Die Wirkung der hyperbaren Sauerstofftherapie auf Patienten, die aufgrund einer traumatischen Hirnverletzung an einem neurologischen Mangel leiden

EINLEITUNG Traumatische Hirnverletzungen (TBI) sind weltweit eine der Hauptursachen für Morbidität und Mortalität. Aufgrund von Verbesserungen in der medizinischen Notfallversorgung, im Transportwesen und in spezialisierten Traumaeinrichtungen ist die Zahl der Menschen, die ein Schädel-Hirn-Trauma mit Beeinträchtigung überleben, in den letzten Jahren erheblich gestiegen. Die langfristigen kognitiven Folgen, die oft nicht sichtbar sind, bleiben weit über die Beseitigung der offensichtlichen körperlichen Behinderungen hinaus bestehen. Dies und das relativ geringe Bewusstsein der breiten Öffentlichkeit führen dazu, dass TBI als „stille Epidemie“ bezeichnet wird (TBI CDC 2006). Als mögliche Behandlungsmethode für diese Fälle wurde die hyperbare Sauerstofftherapie (HBOT) vorgeschlagen, und vorläufige Studien sind vielversprechend.

Der Zweck dieser Studie besteht darin, die Wirksamkeit von HBOT bei der Behandlung chronischer leichter traumatischer Hirnverletzungen (mTBI) zu bewerten. Sequentielle SPECT-Scans des Gehirns und neurokognitive Tests werden verwendet, um die Reaktion des zerebralen Blutflusses (CBF) sowie die kognitive und funktionelle Verbesserung nach der Behandlung zu bewerten.

Traumatische Hirnverletzungen (TBI) Traumatische Hirnverletzungen sind eine der Hauptursachen für Morbidität und Mortalität und haben schwerwiegende langfristige Folgen sowohl auf persönlicher als auch auf nationaler Ebene. Schätzungsweise 5,3 Millionen Amerikaner leiden an dauerhaften, durch Schädel-Hirn-Trauma verursachten Behinderungen (24). Die Prävalenz traumatischer Schätzungen zufolge kommt es in den Vereinigten Staaten jedes Jahr zu etwa 1,5 Millionen Menschen zu Hirnverletzungen (24,25). Dies umfasst jedoch nicht diejenigen Personen, die keine Pflege in einer Einrichtung erhielten, die in nationale Überwachungssysteme einbezogen ist, oder überhaupt keine medizinische Versorgung erhielten, und unterschätzt daher wahrscheinlich die tatsächliche Zahl der Schädel-Hirn-Opfer erheblich. Der NIH-Konsens von 2006 geht davon aus, dass jährlich 2,5 bis 6 Millionen Menschen an Schädel-Hirn-Trauma leiden(23).

Aufgrund von Verbesserungen in der medizinischen Notfallversorgung, im Transportwesen und in spezialisierten Traumaeinrichtungen ist die Zahl der Menschen, die ein Schädel-Hirn-Trauma mit Beeinträchtigung überleben, in den letzten Jahren erheblich gestiegen. Die langfristigen Folgen einer SHT sind enorm und betreffen eine große Zahl von Menschen mit erheblichen Auswirkungen auf die Patienten selbst, ihre Familien und die Gesellschaft als Ganzes. Diese Verletzungen stellen für die Betroffenen auch eine erhebliche wirtschaftliche Belastung dar, sowohl persönlich als auch als Gesellschaft. Ungefähr 80.000 bis 90.000 Menschen leiden jedes Jahr an Langzeitbehinderungen, und die geschätzten Kosten einschließlich direkter medizinischer Versorgung und indirekter Ausgaben wie entgangener Verdienstmöglichkeiten beliefen sich im Jahr 2001 in den USA auf über 60 Millionen Dollar (28).

Zu den langfristigen Folgen einer Schädel-Hirn-Trauma kann eine Beeinträchtigung der körperlichen, kognitiven und psychosozialen Leistungsfähigkeit des Betroffenen gehören. Die neurologischen Folgen sind zahlreich und komplex und betreffen verschiedene Stellen und Funktionen. Alle sensorischen, motorischen und autonomen Systeme können betroffen sein und zu den Symptomen können Kopfschmerzen, Krampfanfälle, Sehstörungen, Bewegungsstörungen und Schlafstörungen gehören. Die kognitiven Konsequenzen sind ebenfalls breit und vielfältig. Zu den am häufigsten festgestellten Symptomen zählen Gedächtnisstörungen sowie Probleme mit der Aufmerksamkeit und Konzentration. Es kann zu Beeinträchtigungen der exekutiven Funktion, der Problemlösungsfähigkeiten und Sprachschwierigkeiten sowie zu Problemen bei der Planung, der Informationsverarbeitung, dem Urteilsvermögen und der Einsicht kommen. Während einige dieser Symptome unmittelbar nach der Verletzung auftreten können, können andere Tage, Wochen oder Monate nach dem ersten Trauma auftreten (Kushner,24). Darüber hinaus kann es im Laufe der Zeit zu großen Schwankungen und Veränderungen im Schweregrad und Erscheinungsbild kommen.

Ein weiterer Bereich der durch Schädel-Hirn-Trauma verursachten Schwierigkeiten sind Verhaltensstörungen sowie emotionale und psychologische Beeinträchtigungen. Es kann zu erheblichen Persönlichkeitsveränderungen kommen, einschließlich Verlust oder verminderter Fähigkeit, Reaktionen und Aktivitäten einzuleiten, Enthemmung, Impulsivität, aggressives Verhalten – sowohl verbal als auch körperlich – und Veränderungen im Sexualverhalten. Persönlichkeits- und Stimmungsstörungen können auftreten und Depressionen, Angstzustände und Veränderungen der emotionalen Kontrolle werden häufig nach einer Schädel-Hirn-Trauma beobachtet.(23) Auch die sozialen Folgen können weitreichend und oft verheerend sein. Nach einer Schädel-Hirn-Trauma kommt es häufiger zu Scheidungen, chronischer Arbeitslosigkeit, Selbstmord und Drogenmissbrauch. Selbst in den chronischeren Stadien, in denen sich der Patient in der Genesungsphase befindet, können die erhöhten Anforderungen, die an ihn am Arbeitsplatz oder bei der Übernahme neuer Aufgaben gestellt werden, Probleme mit Führungsfunktionen und Planungsfähigkeiten aufdecken, die bisher unbemerkt blieben.

Diese Probleme und die Belastung, sich langfristig um diese Personen zu kümmern, stellen eine zunehmende Belastung für die Familie und ihr Unterstützungsnetzwerk dar. Familienangehörige und Betreuer berichten von einem vermehrten Auftreten von Depressionen, Wut und sozialer Isolation. Diese führen zusammen dazu, dass das Familienleben und die Beziehungen gestört werden, und diese Probleme können mit der Zeit bestehen bleiben oder sich verschlimmern.(24)

HBO für TBI Die hyperbare Sauerstofftherapie (HBOT) wird seit den 1930er Jahren eingesetzt, als sie erstmals bei Dekompressionskrankheiten eingesetzt wurde. Kurz darauf begannen Ärzte, HBOT bei einer Vielzahl anderer Erkrankungen einzusetzen. Der Einsatz von HBOT bei neurologischen Indikationen begann in den frühen 1960er Jahren mit der Arbeit von Smith et al., die seine schützende Wirkung bei zerebraler Ischämie zeigte, und der Arbeit von Saltzman, die Wirksamkeit bei Schlaganfallpatienten zeigte. (Jain) Bei HBOT handelt es sich um die Inhalation von 100 % Sauerstoff bei einem Druck von mehr als 1 Atmosphäre absolut (ATA), um die im Blut und in den Körperflüssigkeiten gelöste Sauerstoffmenge zu erhöhen und so eine erhöhte Sauerstoffzufuhr zum Gewebe zu ermöglichen. Der Mechanismus, durch den HBOT das Ergebnis einer Hirnverletzung verbessern soll, ist vielfältig.

Die Theorie von Neubauer und Walker (2000) postuliert, dass HBOT den Gehirnstoffwechsel verbessert, indem es die Funktion der ruhenden Neuronen verbessert und das Axonwachstum stimuliert (10). Zhang et al. schlagen vor, dass mögliche Ziele der Sauerstofftherapie die Verhinderung von Apoptose, die Hemmung von Neuroinflammation und BHS-Schäden umfassen (Zhang Pathophysiology 2005, Rossignol). Es kommt zu einer Stimulierung der Angiogenese und Neovaskularisation sowie zu direkten Auswirkungen auf die Blutgefäße im Gehirn und zur Aufrechterhaltung der BHS-Integrität. (1((5-12)),20) . In ähnlicher Weise haben SPECT-Scans einen positiven Effekt auf den zerebralen Blutfluss (CBF) im geschädigten Gehirn nach HBOT gezeigt (2,8,10,16,19,17,neubauer HBOT des geschlossenen Kopfes,20,). HBOT führt auch zu einer Verbesserung der neurokognitiven Funktion bei Patienten mit chronischen Hirnverletzungen. (14,9,6,13,20,21).

Unter normobaren Bedingungen beträgt die im Blut gelöste Sauerstoffmenge nur 0,3 ml/dl. Bei 1,5 ATA erhöht sich diese Menge um das Zehnfache auf 3,2 ml/dl. Anhand eines Tiermodells von hirnverletzten Mäusen fanden Daughrty et al. (Rockswall 9) einen Anstieg des lokalen Sauerstoffgehalts im Gehirngewebe um 250 % zwischen 100 % Sauerstoff, der bei 1 ATA (103 mmHg) verabreicht wurde, im Gegensatz zu dem, der bei 1,5 ATA (247 mmHg) verabreicht wurde ). Dies scheint darauf hinzudeuten, dass dieses gelöste O2 dem Gehirngewebe leichter zur Verfügung steht als hämoglobingebundener Sauerstoff (20). Darüber hinaus scheinen Arbeiten mehrerer Forscher darauf hinzudeuten, dass HBOT eine effizientere Nutzung des Ausgangssauerstoffspiegels durch verletztes Hirngewebe nach Behandlungen ermöglicht, was wiederum zu einer positiven, anhaltenden Wirkung auf dieses Gewebe führt (20).

Es wurde die Theorie aufgestellt, dass es nach einer Hirnverletzung jeglicher Ursache einen Bereich „untätiger Neuronen“ in der ischämischen Halbschattenzone gibt, die bei richtiger Behandlung immer noch lebensfähig und potenziell rettbar sind. Dieser Bereich besteht aus ruhenden Neuronen zwischen den Bereichen toten Gewebes und dem ihn umgebenden gesunden gesunden Gewebe. .(2,16,17,18,19,jain,22). Es scheint, dass diesen Zellen genügend Sauerstoff zur Verfügung steht, um das Zellleben und die Ionenpumpenmechanismen aufrechtzuerhalten, aber nicht genug, um Aktionspotentiale zu erzeugen und ihnen zu ermöglichen, als funktionierende Neuronen zu fungieren (17,19).

Die Hyperoxie durch HBOT führt zu einer Vasokonstriktion der Gehirnblutgefäße, was nachweislich zu einer Abnahme von Hirnödemen und ICP führt (11,13,6,7,12 von Rockswald). Diese Vasokonstriktion scheint aufgrund der stark erhöhten Sauerstoffverfügbarkeit des Gewebes keine schädlichen Auswirkungen auf das Hirngewebe zu haben. Es gibt auch eine positive Wirkung auf die Blut-Hirn-Schranke, nachweislich durch Verringerung des postischämischen BHS-Permeabilitätsdefekts (Jaine, Veltkamp, ​​Rockswald 52,55,63).

Es gibt gut dokumentierte TBI-Tiermodelle und eine wachsende Zahl an Literatur, die HBOT an diesen Tiermodellen verwendet, was die oben genannten Hypothesen und Ergebnisse bestätigt.

Sun et al. zeigten eine verbesserte penumbrale Sauerstoffversorgung nach HBO-Behandlung bei fokaler Ischämie mithilfe eines Tiermodells durch Messung sowohl extrinsischer als auch intrinsischer Hypoxiemarker (SUN). Harch et al. verwendeten ein TBI-Rattenmodell, um die Auswirkungen von HBO auf räumliches Lernen und Gedächtnis sowie auf die Blutgefäßdichte zu bewerten. Nach einer einseitigen kortikalen Prellung wurden Long-Evans-Ratten 31–33 Tage nach der Verletzung im Morris Water Task (MWT) getestet. Die Ratten wurden in eine unbehandelte Kontrollgruppe, eine scheinbehandelte normobare Luftgruppe und eine HBO-Gruppe eingeteilt, die 80-malige Behandlungen mit HBO bei 1,5 ATA/90 Minuten erhielten. Anschließend wurden die Ratten erneut im MWT getestet und anschließend eingeschläfert. Die Blutgefäßdichte wurde bilateral im Hippocampus gemessen und mit der MWT-Leistung korreliert. Der HBOT verursachte einen signifikanten Anstieg der Hippocampus-Gefäßdichte (p<0,001) und eine damit verbundene signifikante Verbesserung des räumlichen Lernens (p<0,001) im Vergleich zu den Kontrollgruppen. In ähnlicher Weise korrelierten die erhöhte Gefäßdichte und die verbesserte MWT in der HBOT-Gruppe stark (p < 0,001). (11)

SPECT zur Untersuchung und Nachsorge Einzelphotonen-Emissions-CT (SPECT)-Scans haben sich bei der Beurteilung posttraumatischer Läsionen bei mTBI-Patienten als wirksam erwiesen und sind als Mittel zur Nachsorge nach der Genesung nützlich.

Gawda et al fanden bei 63 % der Patienten Durchblutungsstörungen. Dies steht im Gegensatz zu positiven CT-Befunden nur bei 34 % dieser Patienten. Bei Erwachsenen war am häufigsten der Frontallappen betroffen, während bei Kindern eher die Temporallappen betroffen waren. Bei Patienten mit LOC, PTA und PCS erwies sich der SPECT-Scan als empfindlicher als der CT (14).

Jacobs et al. untersuchten in einer prospektiven Studie den prädiktiven Wert von SPECT-Scans für das klinische Ergebnis von 136 mTBI-Patienten. Keiner der Patienten hatte auffällige Befunde im CT. Bei allen Patienten wurden innerhalb von 4 Wochen nach dem Trauma erste SPECT-Scans und CT-Scans durchgeführt. Nachuntersuchungen wurden 3, 6 und 12 Monate nach der Verletzung durchgeführt. Bei allen Patienten mit abnormalen SPECT-Studien oder sich verschlechternden klinischen Befunden wurden zum späteren Zeitpunkt der Untersuchung SPECT-Nachuntersuchungen durchgeführt.

Die anfängliche SPECT war bei 54 % der Patienten positiv, wobei die Anzahl der positiven Scans im Laufe der Zeit allmählich abnahm. Die klinische Normalisierung erfolgte schneller als die Normalisierung der bildgebenden Untersuchungen. Es wurde gezeigt, dass die SPECT eine hohe Sensitivität und einen negativen Vorhersagewert ab 3 Monaten nach der Verletzung aufweist, so dass eine negative frühe SPECT ein zuverlässiges Kriterium für den Ausschluss klinischer Folgeerscheinungen darstellt. Ein positiver anfänglicher SPECT-Scan schloss ein positives klinisches Ergebnis nicht aus, ein positiver SPECT-Scan 12 Monate nach der Verletzung war jedoch ein zuverlässiger Prädiktor für das klinische Ergebnis (13). Golden et al. zeigten eine verbesserte Durchblutung, gemessen durch aufeinanderfolgende SPECT-Studien bei 50 Patienten mit chronischen neurologischen Störungen (10).

SHI Xiao-yan präsentierte eine große Studie mit 310 Patienten, in der die Wirkung von HBOT auf CBF sowie der Nutzen von SPECT bei der Diagnose und Beurteilung neurokognitiver Störungen nach TBI untersucht wurde. Scans vor und nach der Behandlung wurden verglichen und der Prozentsatz positiver anfänglicher SPECT-Scans war wesentlich höher als bei CT allein (81,3 % gegenüber 15,2 %). Nach der HBOT normalisierten sich 63,5 % der SPECT-Scans, begleitet von einer deutlichen Verbesserung der klinischen Symptome wie Kopfschmerzen, Schwindel, Konzentrationsschwäche und Gedächtnisschwäche. Weitere 36,5 % der ersten positiven SPECT-Scans zeigten eine Verbesserung des CBF um 33–66 % sowie eine klinische Verbesserung.

Vorgeschlagenes Studiendesign Es werden 60 einwilligende TBI-Patienten jeden Alters rekrutiert, die mindestens ein Jahr nach der Verletzung stabile kognitive Defizite aufweisen. Jeder Patient mit früheren neurologischen Defiziten, Kopftrauma oder Drogenmissbrauch wird ausgeschlossen, ebenso wie jeder mit Kontraindikationen für HBOT. Alle Patienten oder ihre Betreuer unterzeichnen vor ihrer Aufnahme eine schriftliche Einverständniserklärung und das Studienprotokoll wird vom örtlichen Helsinki-Komitee genehmigt.

Patienten werden ausgeschlossen, wenn sie eines der folgenden Kriterien erfüllen:

1. Wurden vor ihrer Aufnahme wegen jeglicher Anklage mit HBOT behandelt.
2. Haben Sie andere Hinweise auf HBOT?
3. Brustpathologie, die mit Druckänderungen nicht vereinbar ist
4. Erkrankung des Innenohrs
5. Patienten, die unter Klaustrophobie leiden.
6. Unfähigkeit des Patienten oder seines Betreuers, eine schriftliche Einverständniserklärung abzugeben. Eine vollständige Anamnese einschließlich medizinischer und begleitender Medikamente wird aufgezeichnet. Zu Studienbeginn werden die Patienten einer Bewertung der Aktivitäten des täglichen Lebens (ADL), einer körperlichen Untersuchung, neurokognitiven Tests und einem SPECT-Scan unterzogen. Eine leichte traumatische Hirnverletzung wird gemäß der Definition des American Congress of Rehabilitation Medicine von 1993 als Kopftrauma mit Bewusstlosigkeit von weniger als 30 Minuten, einem Glasgow Coma Score (GCS) von 13 oder mehr und einer posttraumatischen Amnesie von weniger als 30 Minuten definiert 24 Stunden. (Kay et al.).

Die Patienten werden nach dem Zufallsprinzip zwei Gruppen zugeteilt. Gruppe I erhält zunächst 40 aufeinanderfolgende HBOT-Behandlungen und Gruppe II keine HBOT-Behandlung. Am Ende dieser ersten Phase von etwa zwei Monaten werden beide Gruppen mit einem zweiten SPECT-Scan und neurokognitiven Tests neu bewertet. Anschließend erfolgt eine Überkreuzung der beiden Gruppen und Gruppe II (bisher keine Behandlung) erhält eine HBOT-Behandlung, während Gruppe I (zuvor behandelt) keine weiteren Behandlungen erhält. Am Ende dieser zweiten Phase wird es erneut SPECT-Scans und neurokognitive Tests für beide Gruppen geben. Darüber hinaus wird am Ende jeder Phase ein ausführlicher Fragesteller anwesend sein, der die Nebenwirkungen beurteilt und etwaige Veränderungen des ADL bewertet.

Nach der ersten Phase wird es eine Auswertung der Ergebnisse geben, in der die Unterschiede zwischen der behandelten und der nicht behandelten Gruppe verglichen werden und die eine Bewertung aller spontanen Veränderungen ermöglicht, die in der nicht behandelten Gruppe aufgrund des Zeitablaufs oder einer Lernkurve für die Behandlung auftreten kognitive Bewertung.

Nach Abschluss der zweiten Phase wird es eine weitere Auswertung der Ergebnisse geben, bei der die Wirkung von HBOT auf Gruppe II im Vergleich zum Ausgangswert verglichen wird und bewertet wird, ob die in Gruppe I beobachteten Wirkungen nach zwei Monaten ohne Behandlung anhalten.

Die HBOT-Behandlung besteht aus 40 aufeinanderfolgenden einstündigen Behandlungen bei 1,5 ATA mit 100 % O2 in einer Mehrplatz- oder Monoplatzeinheit je nach Wunsch des Patienten. Die Behandlungen werden einmal täglich fünfmal pro Woche durchgeführt.

Kognitive Bewertung

Statistische Analyse Dies ist eine randomisierte Crossover-Pilotstudie. Die Stichprobengröße von 30 Patienten in jeder Untergruppe (insgesamt 60 Patienten) im post-ischämischen Schlaganfall sowie im post-hämorrhagischen Schlaganfall wurde bestimmt, um eine Aussagekraft von 90 % zu erreichen, basierend auf der folgenden Annahme im Zusammenhang mit der erwarteten Änderung der neurologischen Bewertung: mittlerer Unterschied zwischen den Gruppen von mindestens 25 % mit einer Drop-Rate von 16 % und einem Alpha von 5 % vor der Cross-Match-Periode.

Die statistische Analyse wird mit der Statistiksoftware SPSS-Version 13 durchgeführt. Parametrische Daten werden als Mittelwerte ± Standardabweichungen ausgedrückt und durch eine einfache ANOVA verglichen. Nichtparametrische Daten werden mit dem Kolmogorov-Smirnov-Test verglichen. Unterschiede zwischen den Ergebnissen, die p-Werte von weniger als 0,05 (p<0,05) ergeben, werden als statistisch signifikant angesehen.