Die moderne Anästhesie ist eine revolutionäre medizinische Errungenschaft, die schmerzfreie Operationen ermöglicht. Doch inwieweit beeinflusst die Narkose unser Gehirn? Jüngste Studien geben Aufschluss über die komplexen Prozesse, die während der Narkose im Gehirn ablaufen, und beleuchten potenzielle Risiken und langfristige Auswirkungen.
Der Zustand des Gehirns unter Narkose: Burst-Suppression
Durch Elektroenzephalographie (EEG)-Studien ist bekannt, dass das Gehirn während der Narkose in einen tiefschlafähnlichen Zustand versetzt wird. Dieser Zustand wird als Burst-Suppression bezeichnet. Während der Burst-Suppression wechseln sich Perioden rhythmischer elektrischer Aktivität mit Phasen völliger Inaktivität ab. Eine aktuelle Studie, die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) einsetzte, untersuchte die räumliche Verteilung der synchron arbeitenden Hirnregionen in narkotisierten Menschen, Javaneraffen, Weißbüschelaffen und Ratten.
Unterschiede zwischen Spezies
Die Studie zeigte, dass sich die Bereiche, in denen Burst-Suppression erkennbar ist, bei Primaten und Nagern signifikant unterscheiden. Bei Ratten zeigen weite Teile der Hirnrinde synchron das Burst-Suppression-Muster, während bei Primaten einzelne sensorische Regionen, wie die Sehrinde, davon ausgeschlossen sind.
Nikoloz Sirmpilatze, Wissenschaftler in der Abteilung Funktionelle Bildgebung, vergleicht das Gehirn im wachen Zustand mit einem vollen Fußballstadion, in dem zehntausende Zuschauer durcheinanderreden. Unter Narkose synchronisiert sich die Aktivität der Nervenzellen, ähnlich wie ein gleichförmiges Lied, das alle Zuschauer im Stadion singen. In tiefer Narkose wird dieses Lied immer wieder durch Phasen der Stille unterbrochen - die Burst-Suppression.
Ursachen und Auswirkungen der Burst-Suppression
Das Phänomen der Burst-Suppression wird durch verschiedene Narkosemittel hervorgerufen, die teilweise unterschiedliche Wirkmechanismen haben. Es ist auch bei Komapatienten nachweisbar. Ob dieser Zustand eine Schutzreaktion des Gehirns oder ein Zeichen einer gestörten Funktionsweise ist, bleibt jedoch unklar. Ebenso war bislang unklar, wo im Gehirn die Burst-Suppression auftritt und welche Hirnareale beteiligt sind, da eine Lokalisierung durch EEG allein nicht möglich ist.
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Um diese Frage zu beantworten, setzte das Team um Nikoloz Sirmpilatze die fMRT ein, ein bildgebendes Verfahren, das Durchblutungsänderungen im Gehirn sichtbar macht. Die gesteigerte Aktivität von Nervenzellen in einem bestimmten Hirnareal führt zu einer Erhöhung des Stoffwechsels und damit zu einer gesteigerten Blutzufuhr und Sauerstoffversorgung an dieser Stelle, was schließlich im fMRT-Bild sichtbar wird.
Die Forscher etablierten ein System, um die fMRT-Daten in Menschen, Affen und Nagern mit der gleichen Methode standardisiert auswerten zu können. Dazu nutzten sie zeitgleich gemessene EEG- und fMRT-Daten von narkotisierten Patienten, die in einer zuvor durchgeführten Studie an der Technischen Universität München entstanden waren. Sie untersuchten, ob die im EEG nachgewiesene Burst-Suppression auch in den fMRT-Daten sichtbar ist und ob diese ein bestimmtes Muster zeigt.
Die anschließenden fMRT-Messungen in narkotisierten Javaner- und Weißbüschelaffen sowie in Ratten bestätigten die Burst-Suppression in Abhängigkeit von der Konzentration des Narkotikums und ermöglichten eine genaue Lokalisierung. Die räumliche Verteilung der Burst-Suppression zeigte, dass sowohl im Menschen als auch in den Affenarten bestimmte sensorische Bereiche, wie der visuelle Kortex, davon ausgeschlossen sind. In den Ratten war hingegen die gesamte Großhirnrinde von der Burst-Suppression betroffen.
Die Gründe für diese Unterschiede sind noch unklar. Sirmpilatze spekuliert, dass Primaten sich hauptsächlich über ihren Sehsinn orientieren, weshalb der visuelle Kortex eine hochspezialisierte Region ist, die sich von anderen Hirnarealen unterscheidet. In Ratten ist dies nicht der Fall.
Langzeitnarkose und kognitive Defizite
Das medizinisch induzierte Koma ist ein lebensrettendes Verfahren, das jährlich bei Millionen von Patienten auf Intensivstationen durchgeführt wird. Abhängig von der Schwere der Erkrankung kann eine Narkose Tage bis Wochen aufrechterhalten werden. Intensivmedizinische Patienten haben jedoch nach dem Aufwachen oft Denk- und Gedächtnisschwierigkeiten. Angehörige berichten häufig, dass die Patienten nach der Entlassung aus dem Krankenhaus nicht mehr dieselben sind.
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Forscher der Columbia University in den USA und der Universität Bonn haben nun eine Verbindung zwischen diesen koma-assoziierten neurokognitiven Defiziten und Veränderungen der strukturellen Verknüpfungen des Gehirns identifiziert. Die Studie, veröffentlicht in der Fachzeitschrift PNAS, zeigt, dass eine verlängerte Narkose die synaptische Architektur des Gehirns unabhängig vom Alter signifikant verändert.
Veränderungen der neuronalen Verbindungen
Entgegen der bisherigen Annahme, dass Verbindungen zwischen Neuronen im erwachsenen Gehirn während einer Narkose stabil bleiben, fanden die Forscher heraus, dass eine längere Narkose die synaptische Architektur des Gehirns unabhängig vom Alter signifikant verändert.
Michael Wenzel, Hauptautor der Studie, betont, dass die Ergebnisse ein Signal insbesondere an die Intensivmedizin sind, da sie einen physikalischen Zusammenhang zwischen kognitiver Beeinträchtigung und längerem medizinisch induziertem Koma herstellen.
Da es sich bei dieser Studie um eine Pilotstudie in Mäusen handelt, sind weitere Untersuchungen erforderlich. Es sei wichtig zu wissen, ob bestimmte Anästhetika-Kombinationen mit zunehmender Narkosedauer vorteilhafter für Denkvermögen und Alltagsfähigkeit nach dem Aufenthalt auf Intensivstation sind als andere. Darüber hinaus gebe es kaum standardisierte Unterstützungsmaßnahmen zur Erhaltung einer gesunden Hirnstruktur während Langzeitanästhesie, im Gegensatz zu täglichen physiotherapeutischen Maßnahmen, die wichtig sind, um einer Gelenkversteifung und Muskelschwund entgegenzuwirken.
Wenzel betont, dass die Anästhesie ein lebensrettendes Verfahren ist, das viele medizinische Therapien überhaupt erst erträglich gemacht hat.
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Risikofaktoren und Patientensicherheit
In Deutschland gelten Narkosen als sehr sicher. Schwere Zwischenfälle treten bei einem von 140.000 Patienten auf. Das Ziel ist, die Zahl dieser Zwischenfälle auf null zu bringen. Zur Erhöhung der Patientensicherheit werden Simulationswochen veranstaltet, in denen in interprofessionellen Teams bestimmte Notfallsituationen wie etwa Reanimationen oder Atemwegszwischenfälle trainiert werden. Vor jeder Narkose findet ein Teambriefing statt, und es wird ein Gerätekurzcheck durchgeführt.
Bei alten Menschen und Kindern ist die Narkose weniger sicher als in der Gesamtbevölkerung. Das Alter selbst ist ein Risiko, außerdem Krankheiten wie Herzinsuffizienz, Diabetes oder auch eine eingeschränkte Nierenfunktion. Bei Säuglingen verbleibt nach dem Ausatmen ein geringeres Gasvolumen in der Lunge, was bedeutet, dass weniger Zeit bleibt, um die Atemwege zu sichern. Zudem sind die Atemwege von Säuglingen empfindlicher, es kommt eher zu einer Verengung von Stimmritzen und Bronchien. Wie sicher eine Narkose für Kleinkinder ist, hängt auch von der Erfahrung des Anästhesisten ab. Die Facharzt-Ausbildung verlangt 1800 Narkosen bei Erwachsenen, aber nur 50 bei Kindern unter fünf Jahren.
Eine kanadische Studie kam zu dem Ergebnis, dass ab einer bestimmten Anzahl an gemeinsamen Operationen jeder weitere Eingriff, den das Team zusammen durchgeführt hat, die Zahl schwerer Erkrankungen der operierten Patienten um fünf Prozent sinkt. Der Chirurg kann sich besser konzentrieren, wenn er weiß, dass er sich hundertprozentig auf den Anästhesisten verlassen kann. In der Folge treten etwa Infektionen wie Lungenentzündungen seltener auf.
Zu den Folgen von Narkosen gehören gerade bei älteren Patienten auch Gedächtnisstörungen, die mitunter monatelang anhalten. Dieses Delir ist wohl kein reiner Narkose-Effekt. Ursächlich scheint eher die Kombination aus Krankenhausaufenthalt, Setting, Eingriff, Narkose und Reha, wie zwei Studien aus dem vergangenen Jahr zeigen.
Personalisierte Anästhesie und Umweltaspekte
Auch in der Anästhesie gilt die personalisierte Medizin als Trend. Dabei sind Fragen nach dem Körpergewicht oder Betäubungsmittelkonsum doch Standard. Das Spektrum, mit dem man auf Patienten eingehen kann, ist noch sehr viel breiter. Bei Lungenleiden ist etwa eine kombinierte Narkose aus Periduralkatheter und Vollnarkose ratsam, bei schwerer Herzinsuffizienz wird die Narkose eher mit Ketamin als mit Propofol eingeleitet.
Manche Narkosegase setzen viel mehr CO2 frei als andere. Viele Kliniken verzichten daher auf Desfloran und Lachgas, die fürs Klima besonders schädlich sind.
Verschiedene Arten der Narkose im Überblick
Ob Operation, Intensivmedizin oder ambulante Behandlung: Patienten müssen dank guter Anästhesie bei einem medizinischen Eingriff keine Schmerzen leiden. Es gibt verschiedene Arten der Narkose, die je nach Art und Umfang des Eingriffs eingesetzt werden.
Allgemeinanästhesie (Vollnarkose)
Die Allgemeinanästhesie, umgangssprachlich als Vollnarkose bekannt, versetzt den Patienten mithilfe von Medikamenten in einen künstlichen, schmerzfreien und komatösen Zustand. Ziel ist es, dass der Patient während einer Operation nichts von dem Eingriff mitbekommt, ruhig liegt und keine Schmerzen empfindet. Um dies zu erreichen, wird bei der Allgemeinanästhesie eine Kombination von Medikamenten eingesetzt, die drei wesentliche Faktoren sicherstellt: Schmerzausschaltung, Bewusstseinsverlust und Muskelentspannung.
Da die eigenständige Atmung unter der Narkose stark eingeschränkt ist, müssen die Patienten während der gesamten Operation beatmet werden. Dies geschieht über eine Gesichtsmaske, eine in den Rachen eingeführte Kehlkopfmaske oder einen Intubationsschlauch, der in die Luftröhre gelegt wird.
Regionalanästhesie (Teilnarkose)
Wollen Mediziner während des Eingriffs nur bestimmte Bereiche oder Körperteile schmerzfrei halten, nutzen sie die Regionalanästhesie, auch Teilnarkose genannt. Dabei bleiben die Patienten bei Bewusstsein, sind also während der medizinischen Behandlung ansprechbar. Erhalten sie zusätzlich ein leichtes Beruhigungs- oder Schlafmittel (Sedierung) können sie zwar schlafen, aber jederzeit geweckt werden.
Da bei der Regionalanästhesie nur ein Teil des Körpers betäubt wird, ist sie für die Patienten schonender. Gleichzeitig gibt es andere Risiken für Komplikationen im Vergleich zur Allgemeinanästhesie, und durch die niedrigere Medikamentendosis treten Nebenwirkungen wie Übelkeit oder Erbrechen seltener auf.
Periduralanästhesie (PDA)
Bei der Periduralanästhesie (PDA), auch Epiduralanästhesie, werden die Wurzeln der schmerzleitenden Rückenmarksnerven im sogenannten Periduralraum in der Nähe des Rückenmarks betäubt. Die Nerven können so kein Schmerzsignal mehr zum Gehirn weiterleiten.
Spinalanästhesie (SPA)
Die Spinalanästhesie (SPA) ermöglicht schmerzfreie Eingriffe im Unterkörper, etwa am Becken oder an den Beinen.
Plexusanästhesie
Für operative Eingriffe am Arm oder an der Schulter eignet sich die Plexusanästhesie. Dabei wird das schmerzleitende Nervengeflecht, der Armplexus oder Plexus brachialis, betäubt.
Intravenöse Regionalanästhesie
Die intravenöse Regionalanästhesie wird bei operativen Eingriffen an Unterarm und Hand oder Unterschenkel und Fuß eingesetzt, die nicht länger als eine Stunde dauern.
Lokalanästhesie (örtliche Betäubung)
Mit der Lokalanästhesie oder örtlichen Betäubung lässt sich das Schmerzempfinden in kleinsten Bereichen des Körpers ausschalten. Sie kommt beispielsweise bei der Entfernung eines Blutschwamms auf der Haut oder bei einem zahnärztlichen Eingriff zum Einsatz.
Mögliche irreversible Wirkungen auf den Hippocampus
Eine möglicherweise irreversible Wirkung von Anästhetika auf Rezeptoren im Hippocampus könnte die bei einigen Patienten länger anhaltenden Gedächtnisstörungen nach Narkosen erklären, wie eine Reihe von Experimenten im Journal of Clinical Investigation zeigt.
Als Wirkmechanismus wird eine „positive Modulation“ der Rezeptoren von GABA-Typ-A-Rezeptoren im Hippocampus vermutet, der Gedächtniszentrale des Gehirns. Die GABA-Typ-A-Rezeptoren haben eine inhibitorische Wirkung. Ihre Verstärkung hat in der Narkose eine akute Gedächtnisblockade zur Folge. Sie ist mit dafür verantwortlich, dass die Patienten sich nach der Narkose nicht an die Operation erinnern können, was ein erwünschter Effekt ist.
Unerwünscht wäre allerdings, wenn die „positive Modulation“ über das Ende der Narkose anhält. Genau dies scheint aber der Fall zu sein, wie die Experimente zeigen, die ein Team um Beverley Orser an Mäusen durchgeführt hat. Die Tiere wurden mit Etomidat narkotisiert. Es wird von Anästhesisten bevorzugt bei älteren Patienten eingesetzt, da es ein günstiges kardiales Nebenwirkungsprofil aufweist. Die Mäuse zeigten 24 und 72 Stunden nach der Narkose noch Gedächtnisstörungen, von denen sie sich eine Woche später erholt hatten. Eine Narkose mit Dexmedetomidin, das seine hypnotische Wirkung nicht über GABA-Typ-A-Rezeptoren, sondern über alpha2-adrenerge Rezeptoren erzielt, löst dagegen keine POCD bei den Tieren aus.
Auswirkungen auf die Hirnentwicklung bei Kindern
Kinder, die in den ersten vier Lebensjahren eine Vollnarkose erhalten haben, zeigten in einer Fall-Kontroll-Studie in Pediatrics eine verlangsamte Sprachentwicklung und leichte Defizite im Intelligenzquotienten, die mit Veränderungen in der grauen Substanz der Großhirnrinde einhergehen.
Andreas Loepke vom Cincinnati Children's Hospital konnte die Ergebnisse einer Studie zur Sprachentwicklung von Kindern im Alter von 5 bis 18 Jahren auswerten. Er stellte in einer Fall-Kontroll-Studie 53 Kinder, die in den ersten vier Jahren eine Vollnarkose erhalten hatten, einer gleich großen Anzahl von Kindern gegenüber, die nicht operiert worden waren.
Kinder, die Inhalationsanästhetika ausgesetzt gewesen waren, schnitten in einem Test zum Hörverstehen im Durchschnitt um 6 Punkte schlechter ab als nicht-exponierte Kinder. Ihr Performance-IQ war im Durchschnitt 6,4 Punkte niedriger als bei nicht-exponierten Kindern. Loepke betont, dass der IQ aller exponierten Kinder im Normalbereich lag. Die Auswirkungen auf die graue Hirnsubstanz waren deutlich schwächer als in den Tierversuchen. Kinder mit schlechteren Ergebnissen im Sprachverständnis und im Performance-IQ hatten jedoch eine verminderte Dichte der grauen Hirnsubstanz im okzipitalen Cortex und im Kleinhirn.
Loepke wertet dies als eine Bestätigung für seine Ansicht, dass Inhalationsanästhetika die Reifung des Gehirns in den ersten Lebensjahren stören kann. Die Auswirkungen bestanden unabhängig von der Art der Operation. Dennoch ist eine einzelne Fall-Kontroll-Studie nicht beweisend. Loepke fordert deshalb die Durchführung weiterer Studien.
Das postoperative Delir
Für manchen Patienten beginnt nach der Narkose ein Albtraum: Sie sind desorientiert, sehen Zerrbilder, leiden unter Wahnvorstellungen, die sie als real erleben. Sie haben Angst, können sich aber kaum artikulieren. Das postoperative Delir gehört zu den häufigsten Folgen nach Narkose und Operation, manche werden das Trauma nie wieder los. Studien zufolge bleiben bis zu 84 Prozent der Delirien unerkannt. Der Begriff „Durchgangssyndrom“ verharmlost das Phänomen. Denn der Zustand ist keineswegs nur vorübergehend: Bei der Entlassung leiden noch bis zu 40 Prozent der Operierten unter kognitiven Störungen. Unbehandelt bleiben oft Spätfolgen an Gehirn und Nerven.
Risikofaktoren für ein Delir
Besonders das Alter spielt eine Rolle. Kinder und Senioren sind gefährdet, da ihr Hirnstoffwechsel anfälliger ist. Jede Vollnarkose kann das Entstehen eines Delirs begünstigen, insbesondere aber Notfalleingriffe, lange Operationen und zu tiefe Narkosen. Beatmete Patienten sind zu 80 Prozent vom Delir betroffen. Infektionen, Vorerkrankungen und kurz nach der OP notwendige Zweiteingriffe erhöhen das Risiko. Auch Kleinigkeiten tragen zum Delir bei - etwa ein Blasenkatheter.
Prävention und Behandlung des Delirs
Je genauer ein Patient über die bevorstehende Operation informiert ist, desto besser kann er sich darauf einstellen und gerät nicht so leicht „aus der Spur“. Es sollten vorab die physiologischen Reserven des Patienten erfasst werden. Wer etwa unsicher geht, kann vor der OP ein Muskelaufbau-Programm bekommen, damit er sich anschließend leichter bei der Mobilisation tut.
Schon im Aufwachraum sollte ein Screening gemacht werden. Es gibt einen einfachen Fragebogen (Nu-DESC), mit dem Angehörige ein Delir erkennen können. Manchmal verringern schon kleine Maßnahmen die Gefahr. So sollten ältere Patienten vor der Operation maximal zwei Stunden ohne Flüssigkeit bleiben und am Vorabend möglichst kein Schlafmittel bekommen. Banal, aber oft vergessen: Brille oder Hörgerät zurückgeben, damit der Operierte sich in der ungewohnten Umgebung zurechtfinden kann. Insgesamt bessert eine ruhige Atmosphäre das Delir. Sehr wichtig sind die Angehörigen. Bekannte Gesichter beruhigen, vertraute Bilder tun gut. Teilen Sie es dem Pflegepersonal mit, wenn Sie Veränderungen im Verhalten bemerken.