Transkutane funktionelle magnetische Muskelstimulation bei Schwerkranken (FMS_ICU)

1. Einführung

   Die auf der Intensivstation erworbene Schwäche (ICU-AW) ist eine erhebliche Komplikation einer kritischen Erkrankung. ICU-AW kommt häufig bei Patienten mit Sepsis, systemischer Entzündungsreaktion und maschineller Beatmung vor. Es wird geschätzt, dass rund 50 % der Patienten, die sich von der Grunderkrankung erholt haben, mit charakteristischer Muskelschwäche auf der Intensivstation bleiben. Dies führt zu einer Abhängigkeit von mechanischer Beatmung und verlängert den kostspieligen Krankenhausaufenthalt auf der Intensivstation. Die daraus resultierende Myopathie führt zu anhaltenden Funktionseinschränkungen und gefährdet die Patienten noch lange nach der Entlassung aus dem Krankenhaus.

   1.1 Pathophysiologische Grundlagen der Entwicklung einer Critical-Illness-Myopathie Die pathophysiologischen Mechanismen der ICU-AW sind kaum verstanden, was dazu führt, dass es keine gezielten Behandlungen zu ihrer Prävention gibt. Bei den meisten Patienten wird eine Atrophie der Skelettmuskulatur beobachtet, insbesondere der Verlust schnell kontrahierender Muskelfasern (Typ II) und eine Abnahme der schweren Myosinketten (MyHC). Der Verlust von MyHC ist eine Folge eines gestörten Gleichgewichts zwischen seiner Synthese und seinem Abbau. Zu den wichtigsten Ursachen für die Entwicklung von ICU-AW zählen systemische Entzündungen, Sepsis, Immobilisierung, Sedierung, Hyperglykämie, die Exposition gegenüber neuromuskulären Blockern und Kortikosteroiden, was zu einer verminderten Muskelmasse und -kraft führt. Das wichtigste intrazelluläre System für den Proteinabbau in der Skelettmuskulatur ist das Ubiquitin-Proteasom-System, das auch den MyHC-Abbau reguliert.

   1.2 Physiotherapie und transkutane elektrische Muskelstimulation Die therapeutische Tätigkeit auf der Intensivstation beginnt häufig mit einer passiven Mobilisierung, insbesondere bei inaktiven und bewusstlosen Patienten. Bei der Behandlung kritisch erkrankter Patienten wird darauf abgezielt, die Sedierung zu reduzieren, eine angemessene Analgesie zu gewährleisten und so ein schnelleres Erwachen und eine schnellere Zusammenarbeit zu fördern sowie aktive Bewegung auch bei Patienten mit mechanischer Beatmung zu fördern.

   Zur Muskelstärkung und Reduzierung der Atrophie wird Physiotherapie häufig mit peripherer transkutaner Elektrostimulation der Skelettmuskulatur kombiniert. Mit elektrischer Stimulation kann die Muskelkraft bei nicht kritisch kranken Patienten gesteigert werden, indem Stimulationsprotokolle verwendet werden, die keine Muskelermüdung hervorrufen.

   Elektrische Stimulation kann auch die Muskelfunktionalität verändern, indem sie den Anteil schneller, glykolytischer Fasern (Typ II), die bei weniger aktiven Personen mit überwiegend sitzender Lebensweise vorherrschen, zugunsten von ausdauerorientierteren, langsam kontrahierenden Muskelfasern (Typ I) verringert. (Schnell-langsam-Übergang). Diese Veränderungen hängen maßgeblich von den gewählten Stimulationsparametern, der Stimulationsdauer und der Muskelinnervation ab. In ähnlicher Weise ergaben zwei aufeinanderfolgende Skelettmuskelbiopsien, die zwischen dem 5. und 15. Tag des Krankenhausaufenthalts durchgeführt wurden, bei kritisch kranken Patienten einen signifikanten Rückgang der langsam kontrahierenden Ausdauerfasern.

   Elektrostimulation ist eine vielversprechende Methode zur Vorbeugung kritischer Myopathien, weist jedoch gewisse Einschränkungen auf. Studien haben die Wirksamkeit bei kritisch kranken Patienten nicht nachgewiesen, wenn mit der Behandlung innerhalb der ersten sieben Tage begonnen wurde, und waren bei sehr akuten Zuständen nicht wirksam. Elektrische Stimulation kann nur bei 75–80 % der kritisch kranken Patienten intensive und sichtbare Muskelkontraktionen auslösen, möglicherweise aufgrund von Gewebeödemen über den Muskeln, die als Isolierung dienen, da die Tiefe der elektrischen Stimulation begrenzt ist. Darüber hinaus ist die Elektrostimulation eine schmerzhafte Methode und die Schmerzbeurteilung ist bei kritisch kranken Patienten schwieriger als bei der Allgemeinbevölkerung. Daher ist die Auswahl der Parameter, die bei der elektrischen Muskelstimulation bei kritisch kranken Patienten verwendet werden, äußerst wichtig.

   Um die Wirksamkeit der Elektrostimulation genau zu beurteilen, werden die Messung der Muskeldicke mittels Ultraschall und die Messung der Muskelkraft mittels manueller Muskeltests durchgeführt. Die am häufigsten zur Beurteilung der Muskelkraft verwendete Skala ist die Skala des Medical Research Council (MRC), bei der weniger als 48 von maximal 60 Punkten oder eine durchschnittliche Punktzahl von weniger als 4 die ICU-AW definieren. ICU-AW umfasst sowohl Neuro- als auch Myopathie bei kritisch kranken Patienten.

   Die zweiphasige symmetrische Elektrostimulation mit einer Frequenz zwischen 30 und 40 Hz, einer Impulsdauer von 0,3 ms, mit 6 Sekunden an und 6 bis 12 Sekunden aus und einer Gesamtdauer von 45 bis 55 Minuten hat sich als am effektivsten erwiesen. Patienten, die zusätzlich zur Standard-Rehabilitationsbehandlung eine Elektrostimulation erhielten, wiesen laut MRC-Skala eine deutlich höhere Muskelkraft auf als Patienten, die keine Elektrostimulation erhielten. Darüber hinaus beobachteten wir bei Patienten, die sich einer elektrischen Muskelstimulation unterzogen, eine deutlich kürzere Entwöhnung von der mechanischen Beatmung.

   1.3 Transkutane funktionelle Muskel-Magnetstimulation Die transkutane funktionelle Muskel-Magnetstimulation (FMS) unterscheidet sich von der Elektrostimulation dadurch, dass sie einen Magnetapplikator anstelle von zwei (oder mehr) Elektroden zur Stimulation des Muskelgewebes verwendet und deutlich weniger schmerzhaft ist. Eine im Applikator eingebaute elektrische Spule erzeugt ein Magnetfeld, das sich in den Weltraum ausbreitet. Das Magnetfeld dringt auch in den menschlichen Körper ein und induziert dort elektrische Ströme. Bei diesen induzierten Strömen handelt es sich um elektrische Reize, die, ähnlich wie bei der elektrischen Stimulation, künstlich ein Signal entlang einer Nervenzelle (Neuron) weiterleiten und dadurch eine Muskelkontraktion bewirken. Trotz des gleichen Auslösemechanismus des elektrischen Signals in der Nervenzelle unterscheidet sich die Art und Weise der Energieabgabe. Somit ist FMS nicht auf die ausschließliche Wirkung auf Oberflächenstrukturen beschränkt, was einer der Hauptnachteile der Elektrostimulation darstellt, da es selten Strukturen erreicht, die tiefer als 12 mm sind [38]. Im Gegensatz zur Elektrostimulation dringt FMS tief in den Körper ein, ohne dass der Applikator die Haut direkt berührt, sodass die Magnetstimulation sogar durch Kleidung, Verbände oder auf verletzter oder empfindlicher Haut durchgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil von FMS ist, dass es an der Eintrittsstelle durch die Haut in den Körper keine hohe Konzentration des elektrischen Stroms verursacht und somit keine Schmerzen verursacht.

   FMS verhindert eine Inaktivierungsatrophie der Skelettmuskulatur, wie an den mobilisierten Gliedmaßen von Ratten gezeigt wurde. Die transkutane FMS des Quadrizeps über den N. femoralis ist auch beim Menschen eine sichere und schmerzfreie Methode. Bei einer Stimulationsfrequenz von 30 Hz und einem Magnetfeld von 1,6 T ist es in der Lage, etwa 72 ± 5 % der maximalen spontanen Kontraktionskraft des Quadrizeps zu erzeugen. Bei Patienten mit COPD steigerte Quadrizeps-FMS die spontane Kontraktionskraft im Vergleich zur Kontrollgruppe um 17 % und verbesserte die Lebensqualität. Patienten mit COPD vertragen Quadrizeps-FMS gut, da es den oxidativen Stress in den Muskeln nicht beeinflusst, aber die Größe langsam kontrahierender Muskelfasern erhöht.

   In der Intensivmedizin wird die Magnetstimulation hauptsächlich zu diagnostischen Zwecken zur Beurteilung der Zwerchfellfunktion, zur Beurteilung der peripheren Muskelkraft und zur transkraniellen Elektrostimulation als diagnostisches Instrument und zur therapeutischen Stimulation von Gehirnzellen eingesetzt. Mit der Entwicklung moderner transkutaner Magnetstimulatoren ergibt sich die Möglichkeit, sie in der Intensivmedizin zu therapeutischen Zwecken wie der Vorbeugung kritischer Myopathien einzusetzen. Bisher wurden keine Untersuchungen zum Einsatz und zur Wirksamkeit der Magnetstimulation der peripheren Muskulatur bei kritisch kranken Personen durchgeführt.

   1.4 Diagnose von ICU-AW Derzeit gibt es keine einheitlichen standardisierten Diagnosekriterien, um das Vorliegen von ICU-AW zu bestätigen. Klinisch wird die Muskelkraft bei leicht sedierten teilnehmenden Patienten beurteilt. Um den Verdacht auf ICU-AW zu erwecken, wird die klinische Beurteilung der Muskelkraft üblicherweise anhand einer modifizierten MRC-Skala durchgeführt. Dazu gehören manuelle Muskeltests, die Beurteilung der Schulterabduktion, Ellenbogenbeugung und Handgelenkstreckung bei den oberen Gliedmaßen sowie der Hüftbeugung, Kniestreckung und Knöcheldorsalflexion bei den unteren Gliedmaßen. Die maximale Gesamtpunktzahl aller Bewertungen beträgt 60. Ein Wert von 48 oder weniger oder ein durchschnittlicher Wert von weniger als 4 kann den klinischen Verdacht auf eine ICU-AW und damit verbundene Komplikationen erwecken. Um das Vorliegen einer ICU-AW zu bestätigen, sind häufig invasive Diagnosetechniken wie Elektromyographie, Elektroneurographie sowie histomorphologische und molekularbiologische Analysen von Muskel- und Nervenbiopsieproben erforderlich. Diese Techniken gelten als Goldstandard für die Diagnose. Muskel- und Nervenbiopsien können strukturelle Anomalien aufdecken, obwohl diese Verfahren recht invasiv sind und nicht immer eine endgültige Diagnose für ICU-AW liefern; Dennoch sind sie für die Erkennung von Muskelatrophie von entscheidender Bedeutung. Durch Muskelbiopsie wurde gezeigt, dass Patienten mit klinischen und elektrophysiologischen Mustern von ICU-AW häufig myopathische Veränderungen aufweisen. Muskelbiopsien zum Nachweis von ICU-AW werden am häufigsten aus dem Deltamuskel oder dem lateralen Kopf des Quadrizeps-femoris-Muskels entnommen [23].

2. Zweck der Studie

Der Zweck der Studie besteht darin, die Wirkung von FMS auf die Entwicklung von ICU-AW zu untersuchen. Die Hauptziele der vorgeschlagenen Forschung sind:

1. Bewertung der Machbarkeit von FMS bei kritisch kranken Patienten.
2. Beurteilung der Wirksamkeit von FMS bei der Vorbeugung von Atrophie und Schwäche der Skelettmuskulatur bei kritisch kranken Patienten.