Nichtinvasive Gehirnüberwachung deckt versteckten Sauerstoffmangel bei Intensivpatienten auf

Auf der neurologischen Intensivstation lernt man schnell, dass das Gehirn nicht warten kann. Als empfindlichstes Organ des menschlichen Körpers kann es bereits nach wenigen Minuten schwerer Hypoxie irreversible Schäden erleiden. Im Vergleich dazu kann ein Muskel Stunden ohne Sauerstoff aushalten. Um neuronale Schäden zu verhindern, muss schnell und präzise gehandelt werden.

In diesem Szenario basieren medizinische Entscheidungen häufig auf den Indikatoren, die auf den Monitoren auf der Intensivstation (ICU) angezeigt werden. Die klinische Erfahrung kann beunruhigende Überraschungen mit sich bringen: Selbst wenn die Parameter Stabilität anzeigen, kann es sein, dass das Gehirn noch leidet.

Dieser beunruhigte den Intensivmediziner Carlos Nassif. Trotz Einhaltung des korrekten Behandlungsprotokolls, bei dem der intrakranielle Druck (ICP) im sicheren Bereich lag und der Blutdruck und der zerebrale Perfusionsdruck (CPP) angemessen waren, zeigten einige Patienten Anzeichen einer neurologischen Verschlechterung. „Ich hatte Patienten, bei denen alle Parameter als ausreichend galten und die immer noch ein ischämisches Gehirn hatten – eine Erkrankung, bei der das Gehirn weniger Sauerstoff erhält, als es benötigt“, erzählt Nassif gegenüber Agência FAPESP.

Dies veranlasste den Spezialisten, eine klinische Studie im Hospital 9 de Julho in São Paulo, Brasilien, durchzuführen. Die Studie bewertete die brasilianische Technologie mit Unterstützung des Innovative Research in Small Businesses Program (PIPE) von FAPESP. Die Technologie analysiert die Gehirndynamik und die intrakranielle Compliance bzw. die Fähigkeit des Schädels, eine Volumenzunahme ohne einen signifikanten Anstieg des ICP zu bewältigen. Über einen Zeitraum von fünf Jahren sammelte der Arzt, der am Hospital 9 de Julho und am Hospital das Clínicas (HC) – dem von der Medizinischen Fakultät der Universität São Paulo (FM-USP) verwalteten Krankenhauskomplex – in Forschung und klinischer Versorgung tätig ist, Daten.

Ziel war es, zwei neurokritische Versorgungsmodelle zu vergleichen: Eine Patientengruppe verwendete nur das Behandlungsprotokoll auf der Grundlage aktualisierter internationaler Leitlinien, während die andere es mit einer Beurteilung der zerebralen Compliance und der intrakraniellen Dynamik kombinierte. Die Technologie zur Messung der Compliance wurde vom Startup brain4care basierend auf der Forschung von Sergio Mascarenhas (1928–2021), einem Pionier der angewandten Physik in Brasilien, entwickelt.

Das Gerät verwendet einen nicht-invasiven Sensor, der an einem Stirnband angebracht ist, um Mikrobewegungen des Schädelknochens im Zusammenhang mit Herzschlägen zu erkennen. Diese Bewegungen werden in ein Signal umgewandelt, das die Überwachung der Compliance und der intrakraniellen Dynamik ermöglicht. Bis vor Kurzem glaubte man, der Schädel sei zu steif, um eine solche Messung zu ermöglichen.

Gehirnüberwachung

Patienten mit neurologischen Verletzungen werden anhand verschiedener Indikatoren überwacht. Einer der Hauptindikatoren ist der ICP. Ein weiterer weit verbreiteter Parameter ist CPP, die Kraft, die den Blutfluss zum Gehirn antreibt. Er wird aus der Differenz zwischen mittlerem arteriellen Druck und ICP berechnet.

Diese Zahlen leiten klinische Entscheidungen auf Intensivstationen weltweit. Obwohl in internationalen Leitlinien bestimmte ICP- und zerebrale Perfusionswerte empfohlen werden, um Sauerstoffmangel und Schädigungen des Hirngewebes zu verhindern, spiegeln diese Parameter möglicherweise nicht genau die tatsächlichen Verhältnisse in der klinischen Praxis wider.

Mit dem brain4care-Tool kann das Team die Notwendigkeit einer Intervention erkennen, bevor der ICP ansteigt, und sofort handeln. Dies ist ein völlig anderer Ansatz als die übliche reaktive Haltung, erst zu handeln, wenn sich der Zustand des Patienten verschlechtert. „Oft sind die Schäden bereits irreversibel, wenn Symptome auftreten“, warnt Nassif.

Der Forscher verglich die Analyse der zerebralen Compliance mit herkömmlichen Tests und mit einer Technik, die als Goldstandard in der neurologischen Überwachung gilt: PtiO₂ (Partialdruck des Gehirngewebesauerstoffs). Bei dieser invasiven Methode wird ein millimetergroßer Sensor über einen kleinen Katheter direkt in das Gehirn eingeführt.

Nach der Installation misst das Gerät die Sauerstoffmenge im Gehirngewebe und ermöglicht so eine Beurteilung, ob diese Region des Gehirns ausreichend Sauerstoff erhält, um ihre Funktionen aufrechtzuerhalten. „Ursache einer Hirnschädigung ist eine Durchblutungsstörung und damit eine unzureichende Sauerstoffversorgung. Wenn man das direkt messen kann, hat man einen ganz wichtigen Anhaltspunkt“, erklärt der Arzt.

Aufgrund der Notwendigkeit eines chirurgischen Eingriffs, kostspieliger Sensoren, spezieller Ausrüstung und eines spezialisierten Teams für Implantation und Überwachung ist PtiO₂ in der Regel auf Krankenhäuser mit hoher Komplexität beschränkt. In Brasilien ist es über das SUS (das Akronym für „Sistema Único de Saúde“, Brasiliens nationales öffentliches Gesundheitsnetzwerk) selten allgemein verfügbar, selbst in großen Krankenhäusern wie der HC.

In der Vergangenheit beruhte die Behandlung schwerer Kopfverletzungen oder Schlaganfälle auf der Überwachung von ICP und CCP. Internationale Richtlinien besagen, dass der Patient sicher ist, wenn diese Werte innerhalb eines vorgegebenen Zielbereichs liegen.

Der Vergleich zwischen den Methoden brachte jedoch unerwartete Ergebnisse: Nassif stellte fest, dass mehr als 80 % der untersuchten Patienten gefährlich niedrige Werte der zerebralen Sauerstoffversorgung aufwiesen, selbst wenn ICP und CCP innerhalb des von internationalen Protokollen empfohlenen Bereichs lagen. Dies deutet darauf hin, dass viele Patienten auf Intensivstationen möglicherweise stille Hirnschäden erleiden.

Dies ist besorgniserregend, da sich eine Hirnverletzung oft in den Minuten, Stunden oder Tagen nach dem ersten neurologischen Ereignis verschlimmert, ein Prozess, der als sekundäre Hirnverletzung bezeichnet wird. Das Ziel des Ärzteteams besteht daher nicht nur darin, den Tod zu verhindern, sondern auch das Risiko schwerwiegender neurologischer Folgen zu verringern, die zu Eingriffen wie Tracheotomie und der Platzierung von Ernährungssonden sowie den in der medizinischen Literatur beschriebenen kognitiven und funktionellen Beeinträchtigungen führen können.

Manchmal ist das Schlimmste nicht der Tod. Es überlebt mit schweren Folgen. Unser Ziel ist es nicht, den Patienten um jeden Preis am Leben zu erhalten; Es geht darum, dass sie produktiv sind. Wir wollen nicht, dass das Ergebnis jemand ist, der handlungsunfähig ist und nicht in der Lage ist, mit seiner Familie zu interagieren.“

Carlos Nassif

Der Arzt erinnert sich an die Geschichte eines Kollegen, die ihn nachhaltig beeindruckt hat. Eine junge Frau wurde mit schweren Gehirnblutungen aufgrund eines Aneurysmas ins Krankenhaus eingeliefert und über 60 Tage lang auf der Intensivstation stationär behandelt. Als sie zu einem Nachsorgetermin in die Klinik zurückkehrte, traute ihr behandelnder Arzt seinen Augen kaum. Sie war zur Arbeit zurückgekehrt und zeigte keine Anzeichen einer neurologischen Funktionsstörung.

Intrakranielle Compliance

Die von brain4care entwickelte Technologie stellt klassische Interpretationen der Gehirnphysiologie in Frage, wie etwa die Monro-Kellie-Doktrin, die im 18. Jahrhundert von den schottischen Ärzten Alexander Monro und George Kellie formuliert wurde. Nach diesem Prinzip ist der Schädel ein starres Fach und das Gesamtvolumen innerhalb der Schädelhöhle – bestehend aus Hirngewebe, Blut und Liquor cerebrospinalis – bleibt konstant. Wenn eine dieser Komponenten zunimmt, muss eine andere abnehmen, um einen Anstieg des ICP zu verhindern.

Durch den Vergleich intrakranieller Compliance-Daten mit transkraniellen Doppler-Tests, die den zerebralen Blutfluss messen, stellte Nassif fest, dass das Gerät von brain4care den Blutdruck ermitteln kann, der für die beste Perfusion für jeden Patienten sorgt. Dies ermöglicht die Individualisierung des klinischen Managements. Derzeit wird das verletzte Gehirn auf der Grundlage statischer Protokolle und Bevölkerungsdurchschnitte behandelt, wodurch wichtige Zeitfenster für die therapeutische Optimierung übersehen und die Genesung beeinträchtigt werden können.

Die aus den vom brain4care-Sensor erfassten Daten generierte Wellenform zeigt an, ob das Gehirn geschützt ist oder sich in Not befindet. Nassif erklärt, dass er mit dem Tool für jeden Patienten den optimalen Blutdruck ermittelt habe. Was für einen 70-jährigen Patienten mit Bluthochdruck in der Vorgeschichte angemessen ist, kann sich von dem unterscheiden, was ein 20-Jähriger braucht.

Darüber hinaus kann der Blutdruck je nach Schwere der Verletzung variieren und sich sogar im Verlauf des Genesungsprozesses eines Patienten ändern. „Es gibt keinen einheitlichen festen Wert, der für alle angemessen ist. Es ist notwendig, die tatsächlichen Bedürfnisse des Einzelnen in jedem Moment einzuschätzen. Eine morgendliche Anpassung könnte nachts zu Ödemen führen“, erklärt Nassif. „Bleibt der Blutdruck erhöht, nachdem beispielsweise das Hirnödem abgeklungen ist, kann eine übermäßige Durchblutung das Ödem auslösen oder verschlimmern und weitere Schäden verursachen.“

Klinische Studienergebnisse

Nassifs Studie verglich zwei Gruppen schwerkranker neurologischer Patienten. Eine Gruppe wurde nach traditionellen Richtlinien behandelt, während die andere zusätzlich auf intrakranielle Compliance überwacht wurde. Um mögliche Verzerrungen zu minimieren, umfasste die Analyse nur kritisch kranke Patienten, von denen die meisten mechanische Beatmung und/oder vasopressorische Medikamente benötigten.

Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Zeitschrift Kosteneffizienz und Ressourcenallokationwaren auffallend: Bei den mit brain4care überwachten Patienten zeigte sich eine allgemeine Verringerung der Mortalität (5,88 % gegenüber 37,25 %), ein Anstieg des Prozentsatzes der Patienten, die mit funktioneller Unabhängigkeit aus dem Krankenhaus entlassen wurden (58,8 % gegenüber 27,5 %) und eine kürzere Verweildauer. Die durchschnittliche Aufenthaltsdauer auf der Intensivstation verringerte sich um 3,7 Tage und der durchschnittliche Krankenhausaufenthalt verringerte sich um 4,14 Tage. Mit anderen Worten: Durch die Einführung der Technologie werden Betten schneller frei.

Über den medizinischen Aspekt hinaus gibt es wirtschaftliche Auswirkungen. Nach den in der Studie verwendeten Schätzungen kostet der tägliche Aufenthalt eines schwerkranken Patienten auf einer neurologischen Intensivstation zwischen 13.000 und 15.000 BRL. Die Einsparungen pro Patient belaufen sich auf BRL 68.800, da es einen signifikanten Unterschied bei den Krankenhauswiedereinweisungen gibt: 12,5 % Wiedereinweisungen in der Gruppe, die intrakranielle Compliance nutzte, gegenüber 38,7 % in der Kontrollgruppe. Doppelt so viele mit brain4care überwachte Patienten wurden direkt nach Hause entlassen, ohne dass ein Ersatzkrankenhaus oder häusliche Pflege erforderlich war.

Mögliche Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit

Traumatische Hirnverletzungen gehören weltweit zu den häufigsten Todes- und Invaliditätsursachen. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) erleiden jedes Jahr etwa 50 Millionen Menschen ein Kopftrauma.

In Brasilien deuten Daten des Gesundheitsministeriums darauf hin, dass diese Art von Verletzung eine der Hauptursachen für Krankenhausaufenthalte bei jungen Erwachsenen ist und oft mit Verkehrsunfällen in Verbindung gebracht wird. Eine weitere wichtige Gruppe sind Patienten, die einen Schlaganfall erlitten haben, der weltweit die zweithäufigste Todesursache und eine der Hauptursachen für dauerhafte Behinderungen ist.

In diesem Zusammenhang haben Technologien, die die Gehirnüberwachung verbessern, das Potenzial, die Ergebnisse für Tausende von Patienten zu verändern. Ein Vorteil von brain4care besteht darin, dass seine Geräte im Gegensatz zu intrakraniellen Sensoren wie PtiO₂ keine Operation oder Implantation im Gehirn erfordern. Dadurch entfällt die Notwendigkeit hochspezialisierter Teams zur Implantation des Geräts, wodurch sich sein Potenzial für den Einsatz in Krankenhäusern mit unterschiedlichem Infrastrukturniveau erweitert.

Nächste Schritte

Die Studie in São Paulo ist ein erster Schritt in der klinischen Bewertung der Technologie. Weitere Untersuchungen sollten eine größere Anzahl von Patienten aus verschiedenen Krankenhauszentren umfassen.

Nassif erwägt, das Tool auf andere klinische Situationen anzuwenden, beispielsweise bei Patienten mit septischem Schock, der schwersten Form der Sepsis. Bei dieser Erkrankung können Veränderungen der zerebralen Durchblutung zu neurologischen Defiziten führen, die sich negativ auf die Behandlungsergebnisse des Patienten auswirken.

Auf Intensivstationen ist der septische Schock eine der häufigsten Todesursachen. Das Team konzentriert sich oft auf die Überwachung der Nieren, der Lunge und des Herzens und vernachlässigt dabei das Gehirn. Dies erklärt, warum viele Überlebende schwerer Infektionen Monate nach der Entlassung einen neurologischen Verfall verzeichnen.

Trotz wissenschaftlicher Diskussionen und technologischer Fortschritte fasst Nassif das Ziel seiner Arbeit einfach zusammen: „Wenn ein Patient nach einer schweren Hirnverletzung nach Hause zurückkehrt und sein Leben wieder aufnimmt, zeigt das, dass sich die Behandlung gelohnt hat.“

Die von brain4care entwickelte Technologie bringt Brasilien an die Spitze dieses Bereichs und zeigt, dass Spitzentechnologie nicht importiert oder unerschwinglich teuer sein muss. Da die Technologie teure, invasive Einwegsensoren überflüssig macht, ist sie wesentlich erschwinglicher. Durch die Erfassung der elektrischen Aktivität des Gehirns durch den Schädelknochen überwacht die Technologie sanft die Vitalfunktionen: keine Löcher mehr im Schädel, nur präzise Daten.

Bei der Konzeption der Methode hörte Mascaren von Kollegen, dass sie, wenn sie richtig sei, die medizinische Literatur verändern würde. Er bewies, dass der Schädel nicht so streng statisch ist wie bisher angenommen, indem er die Studien von Monro und Kellie neu interpretierte und den Weg für personalisierte, zugängliche Medizin für neurokritische Patienten ebnete.

Quellen: