Rückenmarkstimulation für inkomplett Querschnittsverletzte

In Österreich erleiden jährlich ca. 150 Menschen eine Querschnittsverletzung. 55 - 85 % bleiben für immer an den Rollstuhl als einziges Fortbewegungsmittel gebunden. Mediziner, Biomedizinische Techniker und Computer- Wissenschafter untersuchen nun gemeinsam die Möglichkeiten, diesen Patienten die Fähigkeit zu gehen wiederzugeben - und zwar durch Anregung des Rückenmarks mit Hilfe elektrischer Signale. Ob diese Fähigkeit nach einer Rückenmarksverletzung wieder erlangt wird, hängt vor allem von der Schwere der Verletzung ab und davon, ob rasch mit dem passenden Therapieprogramm begonnen wird. Dazu gehört neben der Einnahme entsprechender Medikamente auch das tägliche Training am Laufband. Es verspricht große Erfolge, allerdings nur für "inkomplett" verletzte Patienten (solche, deren Rückenmark nichtvollkommen durchtrennt wurde). Außerdem fand man im unteren Bereich des Rückenmarks eine Art "Mustergenerator", der die Beine in Gehbewegungen versetzt, wenn er über eine Elektrode mittels elektrischer Impulse dazu angeregt wird. Querschnittsverletzten, die in der Lage sind, auch nur ein paar Meter zu gehen, kann diese "Rückenmarkstimulation" helfen, viel größere Distanzen zu bewältigen - auch, wenn die Verbindung der Beine zum Gehirn verletzungsbedingt fast vollkommen unterbrochen ist. Es stellt sich die Frage, inwieweit die Stimulation des Mustergenerators im Rückenmark den teilweisen Verlust der Kontrolle durch das Gehirn kompensieren kann. Nun arbeiten Neurowissenschafter, Fachärzte und Techniker (Mathematiker, Physiker, Informatiker) zusammen, um gemeinsam zu erforschen, welche Vorgänge im menschlichen Rückenmark tatsächlich ausgelöst werden, wenn es elektrisch angeregt wird. Um mehr darüber zu erfahren, wie die im unteren Rückenmark zusammenlaufenden Informationen aus verschiedenen Gehirnarealen und den Beinen verarbeitet werden, unterzieht man inkomplett Querschnittsverletzte (mit ihrem Einverständnis) einer umfassenden Untersuchung: Mit Hilfe von Elektroden, die an die Haut aufgeklebt werden, misst man die elektrische Aktivität der Beinmuskulatur, während die Patienten gebeten werden, bestimmte Bewegungen auszuführen - mit und ohne Rückenmarkstimulation. Aus den Messergebnissen werden Hypothesen über die Funktionsweise des Mustergenerators abgeleitet, die man anschließend mittels Computersimulation überprüft. Man ist heute in der Lage, das elektrische Verhalten einzelner Nervenzellen und einfacher Netzwerke am Computer zu simulieren. So sollen Erkenntnisse darüber gewonnen werden, welchen Einfluss die elektrische Rückenmarkstimulation auf die Kontrolle von Gehbewegungen hat. Abhängig davon, welche Verbindungen zum Gehirn erhalten geblieben sind, werden unterschiedliche Ergebnisse erwartet.

Die neuronalen Muster zur Steuerung der Beinbewegung des Menschen wurden von Wissenschaftern aus Houston und Wien analysiert, und es wurde herausgefunden, wieso diese Bewegungen durch relativ simple Neuroprothesen angesprochen werden können. Damit wurde nachgewiesen, dass in unserem Rückenmark neuronale Mustergeneratoren zur Steuerung der Beinbewegung existieren. Durch Fortsetzung solcher Forschungsarbeiten besteht für Menschen mit einer Querschnittslähmung ein Hoffnungsschimmer, wieder gehen zu können. Eine Querschnittslähmung entsteht durch eine Schädigung des Rückenmarkquerschnitts, wodurch Nervenbahnen nicht mehr leiten und motorische, sensible und vegetative Bahnen ausfallen. Die Folge ist, dass die Nerven ab dem geschädigten Rückenmarkbereich über das Gehirn nicht mehr aktiviert werden können, was zum Beispiel die willentliche Steuerung der Beine verhindert. Eine relativ simple Neuroprothese, die jetzt schon zur Unterdrückung von Spasmen bei Querschnittpatienten verwendet wird, erlaubt es, bei geeigneter Positionierung die neuronalen Mustergeneratoren im Rückenmark anzusprechen. Die Elektrode mit 2 aktiven Kontakten wird im Wirbelkörper, aber außerhalb der Rückenmarksflüssigkeit, implantiert. Modellrechnungen und Datenanalysen erklären, dass damit in den sensorischen Fasern der unteren Extremitäten künstliche neuronale Signale erzeugt werden können. Der gepulste Elektrodenstrom generiert in den Nervenfasern eine gleichmäßige Folge von Nervenimpulsen, die sich ins Rückenmark fortpflanzen. Dort werden nach mono- oder polysynaptischer Verschaltung Mustergeneratoren für die Beinbewegung aktiviert, die im gesunden Menschen über Bahnen vom Gehirn kontrolliert werden. Die Hauptcodierungsmechanismen sind also hier offensichtlich einfacher als man ursprünglich vermutet hat. Alleine durch Ändern des Stimulationsfrequenzbereichs kommt man von einer einfachen Beindurchstreckung zu rhythmischen schrittähnlichen Bewegungsmustern. Eine Besserung der zum Gehen notwendigen rhythmischen Muskelaktivierungen bei kompletter Querschnittslähmung zeichnet sich insbesondere dann ab, wenn das Gehen unter therapeutischer Mithilfe am Laufband mit elektrischer Rückenmarkstimulation kombiniert wird.