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Elektrostimulation lässt Gelähmte nach einem Tag wieder gehen

ÄrzteZeitung Online vom 8. Februar 2022

Mit einem verbesserten Elektrostimulationsverfahren haben Schweizer Forscher beeindruckende Resultate erzielt: Drei Querschnittsgelähmte konnten schon nach einem Tag wieder selbstständig stehen und gehen, berichtet ÄrzteZeitung Online. Sofern noch einige Nervenfasern die Rückenmarksläsion überwinden, lassen sich viele Bewegungsabläufe biomimetisch steuern und wichtige Alltagsfunktionen wiederherstellen. Das Verfahren eignet sich damit aber nur für einen Teil der Gelähmten.

Bis zu 300 Schritte – so viele waren bereits am ersten Tag für drei komplett Querschnittsgelähmte möglich, die eine neuartige epidurale Elektrostimulation (EES) erhalten hatten. Zwar mussten die Patienten ihr Körpergewicht noch nicht selbst tragen – die atrophe Muskulatur lässt dies nach langjähriger Lähmung nicht zu, zudem bewegten sich die Patienten auf einem Laufband.

Aber schon nach drei Tagen konnten sie weitgehend unabhängig eine kleine Strecke gehen, wenn sie sich an einer Art Geländer stützten. Auch Paddelbewegungen mit den Beinen zum Schwimmen sowie Treten auf einem Fahrradergometer ließen sich nach kurzer Zeit bewältigen (Nat Med 2022; online 7. Februar).

Nach einem gezielten Training über mehrere Monate hinweg und entsprechendem Muskelaufbau erlangten die Patienten wieder die Fähigkeit, ohne fremde Hilfe zu stehen oder mit einem Rollator kurze Strecken zu gehen. Ein Patient war sogar wieder in der Lage, Treppen zu steigen.

Diskomplette Lähmung nötig

Über ähnliche Erfolge hatten die Wissenschaftler um Professor Grégoire Courtine von der Polytechnischen Hochschule Lausanne bereits vor etwas mehr als drei Jahren berichtet. Damals konnten sie Patienten mit einer noch geringfügig vorhandenen motorischen und sensorischen Restfunktion das Gehen beibringen, nicht aber komplett Gelähmten.

Nun ist dies bei zwei Patienten mit kompletter Lähmung (Grad A nach der ASIA-Einteilung) sowie einem Patienten mit fast kompletter Lähmung (Grad B) gelungen. Die ersten beiden Patienten zeigten keinerlei sensorische oder motorische Restfunktion mehr jenseits der Rückenmarksläsion, beim Grad-B-Patienten ließ sich noch eine gewisse Anusmuskelfunktion nachweisen. Die Bewegungsaktivierung war zudem sofort nach der Elektrodenimplantation erfolgreich – obwohl die Lähmung seit bis zu neun Jahren bestand.

Allerdings: Damit die EES funktioniert, müssen auch Grad-A-Patienten noch einige motorische Fasern haben, welche die Rückenmarksläsion überbrücken und sensomotorische Netzwerke jenseits der Läsion aufrechterhalten, selbst wenn sie für eine motorische Funktion zu schwach sind. „Man spricht hier von einer diskompletten Lähmung“, sagte Professor Winfried Mayr vom Zentrum für Medizinische Physik und Biomedizinische Technik der Universität Wien dem „Science Media Center“.

Die noch vorhandene Aktivität der willkürlich steuerbaren Netzwerke soll durch die Elektrostimulation auf ein Erregungsniveau gehoben werden, das wieder eine selbstständige Bewegung ermöglicht. Eine solche Form der Lähmung sei jedoch bei vielen komplett Querschnittsgelähmten nicht vorhanden, so Mayr. „Für den Großteil der Betroffenen werden die Ergebnisse daher über den vorgestellten Ansatz nicht im beschriebenen Ausmaß erreichbar sein.“

Wieder an der Bar stehen

Die EES stammt ursprünglich aus der Schmerzmedizin. Das Team um Courtine nutzt die epidural angebrachten Elektroden jedoch, um einzelne Hinterwurzeln im Rückenmark mit räumlich-zeitlichen Aktivierungsmustern zu bespielen, wie sie etwa beim Gehen üblich sind. Solche Muster haben die Forscher bei gesunden Probanden per Elektromyografie abgeleitet, verfeinert und individuell auf die Patienten abgestimmt. Damit erreichen sie die noch vorhandenen Motoneuronen im Rückenmark. So soll im Rückenmark unterhalb der Läsion wieder ein Aktivierungsmuster entstehen, wie dies beim normalen Gehen üblich ist.

In der jetzt vorgestellten Publikation unter Leitung von Dr. Andreas Rowald von der Abteilung Medizininformatik der Universität Lausanne haben die Forscher zum einen die Elektrodenarrays verlängert – die 16 Einzelelektroden können nun auch die Rumpfmuskulatur ansteuern und damit die Haltung beim Gehen verbessern.

Zudem haben sie die Arrays anhand eines 3D-Modells individuell angefertigt, und zwar so, dass sie exakt die gewünschten Reizpunkte in den dorsalen Wurzeln treffen.

Programme zum Gehen, Stehen, Radfahren

Die geeigneten Punkte waren zuvor mit aufwändiger Bildgebung, darunter funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT), ermittelt worden, die Positionen der Elektroden wurden intraoperativ getestet und bei Bedarf korrigiert.

Schließlich haben die Forscher auch die Algorithmen für die jeweiligen Bewegungen optimiert und entsprechende Programme entwickelt, welche die Patienten über ein Gerät aktivieren können, etwa Programme zum Gehen, Stehen, Paddeln, Radfahren oder Rumpfaufrichten. Über das Gerät lassen sich die Aktivierungsmuster zudem feinsteuern.

Im Laufe von fünf Monaten konnten die Patienten damit zum einen wieder genug Muskeln aufbauen, um ihr eigenes Gewicht zu tragen, zum anderen waren damit etliche Alltagsaktivitäten möglich, etwa Radfahren mit einem Trike, Kanufahren oder sich an der Bar stehend einen Drink genehmigen.

Immerhin zwei der Patienten ist es gelungen, die Bewegungen willentlich etwas zu modulieren, was dafür spricht, dass die EES nicht nur biomimetische Bewegungen induziert, sondern auch vorhandene biologische Signale verstärkt.

Das Team um Courtine will das Verfahren nun weiter verbessern – mit größeren Arrays und mehr Elektroden. Damit zielen Forscher aus Lausanne nicht nur auf die Bein- und Rumpfmuskulatur, sondern auch auf die Blasen- und Darmfunktion.

Quelle: ÄrzteZeitung Online vom 8. Februar 2022
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