Die Tiefe Hirnstimulation (THS), auch bekannt als Deep Brain Stimulation (DBS) oder umgangssprachlich als "Hirnschrittmacher", hat sich als eine etablierte Behandlungsmethode für verschiedene neurologische und psychiatrische Erkrankungen etabliert. Seit ihrer ersten Anwendung in den späten 1980er Jahren hat die THS weltweit etwa 85.000 Patienten geholfen, wobei die meisten aufgrund von Morbus Parkinson operativ behandelt wurden.
Anwendungsgebiete der Tiefen Hirnstimulation
Die THS wird in der Regel eingesetzt, wenn medikamentöse Behandlungen die Symptome nicht mehr ausreichend lindern können. Zu den anerkannten Indikationen gehören:
- Bewegungsstörungen:
- Morbus Parkinson
- Essentieller Tremor
- Dystonie (generalisierte genetische Formen, zervikale Dystonie oder Torticollis, andere Formen der Dystonie)
- Tremor bei Multipler Sklerose
- Psychiatrische Erkrankungen:
- Zwangserkrankung (OCD)
- Tourette-Syndrom
- Weitere Anwendungsgebiete:
- Fokale Epilepsie
Darüber hinaus kann die THS im Rahmen von individuellen Heilversuchen oder durch Teilnahme an aktuellen Studien auch bei anderen Erkrankungen angeboten werden. Die THS steht in der Regel nicht am Anfang der therapeutischen Möglichkeiten, sondern kommt zum Einsatz, wenn nicht-operative Behandlungsverfahren keine befriedigende Beschwerdelinderung mehr erreichen.
Morbus Parkinson
Beim Morbus Parkinson stellt das L-Dopa-Langzeitsyndrom mit Wirkschwankungen (sogenannte ON-OFF-Phasen) die klassische Indikation für die THS dar. Die Early-Stim-Studie hat jedoch gezeigt, dass auch Patienten mit kürzerer Krankheitsdauer von der THS deutlich profitieren können. Ziel der Behandlung ist es, durch die Kombination von Operation und Medikamenten den bestmöglichen Zustand für den Patienten zu erreichen.
Essentieller Tremor und Tremor-dominanter Morbus Parkinson
Bei Patienten mit essentiellem Tremor oder Tremor-dominantem Morbus Parkinson kann eine Stimulation im Thalamus (VIM) und dem unmittelbar darunter liegendem subthalamischen Areal (PSA) eine sehr deutliche Tremorreduzierung erreicht werden.
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Dystonie
Bei den Formen der Dystonie stimuliert man in der Regel im Globus pallidus internus (GPI). Hier ist als Besonderheit zu sagen, dass die positive Wirkung erst verzögert nach Wochen oder Monaten auftreten kann.
Wirkungsweise der Tiefen Hirnstimulation
Trotz der breiten Anwendung der THS zur Behandlung neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen ist die Wirkweise der THS bislang nicht vollständig geklärt. 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.
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.
Notwendige Abklärung vor dem operativen Eingriff
Der Erfolg der Operation hängt entscheidend von einer sorgfältigen Auswahl der geeigneten Patienten ab. Aufgrund von möglichen Nebenwirkungen ist in Abhängigkeit von Zielpunkt und Erkrankung eine ambulante oder stationäre Abklärung zur Selektion der geeigneten Patienten notwendig. Stationär werden in der Regel Patienten mit Morbus Parkinson oder einer Dystonie abgeklärt.
Neben der Dokumentation der klinischen Symptomatik im tageszeitlichen Verlauf über den stationären Beobachtungszeitraum wird eine Bildgebung des Gehirns (Kernspintomographie), neuropsychologische Testungen (Gedächtnistests), eine Vorstellung bei einem Psychiater zum Ausschluss einer schwerwiegenden psychiatrischen Erkrankung, apparative Zusatzuntersuchungen sowie das Ansprechen der Symptome auf verschiedene Medikamente durchgeführt, um Argumente für und wider eine Operation zu sammeln.
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Die Patienten werden gegen Ende des stationären Aufenthalts in einer interdisziplinären Konferenz (MoDis-Konferenz) gemeinsam mit den Kollegen der Sektion für Stereotaktische Neurochirurgie ausführlich besprochen und das individuelle Operationsrisiko gegen den möglichen Gewinn durch diesen Eingriff abgewägt. Die Entscheidung, ob eine THS-Operation stattfinden kann oder nicht, ist daher immer ein interdisziplinärer Konsens. Zum Abschluss erfolgt dann eine interdisziplinäre Diskussion in der sogenannten DBS-Konferenz, zu der Patienten und Angehörige eingeladen werden. In dieser Konferenz wird dann auch besprochen, welches Zielkerngebiet für den jeweiligen Patienten geeignet ist. So gibt es z. B. für den Morbus Parkinson verschiedene Kerngebiete für die Stimulation, die je nach Beschwerdesymptomatik oder anhand neuropsychologischer Gesichtspunkte gewählt werden. Entscheidet man sich gemeinsam für eine Operation, folgen noch weitere Informations- und Aufklärungsgespräche mit dem Operateur.
Ablauf einer stereotaktischen Operation zur Tiefen Hirnstimulation
Die THS-Operation wird durch die Ärzte der stereotaktischen Neurochirurgie durchgeführt und dauert insgesamt ca. 6 Stunden. 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 am Neurozentrum.
Bei der stereotaktischen Implantation werden die Elektroden über ein kleines Bohrloch im Schädel mit Hilfe eines Zielgerätes an genau vorausberechnete Stellen im Gehirn platziert. Dazu wird ein sogenannter stereotaktischer Rahmen fest am Schädel verankert, an welchem dann das Zielsystem für die Elektrodenimplantation montiert wird. Als Alternative zum klassischen Zielsystem kann ein moderner Roboter die Zielgenauigkeit noch verbessern. Dieser Teil der Operation erfolgt in der Regel in Sedierung, kann aber auch in Vollnarkose durchgeführt werden. Während der Operation werden in Zusammenarbeit mit den Neurologen bereits elektrophysiologische und klinische Testungen durchgeführt, bei denen die Mitarbeit des Patienten gebraucht wird. Der Eingriff beginnt morgens mit dem Anlegen des stereotaktischen Rahmens und endet in der Regel am frühen Nachmittag.
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Der Impulsgeber wird wie ein Herzschrittmacher in eine Brusttasche unter dem Schlüsselbein oder in die Bauchdecke eingepflanzt. Verbindungskabel zwischen Impulsgeber und Hirnelektroden verlaufen unter der Haut.
Komplikationen und Nebenwirkungen
Verglichen mit anderen Hirnoperationen sind die Risiken einer stereotaktischen Hirnoperation sehr gering. Dennoch gibt es bestimmte Komplikationen und Nebenwirkungen, die auftreten können. Man unterscheidet Komplikationen durch den chirurgischen Eingriff (prozedural) von technischen Komplikationen des elektronischen Systems sowie von stimulationsbedingten Nebenwirkungen.
Risiken durch die Operation
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. Als ganz seltene Ausnahme ist eine Hirnblutung mit ernsthaften Folgen anzusehen (Risiko ca. 1%).
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. Das Risiko einer Infektion der Wunden kann nicht ganz ausgeschlossen werden.
Technische Komplikationen
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 durch die Ärzte der stereotaktischen Neurochirurgie in örtlicher Betäubung durchgeführt und dauert ca.
Stimulationsbedingte Nebenwirkungen
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. Durch eine sorgfältige Programmierung des Schrittmachers wird dann versucht, die Nebenwirkungen zu minimieren.
Die Nebenwirkungen durch die Stimulation sind abhängig vom stimulierten Hirnareal. Bei der Parkinson-Erkrankung ist dies der Nucleus subthalamicus. Dadurch besteht das Risiko von Persönlichkeitsveränderungen, die bei etwa 10 bis 15 Prozent der Fälle beobachtet werden. Im Fall des Essenziellen Tremors sind Sprach- und Gangstörungen möglich: Der Patient oder die Patientin hat zum Beispiel das Gefühl, wie mit einer dicken Zunge zu sprechen oder fühlt sich beim Gehen weniger stabil. Durch eine THS bei Zwangserkrankung kann es zu einer erhöhten Impulsivität kommen. Diese hängt meist mit dem tiefsten Kontakt der Elektrode zusammen und kann leicht behoben werden.
Unerwünschte Nebenwirkungen der Stimulation treten in der Regel innerhalb der ersten Monate auf. Es kommt normalerweise nicht vor, dass dies erst nach längerer Zeit geschieht. Die Nebenwirkungen sind aber reversibel: Wenn die Stimulation reduziert oder ausgeschaltet wird, verschwinden diese Nebenwirkungen wieder. So können sie meist schnell behoben werden oder es lässt sich ein Kompromiss dafür finden. Die Kunst besteht darin, durch die Anpassung der Stimulationsparameter die gute Wirkung ohne Nebenwirkungen zu behalten.
Leben mit einem THS-System
Nach der Implantation eines THS-Systems können Patienten und Patientinnen für gewöhnlich alles tun wie zuvor, mit Ausnahme von ein paar Dingen, die berücksichtigt werden müssen. In Deutschland gibt es zum Beispiel ein Gesetz, wonach Menschen nach einer Hirnoperation (also auch nach einer THS-Implantation) über einen Zeitraum von drei Monaten kein Auto fahren dürfen. Im Flughafen darf der Patient oder die Patientin nicht durch die Sicherheitsschleuse gehen und generell darf der Körper keinem Strom ausgesetzt sein wie zum Beispiel im Rahmen manch einer physiotherapeutischen Behandlung. Ein MRT des Kopfes oder andere Körperteile ist weiterhin möglich, allerdings müssen dann bestimmte Voraussetzungen erfüllt werden. Und im Falle einer späteren Operation muss der Operateur oder die Operateurin auf einige elektrisch unterstütze Techniken verzichten. Dies sind alles Dinge, die auch für Menschen mit einem Herzschrittmacher gelten.
Allerdings müssen in der Nähe elektromagnetischer Felder Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden: Untersuchungen mit Magnetresonanztomographie (MRT) oder Tiefenwärmebehandlungen dürfen bei Hirnschrittmacherpatienten nicht oder nur in Ausnahmefällen und unter Berücksichtigung besonderer Sicherheitskriterien angewendet werden! Einige Schrittmachertypen sind MRT fähig, müssen aber vor und nach einer MRT Untersuchung umprogrammiert werden.
Es ist ratsam, sich in den ersten Wochen nach der OP nicht übermäßig anzustrengen. Grundsätzlich sollten vor allem Sportarten, die mit heftigen Kopferschütterungen einhergehen, vermieden werden, ansonsten gibt es kaum Einschränkungen.
Technische Neuerungen
In den letzten zehn Jahren gab es signifikante technische Fortschritte. 2015 sind die sogenannten direktionalen Elektroden auf den Markt gekommen. Davor gab es nur Elektroden mit vier (oder acht) ringförmig angeordneten Kontakten. Das heißt, wenn ein Kontakt eingeschaltet ist, erfolgt die Stimulation immer im 360-Grad-Radius um diesen Kontakt herum. Die direktionalen Elektroden geben uns hingegen die Möglichkeit, nur in eine bestimmte Richtung zu stimulieren, also zum Beispiel weg von einer Struktur, die zu bestimmten Nebenwirkungen wie Sprachstörungen führen würde. Mit diesen direktionalen Elektroden werden die oben genannten Nebenwirkungen der THS weniger häufig beobachtet. Auch was die MRT-Tauglichkeit betrifft, gibt es weitere Fortschritte.
Zuletzt ist mit der Brain-Sensing-Technologie wieder ein weiterer wichtiger Schritt in der Entwicklung der THS-Systeme hinzugekommen. Mit den neuesten Implantaten kann nicht nur Strom abgegeben, sondern auch die elektrische Aktivität tief im Gehirn abgeleitet werden. Anhand der gemessenen Hirnsignale kann dann die Stimulationseinstellung weiter optimiert werden. Eine sehr wichtige Eigenschaft ist, dass der „Hirnschrittmacher“ mit diesem System so programmiert werden kann, dass die Stromstärke automatisch an die Symptome angepasst wird. Dies wird als sogenannte adaptive oder Closed-Loop-Stimulation bezeichnet.
Ein wesentlicher Vorteil des wiederaufladbaren „Schrittmachers“ ist, dass er nicht nach ein paar Jahren ausgetauscht werden muss. Die Zeit, nach der ein nicht wiederaufladbares Gerät ersetzt werden muss, hängt vom individuellen Stromverbrauch ab und liegt bei Patienten und Patientinnen mit Bewegungsstörungen zwischen drei und sieben Jahren. Dieser Austausch geht immer mit einer kleinen Operation einher. Die wiederaufladbaren Systeme bleiben zwischen 15 bis 25 Jahre aktiv, so lange ist also keine Operation nötig. Ein weiterer Vorteil ist ihre geringere Größe. Das Wiederaufladen ist einfach und erfolgt in der Regel ein Mal pro Woche. Mit einem kabellosen Gerät, das in einer Art Weste über den „Schrittmacher“ gelegt wird, kann das System aufgeladen werden.
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