Neuroprothese zur Blutdruckregulation bei Querschnittlähmung

Die Blutdruckregulationsstörung ist eine ernste Folge einer Querschnittlähmung. Dieses Problem soll nun behandelt werden, indem ein für die Blutdruckstabilität wesentlicher Reflex künstlich nachgebildet wird.

Ein schnell abfallender Blutdruck kann eine häufige Folge von Querschnittlähmung sein. Zu dieser orthostatischen Dysregulation kann es sehr plötzlich beim z. B. Aufstehen, bei Positions- und Lagerwechseln oder bei zu schnellem Transfers in oder aus dem Rollstuhl kommen. Da die Regulationsmechanismen des Körpers im Falle einer Querschnittlähmung gestört sein können, kann es kurzzeitig zu einer ungenügenden Blutzufuhr zum Gehirn kommen, was zu z. B. Schwindel, Übelkeit und schlimmstenfalls zum Kollaps führen kann. (Siehe auch: Blutdruck im Keller? Hypotonie und orthostatische Dysregulation bei Querschnittlähmung). Langfristig betrachtet können wiederkehrende Episoden einer orthostatischer Hypotonie das Risiko von Herzinfarkt und Schlaganfall erhöhen, die zu den häufigsten Todesursachen bei Menschen mit Querschnittlähmung gehören (siehe: Lebenserwartung und Todesursachen bei chronischer Querschnittlähmung). Ein internationales Forscherteam hat eine Neuroprothese entwickelt, die die orthostatische Hypotonie minimieren soll. Erfolgreich getestet wurde die Prothese bei Nagern, Affen und Menschen.

Das Problem

Die Schwerkraft bewirkt, dass sich beim Sitzen oder Stehen das Blut im unteren Teil des Körpers sammelt. Zu einer solchen orthostatischen Hypotonie kommt es hauptsächlich wegen der Beeinträchtigung von Reflexen, die diese Ansammlung verhindern. Der wichtigste davon ist der Baroreflex, der durch Barorezeptoren (Neuronen, die den arteriellen Blutdruck und den Füllungsgrad der großen Venen und Herzkammern wahrnehmen) eingeleitet wird. Bei Säugetieren sind diese Sensoren aktiv, wenn der Körper im Ruhezustand ist. Eine Verringerung des arteriellen Blutdrucks oder des Blutvolumens reduziert die Aktivität der Barorezeptoren. Dies wiederum aktiviert den sympathischen Zweig des autonomen Nervensystems (siehe: Das Nervensystem), der den Blutdruck durch Erhöhung des Gefäßwiderstandes und des Blutrückflusses zum Herzen wiederherstellt. Eine Rückenmarksverletzung unterbricht die Verbindung zwischen dem unteren Hirnstamm, der die Informationen von den Barorezeptoren empfängt, und den sympathischen Neuronen, die das kardiovaskuläre System innervieren und die aus den thorakalen und oberen lumbalen Wirbelsäulensegmenten stammen.

Die Lösung?

Das Prinzip der neue entwickelten Neuroprothese besteht darin, die Funktion der Blutdruckregulation durch elektrische Stimulation der Nervenbahnen wiederherzustellen, die als Folge der Querschnittlähmung unempfindlich geworden sind. Idealerweise sollte die Stimulation dem Aktivitätsmuster, das normalerweise die angestrebte Funktion steuert, sehr nahe kommen.

Die Forscher untersuchten im Tierversuch mit Ratten, denen eine Querschnittlähmung zugefügt wurde, an welcher Stelle im Rückenmark eine gezielte epidurale Elektrostimulation (targeted epidural spinal stimulatio = TESS) angewendet werden sollte, um die sympathischen Reaktionen auszulösen, die den Blutdruck verändern. Sie stimulierten systematisch Wirbelsäulensegmente der Nager und fanden heraus, dass der Blutdruck der Tiere durch die Abgabe von elektrischen Impulsen nahe der Rückseite des unteren thorakalen Rückenmarks deutlich erhöht werden konnte.

Dann entwickelten die Forscher ein biomimetischen Steuergeräts, das TESS kontinuierlich anpasst, um einen Blutdruckabfall bei den Nagern zu verhindern. Anschließend konnten sie dieses „prothetische Baroreflex“-Konzept erfolgreich für Rhesusaffen anpassen – und schließlich gelang es dem Team zu demonstrieren, dass das System die Blutdruckstabilität bei einem Betroffenen wiederherstellen konnte, der nach einer Rückenmarksverletzung stark an einer regelmäßig auftretenden orthostatischen Hypotonie litt.

Patrice G. Guyenet von der University of Virginia, USA, sagt dazu: „Diese „bench-to-bedside“-Studie ist in vielerlei Hinsicht beispiellos, wirft aber mehrere Fragen auf. Zum Beispiel sind die sensorischen afferenten Neuronen, die durch die Prothese stimuliert werden, nicht identifiziert, und die langfristigen Auswirkungen ihrer Stimulation sind unbekannt.

Die Schaltkreise der Wirbelsäule werden nach einer Rückenmarksverletzung neu konfiguriert, und die Reflexe werden verstärkt, so dass ehemals harmlose Reize Episoden von gefährlich hohem Blutdruck auslösen können. Es wird Zeit und weitere Tierversuche brauchen, um festzustellen, ob die chronische Aktivierung dieser afferenten Neuronen die hyperaktiven Reflexe abschwächt oder verschlimmert. Im Gegensatz zum echten Baroreflex ist der prothetische Baroreflex vermutlich besser dazu geeignet einen Blutdruckabfall zu verhindern als einen Blutdruckanstieg abzumildern.

Zudem könnt die Neuroprothese nachteilige Auswirkungen auf die Magen-Darm- und Nierenfunktionen haben, die von den unteren thorakalen sympathischen Neuronen reguliert werden. Schließlich ist für die Platzierung einer epiduralen Elektrode in der Wirbelsäule ein invasiver Eingriff erforderlich, und die langfristige Wirksamkeit ist unbekannt.“

Nichtsdestotrotz stütze sich dieser neueste Versuch, die behindernde Hypotonie nach Eintritt einer Querschnittlähmung zu behandeln, auf eine Vielzahl von präklinischen neurowissenschaftlichen Erkenntnissen, so Guyenet. Es sei die anspruchsvollste Strategie, die bisher entwickelt wurde. Der Ansatz könnte möglicherweise die derzeit verfügbaren Behandlungen ersetzen – obwohl es noch viel zu früh sei, dies mit Sicherheit zu sagen.

Für mehr Informationen zu Blutdruck und Herzgesundheit bei Querschnittlähmung siehe:

Kreislaufprobleme bei Querschnittlähmung

Blutdruck im Keller? Hypotonie und orthostatische Dysregulation bei Querschnittlähmung

Querschnittlähmung und Bluthochdruck

Herzgesundheit bei Querschnittlähmung

Fünf Kreislaufprobleme, die bei Querschnittlähmung auftreten können


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