dass die Kombination aus Elektrostimulation und Training prinzipiell funktioniert." Auf den Alltag komplett gelähmter Patienten hätten die Ergebnisse jedoch keinen großen Einfluss, zu fern sei die Versuchsanordnung von der Realität. Bei Patienten, die ihre Gliedmaßen noch teilweise bewegen können, bestehe aber vielleicht mehr Hoffnung.
Eine Heilung verspricht die Methode nicht. Die könnte man nur erreichen, wenn es gelänge, die wenigen noch verfügbaren Nervenbahnen Gelähmter zu vermehren. Von einer solchen Regeneration sei man jedoch noch "sehr weit entfernt", sagt Weidner.
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Laufbandtraining: Ein wichtiger Baustein
Volker Dietz von der Universität Zürich weiß, wie wichtig die monotone Wiederholung der Schrittbewegung für den Behandlungserfolg ist. Nur wenn die "Gehzentren" im Rückenmark immer wieder aktiviert werden, bleiben sie aktiv und können dann sogar die Funktionen bereits zerstörter Nervenbahnen übernehmen. Ohne das Training würden sie verkümmern.
Ingenieuren ist es gelungen, einen Roboter zu entwickeln, der die mühsame Aufgabe der Physiotherapeuten übernimmt. Wesentliches was der macht, ist dass wir mal sehen können, sind ein, zwei oder drei Stunden Training gut? Bisher ging das nur eine halbe Stunden, einfach aus personellen Gründen. Zweitens, dass wir das optimieren können, was der Patient überhaupt braucht an Unterstützung und drittens, dass wir dem Patienten an einem Bildschirm überhaupt zeigen können, was macht er selbst, dass er sich ein Feedback hat, was kann er selbst, was macht der Roboter, wie viel hat er sich verbessert innerhalb einer Trainingsssession. Und so denken wir dass es tatsächlich eine stufenweise Verbesserung ist.
Wichtig ist bei der Laufbandtherapie vor allem eins: Die Behandlung muss früh beginnen - am besten schon eine Woche nach der Verletzung des Rückenmarks. Patienten, die bereist seit Jahren im Rollstuhl sitzen, profitieren nicht von der Therapie. Ihre Bewegungszentren im Rückmerk sind längst verkümmert und lassen sich im nachhinein nicht mehr aktivieren. Auch Patienten, deren Rückenmark beinah vollständig durchtrennt ist, können durch das Laufbandtraining nicht wieder gehen lernen.
Das Laufbandtraining könnte dazu dienen, die wenigen verbliebenen Fasern intakt zu halten, bis die Regeneration der Nervenfasern beim Menschen möglich ist.
Personalisierte Elektrodenimplantate: Ein neuer Ansatz
Ein Forschungsteam aus Lausanne in der Schweiz hat ein neu entwickeltes, für Patientinnen und Patienten personalisiertes Elektrodenimplantat vorgestellt, das so an der Wirbelsäule platziert wird, dass die Elektroden über Nervenfasern Motor-Neuronen im Rückenmark stimulieren können. Das Prinzip gelang in einer Studie bei drei Männern, die bereits wenige Stunden nach Beginn der Behandlung in den Beinen erste Muskelbewegungen hervorrufen konnten. Nach mehreren Monaten Training war es dann möglich, mit Gehhilfe mehrere Stunden zu stehen und zu gehen. Sogar Schwimmen und Radfahren wurde durch die Technik ermöglicht. Die Bewegungen müssen allerdings über ein Tablet angesteuert werden. Das Besondere: Alle drei Probanden waren komplett querschnittsgelähmt - ein Fortschritt gegenüber früheren Studien.
Die Alltagstauglichkeit der Stimulation in der gezeigten Art und Weise ist nach wie vor äußerst limitiert - geringe Gehgeschwindigkeit, unphysiologisches Gangbild mit relativ hohem Energieaufwand. Zudem lassen sich solche Therapieerfolge nur bei einem Teil Querschnittsgelähmter anwenden.
Weitere Therapieansätze
Neben Elektrostimulation und Laufbandtraining gibt es weitere Therapieansätze, die die Rehabilitation von Querschnittsgelähmten unterstützen können:
- Nordic Walking: Diese gelenkschonende Sportart aktiviert 90 Prozent der Muskulatur und stärkt insbesondere die Rückenmuskulatur.
- Schwimmen: Im Wasser werden Gelenke und Wirbelsäule entlastet, während die Muskeln rund um die Wirbelsäule trainiert werden. Rückenschwimmen und Kraulen sind besonders empfehlenswert.
- Radfahren: Mit einer optimalen Sitzposition und guter Federung ist Radfahren rückenschonend und trainiert die stabilisierenden Muskeln rund um die Wirbelsäule.