Die funktionelle und neuromodulative Neurochirurgie hat sich als wichtiger Baustein in der Behandlung neurologischer Erkrankungen etabliert. Sie zielt darauf ab, Fehlsteuerungen oder Dysfunktionen von Nervenstrukturen gezielt zu behandeln. Zu den häufigsten Anwendungsbereichen gehören die Tiefe Hirnstimulation (THS) zur Therapie von Bewegungsstörungen wie Parkinson oder Dystonie, die Behandlung schwerer Epilepsieformen sowie chronischer Schmerzsyndrome.
Einführung in die funktionelle Neurochirurgie
Durch den Einsatz von Neuroimplantaten, Läsionsverfahren oder nicht-invasiven Stimulationsverfahren wird versucht, gezielt in gestörte Regelkreise des Gehirns, Rückenmarks oder peripherer Nerven einzugreifen. Ziel ist es, Symptome zu lindern und die Lebensqualität der betroffenen Patienten zu verbessern. Die Tiefe Hirnstimulation (THS) hat sich dabei zu einem effektiven und anerkannten Verfahren in der operativen Therapie von Bewegungsstörungen entwickelt. Weltweit konnte bereits über 80.000 Patienten durch diese Methode geholfen werden.
Die Tiefe Hirnstimulation (THS) ist ein minimalinvasiver, neurochirurgischer Eingriff, bei dem hochpräzise feine Elektroden in ein umschriebenes Kerngebiet im Gehirn platziert werden, um dieses elektrisch zu stimulieren. Dabei werden krankhafte Signalveränderungen, die eine normale Hirnfunktion stören, beseitigt und die Beschwerden der Patienten deutlich gebessert. Diese Operationsmethode wird in ihrer modernen Form international seit fast 30 Jahren durchgeführt und ist als Behandlungsmethode seit langer Zeit in der klinischen Routine zugelassen.
Tiefe Hirnstimulation (THS)
Bei der Tiefen Hirnstimulation (engl. Deep Brain Stimulation, DBS) werden feine Elektroden gezielt in bestimmte Hirnregionen eingesetzt. Durch einen Impulsgeber und elektrische Impulse über die Elektrode können überaktive oder fehlgesteuerte Nervenzellen moduliert werden, um Symptome wie beispielsweise Zittern oder Muskelsteifigkeit zu lindern.
Wirkungsweise der THS
Bei der tiefen Hirnstimulation (THS) werden Gehirnareale mit elektrischen Impulsen aktiviert oder deaktiviert, um bestimmte Erkrankungen bzw. Symptome zu behandeln. Die tiefe Hirnstimulation gehört dabei zur funktionellen Neurochirurgie, bei der Funktionen des Gehirns zwar beeinflusst werden, sich dieser Einfluss allerdings auch wieder rückgängig machen lässt, also reversibel ist. Die THS arbeitet über eine (meist) kontinuierliche hochfrequente elektrische Stimulation von Kerngebieten des Gehirns. Es wird angenommen, dass über diese hochfrequente Stimulation eine Hemmung des Kerngebietes stattfindet, die sich daraufhin auch auf das gesamte Netzwerk der Basalganglien auswirkt. Wie diese Hemmung genau zustande kommt, ist bislang nicht geklärt. Wichtig ist, dass die THS durch die Modulation von Netzwerken nur eine symptomatische Behandlung ist, d.h. nach heutiger Kenntnis nur die Symptome reduziert, aber keinen Einfluss auf das Vorhandensein oder Voranschreiten der zugrunde liegenden Erkrankung hat. Daher ist der Effekt der THS auch reversibel: nach Ausschalten des Stimulators stellt sich ein Zustand ein, wie er zu diesem Zeitpunkt ohne Stimulation wäre. Trotz der klinischen Effektivität ist der genaue Wirkungsmechanismus der Tiefenhirnstimulation bei der Behandlung von Bewegungsstörungen noch unbekannt.
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Die Elektrode wird durch eine kleine Öffnung im Schädel in das Gehirn implantiert. Die Stimulationseffekte sieht man an der gegenüberliegenden Körperhälfte. Somit hilft eine Elektrode in der rechten Gehirnhälfte, die Bewegungsfähigkeit der linken Körperhälfte zu verbessern. Das Besondere daran ist, dass die Funktion der Hirnareale erhalten bleibt und der Effekt der Stimulation jederzeit rückgängig gemacht werden kann.
Vorteile der THS
Der Hauptvorteil gegenüber Verfahren, in denen Hirngewebe zerstört oder entfernt wird/wurde (Pallido- oder Thalamotomie) liegt in der Möglichkeit, die Stimulation abhängig von der erzielten Wirkung anzupassen. Dabei ist die THS eine Behandlungsmethode, die wieder rückgängig gemacht werden kann, ohne das Gewebe in großem Umfang zerstört oder entfernt werden muss. Auch die zum Teil gravierenden Nebenwirkungen der Medikamente bei Parkinson, dem essentiellen Tremor (ET) oder Dystonie sind in dieser Form nicht gegeben. Im Gegensatz zu vielen neurologischen Krankheitsbildern, bei denen das rasch fortschreitende Krankheitsgeschehen den Neurochirurgen zu einem operativ-therapeutischen Schritt zwingt, handelt es sich bei der tiefen Hirnstimulation um einen im Voraus gut planbaren Eingriff.
Indikationen für THS
Die THS ist zur Behandlung vieler neurologischer Erkrankungen bereits zugelassen. Die Therapiemöglichkeit anderer neurologischer aber auch psychiatrischer Erkrankungen werden derzeit in Studien und kleineren Fallserien untersucht. Etabliert hat sich die THS zur Behandlung des Morbus Parkinson; hier wird als Zielpunkt meist der sogenannte Nucleus subthalamicus (STN) verwendet, ein Kerngebiet in den Basalganglien, das durch die Erkrankung überaktiv ist. Alternativ kommt zur Behandlung von Überbeweglichkeiten (Dyskinesien) in der Spätphase der Parkinsonerkrankung als Zielpunkt der Globus pallidus internus (GPi) in Frage. Zur Behandlung eines Parkinson-Tremors wie auch des Essentiellen Tremors hat sich als Zielpunkt der sogenannte Nucleus ventralis intermedius (VIM) des Thalamus bewährt. Die generalisierte und segmentale Dystonie wird durch eine THS im GPi behandelt. Weitere Studien zu dem gleichen Zielpunkt laufen aktuell für tardive Dyskinesien, einer Spätkomplikation nach Behandlung mit sogenannten Neuroleptika, und zeigen auch nach unseren eigenen Erfahrungen einen guten Effekt. Ebenso werden Untersuchungen zur THS bei Chorea Huntington (Chorea major) durchgeführt. Zugelassen ist die THS auch zur Behandlung der fokalen Epilepsie. Hierbei wird im sogenannten anterioren Thalamus stimuliert. Neben diesen neurologischen Erkrankungen werden seit einigen Jahren zunehmend psychiatrische Erkrankungen mit der THS behandelt. Diese ist zur Behandlung von Zwangserkrankungen bereits zugelassen, vielversprechende Ergebnisse zeigen sich auch in kleineren Studien bei Patienten mit chronischer Depression.
Die Tiefe Hirnstimulation (THS) ist ein minimalinvasiver, neurochirurgischer Eingriff und hat sich als eine effiziente Behandlungsmethode bei folgenden Erkrankungen bewährt:
- Idiopathisches Parkinsonsyndrom (Morbus Parkinson)
- Essentieller Tremor
- Dystonie
- Tourett-Syndrom
Folgende Erkrankungen können nach kritischer Prüfung durch die Tiefe Hirnstimulation therapiert werden:
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- Chronische Schmerzsyndrome
- Therapierefraktäre Zwangserkrankungen
- Therapierefraktäre Depressionen
- Therapierefraktäre Angststörungen
- Epilepsie
Konkret werden folgende Formen der THS unterschieden:
Thalamische THS (ViM DBS) bei Tremor (Zittern der Extremitäten/Kopfes):
- familiär gehäuft (Essentieller Tremor)
- bei einer multiplen Sklerose
- nach Hirnschädigung durch Unfall oder Schlaganfall
- im Rahmen der Parkinsonschen Erkrankung
Thalamische THS (ANT DBS) bei Epilepsie
Thalamische THS (VPL - CmPf - ACC DBS) bei Schmerzsyndromen
Globus pallidus THS (GPi DBS) bei Dystonie und Morbus Parkinson
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Subthalamicus THS (STN DBS) für die Parkinsonsche Erkrankung, wenn sogenannte Wirkfluktuationen aufgetreten sind. Hierbei reagiert der Körper kurz nach der Einnahme des Medikamentes Dopamin (z.B. Madopar®) mit einer überschießenden Beweglichkeit (Dyskinesie), gefolgt von langen Phasen mit geringer Beweglichkeit (Bradykinese) und erhöhter Muskelspannung (Rigidität).
Ablauf einer THS-Operation
Bevor die Operation durchgeführt wird, erhalten Patienten eine Indikationsprüfung, bei der geprüft wird, inwieweit eine Tiefe Hirnstimulation individuell Beschwerden lindern kann und welche Risikofaktoren bestehen. Dabei werden die Erfolgsaussichten kritisch durch unterschiedliche Fachexperten verschiedener Disziplinen sorgfältig geprüft.
Die Operation selbst kann unter örtlicher Betäubung oder in Vollnarkose durchgeführt werden. Beide Verfahren sind gleichwertig, beinhalten aber spezifische Vor- und Nachteile. Die Entscheidung, wie eine Operation durchgeführt wird, wird immer kritisch gemeinsam mit dem Patienten gefällt. Bei der Operation wird stets ein festes Operationsteam eingesetzt, um bei diesem hochkomplexen Eingriff die höchstmögliche Patientensicherheit zu gewährleisten.
Am Operationstag wird zunächst ein stereotaktischer Ring am Schädelknochen nach vorangegangener örtlicher Betäubung befestigt. Dieser Ring dient der Planung und Navigation des Neurochirurgen. Anschließend wird eine Computertomographie des Schädels veranlasst. Diese Bilddaten werden mit Daten aus einem vor dem Operationstag angefertigten Kernspintomogramm in Übereinstimmung gebracht. So erhält man die gute Auflösung des Kernspintomogramms mit Darstellung der Gefäße in Kombination mit dem stereotaktischen Ring. Hierdurch kann eine Planung des Zugangswegs zu dem jeweiligen Kerngebiet des Gehirnes unter Berücksichtigung der Gefäßverläufe erfolgen. Diese Prozedur ist wichtig, um die Komplikationsrate des Eingriffs minimal zu halten. Nach Planung wird ein zusätzlicher Bügel am stereotaktischen Ring befestigt, der die Navigation ermöglicht.
Nach örtlicher Betäubung erfolgt zunächst ein Hautschnitt, danach wird ein Loch mit ca. 8 mm Durchmesser in die Schädeldecke gebohrt. Anschließend werden 2 bis 5 Mikroelektroden in das Gehirn eingeführt (das Gehirn selbst kann keinen Schmerz empfinden), die elektrische Ableitungen aus dem Kerngebiet ermöglichen und so eine Orientierungshilfe für den Neurochirurgen bieten. Über diese Mikroelektroden erfolgt auch eine Teststimulation, um den Effekt der THS auf die jeweiligen Symptome zu untersuchen. Gemeinsam mit dem Patienten wird so der optimale Stimulationsort detektiert und die endgültige Stimulationselektrode dort platziert. Ebenso wird mit der anderen Gehirnseite verfahren, da in der Regel eine beidseitige Operation durchgeführt wird.
Anschließend erfolgt in Vollnarkose die Implantation der Kabel und des Stimulators (Impulsgebers) unter der Haut. Der Impulsgeber ist durch die Haut programmierbar und wird einige Tage nach der Operation erstmals eingeschaltet. Die Anpassung der Stimulationsparameter erfolgt langsam und über viele Tage, hier ist gerade in den ersten Tagen und Wochen viel Geduld von Seiten des Patienten notwendig. Die Weiterbehandlung nach dem stationären Aufenthalt erfolgt in der Regel in einer Rehabilitationseinrichtung. Anschließend sind die Patienten regelmäßig in ambulanter Kontrolle.
Erfolgsaussichten und Risiken der THS
Die Tiefe Hirnstimulation ist ein modernes und weltweit etabliertes Operationsverfahren und gilt als sehr risikoarm (Komplikationsrate von 1-3 %) mit sehr hohen Erfolgsaussichten (80-90 %). Zahlreiche internationale Studien haben die Wirksamkeit und Sicherheit dieser Behandlungsmethode belegt. Dabei werden zwar die zugrundeliegenden Erkrankungen nicht geheilt, jedoch die daraus resultierenden Beschwerden deutlich und anhaltend gelindert, sodass sich die Lebensqualität der betroffenen Patienten deutlich verbessert.
Trotz sorgfältiger Planung des Zugangsweges und akkurater Durchführung der chirurgischen Handgriffe lassen sich Komplikationen durch den stereotaktischen Eingriff nicht ganz verhindern. Bei etwa 2% der operierten Patienten kommt es durch Verletzung eines Gefäßes zu einer Gehirnblutung, die in der Regel sehr klein und umschrieben ausfällt. Aufgrund des Zugangswegs und der Lage dieser Blutungen verursachen etwa die Hälfte dieser Blutungen (d.h. bei etwa 1% aller Patienten) auch neurologische Symptome wie Halbseitenlähmungen, Gefühlsstörungen, Sprach- oder Sprechstörungen. In der Regel bilden sich diese Symptome vollständig oder zumindest teilweise wieder zurück. Sehr, sehr selten kommt es zu einer Dislokation (Fehlplatzierung) der Elektrode mit Wirkverlust oder Auftreten von Nebenwirkungen. Häufig tritt eine solche Dislokation im Verlauf auf. Zunächst wird die entsprechende Elektrode nicht mehr stimuliert.
Ein weiteres Risiko, das über den chirurgischen Eingriff hinaus auch noch im langfristigen Verlauf zu Problemen führen kann, stellt das Infektionsrisiko dar. Bakterien haften sich sehr gerne an Implantaten an und sind einer Antibiotikatherapie nur schwer zugänglich. Dies bedeutet, dass eine Infektion nur selten durch Antibiose effektiv zu behandeln ist, häufig wird daher eine Explantation der Implantate notwendig. Meist ist es ausreichend, nur den Impulsgeber und einen Teil des Kabels zu entfernen; selten jedoch kann die Explantation des gesamten Systems notwendig werden, um die Entwicklung einer Hirn- und Hirnhautentzündung zu vermeiden.
Selbstverständlich sind die verwendeten technischen Bauteile sorgfältig geprüft und für den Gebrauch am Menschen zugelassen. Dennoch kann es im Verlauf - wie bei anderen elektrischen Apparaturen auch - zu einem Ausfall des Impulsgebers kommen, die zu einem Funktionsverlust der THS führen können. In diesem Fall kann ein Austausch des entsprechenden Kabels oder Stimulators durchgeführt werden. Notwendig wird der Austausch des Impulsgebers bei Erschöpfung der Batterie, die in Abhängigkeit von den Stimulationsparametern etwa 2 bis 7 Jahre lang hält. Dieser Eingriff wird in örtlicher Betäubung durchgeführt und dauert ca.
Je nach Stimulationsort und Elektrodenlage bzw. der verwendeten Spannung können durch die hochfrequente Stimulation neben den erwünschten Wirkungen auch Nebenwirkungen auftreten. Diese können vorübergehender Natur sein oder dauerhaft vorliegen. Zu nennen sind Sprechstörungen, Gefühlsstörungen, Verkrampfungen oder Doppelbilder. Im Falle des Nucleus subthalamicus bei M. Parkinson können auch mal psychiatrische Nebenwirkungen wie Apathie, depressive Verstimmung oder submanische Zustände provoziert werden, auf die natürlich besondere Aufmerksamkeit bei der Einstellung der Stimulationsparameter gerichtet wird.
Alternativen zur THS
Prinzipiell wird vor einer operativen Behandlung die medikamentöse Therapie versucht. Bei zunehmendem Versagen und/oder relevanten Nebenwirkungen kann die Tiefe Hirnstimulation in Betracht gezogen werden. Dieses Verfahren wurde Anfang der 80-er Jahre entwickelt. Der grundsätzliche Unterschied zur klassischen Stereotaxie ist die Tatsache, dass diese Methode die überaktiven Gehirnareale nicht zerstört, sondern durch eine dauerhafte elektrische Stimulation ausschaltet. Dadurch ist der Eingriff praktisch reversibel. Dieses stimulative Verfahren kann auch beidseitig durchgeführt werden.
THS bei Morbus Parkinson
Bei Morbus Parkinson und anderen Bewegungsstörungen ist die Tiefe Hirnstimulation (THS) inzwischen eine fest etablierte Methode. Insbesondere in der Phase des L-Dopa-Langzeitsyndroms hat die so genannte funktionelle Neurochirurgie ihren Stellenwert in der Behandlung der Parkinsonschen Erkrankung. Bei etwa 40 bis 60% der Parkinson-Patienten kommt es nach mehrjähriger kontinuierlicher L-Dopa-Therapie zu Nebenwirkungen sowie zu einer Minderung der Wirksamkeit des L-Dopa. Dies geht für die Patienten mit einem plötzlichen und unvorhersehbaren Wirkungsverlust, einer zeitlich verkürzten Wirkung der Einzeldosis sowie mit während der On-Phase nicht kontrollierbaren Hyperkinesien (Überbeweglichkeit) einher. Sobald die klinische Ausprägung eines solchen L-Dopa-Langzeitsyndroms die Lebensqualität eines Patienten deutlich spürbar einschränkt und diese Einschränkung durch eine Anpassung und Veränderung der Medikamente nicht mehr ausreichend kompensiert wird, kann von einem erfahrenen Neurologen und versierten funktionellen Neurochirurgen gemeinsam überprüft werden, ob im Einzelfall die Indikation zu einem Verfahren der funktionellen Neurochirurgie gegeben ist. Derzeit geht man davon aus, dass ca. 15 bis 20% der Parkinson- Patienten für eine solche Überprüfung der Indikation in Frage kommen. In erster Linie werden solche Entscheidungen an universitären Zentren getroffen, an denen sich interdisziplinäre Teams aus Neurologen und funktionellen Neurochirurgen gebildet haben. Sie können den Grad der Bewegungsstörungen und mögliche Therapiemaßnahmen auf Grund ihrer Erfahrungen am besten beurteilen und mit den Patienten gemeinsam beraten.
Die wesentlichen Vorteile einer beidseitigen Stimulation im N. subthalamicus liegen darin, dass zum einen der Tremor sehr gut verbessert sowie bei vielen Patienten eine 30- bis 50%ige Reduktion der erforderlichen dopaminergen Medikation erreicht werden kann. Entsprechende Langzeitstudien (bis zu fünf Jahren) belegen, dass der Therapieeffekt anhaltend ist. Dennoch kann durch die Tiefe Hirn Stimulation der Krankheitsprozess, also die Degeneration nigrostriataler Neurone, an sich nicht aufgehalten werden.
Beachten Sie bitte auch, dass nach der Operation häufig über einen Zeitraum von mehreren Wochen die Stimulationsparameter und die medikamentöse Dosierung angepasst werden müssen. Der Parkinson-Patient kann in dieser Zeit unter möglichen Nebenwirkungen der Stimulation leiden (bis zu 10%). Eine Anbindung des Betroffenen an einen erfahrenen Neurologen während dieser Phase der Anpassung ist also unbedingt erforderlich. Die zunehmende Sicherheit im Umgang mit dieser Operationsmethode sowie die zum Teil sehr eindrucksvollen Erfolge haben dazu geführt, dass dieses Verfahren nicht mehr ausschließlich Patienten im absoluten Spätstadium des L-Dopa-Langzeitsyndroms vorbehalten bleibt, sondern immer häufiger auch für Betroffene diskutiert wird, die dadurch ihre beruflichen und privaten Aktivitäten aufrecht erhalten können.
Wirkung der THS auf klinische Symptome
Die zu erwartende Wirkung auf die klinische Symptomatik ist zum einen von dem Zielpunkt, zum anderen von der zugrunde liegenden Erkrankung abhängig. Sowohl die Muskelsteifigkeit (Rigor) als auch die Bewegungsarmut (Hypokinese / Bradykinese) sowie das Zittern (Tremor) beim Morbus Parkinson werden bei einer THS im Nucleus subthalamicus (STN) effektiv behandelt; weniger gut sprechen die axialen Symptome des M. Parkinson (Gangunsicherheit, Haltefunktionen, Schlucken, Sprechen …) an. Die THS im Nucleus ventralis intermedius (VIM) des Thalamus zur Behandlung vieler Tremorformen wirkt nur auf den Tremor allein und führt daher nicht zu einer Reduktion der Begleitsymptome (wie Ataxie, Rigor, Bradykinese, Dystonie …). Durch eine Stimulation des Globus pallidus internus (GPi) können dystone Bewegungsstörungen, der dystone Tremor, tardive Dyskinesien und Dyskinesien beim Morbus Parkinson effektiv reduziert werden. Eine Stimulation des anterioren Thalamus reduziert die Anfallshäufigkeit bei Patienten mit fokaler Epilepsie.
Weitere Neurochirurgische Verfahren
Neben der Tiefen Hirnstimulation gibt es weitere neurochirurgische Verfahren zur Behandlung neurologischer Erkrankungen:
Motorcortex-Stimulation
Die Motorcortex-Stimulation ist ein neurochirurgisches Verfahren zur Behandlung therapieresistenter chronischer Schmerzen. Dabei wird eine Elektrode auf den sog. motorischen Cortex des Gehirns aufgelegt und elektrische Impulse an den motorischen Kortex des Gehirns abgegeben, um das Schmerzempfinden zu reduzieren. Diese Therapie kann beispielsweise bei Gesichtsschmerzen oder Phantomschmerzen eingesetzt werden, bei welchen andere Behandlungen nicht angesprochen haben.
Rückenmarksstimulation und periphere Nervenstimulation
Die Rückenmarksstimulation und periphere Nervenstimulation werden ebenfalls zur Behandlung chronischer Schmerzen eingesetzt.
Vagusnervstimulation
Die Vagusnervstimulation ist ein neuromodulatives Verfahren, das zur Behandlung von therapieresistenter Epilepsie eingesetzt wird.
Nicht-invasive Neuromodulative Therapieverfahren
Durch nicht-invasive neuromodulative Therapieverfahren soll die Aktivität bestimmter Hirnregionen so beeinflusst werden, dass die Symptome neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen gelindert werden. Hierbei ist keine Operation notwendig. Zu diesen Verfahren gehören die Transkranielle elektrische Stimulation (tDCS, tACS), die periphere elektrische Stimulation, EEG-basiertes Neurofeedback sowie die repetetive Transkranielle Magnetstimulation (rTMS). Bei der rTMS Therapie werden beispielsweise magnetische Impulse auf bestimmte Areale des Gehirns abgegeben. Die Therapie ist schmerzfrei und wird in mehreren Sitzungen (z. B. täglich 30 Minuten über 2 Wochen) durchgeführt.
Forschung und zukünftige Entwicklungen
Das Hauptziel der Forschung im Bereich der funktionellen und neuromodulativen Neurochirurgie ist die Weiterentwicklung von Verfahren zum Funktionserhalt und der Funktionswiederherstellung.
Aktuelle Fortschritte in der Neuro- und Stammzellenbiologie haben zur Entwicklung neuartiger restaurativer Therapieansätze auch im Bereich der Parkinsonschen Erkrankung geführt. Dabei sollen verloren gegangene dopaminerge Neurone durch die Implantation neuronaler Vorläufer- oder Stammzellen ersetzt werden, die die Steuerung von dopaminergen Schaltkreisen zumindest teilweise wiederherstellen. Bisherige tierexperimentelle Studien haben gezeigt, dass dopaminerge Transplantate das Zielgebiet (Corpus striatum) wieder regenerieren und entsprechende Verhaltensdefizite verbessern können. In klinischen Transplantationsstudien ließ sich mit Hilfe der funktionellen Bildgebung sowie in Autopsieuntersuchungen belegen, dass die transplantierten dopaminergen Nervenzellen überlebensfähig sind.
Die aktuellen rasanten Fortschritte in der Stammzellenbiologie lassen darauf hoffen, dass mit der Stammzellentransplantation in den nächsten Jahren ein weiteres Verfahren die klinische Reife erlangt und somit auf biologische Weise das operative Behandlungsspektrum der Parkinson-Erkrankung ergänzt werden kann.
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