Sauerstofftherapie gegen Schlaganfälle

Dr. Sven Poli forscht am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung zu neurovaskulären Erkrankungen. In unserem  Interview erklärt der Neurowissenschaftler die Hochdosis-Sauerstofftherapie, mit welcher langfristige Hirnschäden bei Schlaganfall-Patienten verhindert werden können.

Mit Sauerstoff und kühlem Kopf gegen Schlaganfälle.

Am 10. Mai ist der bundesweite „Tag gegen den Schlaganfall“

Jedes Jahr erleiden rund 270.000 Menschen in Deutschland einen Schlaganfall. Treten erste Symptome auf wie zum Beispiel eine plötzliche einseitige Lähmung, Taubheitsgefühle, Sprach- oder Sehstörungen, zählt jede Minute, um bleibende Hirnschäden zu verhindern. Ein Wettlauf gegen die Zeit, den auch PD Dr. Sven Poli, Forschungsgruppenleiter in der Abteilung Neurologie mit Schwerpunkt neurovaskuläre Erkrankungen am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH) und stellv. Ärztlicher Direktor am Uniklinikum Tübingen, mit Hilfe von neuen Therapien gewinnen will. Welche Rolle die Gabe von Hochdosis-Sauerstoff oder das Kühlen des Gehirns dabei spielen, und wie Künstliche Intelligenz (KI) künftig lebensbedrohliche Schlaganfall-Folgen vorhersehen soll, erläutert Neurologe Dr. Poli in unserem Interview.

Dr. Poli, Sie koordinieren seit 2017 eine europaweite Studie zur Hochdosis-Sauerstofftherapie nach Schlaganfall. Worum geht es dabei?

Etwa 80 Prozent der Schlaganfall-Patienten und -Patientinnen haben einen so genannten ischämischen Schlaganfall. Das bedeutet, dass hirnversorgende Arterien verstopft sind und Teile des Gehirns nicht mehr ausreichend durchblutet werden. Das führt zu einem Sauerstoffmangel in dem betroffenen Hirngewebe, so dass dieses mit der Zeit abstirbt. Unsere Idee ist: Indem die Patienten nun über eine Maske hundertprozentigen Sauerstoff einatmen, anstelle von Raumluft mit nur 21 Prozent Sauerstoff, steigt der Anteil von Sauerstoff im Blut und dadurch auch der Anteil, der in dem kritisch minderdurchbluteten Areal ankommt. Das Gewebe kann sich auf begrenzte Zeit stabilisieren, bis das verstopfte Gefäß wieder geöffnet ist. Das wird dann mit Hilfe eines Katheters durch eine sogenannte Thrombektomie gemacht. Letzteres ist die Standardtherapie zur Entfernung von Großgefäßverschlüssen, auf die wir uns in der Studie konzentrieren. Wir wollen also mit der sogenannten Proof-Studie herausfinden, ob eine rasch eingeleitete Hochdosis-Sauerstofftherapie die bedrohten Nervenzellen bis zur Wiederherstellung der Durchblutung vor dem Absterben bewahren kann. 

"Kühlt man das Gehirn, wird der Stoffwechsel reduziert und die zellen sind nicht mehr so aktiv." 

Sollten wir dies belegen können, könnten Schlaganfallpatienten künftig schon auf dem Weg ins Krankenhaus mit Hochdosis-Sauerstoff versorgt werden, oder sogar schon zuhause eine eigene Sauerstoff-Maske aufsetzen.Am Ende könnten Infarktgröße und Behinderungen verringert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass Hochdosis-Sauerstoff kostengünstig und überall verfügbar ist. 

Die Proof-Studie läuft seit 2019 an 25 klinischen Zentren in 7 europäischen Ländern. Gibt es schon Ergebnisse? 

Zurzeit läuft die Interims-Analyse, und wir erwarten die ersten Ergebnisse Ende Mai. Durch die Corona-Pandemie ist es leider zu einer erheblichen Verzögerung gekommen; wir sind gerade dabei, in eine kostenneutrale Verlängerung zu gehen, um die Studie fertigzustellen.  

Sie leiten auch ein Projekt, das sich mit der Kühlung des Gehirns nach Schlaganfall beschäftigt. Was steckt dahinter? 

Hier handelt es sich nicht um eine klinische, sondern um eine präklinische Studie, in der es um Hypothermie geht. So nennt man in der Medizin den Zustand der Unterkühlung des Körpers beziehungsweise eines Gewebes. Kühlt man nun das Gehirn, wird der Stoffwechsel reduziert und die Zellen sind nicht mehr so aktiv. Allein durch das Senken der Hirntemperatur um 1 Grad wird der Sauerstoffverbrauch um fünf bis zehn Prozent verringert und die Toleranz für eine Minderdurchblutung erhöht.

Die Idee ist nun: Wenn man durch die Hypothermie den Stoffwechsel der Gehirnzellen bremst, könnten die Hirnzellen nach einem Schlaganfall die Durststrecke ohne Sauerstoff länger überstehen und somit unbeschadeter daraus hervorgehen. Unser Projekt erforscht nun neuartige Methoden für schnelle und selektive Hirnkühlung sowie die Kombination mit anderen neuroprotektiven Strategien.

Wie gehen Sie vor, um das Hirn nach einem Schlaganfall zu kühlen?  

Vor Jahren gab es zwei Studien, in denen man die Ganzkörperkühlung untersucht hat. Das heißt, der ganze Patient wurde runtergekühlt. Das war natürlich total unangenehm für den Betroffenen: Er fängt an zu frieren und zu zittern, und dem unterversorgten Gehirn wird noch mehr Sauerstoff entzogen. Nicht verwunderlich also, dass beide Studien vorzeitig und ohne positives Ergebnis beendet wurden, außerdem war der Pflegeaufwand enorm. Ich habe mir seitdem zahlreiche Kühlmethoden angesehen, aber bisher gab es nichts Sinnvolles. Dann wurde die Thrombektomie, bei der man per Katheter ein Gerinnsel im Hirn auflöst, zur Standardtherapie. Unsere Idee ist nun, mit dem Katheter, der bereits im Hirn vor Ort ist, eine kalte Lösung in das betroffene Gehirngewebe fließen zu lassen. Es handelt sich also um zwei Therapien auf einen Schlag. Mit der amerikanischen Firma Hybernia Medical planen wir nun eine große Studie dazu. Als Neurologe arbeite ich viel in der Klinik direkt am Patienten, aber als Neurowissenschaftler bin ich natürlich sehr glücklich darüber, dass ich durch das Hertie-Institut immer auch einen Fuß im Labor habe. Gerade für das Hypothermie-Projekt ist es wichtig, dass man auch präklinische Untersuchungen machen kann. Diese Möglichkeit, mit Klinik und Labor Hand in Hand zu arbeiten, ist sehr wertvoll. 

"Unsere idee ist, mit dem Kateter eine kalte Lösung in das betroffene Gehirngewebe fließen zu lassen." 

An welchen Schlaganfall-Projekten arbeiten Sie noch? 

An einem Projekt, das mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) vorhersehen will, ob ein Schlaganfallpatient einen malignen Infarkt, also eine Hirnschwellung, entwickeln wird. Das ist etwa bei 10 Prozent der Patienten der Fall und in über 70 Prozent tödlich. Niemand kann bisher genau sagen, warum. Ob junge oder ältere Patienten, bei einem schwillt das Hirn, bei dem anderen nicht. Bei einem schwillt es langsam, bei dem anderen schnell. Das Problem ist, dass durch die Schwellung ein Druck im Schädelinnenraum entsteht, der lebenswichtige Hirnareale schädigen kann. Medikamente sollen die Schwellung zwar reduzieren, doch leider funktioniert das nicht immer optimal. Die einzige Therapie, die Patienten mit starker Hirnschwellung nachweislich hilft, ist die Hemikraniektomie. Das ist ein chirurgischer Eingriff, bei dem übergangsweise die Schädeldecke entfernt wird, um dem Hirn die Möglichkeit zu geben sich auszudehnen, bis die Schwellung wieder rückläufig wird. Nur führt der Eingriff in der neurologischen Fachwelt immer wieder zu Diskussionen: Weil es so unterschiedliche Dynamiken an Schwellungen gibt, ist es unheimlich schwer festzulegen, ob und wann operiert werden sollte. Ich als Neurologe möchte es lieber früher, um möglichst viel gesundes Hirngewebe zu retten, während ein Neurochirurg vielleicht warten möchte, weil das Hirn in seinen Augen „noch sehr langsam schwillt“. Es ist wirklich ein Dilemma, und es besteht die Gefahr, dass der richtige Zeitpunkt verpasst wird und ein Hirnschaden entsteht, den man durch die OP hätte verhindern können. Klinisch besteht somit die Herausforderung, schon frühzeitig diejenigen Patienten zu identifizieren, bei denen eine operative Therapie unerlässlich ist, um diese zeitnah durchzuführen.

Ziel des Projekt APICES, das wir gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS in Bremen durchführen, ist es daher, mit Hilfe der Methode des „maschinellen Lernens“ computertomografische Aufnahmen und klinische Daten von 1.500 Patienten zu analysieren und ein Modell zu entwickeln, das hilft, die Hirnschwellung frühzeitig zu erkennen und ihren Verlauf vorherzusagen. Das wäre eine wertvolle Entscheidungshilfe für Arzt und Patienten. Das Projekt läuft an 17 neurologischen Zentren in Europa und wir sind im Moment dabei, die Bilder und Daten zu sammeln und zu sichten, um den Algorithmus damit zu füttern. 

Hochdosis-Sauerstoff, Hypothermie, Künstliche Intelligenz - wie kommen Sie auf die Ideen für Ihre Schlaganfall-Projekte?  

Aus meinem klinischen Alltag, denn dort erkennt man die Schwachstellen und das Fehlen von Therapien am besten. Immer im Hinterkopf zu haben, dass es für Hindernisse eine Lösung geben könnte, das erwarte ich auch von den ärztlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in meinem Team. Denn nur, wenn ich direkt vor Ort bin, und mich mit Kollegium und Patienten austausche, kann ich in der Lage sein, auf neue Ideen zu kommen. Für mich ist das Ansporn und Freude zugleich, denn am Ende geht es darum, das Leben der Menschen, die einem Schlaganfall hatten, bestmöglich zu erleichtern.  

Das Interview führte Rena Beeg für die Gemeinnützige Hertie-Stiftung

Hertie-Institut für klinische Hirnforschung

Das Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH) in Tübingen ist eines der bundesweit größten und modernsten Zentren zur Erforschung neurologischer Erkrankungen. Mehr Informationen darüber finden Sie auf der Projektseite.

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