Nicht-invasive Messung des Sauerstoffgehalts im Gehirn bei Menschen mit subthalamischen Tiefenhirnstimulatoren

Die Forscher werden die Auswirkungen der elektrischen Stimulation am Nucleus subthalamicus auf die frontale zerebrale Perfusion bei 10 Patienten mit fortgeschrittener PD untersuchen, die sich bereits einer erfolgreichen STN-DBS-Operation (Medtronic, Inc., Minneapolis, MN) unterzogen haben, die durch eine Verbesserung von 20 % oder mehr nachgewiesen wurde in ihrem Unified Parkinson's disease rating scale (UPDRS) Motor Subscore (UPDRS-III) mit Stimulation an vs. aus, drei oder mehr Monate nach der Operation. Der UPDRS-III ist eine weit verbreitete und validierte Bewertungsskala für die Schwere der Symptome der Parkinson-Krankheit, die auf der neurologischen Untersuchung basiert. Für die Zwecke dieser Studie wird ein Neurologe für Bewegungsstörungen alle neurologischen Untersuchungen durchführen. Die Patienten müssen außerdem nachweislich kognitiv intakt sein, was durch einen Montreal Cognitive Assessment (MoCA) Score von 24 oder höher nachgewiesen wird.

Dies ist eine experimentelle Studie, in der wir die frontale zerebrale Perfusion (nicht-invasiv mit dem NIRS-Gerät gemessen) und UPDRS-III-Scores (wie durch neurologische Untersuchung bestimmt) in vier klinischen Zuständen vergleichen werden: Medikamente aus/Stimulation aus; Medikation aus/Stimulation an; Medikation an/Stimulation aus; und Medikamente an/Stimulation an.

Die zu beantwortende Hauptfrage lautet: Können wir mit dem NIRS-Gerät signifikante Veränderungen der zerebralen Perfusion als Reaktion auf eine subthalamische Stimulation erkennen, die über implantierte DBS-Geräte abgegeben wird?

Diese Pilotstudie wird an 10 Parkinson-Patienten durchgeführt, die sich in der Vergangenheit erfolgreich einer DBS-Operation unterzogen haben. Die Studie wird wie unten beschrieben an einem Tag abgeschlossen und dauert etwa 6 Stunden.

Die Patienten kommen am Morgen ihres geplanten Studienbesuchs im Zentrum für Bewegungsstörungen an, nachdem sie ihre Medikamente aus der Nacht zuvor abgesetzt haben (12 Stunden „frei“). Sie kommen mit angelegten und auf die therapeutischen Parameter eingestellten Stimulatoren an. Dr. Shih wird eine neurologische Untersuchung durchführen und den UPDRS-III-Score in diesem Off-Med/On-Stim-Zustand bestimmen.

Um die NIRS/Perfusionsmessungen durchzuführen, wird der Testperson ein mehrteiliger Plastikhelm aufgesetzt, der eine Anzahl optischer Fasern gegen die Oberfläche des Kopfes der Testperson hält. Dieser Helm wird so angepasst, dass er bequem sitzt. Zusätzliche Sonden werden an den Fingern positioniert, um die Sauerstoffversorgung des peripheren Blutes zu überwachen (d. h. Pulsoximetrie), um sicherzustellen, dass alle beobachteten Veränderungen der zerebralen Perfusion auf Veränderungen in der Gehirnphysiologie und nicht auf einen allgemeinen physiologischen Faktor zurückzuführen sind. Die Fasern sind mit 32 Infrarot-Laserdioden mit geringer Leistung verbunden. Die von diesen Lasern emittierte Leistung liegt weit unter dem typischen maximal zulässigen Expositionspegel (MPE) für die Exposition der Haut gegenüber einem Laserstrahl, wie vom American National Standards Institute angegeben, und die Probanden werden keine Wirkung von ihnen spüren. Das Laserlicht wird auf ihren Kopf gerichtet und es besteht keine Gefahr für ihre Augen. Die anfängliche zerebrale Perfusionsmessung wird durchgeführt.

Die DBS-Geräte des Patienten werden dann abgeschaltet und 60 Minuten verstreichen gelassen, um sowohl die klinischen als auch die CBF-Effekte von DBS auszuwaschen. Während dieser Zeit wird die zerebrale Oxygenierung alle fünf Minuten überwacht und dokumentiert. Am Ende dieses Zeitraums wird der UPDRS-III-Score bestimmt (ohne Medikamente/ohne Stimulation) und aufgezeichnet, was ein Auswaschen der klinischen Wirkungen bestätigt. Das DBS wird dann unter Verwendung der für die Therapie verwendeten Einstellungen eingeschaltet, außer dass die Stimulationsfrequenz auf 20 Hz eingestellt wird, eine niedrige Frequenz, von der bekannt ist, dass sie bei PD therapeutisch nicht wirksam ist. Alle anderen Einstellungen bleiben konstant. Auch hier wird die zerebrale Oxygenierung 60 Minuten lang alle 5 Minuten aufgezeichnet, danach wird der UPDRS-III-Score aufgezeichnet. Das DBS wird dann auf die stationären therapeutischen Einstellungen des Patienten umprogrammiert, die zerebrale Oxygenierung wird 60 Minuten lang alle 5 Minuten aufgezeichnet , und am Ende des 60-Minuten-Zeitraums wird der UPDRS-III-Score erneut aufgezeichnet, wodurch die Ein-Stimulation/Aus-Medikationsbewertung abgeschlossen wird. Der Patient wird dann angewiesen, seine übliche Medikamentendosis einzunehmen, und wird für eine Stunde zum Mittagessen geschickt. Nach dem Mittagessen kehrt der Patient in den Medikations-/Stimulationszustand zurück, die NIRS- und Pulsoximetriesonden werden erneut angelegt, und der für den Medikations-Aus-Zustand beschriebene Vorgang wird im Medikations-Zustand wiederholt. Nachdem die Medikationsbewertungen abgeschlossen sind, wird der Patient mit eingeschalteten und auf seine therapeutischen Parameter eingestellten Geräten nach Hause geschickt.