Auswirkungen der transkraniellen Elektrostimulation bei Schlaganfallpatienten

Schlaganfälle sind weltweit eine der häufigsten Todes- und Invaliditätsursachen. In Entwicklungsländern ist die Prävalenz von Schlaganfällen hoch; In Thailand beispielsweise ist Schlaganfall eine der häufigsten Todes- und Invaliditätsursachen. Die geschätzte Prävalenz bei Erwachsenen im Alter von 45 Jahren und älter liegt bei 1,88 %, und die Sterblichkeitsrate von Schlaganfällen ist in den letzten 5 Jahren immer noch weiter gestiegen. Weltweit litten 87 Prozent der Schlaganfallpatienten an einem ischämischen Schlaganfall, während 13 Prozent an einem hämorrhagischen Schlaganfall litten. Nach Angaben der Welt-Schlaganfall-Organisation stellen 57 Prozent der Schlaganfallfälle weiterhin eine Behinderung dar. Eine motorische Beeinträchtigung stellt eine wesentliche Einschränkung nach einem Schlaganfall dar und beeinträchtigt die Aktivitäten im täglichen Leben. Kognitive Beeinträchtigungen (d. h. exekutive Funktionen, Aufmerksamkeit und Gedächtnis) werden häufig bei Überlebenden nach einem Schlaganfall beobachtet, was zu einer Verschlechterung der Funktionsfähigkeit führen kann und die Wirksamkeit der Rehabilitation nach einem Schlaganfall beeinträchtigt.

Unter einem Schlaganfall versteht man eine plötzliche neurologische Explosion, die durch eine gestörte Durchblutung der Blutgefäße zum Gehirn verursacht wird. Ein ischämischer Schlaganfall wird durch mangelnde Durchblutung und Sauerstoffversorgung des Gehirns verursacht, während ein hämorrhagischer Schlaganfall durch Blutungen oder undichte Blutgefäße verursacht wird, die zum Zelltod führen. Nach einem Schlaganfall nimmt die kortikale Erregbarkeit in der ipsilesionalen Hemisphäre ab und nimmt in der kontraläsionalen Hemisphäre zu. Folglich besteht ein Ungleichgewicht in der interhemisphärischen Hemmung (IHI) zwischen beiden Hemisphären. Der Beginn des IHI-Ungleichgewichts bei Schlaganfallpatienten bleibt unklar, obwohl seit Beginn motorische Beeinträchtigungen aufgetreten sind. Das IHI-Ungleichgewicht bleibt jedoch während des gesamten Schlaganfalllebens bestehen. Es wurde festgestellt, dass das Ungleichgewicht des IHI negativ mit der Erholung der Schlaganfallmotorik korreliert; Ein größeres Ungleichgewicht war mit einer schlechteren motorischen Leistung verbunden. Ein IHI-Ungleichgewicht ist keine Ursache für eine schlechte motorische Erholung, sondern könnte die Folge zugrunde liegender Erholungsprozesse sein.

Eine Elektroenzephalographie (EEG) ist das nicht-invasive Messinstrument mit hoher zeitlicher Auflösung, das eine Zusammenfassung der postsynaptischen elektrischen Signale von Pyramidenneuronen in den kortikalen Schichten erfassen kann. Das EEG ist eine nützliche Messung nach einem Schlaganfall. Es wurde festgestellt, dass mehrere Kennzahlen mit der Erholung über alle Schlaganfallphasen hinweg zusammenhängen. Eine aktuelle Überprüfung aus dem Jahr 2022 ergab, dass der Brain Symmetry Index (BSI) und die Spektralleistung die wirksamsten Messgrößen zur Vorhersage der Erholung nach einem Schlaganfall sind. BSI ist einer der beliebtesten EEG-abgeleiteten Parameter zur Quantifizierung der mittleren spektralen Asymmetrie zwischen den beiden Hemisphären. Der normale Bereich liegt zwischen 0 und 1, wobei 0 für perfekte Symmetrie und 1 für maximale Asymmetrie steht. Der BSI war bei Schlaganfallpatienten, die auf eine Gehirnasymmetrie hindeuteten, im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen signifikant höher. Van Putten und Tavy zeigten bei Patienten mit akutem ischämischen Schlaganfall, dass der BSI innerhalb von 24 Stunden nach dem Schlaganfall unverändert blieb, es bestand jedoch eine positive Korrelation zwischen der Schlaganfallskala der National Institutes of Health ( NIHSS); eine höhere Beeinträchtigung, eine höhere Gehirnasymmetrie. Es wurde berichtet, dass ein höherer BSI-Wert in der akuten bis subakuten Phase mit einer geringeren motorischen Leistung 4 Wochen später verbunden war, was darauf hindeutet, dass der BSI möglicherweise bei der Prognose des motorischen Ergebnisses während der Erholungsphase nach einem Schlaganfall hilfreich sein könnte. Darüber hinaus zeigte die Analyse der spektralen Leistung bei Schlaganfallpatienten Schwankungen der Hirnschwingungen, die durch den Zelltod verursacht wurden, wie z. B. einen Anstieg der Niederfrequenzleistung (Delta und Theta) in der ipsilesionalen Hemisphäre, der bereits eine Minute nach dem Schlaganfall auftrat, während die Hochfrequenzleistung (Alpha) bereits eine Minute nach dem Schlaganfall auftrat und Beta) wurden verringert. Ein Anstieg der Delta-Aktivität nach einem Schlaganfall korrelierte auch negativ mit der kognitiven Funktion. Die kortikale Aktivität in der Erholungsphase kann die motorische Erholung und die kognitiven Funktionen nach einem Schlaganfall darstellen. Eine Zunahme hochfrequenter Gehirnwellen (d. h. Betaband) soll die motorische Erholung in subakuten und chronischen Phasen eines Schlaganfalls verbessern. Darüber hinaus korrelierten die Zunahme des Alpha-Bandes und die Abnahme des Delta-Bandes mit einer Verbesserung der kognitiven Funktion bei Schlaganfallüberlebenden.

Die motorische Erholung nach einem Schlaganfall nimmt innerhalb der ersten 3 Monate (akute bis frühe subakute Phase) rasch zu, und die Erholung ist später in der späten subakuten Phase (3–6 Monate) weniger ausgeprägt. Anschließend führt die spontane Erholung zu einem stabilen Zustand an ihrer Grenze in der chronischen Phase ( >6 Monate), aber die Genesung kann bis zu 2 Jahre nach dem Schlaganfall nach der Rehabilitation andauern. Daher kann die Rehabilitation die Genesung nach einem Schlaganfall über die spontane Genesung in der subakuten und chronischen Phase hinaus verbessern. Es gibt zwei Faktoren, die die Genesung nach einem Schlaganfall beeinflussen: 1) intrinsische Faktoren wie Alter, Geschlecht, Schlaganfallbeginn, Schlaganfalltyp, Schweregrad, Komorbiditäten, sozioökonomischer Status und genetische Profile, 2) extrinsische Faktoren wie Unterstützung durch Pflegekräfte, Pharmakologie und Rehabilitation Programm, das aus Bottom-Up- und Top-Down-Ansätzen besteht. Eine Rehabilitation nach einem Schlaganfall wird empfohlen, um die Genesung zu verbessern und langfristige Behinderungen zu reduzieren. Die Richtlinie der American Stroke Association (ASA) empfiehlt, dass Patienten mit Schlaganfall mindestens dreimal pro Woche eine therapeutische Intervention für 20–60 Minuten pro Sitzung benötigen.

Nicht-invasive Hirnstimulation (NIBS), d. h. transkranielle Elektrostimulation (tES), ist ein Top-Down-Ansatz, der als Zusatzintervention in der Rehabilitation nach einem Schlaganfall empfohlen wird. Die in der Forschung am häufigsten verwendeten tES-Techniken sind 1) transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) und 2) transkranielle Wechselstromstimulation (tACS). Der Unterschied zwischen diesen beiden tES-Techniken besteht in den erzeugten aktuellen Formen.

1. tDCS liefert schwachen Gleichstrom, um die kortikale Erregbarkeit mit polaritätsspezifischen Effekten zu modulieren. Innerhalb einer begrenzten Dosis erhöht anodisches tDCS die kortikale Erregbarkeit, während kathodisches tDCS sie verringert. Es gibt mehrere Studien, die über die Wirkung von tDCS auf die körperliche und kognitive Leistungsfähigkeit bei gesunden Probanden sowie bei Menschen mit neurologischen Störungen berichten. Um den Ausgleich des IHI zu fördern, wird tDCS verwendet, indem gleichzeitig eine anodische Elektrode über der ipsilesionalen Hemisphäre und eine kathodische Elektrode über der kontraläsionalen Hemisphäre angebracht werden, was als duales oder bilaterales tDCS bezeichnet wird. Viele Metaanalysen und Einzelstudien zeigten, dass bilaterales tDCS über dem primären motorischen Kortex (M1) im Vergleich zu anderen Montagen effizienter zur Verbesserung der motorischen Leistung der oberen und unteren Gliedmaßen war. Die meisten früheren Studien verwendeten unterschiedliche Intensitäten von 2 mA und eine Stimulationsdauer von 20 Minuten. Eine aktuelle Metaanalyse ergab jedoch, dass eine Stimulationsdauer von mehr als 20 Minuten zur Erhöhung der Stimulationsdauer und der Anzahl der Stimulationssitzungen während 15 bis 20 Sitzungen wirksam war, um die Wirkung von tDCS auf die motorische Funktion zu verstärken. Für die kognitive Funktion berichtete eine aktuelle Metaanalyse über die positive Wirkung von tDCS, das auf den dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) angewendet wurde, auf die Wiederherstellung der kognitiven Funktion im Vergleich zu einer Scheintherapie bei Schlaganfallpopulationen. In einer früheren Studie wurde berichtet, dass tDCS, das auf M1 abzielt, in Kombination mit motorischem Training die motorische und kognitive Leistung verbessern könnte, obwohl der Effekt im Vergleich zu DLPFC möglicherweise geringer ist.
2. tACS liefert elektrischen Wechselstrom, um die kortikale Erregbarkeit und die endogene Gehirnschwingung mit der frequenzspezifischen Modulation zu modulieren. Die Aktivität der Alpha- (8-12 Hz) und Beta-Frequenzen (13-30 Hz) ist im menschlichen sensomotorischen Kortex im Ruhezustand ausgeprägt. Einer Metaanalyse zufolge könnte tACS, das im Beta-Frequenzbereich verabreicht wird, die kortikale Erregbarkeit des primären motorischen Kortex erhöhen. Dieser Effekt ist besonders ausgeprägt, wenn die Stimulationsintensität über 1 mA lag. In gesunden Populationen haben einige Studien gezeigt, dass ein über dem M1 angewendetes Beta-tACS das motorische Lernen verbessern kann, und es wurde eine größere Wirkung im Vergleich zu Alpha-tACS festgestellt. Die gleiche Beobachtung wurde bei der Schlaganfallpopulation berichtet: Beta-tACS (20 Hz) bei 1 mA induzierte größere Modulationseffekte im Vergleich zu Alpha-tACS (10 Hz bei 1 mA) in den motorischen Regionen. Zehn Sitzungen mit tACS bei 2 mA über dem M1 der betroffenen Hemisphäre mit Gangtraining könnten die Gangleistung bei Personen mit chronischem Schlaganfall verbessern. tACS scheint wie andere NIBS das Potenzial für eine motorische Erholung nach einem Schlaganfall zu haben, aber die relevante Anzahl randomisierter kontrollierter Studien (RCT) in der Schlaganfallpopulation ist im Vergleich zu tDCS sehr begrenzt. Sowohl tDCS als auch tACS sind tragbar, einfach zu bedienen und verursachen nur leichte Nebenwirkungen. Bisher gibt es nur wenige Studien, die die Wirkung von tDCS mit tACS vergleichen. Im Hinblick auf die Wirksamkeit bei der Veränderung der kortikalen Erregbarkeit steigerte tACS bei ähnlichen Stimulationsmustern (1,0 mA und 10 Minuten) die kortikale Erregbarkeit im Vergleich zur Scheinstimulation bei gesunden Probanden signifikant, allerdings war tDCS im Vergleich zur Scheinstimulation nicht größer. In Bezug auf die motorische Leistung könnten sowohl Beta-tACS (20 Hz) als auch anodisches tDCS gegenüber M1 die Reaktionszeit bei gesunden Probanden verlängern, ohne dass es beim Abrufen einen signifikanten Unterschied gab. Bei Menschen mit leichter kognitiver Beeinträchtigung wurde jedoch gezeigt, dass tACS (40 Hz), angewendet über dem DLPFC bei 2 mA, die Beta-Aktivität und die kognitive Funktion im Vergleich zu 2 mA-tDCS und Scheintherapie steigerte. tACS schien tDCS bei der Verbesserung der kognitiven Ergebnisse überlegen zu sein.

Bisher gibt es keine Studie, die die Auswirkungen von tDCS und tACS bei Schlaganfallpopulationen, insbesondere auf die motorische Leistung, vergleicht. Zur Verbesserung der motorischen Leistung ist der M1 das häufigste Ziel elektrischer Stimulation. Darüber hinaus wurde berichtet, dass M1-Stimulation zusammen mit motorischem Training die motorische und kognitive Leistung verbessert. Die vorliegende Studie untersucht die Auswirkungen von tDCS und tACS, die über M1 angewendet werden, in Kombination mit Physiotherapie auf die kortikale Aktivität sowie motorische und kognitive Ergebnisse bei Personen mit Schlaganfall subakute und chronische Phase innerhalb von 2 Jahren nach Schlaganfall. Beide tES-Techniken werden mit konventioneller Physiotherapie für 15 Sitzungen (3 Tage pro Woche, 5 Wochen) kombiniert, gefolgt von einem motorischen Training gemäß den Empfehlungen der ASA. Die kortikale Aktivität wird mittels EEG beurteilt und dient als primäres Ergebnis. Die absolute Spektralleistung jedes Frequenzbandes (Alpha, Beta, Delta, Theta) wird analysiert. Darüber hinaus wird sich die Analyse der Gehirnaktivität auf den Brain Symmetry Index (BSI) konzentrieren, der das Gleichgewicht zwischen der kontraläsionalen und der ipsilesionalen Hemisphäre darstellt. Klinische Ergebnisse werden als sekundäres Ergebnis für die Leistungsbewertung der oberen Gliedmaßen herangezogen und bestehen aus der Fugl-Meyer-Beurteilung der oberen Gliedmaßen (FMA-UE) und dem Wolf Motor Function Test (WMFT). Für die Leistung der unteren Gliedmaßen erfolgt eine Fugl-Meyer-Bewertung der unteren Gliedmaßen (FMA-LE) und ein Timed Up and Go-Test (TUG). Fünfmaliges Sitzen zum Stehen (FTST), Ganganalyse und Gleichgewicht mithilfe der Zebris Force Distribution Measurement-T-Software und -Plattform (FDM). Die kognitive Funktion wird durch das Montreal Cognitive Assessment (MoCA) in der thailändischen Version untersucht. Alle Ergebnisse werden vor, nach der Intervention sowie bei Nachuntersuchungen nach einem Monat und drei Monaten bewertet.