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Unsichere Prognose


Gehirn & Geist - epaper ⋅ Ausgabe 5/2018 vom 06.04.2018

BRENNPUNKT KOMA: DIAGNOSE Mit Hirnscans wollen Forscher das Schicksal von Wachkomapatienten vorhersagen.

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Bildquelle: Gehirn & Geist, Ausgabe 5/2018

UNSER AUTOR


Bernhard Fleischer arbeitet als Wissenschaftsjournalist in Düsseldorf. Bei aller Faszination für den medizinischen Fortschritt empfand er die Recherche zum Thema Koma streckenweise als beklemmend.

Kaum etwas verängstigt so sehr wie die Vorstellung, bewusstlos im Klinikbett zu liegen und vielleicht nie mehr aufzuwachen. Laut Schätzungen trifft dieses Schicksal in Deutschland jährlich etwa 35 000 Menschen, die nach einer schweren Hirnschädigung ins Koma fallen. Wer überlebt, kommt in der ...

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... Regel schon nach ein paar Tagen wieder zu Bewusstsein.

Doch einige Betroffene geraten stattdessen in ein so genanntes Wachkoma (siehe »Zwischen Koma und Bewusstsein«, S. 70). In diesem Zustand bleiben sie monatelang, in seltenen Fällen für Jahre. Niemand weiß, wer von ihnen das Bewusstsein zumindest teilweise wiedererlangen wird. Für die Angehörigen bedeutet das quälende Ungewissheit – für die behandelnden Ärzte ein Dilemma. Denn ihre Diagnose entscheidet darüber, ob Maßnahmen zur Rehabilitation des Betroffenen unternommen oder im ungünstigsten Fall die lebenserhaltenden Maschinen abgeschaltet werden. Als Faustregel gilt: Sind Spuren von Bewusstsein erhalten geblieben, besteht Hoffnung auf Besserung. Aber diese lassen sich nicht zuverlässig feststellen.

Bei der Standarduntersuchung anhand der so genannten Glasgow-Koma-Skala erschließen Ärzte den Bewusstseinszustand eines Patienten aus seinen Reaktionen auf eine Palette akustischer, visueller und taktiler Reize (siehe auch das Interview ab S. 72). Zum Beispiel: Öffnet er die Augen, wenn er angesprochen wird? Reagiert er auf sein Spiegelbild? Zuckt er bei Schmerz zusammen? Kann er sich sprachlich bemerkbar machen? Je nach Ausprägung der Reaktionen erhält der Patient mehr oder weniger Punkte. Wird bei verschiedenen Untersuchungen wiederholt eine gewisse Gesamtpunkt-zahl erreicht, gehen die Ärzte von einem so genannten Minimalbewusstsein aus.


»Bewusste Patienten werden vielleicht verfrüht palliativ behandelt«
Andreas Bender, Uniklinik München


Allerdings hat dieses Verfahren Schwächen: Erschreckend viele Patienten mit einem solchen Minimalbewusstsein fallen dabei offenbar durchs Raster. Laut einer 2015 veröffentlichten Übersichtsstudie der Universitätsklinik München werden mehr als ein Drittel von ihnen für Wachkomapatienten gehalten. Die Folgen sind gravierend, wie die Autoren um Andreas Bender betonen: »(Minimal) bewusste Patienten leiden möglicherweise unter der Verkennung ihres Zustands und der fehlenden persönlichen Ansprache und werden wegen einer falschungünstigen Prognose vielleicht sogar verfrüht palliativ behandelt.«

Schwierige Diagnose

Doch wie kommt es zu dieser hohen Rate an Fehldiagnosen? Eine gründliche Bewusstseinsuntersuchung ist langwierig. Nicht selten reagieren Patienten auf die Testreize mit unerwarteter Verzögerung. Zudem schwankt wie bei jedem Organ die Leistungsfähigkeit des Gehirns. Deswegen sollten die Reaktionstests häufig und zu möglichst unterschiedlichen Tageszeiten wiederholt werden. Das ist allerdings aufwändig und verursacht Kosten, die sich manche Kliniken offenbar sparen.

Ein weiteres Problem: Je nach Art der Hirnschädigung können einzelne Sinne ausfallen. Bleibt das unbemerkt und beschränken sich die Ärzte vielleicht aus Zeitmangel auf die Überprüfung eines einzelnen Sinns, steigt die Gefahr von Fehldiagnosen. Kann etwa der Patient einem Finger mit dem Blick nicht folgen, weil seine Sehrinde stark geschädigt ist, wird ihm zu Unrecht Bewusstsein abgesprochen. Andererseits ist es auch möglich, dass ein Patient zwar Reize wahrnimmt, sich aber nicht bemerkbar machen kann, weil sein Gehirn keinen Zugriff auf das motorische System hat, wie beim seltenen Locked-in-Syndrom.

Wissenschaftler versuchen schon seit Längerem, die Bewusstseinsdiagnostik mit Hilfe moderner apparativer Untersuchungsmethoden zuverlässiger zu gestalten. Die Idee dabei ist, bewusste Reaktionen direkt vom Gehirn des Patienten abzulesen und damit die fehlerträchtige Interpretation des äußerlich sichtbaren Verhaltens zu umgehen. Bereits etabliert sind »Motor-Imagery-Verfahren «. Während der Patient im Hirnscanner liegt, wird er dazu aufgefordert, gedanklich bestimmte Bewegungen auszuführen, beispielsweise: »Stellen Sie sich vor, Sie stehen auf dem Tennisplatz und schlagen den Ball!« Regen sich danach im richtigen zeitlichen Abstand die entsprechenden aufgabenspezifischen Hirnareale, gehen die Ärzte davon aus, dass der Patient zumindest über ein minimales Bewusstsein verfügt.

Auf einen Blick: Wer wacht wieder auf?

1 Wachkomapatienten wirken wach, zeigen aber keine bewussten Reaktionen. Während einige Betroffene diesen Zustand nicht überwinden und schließlich sterben, erlangen andere ein »minimales Bewusstsein« und können sich eventuell sogar wieder erholen.

2 Welche Patienten wieder zu Bewusstsein kommen, lässt sich bislang kaum vorhersagen. Schwierig zu diagnostizieren ist ebenfalls, ob ein vermeintlicher Wachkomapatient in Wirklichkeit ein minimales Bewusstsein besitzt.

3 Forscher versuchen über bildgebende Verfahren wie fMRT, PET oder EEG, das Schicksal der Betroffenen zu prognostizieren, um so Fehldiagnosen zu vermeiden. Die Techniken sind allerdings aufwändig.

Ähnlich funktionieren Methoden, die auf Elektroenzephalografie (EEG) basieren: Imaginierte Bewegungen lassen sich über am Kopf angebrachte Elektroden als Veränderungen der bioelektrischen Aktivität in der dazu passenden Hirnregion registrieren. Möglich ist auch, das Gehirn durch einen kurzen elektromagnetischen Impuls zu reizen und danach aus EEG-Messungen den Bewusstseinszustand zu berechnen (siehe Gehirn&Geist 3/2018, S. 44).

Verräterischer Energieverbrauch

Die Sache hat allerdings einen methodischen Haken, geben die Forscher um Andreas Bender zu bedenken: »Wie soll man beurteilen, ob die neuen Methoden tatsächlich Beweise für Bewusstsein liefern und nicht nur Artefakte sind?« Dazu muss man wissen, wie viele Patienten mit einem positiven oder negativen Ergebnis wirklich ein Restbewusstsein besitzen. Um sicherzugehen, müsste man diejenigen Patienten, die im weiteren Verlauf wieder kommunizieren können, befragen, ob sie sich an die Aufgaben im Hirnscanner erinnern. Dies ist jedoch wenig Erfolg versprechend, denn nahezu alle wiedererwachten Personen leiden unter Amnesie.

Aber selbst Menschen, die sowohl bei sorgfältig angewendeter Untersuchung nach der Glasgow-Koma-Skala als auch im Hirnscanner eindeutig keine bewussten Reaktionen zeigen, können wieder zu Bewusstsein kommen. Offenbar erlöschen bei einigen Komapatienten die Bewusstseinsfunktionen endgültig, während sie bei anderen nach Monaten bis Jahren plötzlich wieder aufflammen. Wie lassen sich diese Fälle unterscheiden?

Hier könnte ein relativ einfaches Merkmal weiterhelfen: der Energieverbrauch der Hirnrinde. Schon seit Längerem ist bekannt, dass der Glukoseumsatz des Gehirns vom Bewusstseinsgrad abhängt. Wissenschaftler um Ron Kupers von der Universität Kopenhagen wollen damit das Schicksal von Komapatienten vorhersagen. 2016 bestimmten sie die Glukoseaufnahme der Hirnrinde von 131 Komapatienten und 28 gesunden Probanden. Dazu hatten sie den Versuchspersonen Fluordesoxyglukose injiziert, eine chemisch dem Traubenzucker ähnelnde, schwach radioaktive Substanz. Deren Verteilung im Gehirn registrierten die Forscher anschließend mittels Positronenemissionstomografie (PET). Aus den so gewonnenen Daten konnten sie anschließend den Energieumsatz im Gehirn der Probanden errechnen (siehe »Bewusstseinsspuren«, S. 69).

KURZ ERKLÄRT

DieElektroenzephalografie (EEG) misst die elektrische Aktivität der Hirnrinde über auf die Kopfhaut angebrachte Elektroden.

DiePositronenemissionstomografie (PET) macht mit Hilfe schwach radioaktiver Substanzen Stoffwechselvorgänge im Körper sichtbar.

Diefunktionelle Konnektivität beschreibt, wie sehr die elektrischen Aktivitäten von Neuronenverbänden zeitlich miteinander gekoppelt sind. Daraus lässt sich auf den Grad ihrer Zusammenarbeit schließen.

Bei derfunktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT) wird anhand von Magnetfeldern erfasst, in welchen Regionen des Gehirns besonders sauerstoffreiches Blut fließt, um so lokal unterschiedliche Aktivitäten der Hirnzellen zu ermitteln.

Bewusstseinsspuren

STENDER, J. ET AL.: THE MINIMAL ENERGETIC REQUIREMENT OF SUSTAINED AWARENESS AFTER BRAIN INJURY. IN: CURRENT BIOLOGY 26, S. 1494-1499, 2016, FIG. 1; ABDRUCK GENEHMIGT VON ELSEVIER / CCC

Die Hirnscans zeigen beispielhaft den per Positronenemissionstomografie gemessenen Glukoseumsatz von zwölf Probanden. Die Patienten A, B und C (linke Spalte) lagen nach einer Hirnschädigung im Wachkoma und haben auch später das Bewusstsein nicht mehr wiedererlangt. Bei den Patienten D bis I ließ sich ein Minimalbewusstsein feststellen (mittlere Spalten); J, K und L sind gesunde Kontrollpersonen (rechte Spalte).

Die Unterschiede zwischen Minimalbewusstsein und Wachkoma sind deutlich. Demnach könnte der Energieverbrauch des Gehirns verraten, ob ein Patient die Chance hat, wieder zu Bewusstsein zu kommen.

Curr. Biol. 26, S. 1494–1499, 2016

Gestörte Verbindung

Bei den Komapatienten lag er erwartungsgemäß niedrig. Acht von ihnen hatten ein Jahr später das Bewusstsein wiedererlangt. Dabei handelte es sich ausschließlich um Personen, deren Glukoseverbrauch zu Beginn der Studie bei mehr als 42 Prozent des Normalumsatzes gelegen hatte. Die Interpretation der Forscher: Liegt der Energieverbrauch unterhalb dieser Schwelle, ist das Gehirn so stark geschädigt, dass ein Aufflackern von Bewusstsein nicht mehr möglich ist. Trotz der kleinen Probandenzahlen sind Kupers und seine Kollegen davon überzeugt, dass sich auf diesem Weg Komapatienten mit Regenerationspotenzial im Voraus erkennen lassen.

Wie verändert sich ein Gehirn, wenn es kein Bewusstsein mehr erzeugen kann? Stein Silva von der staatlichen Forschungseinrichtung Inserm in Toulouse und seine Kollegen sehen den Schlüssel hierzu in der »funktionellen Konnektivität«, also in der zeitlichen Kopplung der Aktivitäten einzelner Hirngebiete. Damit knüpfen die französischen Wissenschaftler an eine mittlerweile gut belegte Theorie von Bewusstseinsforschern an. Demnach entsteht Bewusstsein, wenn sich Nervenzellverbände verschiedener, teilweise weit auseinanderliegender Hirnareale funktionell zusammenschließen. Durch ihre zeitlich aufeinander abgestimmten neuronalen Aktivitäten bildet sich im Gehirn ein virtueller »Arbeitsraum«, in dem Teilfunktionen des Bewusstseins wie Wachheit, sensorische Verarbeitung, Gedächtnis und Emotionen ineinandergreifen. Ist diese Synchronisation gestört, stürzt der Arbeitsraum in sich zusammen, und das Bewusstsein erlischt (siehe Gehirn&Geist 2/2017, S. 12).

Zwischen Koma und Bewusstsein

Nach einer schweren Hirnschädigung zum Beispiel durch Kopfverletzungen bei einem Unfall oder nach Sauerstoffmangel fallen einige Menschen ins Koma (von griechisch: koma = tiefer Schlaf), einen Zustand tiefster Bewusstlosigkeit. Sie öffnen die Augen selbst auf stärkste Reize hin nicht und sind unfähig, sich auf irgendeine Weise bemerkbar zu machen.

Manche Betroffene geraten aus einem anfänglichen tiefen Koma in ein so genanntes Wachkoma – auch Syndrom reaktionsloser Wachheit genannt. Diese Patienten öffnen zeitweise die Augen, erscheinen also wach, zeigen aber keinerlei Anzeichen von Bewusstsein. Sie reagieren nur reflexhaft auf Umgebungsreize.

Unter Umständen gleiten Wachkomapatienten in einen Zustand minimalen Bewusstseins: Sie reagieren teilweise gezielt auf Reize. Manche von ihnen erholen sich wieder vollständig (siehe oberes Diagramm).

Davon abzugrenzen sind Menschen mit Locked-in-Syndrom. Auf Grund einer Hirnschädigung können sie sich willentlich überhaupt nicht mehr bewegen und sind damit quasi in ihrem Körper eingeschlossen. Gleichzeitig sind sie jedoch bei Bewusstsein (unteres Diagramm).

BEIDE GRAFIKEN: MELISSA THOMAS / SCIENTIFIC AMERICAN MAI 2007

2015 hatten die Wissenschaftler um Silva die neuronale Aktivität von 27 komatösen Patienten nach einer schweren Hirnschädigung sowie von 14 gesunden Probanden per funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) gemessen. Dabei scannten sie elf Minuten lang das Gehirn aller Teilnehmer, wobei sie sich auf den Praecuneus und den zingulären Kortex konzentrierten. Frühere Studien hatten Hinweise darauf geliefert, dass diese auf den Innenseiten gelegenen Anteile der Hirnrinde eine wichtige Rolle bei Erinnerungs- und Bewusstseinsfunktionen spielen.

Besser vernetzt

Drei Monate später hatten vier Patienten das Bewusstsein wiedererlangt, elf zeigten Minimalbewusstsein, bei den übrigen war keine Besserung eingetreten. Hätte sich diese Entwicklung vorhersagen lassen?

Die Daten der Wissenschaftler deuten tatsächlich darauf hin. Mit Hilfe komplexer Computeranalysen hatten die Wissenschaftler nach Unterschieden in den Hirnaktivitäten zwischen den komatös gebliebenen Patienten und den wiedererwachten gesucht. Bei letzteren war der hintere zinguläre Kortex drei Monate zuvor deutlich besser mit dem präfrontalen Kortex vernetzt gewesen als bei den Patienten, die im Koma geblieben waren. Statistische Analysen der fMRT-Daten ergaben eine enge Korrelation zwischen der Konnektivität dieser Hirnareale und der Erholungswahrscheinlichkeit.

Hirnscans könnten demnach die Treffsicherheit von Bewusstseinsprognosen erheblich verbessern. Aber ob die neuen Methoden zur klinischen Routine werden, bleibt fraglich, denn sie sind methodisch höchst anspruchsvoll, zeitaufwändig und damit kostenintensiv. Und: Letzte Gewissheit über das Schicksal der Betroffenen liefern sie dennoch nicht.

QUELLEN

Bender, A.et al: Wachkoma und minimaler Bewusstseinszustand. Systematisches Review und Metaanalyse zu diagnostischen Verfahren.In: Deutsches Ärzteblatt 112, S. 235–242, 2015

Silva, S.et al.: Disruption of Posteromedial Large-Scale Neural Communication Predicts Recovery from Coma.In: Neurology 85, S. 2036–2044, 2015

Stender, J.et al.: The Minimal Energetic Requirement of Sustained Awareness after Brain Injury.
In: Current Biology 26, S. 1494–1499, 2016

Dieser Artikel im Internet: www.spektrum.de/artikel/1549595


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