Die Sichtbarmachung von Nerven und Nervenschäden ist entscheidend für die Diagnose und Behandlung verschiedener neurologischer Erkrankungen und Verletzungen. Innovative Methoden, insbesondere in der Bildgebung, ermöglichen es Medizinern, immer präzisere Einblicke in das Nervensystem zu erhalten. Dieser Artikel beleuchtet verschiedene Techniken zur Sichtbarmachung von Nerven, von traditionellen Verfahren bis hin zu den neuesten Entwicklungen in der Forschung.
Einleitung
Verletzungen des Rückenmarks, Tumore, Infektionen oder Autounfälle können schwerwiegende Folgen haben, insbesondere wenn das Rückenmark betroffen ist. Eine komplette Querschnittlähmung führt zum Verlust sensorischer und motorischer Funktionen unterhalb der Verletzungsstelle, da Nervenimpulse nicht mehr weitergeleitet werden können. Die Sichtbarmachung des Schadens ist daher von entscheidender Bedeutung für die Diagnose und Behandlungsplanung.
Traditionelle Methoden zur Beurteilung von Nervenschäden
Magnetresonanztomographie (MRT)
Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist eine der am häufigsten verwendeten bildgebenden Methoden zur Beurteilung von Nervenschäden. Sie liefert detaillierte strukturelle Informationen über das Rückenmark und umliegende Gewebe.
„Um das Ausmaß der Nervenfaserschädigung zu beurteilen, werden derzeit verschiedene Methoden und Techniken eingesetzt“, sagt Prof. Dr. Daniele Bertoglio, Neurowissenschaftler vom Bio-Imaging Lab an der Universität Antwerpen. Die MRT ist dabei oft die erste Wahl.
Herausforderungen traditioneller Methoden
Obwohl die MRT wertvolle Informationen liefert, hat sie auch Einschränkungen. Konventionelle MRT-Bilder können Schwierigkeiten bereiten, neurodegenerative Prozesse zu beurteilen, die nach einem akuten Ereignis auftreten. Zudem ist es schwierig, mit ihrer Hilfe die Wirkung von Medikamenten zu überprüfen, die die Regeneration von Nervenzellen fördern sollen.
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Innovative Bildgebungsverfahren
Diffusions-MRT
Die Diffusions-MRT ist eine spezielle Form der MRT, die die Diffusion von Wassermolekülen entlang der Nervenfaserbahnen misst. „Das ist eine Technik, die die Diffusion von Wassermolekülen entlang der Bahnen der weißen Substanz misst und detaillierte Bilder der Nervenfaserbahnen liefert“, erklärt Bertoglio. Diese Methode ermöglicht detailliertere Bilder der Nervenfaserbahnen und kann helfen, Schädigungen frühzeitig zu erkennen.
Positronenemissionstomographie (PET)
Die Positronenemissionstomographie (PET) ist ein weiteres wichtiges bildgebendes Verfahren. Bertoglio und sein Team kombinieren die PET mit der MRT, um die Menge eines Proteins sichtbar zu machen, das in den Synapsen von Nervenzellen vorkommt. Das SV2A (synaptic vesicle glycoprotein 2A) ist ein geeigneter Biomarker, um die Dichte von Synapsen und damit von Nervenverbindungen messbar zu machen. Im Experiment an Ratten und Mäusen waren Bertoglio und seine Mitstreitenden bereits erfolgreich.
Bedeutung von Gewebebrücken
Prof. Dr. Dr. Patrick Freund, Leiter des Zentrums für Paraplegie an der Universitätsklinik Balgrist in Zürich, hat zusammen mit einem internationalen Forschungsteam eine Studie veröffentlicht, die den prognostischen Wert von sogenannten Gewebebrücken untersucht. Gewebebrücken sind erhaltenes Nervengewebe direkt neben der Rückenmarksläsion, die mit Hilfe der MRT sichtbar gemacht werden können.
Für die Studie wurden bei 227 Patientinnen und Patienten mit Tetraplegie Neuroimaging-Messungen mit Hilfe des MRT durchgeführt, und zwar akut, drei Monate und schließlich 12 Monate nach Eintreten der Rückenmarksverletzung. „Mit Hilfe der MRT erscheint die Verletzung als heller Fleck, das umliegende, erhaltene Gewebe auf der Verletzungshöhe hingegen dunkel. In den meisten Fällen seien bei den Patientinnen und Patienten solche Gewebebrücken als Zeichen einer inkompletten Lähmung nachweisbar gewesen, sagt Patrick Freund. „Die Gewebebrücken bilden das Grundsubstrat für einen effektiven Informationsaustausch zwischen Gehirn und verletztem Rückenmark“, erklärt Freund.
Die Forschenden verfolgten die Gewebeveränderungen an der Verletzungsstelle über einen Zeitraum von bis zu zwölf Monaten. „Zuerst bildet sich eine posttraumatische Zyste, die mit der Zeit wieder kleiner wird. Aber die Gewebebrücken um die Zyste herum kristallisieren sich innerhalb von Tagen bis Wochen und bleiben bestehen“, so Freund.
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Neurochirurgische Therapie und interdisziplinäre Zusammenarbeit
Die Neurochirurgie konzentriert sich auf hochwertige Mikrochirurgie und integriert technische Neuerungen nach sorgfältiger Prüfung. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit mit anderen Fachbereichen wie Neuroradiologie, Neurologie, Onkologie und Strahlentherapie ist entscheidend für die erfolgreiche Behandlung von Erkrankungen des Nervensystems.
In der Tumorchirurgie bietet die Klinik neuroonkologische Versorgung auf höchstem Niveau an. Gliompatienten werden nicht nur mit Neuronavigation operiert, sondern auch unter Zuhilfenahme der ALA-Methode, einer speziellen Fluoreszenztechnik zur Sichtbarmachung von Tumor und auch High End Ultraschallverfahren. Postoperativ werden diese Patienten entsprechend der Empfehlungen mit postoperativem MRT kontrolliert.
Neurofeedback als ergänzende Methode
Neurofeedback ist eine Form des Biofeedbacks, bei der die Gehirnaktivität mittels eines Elektroenzephalogramms (EEG) sichtbar gemacht wird. Der Patient erhält Elektroden auf der Kopfhaut, die die Gehirnaktivität erfassen und in Form von Wellen darstellen. Durch diese Rückmeldung kann der Patient bestimmte Parameter der Gehirnaktivität und die Selbstregulation des zentralen Nervensystems trainieren.
Neurofeedback wird als Behandlungsmethode verschiedener Krankheiten in einen Gesamtbehandlungsplan eingebettet und von qualifizierten Ärzten oder Therapeuten durchgeführt. Es kann auch zur Maximierung der Leistungsfähigkeit eingesetzt werden.
Spezifische Nervenkompressionssyndrome
Kubitaltunnelsyndrom
Das Kubitaltunnelsyndrom ist eine Einengung des N. ulnaris in seinem Verlauf durch eine knöcherne Rinne kurz ober- und unterhalb des Ellenbogens. Auslöser sind zumeist eine degenerative Verdickung der angrenzenden Bandstrukturen, anlagebedingte Verlagerungen des Nervus ulnaris, Arthrosen und raumfordernde Neubildungen.
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Zur Diagnostik gehört neben einer sorgfältigen neurologischen Untersuchung die Durchführung einer Nervenstrommessung zur Lokalisation des Schädigungsortes im Verlauf des Nerven. Bildgebende Untersuchungen, wie z.B. die MRT sind möglich, bleiben jedoch speziellen Fragestellung vorbehalten.
In leichten Fällen kann ein zunächst konservativer Therapieversuch mit Vermeidung bestimmter Armstellungen und Tragen einer nächtlichen Schiene unternommen werden. Bei ausbleibender Besserung oder fortgeschrittenen Fällen kann eine Freilegung des Nervens im Verlauf mit Beseitigung möglicher, komprimierender Strukturen und ggf. eine Verlagerung des Nervens vorgenommen werden.
Intrinsische Mechanismen des Axonwachstums
Das Axonwachstum ist während der Entwicklung des zentralen Nervensystems ein essenzieller Vorgang. Die E3-Ligase Cdh1-APC wurde als intrinsischer Wachstumshemmer in Neuronen identifiziert. Intrinsische Steuerung des Axonwachstums durch die E3-Ligase Cdh1-APC Die E3-Ubiquitin-Ligase Cdh1-APC ist ein essenzieller Regulator des Zellzyklus. Cdh1-APC wird allerdings nicht nur in mitotischen Zellen exprimiert, sondern auch in Neuronen, die sich nicht mehr teilen. Mit Hilfe der sog. RNA-Interferenz-Technik (RNAi-Technik) führte dies zu der interessanten Entdeckung, dass Cdh1-APC das Axonwachstum bremst.
Neue MRT-Verfahren zur Früherkennung von Hirnschlägen
Ein neues bildgebendes MRT-Verfahren zur Sichtbarmachung von Kalzium-Ion-Veränderungen im Gehirn verbessert die Früherkennung eines Hirnschlags erheblich. "Gewöhnliche Hirnscan-Methoden für die Diagnose zerebraler Ischämien beruhen auf Ultraschall oder Computertomografie. Allerdings sind diese medizinischen Verfahren für eine Früherkennung nicht empfindlich genug", sagt Studien- und Forschungsleiter Goran Angelovski.
Für die Visualisierung wird ein eigens entwickelter Biomarker verwendet, mit dem sich die Veränderungen von Kalzium-Konzentrationen im Hirngewebe abbilden lassen. Kalzium-Ion-Konzentrationen verändern sich je nach Aktivität der Nervenzellen. Das Verfahren ermöglicht eine Analyse mit dreidimensionalen Ansichten.
Aufgrund des raschen Verlaufs einer Ischämie, erlaubt die neue Methode laut den Forschern die Erkennung möglicher Komplikationen deutlich früher und genauer als bisher.
Die Rolle der Neuroradiologie
Die Neuroradiologie ist ein Teilgebiet der Radiologie, das sich mit der Sichtbarmachung neurologischer Strukturen befasst. Ihr Ziel ist die Darstellung und Beurteilung des Nervensystems. Zu diesem Zweck bedient sie sich modernen Bildgebungsverfahren wie der Magnetresonanztomographie.
Die Neuroradiologie unterstützt mit radiologischen Untersuchungstechniken, insbesondere die Nachbardisziplinen Neurologie und Neurochirurgie und mit allgemeinradiologischen Fragestellungen und Behandlungsindikationen auch die Innere Medizin und Onkologie.
Aufgabenfelder der Neuroradiologie
Zum Aufgabengebiet der Neuroradiologie zählen die Diagnostik und Behandlung von Erkrankungen und Veränderungen des Zentralen Nervensystems. Hauptsächlich werden folgende Gefäßerkrankungen invasiv und nichtinvasiv behandelt:
- Behandlungen von Stenosen in allen Gefäßregionen, besonders der hirnversorgenden Arterien
- Akute Schlaganfallbehandlung mittels mechanischer Entfernung des Blutgerinnsels
- Ausschaltung von Gefäßwandaussackungen, akut oder elektiv
- Behandlung kranialer und spinaler dural arterio-venöser Fisteln
- Behandlung von arterio-venösen Malformationen in Kopf und Rückenmark
- Behandlung von Blutungen, etwa Tumorblutungen oder unstillbares Nasenbluten
Interventionelle Neuroradiologie
Bei einer Reihe von Krankheiten werden im Fachbereich der Neuroradiologie auch zunehmend therapeutische Verfahren eingesetzt, die unter dem Begriff der interventionellen Neuroradiologie zusammengefasst werden. Diese lassen sich grob in drei Bereiche einteilen:
- Gefäßöffnende Maßnahmen: Bei Gefäßverschluss, etwa bei einem Schlaganfall, kann das Gefäß mithilfe eines Katheters mechanisch wiedereröffnet werden, indem der Blutpfropfen herausgezogen oder zerstört wird.
- Gefäßverschließende Maßnahmen: Bei Blutungen im Hirn, insbesondere bei dem Einriss eines Aneurysmas, wird die Wunde mit einem Klebstoff verschlossen.
- Schmerztherapeutische Maßnahmen: Kommen beispielsweise bei chronischen Rückenschmerzen zum Einsatz.
Die Zukunft der Hirnforschung
Die interdisziplinäre Hirnforschung entwickelt sich zu einer Leitwissenschaft des 21. Jahrhunderts. Neue bildgebende Verfahren, insbesondere die funktionelle Magnetresonanztomographie, ermöglichen es, in "neue Dimensionen der Sichtbarmachung des lebenden menschlichen Gehirns vorzustoßen" und die Erforschung der Grundlagen des Bewusstseins voranzutreiben.
Auf Basis dieser bildgebenden Verfahren - MRT, Mikroskopie, molekulares Imaging - lassen sich mit dem Computer dreidimensionale Modelle des Gehirns erzeugen und von der makro- über die mikroskopische bis zur molekularen Ebene weiter verfeinern.
Ethische Fragen
Die Fortschritte in der Hirnforschung rufen auch Kritiker auf den Plan, die vor manipulativen Eingriffsmöglichkeiten in die Willensfreiheit und Würde des Menschen warnen. Notwendig ist daher ein interdisziplinärer Dialog insbesondere über ethische Fragen: Die Neurowissenschaften müssen verdeutlichen, was die Methoden der Hirnforschung leisten, und dies der Öffentlichkeit vermitteln. Die Geisteswissenschaften müssen ihre Rolle auf Basis neurowissenschaftlicher Erkenntnisse neu definieren.
Attempto-Preis für Forschung in Tübingen
Aleksandra Arsić, die am Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN) der Universität Tübingen promoviert, erhielt den Attempto-Preis 2022 der Tübinger Attempto-Stiftung. Arsić wurde für eine Studie ausgezeichnet, die in der Grundlagenforschung einen qualitativen Meilenstein setzt bei der bildgebenden Untersuchung einzelner Proteine in lebenden Nervenzellen.
Arsić hatte gemeinsam mit ihren Koautorinnen und -autoren einen Weg gefunden, bestimmte Proteine in der lebenden Nervenzelle gezielt mit einem Fluoreszenzfarbstoff zu markieren. Diese Neurofilamente gehören zum Zellskelett, das den Nervenzellen ihre Struktur gibt.
Die Polyvagal-Theorie
Die Polyvagal-Theorie wurde erstmals von Stephen W. Porges im Jahr 1994 postuliert und beschäftigt seitdem viele Wissenschaftler*innen auf der ganzen Welt. Porges beschreibt auf Grund seiner Forschungen in der funktionellen Unterteilung des vegetativen Nervensystems neben dem Sympathikus eine weitere Unterteilung des Parasympathikus. Der N. Vagus unterteilt sich dabei in einen ventralen und dorsalen Ast mit unterschiedlichen Funktionen und Reaktionsmustern.
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