Elektrische Stimulation bietet Hoffnung für Menschen mit schweren Rückenmarksverletzungen
Die elektrische Stimulation gibt Menschen mit schweren Rückenmarksverletzungen neue Hoffnung. Eine Studie zeigt, dass vier junge Männer mit Querschnittslähmung nun mit Hilfe der elektrischen Stimulation der Wirbelsäule ihre Beine selbstständig bewegen können. Forscher glauben, dass die Therapie das Potenzial hat, die Prognose von Menschen mit Lähmungen auch Jahre nach einer Verletzung zu ändern.
Die Entdeckung "bietet eine neue Perspektive, dass das Rückenmark auch nach einer schweren Verletzung ein großes Potenzial für eine funktionelle Wiederherstellung hat." Fotoquelle: 123RF.com.
Die Männer, die seit mehr als zwei Jahren gelähmt waren, konnten Zehen, Knöchel und Knie mit elektrischer Stimulation beugen. Eine noch größere Verbesserung der Bewegung wurde festgestellt, wenn die Männer die Stimulation in Kombination mit körperlicher Rehabilitation verwendeten. Details zu dieser bahnbrechenden Entdeckung wurden in der Fachzeitschrift Brain veröffentlicht .Die Entdeckung "bietet eine neue Perspektive, dass das Rückenmark auch nach einer schweren Verletzung ein großes Potenzial für die Wiederherstellung der Funktionen hat", sagte die leitende Forscherin Claudia Angeli, PhD, leitende Forscherin am Human Locomotor Research Center am Frazier Rehab Institute, und Assant Professor. Das Kentucky Spinal Cord Injury Research Center (KSCIRC) der Universität von Louisville.
Kent Stephenson, der zweite Mensch, der sich einer epiduralen Stimulation des Rückenmarks unterzieht, hebt freiwillig sein Bein an, während sein Stimulator aktiv ist. Foto mit freundlicher Genehmigung der University of Louisville.
Wie elektrische Stimulation funktioniert
Bei der elektrischen Stimulation werden Elektrizitätsimpulse über die Wirbelsäule gesendet, um die Signale zu imitieren, die das Gehirn normalerweise sendet, um Bewegung auszulösen. Die elektrischen Impulse werden durch einen Stimulator abgegeben, der chirurgisch am Rückenmark platziert wird.
Rob Summers, der unter seiner Brust gelähmt ist, war der erste, der von dieser Behandlung profitierte. Während des täglichen Trainings erhielt er elektrische Impulse an seinem Rückenmark direkt unterhalb der Verletzung. Dabei wurde er in einem Gurt über einem Laufband aufgehängt, während die Forscher ihm halfen, entweder zu stehen oder zu gehen. Schließlich konnte Rob bis zu 4 Minuten alleine stehen. Sieben Monate nach dem Gerichtsverfahren konnte Rob seine Beine wieder freiwillig kontrollieren.
Alle Männer waren in der Lage, die Bewegungen von Beinen, Knöcheln und Zehen gleichzeitig zu synchronisieren, und zwar mit einem visuellen Hinweis auf das Auf- und Absteigen einer Welle, die auf einem Computerbildschirm angezeigt wurde. Drei von vier Männern konnten die Kraft ändern, mit der sie sich bogen ihr Bein, abhängig von der Intensität von drei verschiedenen akustischen Hinweisen.
„Die Tatsache, dass das Gehirn die wenigen verbleibenden Verbindungen nutzen und diese komplizierten visuellen, akustischen und wahrnehmungsbezogenen Informationen verarbeiten kann, ist ziemlich erstaunlich. Es zeigt uns, dass die Informationen aus dem Gehirn im Rückenmark an die richtige Stelle gelangen, so dass die Person die Art der Bewegung mit beeindruckender Genauigkeit kontrollieren kann “, sagte V. Reggie Edgerton, PhD, die verantwortliche Forscherin für die Entwicklung dieses Ansatzes zur Therapie. Dr. Edgerton ist angesehener Professor für Integrative Biologie, Physiologie, Neurobiologie und Neurochirurgie an der University of California in Los Angeles.
Andere gesundheitliche Verbesserungen
Alle vier Männer waren in der Lage, ihr eigenes Gewicht zu tragen und zeigten auch andere gesundheitliche Verbesserungen, wie z. B. eine erhöhte Muskelmasse, weniger Müdigkeit und ein höheres Wohlbefinden. Rob zum Beispiel begann, eine bessere Blutdruckkontrolle, Körpertemperaturregulierung, Blasenkontrolle und sexuelle Funktion zu haben.
Die Forscher untersuchen, ob die epidurale Stimulation eingesetzt werden kann, um Menschen mit Lähmungen der Arme zu helfen, und entwickeln eine Technologie, mit der die Wirbelsäule durch die Haut stimuliert werden kann, anstatt den Stimulator chirurgisch implantieren zu müssen. Darüber hinaus arbeiten die Forscher an der Weiterentwicklung der Elektrostimulatortechnologie, um eine bessere Bewegungskontrolle bei gelähmten Menschen zu erreichen.
Kommentar
Von Dr. Narihito Nagoshi und Michael G Fehlings
In letzter Zeit wurde viel Aufmerksamkeit auf therapeutische Strategien für Rückenmarksverletzungen (SCI) gerichtet, einschließlich Zelltransplantation und / oder Arzneimittelverabreichung. Klinische Studien mit neuronalen Vorläuferzellen für SCI haben bereits stattgefunden 1, ebenso wie Studien mit mesenchymalen Stammzellen 1 und Medikamenten wie Natrium / Glutamat-Antagonisten 2 und dem Antibiotikum Minocyclin 3 . In diesem Zusammenhang stellt die Arbeit von Angeli und Kollegen in einer aktuellen Ausgabe von Brain eine neuartige Strategie zur Behandlung von SCI 4 vor . In ihre Studie wurden 4 Patienten mit vollständigem motorischem SCI aufgenommen. Mehr als 2 Jahre waren seit dem SCI bei allen Patienten vergangen, und die Verletzungsniveaus lagen zwischen C7 und T5. Epidurale Rückenmarkstimulationseinheiten wurden chirurgisch in Höhe von T11 / 12 implantiert. Überraschenderweise konnten alle 4 Patienten mit chronischer vollständiger Lähmung ihre Beine durch die epidurale Stimulation bald nach der Implantation des Geräts wieder freiwillig bewegen. Darüber hinaus konnten die Patienten die motorische Bewegung ihrer Beine nach visuellen und akustischen Gesichtspunkten aktivieren. Wiederholtes Stehen und freiwilliges Training mit epiduraler Stimulation förderten eine höhere Krafterzeugung und Bewegungsgenauigkeit der Beinmuskeln.
Der auffällige Punkt dieser Studie ist, dass sich die therapeutische Strategie für SCI nicht auf die Läsionsstelle selbst konzentrierte, sondern unterhalb der Ebene der Läsionsstelle auf dem Rückenmark. Bei der Zelltransplantationstherapie liegt der Schwerpunkt auf dem Ersatz der geschädigten Nervenzellen und der Förderung der Axonregeneration und Remyelinisierung an und über die Läsionsstelle. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen jedoch eine neue Strategie zur Aktivierung des Kreislaufs des geschonten Rückenmarks unterhalb des Verletzungsniveaus durch epidurale Stimulation ohne direkte Behandlung der Läsionsstelle. Es ist bekannt, dass im Rückenmark zentrale Mustergeneratoren (CPG) existieren, die das Bewegungsverhalten der Hinterbeine steuern 5, und die epidurale Stimulation in dieser Arbeit könnte zur Reaktivierung der neuronalen CPG-Schaltkreise beitragen. Im Gegensatz dazu bleibt der Mechanismus, durch den die visuellen und akustischen Eingaben über stark gestörte Axone an der Läsionsstelle in den Wirbelsäulen-Schaltkreis absteigen, schwer fassbar. Courtine und Kollegen konnten jedoch nachweisen, dass nutzungsabhängige Lernmechanismen in Ermangelung jeglicher supraspinaler Eingaben die Wiederherstellung der vollständigen Fortbewegung des belastbaren Laufbandes im Nagetiermodell von SCI 6 fördern können. Daher könnte die Stimulation der neuronalen CPG-Schaltkreise im Rückenmark ein neues therapeutisches Ziel für die SCI sein.
Die Haupteinschränkung dieser Arbeit ist die geringe Anzahl der eingeschlossenen Patienten. Obwohl die Patienten relativ jung sind (Durchschnittsalter 26, 9 Jahre), steigt die Prävalenz von SCI bei geriatrischen Patienten tendenziell an 7, und die Ergebnisse in dieser Patientengruppe sollten untersucht werden. Zukünftige Studien werden erforderlich sein, um die funktionellen Auswirkungen der epiduralen Stimulation und des Trainings in größeren klinischen Studien zu untersuchen.
Quellen anzeigenAngeli CA, Edgerton VR, Gerasimenko YP, Harkema SJ. Gehirn . 2014. doi: 10.1093 / brain / awu038.
Nationales Gesundheitsinstitut. Die Wirbelsäulenstimulation hilft vier Patienten mit Querschnittslähmung dabei, sich wieder freiwillig zu bewegen. http://www.nih.gov/news/health/apr2014/nibib-08.htm. Zugriff auf den 8. April 2014.
Universität von Louisville. Vier querschnittsgelähmte Männer bewegen freiwillig ihre Beine, ein "beispielloser Durchbruch" für die Lähmungsgemeinschaft. http://louisville.edu/medicine/news/four-paraplegic-men-voluntarily-move-their-legs-an-receded-breakthrough-for-paralysis-community. Zugriff auf den 8. April 2014.
Kommentar Referenzen
1. Tetzlaff W. et al. Eine systematische Übersicht über zelluläre Transplantationstherapien bei Rückenmarksverletzungen. J Neurotrauma . 28: 1611-1682, doi: 10.1089 / neu.2009.1177 (2011).
2. Fehlings MG et al. Riluzol zur Behandlung von akuten traumatischen Rückenmarksverletzungen: Begründung und Design der klinischen Phase-I-Studie NACTN. J Neurosurg Wirbelsäule . 17: 151-156, doi: 10.3171 / 2012.4.AOSPINE1259 (2012).
3. Casha S. et al. Ergebnisse einer placebokontrollierten randomisierten Phase-II-Studie mit Minocyclin bei akuten Rückenmarksverletzungen. Gehirn . 135: 1224-1236, doi: 10, 1093 / brain / aws072aws072 [pii] (2012).
4. Angeli CA, Edgerton VR, Gerasimenko YP, Harkema SJ. Die Veränderung der Erregbarkeit des Rückenmarks ermöglicht willkürliche Bewegungen nach chronischer vollständiger Lähmung beim Menschen. Gehirn . doi: awu038 [pii] 10.1093 / brain / awu038 (2014).
5. Kiehn O. Bewegungskreise im Rückenmark von Säugetieren. Annu Rev Neurosci . 29: 279-306, doi: 10, 1146 / annurev.neuro.29.051605.112910 (2006).
6. Courtine G et al. Transformation von nicht funktionierenden Wirbelsäulenkreisläufen in funktionelle Zustände nach dem Verlust der Gehirnleistung. Nat Neurosci . 12: 1333-1342, doi: 10, 1038 / nn. 2401nn. 2401 [pii] (2009).
7. Martin ND et al. Der Mortalitätsknickpunkt für Alter und akute Rückenmarksverletzung. J Trauma . 71: 380-385; Diskussion 385-386, doi: 10.1097 / TA.0b013e318228221f00005373-201108000-00016 [pii] (2011).
