Traumatische Hirnverletzung bei Veteranen und Nahinfrarot-Phototherapie

Das Auftreten von traumatischen Hirnverletzungen ist weit verbreitet. Die Centers for Disease Control schätzen, dass jedes Jahr 1,7 Millionen TBIs auftreten und dass TBI zu etwa 30 % aller verletzungsbedingten Todesfälle beiträgt. Darüber hinaus sind etwa 75 % dieser TBIs Gehirnerschütterungen oder leichte TBIs (mTBI). Allerdings sind solche Gehirnerschütterungen, insbesondere mehrfach auftretende Gehirnerschütterungen, nicht harmlos. Die Schädigung selbst eines leichten SHT kann möglicherweise zu neuropsychiatrischen Folgeerscheinungen führen. Darüber hinaus kann sich die Verletzung des Gehirns im Laufe der Zeit verschlimmern, abhängig vom Grad der Entzündungsreaktion und den Verletzungsbereichen. TBI induziert eine Reihe von neuropathologischen Veränderungen wie die Aggregation von Beta-Amyloid und Tau-Proteinen zusammen mit neuroinflammatorischen Veränderungen, die der Pathologie degenerativer Erkrankungen ähneln.

Für viele unserer zurückkehrenden Veteranen waren improvisierte Sprengkörper (IEDs) die Ursache für diese TBIs. Beispielsweise zeigen Daten des Defense Manpower Data Center, dass seit dem 3. Oktober 2011 Sprengkörper für schätzungsweise zwei Drittel oder mehr der Verletzungen auf Schlachtfeldern im Irak verantwortlich waren; Von den 46.532 Kriegern, die bei den Operationen Enduring Freedom und Iraqi Freedom verwundet wurden, wurden 30.347 durch Sprengkörper verwundet, von denen viele IEDs waren. Die meisten dieser Verletzungen betrafen eine Gehirnerschütterung. Aktuelle Schätzungen gehen davon aus, dass 15-19 % aller zurückkehrenden Warfighter während ihrer Dienstzeit(en) an einer akuten Gehirnerschütterung oder einem TBI erkrankt sind. Es wurde festgestellt, dass "22,8 % eines Brigade Combat Teams aus dem Irak mit bestätigten traumatischen Hirnverletzungen zurückgekehrt sind".

Derzeit gibt es keine wirksamen Behandlungen zur Umkehrung oder Verringerung der Hirnschädigung nach TBI. Um die Situation weiter zu verwirren, können sich die Symptome von TBI oft mit denen einer posttraumatischen Belastungsstörung (PTSD) überschneiden, wie Kopfschmerzen, Schwindel, Reizbarkeit, Gedächtnisstörungen, verzögerte Problemlösung, verlangsamte Reaktionszeit, Müdigkeit, Sehstörungen, Schlafstörungen, Empfindlichkeit gegenüber Licht und Lärm, Impulsivität, Urteilsstörungen, emotionale Ausbrüche, Depressionen und Angstzustände. Darüber hinaus sind die Raten von Depressionen, Angstzuständen und anderen psychologischen Symptomen bei TBI-Überlebenden deutlich erhöht, basierend auf Studien mit großen Stichproben von Patienten. Aufgrund dieser Komplexität und Überschneidung von Symptomen zwischen TBI, PTSD und Depression kann eine eindeutige Diagnose von TBI schwierig sein, was zu fehlgeleiteten Behandlungsanstrengungen führen und die Fähigkeit zur genauen Beurteilung des Behandlungsansprechens beeinträchtigen kann.

Mehrere veröffentlichte Forschungsstudien haben die Heilungsmechanismen von NIR validiert, die über Leuchtdioden (LED) geliefert werden können. Die NIR-Phototherapie wurde ausgiebig zur Wundheilung von Weichgewebe, zur Steigerung der Durchblutung, zur Behandlung von Schmerzen und bei bestimmten Erkrankungen wie Haarwuchs und Karpaltunnelsyndrom eingesetzt.

Der für die Heilwirkung von NIR zentrale Wirkmechanismus ist eine gesteigerte Durchblutung durch die Freisetzung von Stickstoffmonoxid aus roten Blutkörperchen. Lokale Erhöhungen von Stickstoffmonoxid erhöhen den Blutfluss durch Arterien, Venen und Lymphbahnen. Eine verstärkte Rückkehr des Blutflusses von den behandelten Stellen trägt dazu bei, die intrazelluläre Azidose zu verringern, die das/die mitochondriale Membranpotential(e) verändern könnte. Diese Hypothese besagt, dass bei ausreichendem Blutfluss den Zellen eine ausreichende Menge an Sauerstoff und Glukose für die Bildung von Adenosintriphosphat (ATP) durch die Mitochondrien zugeführt wird. Allerdings wird selbst eine geringfügige Abnahme des regionalen oder globalen Blutflusses im Gehirn, wie sie bei TBI beobachtet wird, die Menge an Glukose und Sauerstoff begrenzen, die an Neuronen abgegeben wird. Die Wiederherstellung des Blutflusses in geschädigten Regionen des Gehirns stellt somit die notwendigen Glukose- und Sauerstoffspiegel wieder her, die für die ATP-Erzeugung und die ordnungsgemäße neuronale Funktion erforderlich sind.

Darüber hinaus stimuliert Stickoxid die Angiogenese und eine erhöhte Anzahl von Kapillaren hilft bei der Erhöhung des Blutflusses (und von Sauerstoff und Glukose) in verletzten Bereichen des Gehirns, in denen der Blutfluss subnormal war. Dieser Effekt trägt zu einer verbesserten mitochondrialen Funktion bei. Der Nobelpreis für Physiologie 1998 wurde Furchgott, Ignarroand und Murad für ihre Entdeckung verliehen, dass Stickoxid als Signalmolekül wirkt und ein Enzym, die Guanylatcyclase (GC), aktiviert, das für die anschließende Vasodilatation notwendig ist.

Schließlich ist Stickoxid ein wirksames Analgetikum; es scheint Schmerzen zu reduzieren, indem es entweder die lokale Ischämie umkehrt oder direkt in einer Weise, die der analgetischen Wirkung von Morphin ähnelt. Im letzteren Fall hilft Stickoxid, das Membranpotential über Veränderungen in der Aktivität des ATP-abhängigen Kaliumkanals zu regulieren. Dieser Effekt kann durch aktiviertes GC und nachfolgende Phosphorylierung des Kaliumkanals vermittelt werden.

Aufgrund seiner Fähigkeit, den Schädel nicht-invasiv zu durchdringen, wird NIR seit den späten 1970er Jahren sicher zur Bestimmung des zerebralen Blutflusses und des Sauerstoffgehalts bei hirnverletzten Erwachsenen, Patienten nach einem Schlaganfall und bei pädiatrischen Patienten eingesetzt. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass transkraniales NIR die kortikale Perfusion erhöht und mit einer klinischen Verbesserung bei Menschen mit traumatischen Hirnverletzungen, neurodegenerativen Erkrankungen und Depressionen verbunden ist. Das NIR-Gerät für diese Studie ist von der FDA zugelassen (510K; K101894) zur Steigerung der Durchblutung und Verringerung von Schmerzen.