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Neurologie pp 119-164 | Cite as

Apparative und laborchemische Diagnostik

  • Martin Bendszus
  • Alexander Gutschalk
  • Thorsten Lenhard
  • Simon Nagel
  • Brigitte Storch-Hagenlocher
  • Markus Weiler
  • Brigitte Wildemann
  • Peter Ringleb
Chapter
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Part of the Springer-Lehrbuch book series (SLB)

Zusammenfassung

Alle technischen Untersuchungsverfahren haben ihren Wert nur dann, wenn sie gezielt und nicht nur als blinde Suchmethode eingesetzt werden. Manchmal hat man den Eindruck, dass technische Untersuchungen an Stelle einer gründlichen körperlichen Untersuchung angefordert werden. Bevor man eine Untersuchung anordnet, soll man sich im Klaren sein, welche Befunde man erwarten kann bzw. welche Läsion man finden oder ausschließen will. So ist z. B. bei einer zentralen Beinlähmung ein CT des lumbalen Spinalkanals aus anatomischen Gründen nicht sinnvoll. Invasive Untersuchungen müssen mit besonderer Sorgfalt eingesetzt werden. Die Darstellung der Untersuchungsmethoden wird sich auf die Beschreibung von Prinzip, technischer Durchführung und Leistungsfähigkeit der Methoden, auf Indikationen und ggf. Kontraindikationen beschränken. Die Befunde, die bei den einzelnen Krankheiten zu erheben sind, werden in den entsprechenden Kapiteln besprochen.

Einleitung

Der Nobelpreis für Medizin wurde im Jahr 1978 an den englischen Physiker Hounsfield, Mitarbeiter von EMI, und seinen südafrikanischen Kollegen Cormack verliehen. Sie erhielten ihn für eine richtungsweisende diagnostische Neuerung: Sie hatten Ende der sechziger Jahre die Computertomographie erfunden, indem sie von Computern eine zweidimensionale Bilddarstellung aus vielen einzelnen, um jeweils wenige Winkelgrade verschobenen Röntgenstrahlabschwächungen errechnen ließen. EMI schwamm damals im Geld. Es war der Musikverlag und Plattenproduzent der Beatles und konnte sich so leisten, Dr. Hounsfields Grundlagenforschung zu fördern. Die ersten Bilder waren noch sehr grob, trotzdem konnte man Knochen, Hirnsubstanz und Ventrikel in einzelnen transversalen Schichten identifizieren. Dies war ein Quantensprung in der medizinischen Diagnostik. Weitere dramatische Verbesserungen bei der intravitalen Diagnostik von pathologischen Veränderungen in Hirn und Rückenmark ergaben sich durch die Kernspintomographie und die nuklearmedizinischen computertomographischen Methoden (vor allem PET).

Alle technischen Untersuchungsverfahren haben ihren Wert jedoch nur dann, wenn sie gezielt und nicht nur als blinde Suchmethode eingesetzt werden. Manchmal hat man den Eindruck, dass technische Untersuchungen an Stelle einer gründlichen körperlichen Untersuchung angefordert werden. Bevor man eine Untersuchung anordnet, soll man sich im Klaren sein, welche Befunde man erwarten kann bzw. welche Läsion man finden oder ausschließen will. So ist z. B. bei einer zentralen Beinlähmung ein CT des lumbalen Spinalkanals aus anatomischen Gründen nicht sinnvoll. Invasive Untersuchungen müssen mit besonderer Sorgfalt eingesetzt werden.

Die Darstellung der Untersuchungsmethoden wird sich auf die Beschreibung von Prinzip, technischer Durchführung und Leistungsfähigkeit der Methoden, auf Indikationen und ggf. Kontraindikationen beschränken. Die Befunde, die bei den einzelnen Krankheiten zu erheben sind, werden in den entsprechenden Kapiteln besprochen.

3.1 Liquordiagnostik

  • Brigitte Wildemann
  • Brigitte Storch-Hagenlocher

3.1.1 Liquorpunktion

Die Untersuchung des Liquor cerebrospinalis (Liquor; »cerebrospinal fluid«, CSF) ist für die Diagnose einer großen Zahl von Krankheiten unerlässlich. Der Liquor wird routinemäßig durch Lumbalpunktion (LP) aus dem Subarachnoidalraum entnommen (Abb. 3.1). Es wird immer gleichzeitig Blut abgenommen für die vollständige Proteindiagnostik, Blutzucker- und Laktatbestimmung. Bei Verdacht auf eine Meningitis werden auch (aerob und anaerob) Blutkulturen abgenommen.

Abb. 3.1

Seitliche Röntgenaufnahme der Lendenwirbelsäule mit lumbaler Punktionsnadel in situ bei L 3 /L 4

Lumbalpunktion (LP)

Die LP wird unter sterilen Bedingungen (Desinfektion, steriles Abdecken der Umgebung, sterile Handschuhe, Einmal-LP-Nadeln) im Sitzen oder Liegen vorgenommen. Eine Lokalanästhesie ist meist entbehrlich, zumal sie den Eingriff verlängert. Die Punktionsnadel wird zwischen den Dornfortsätzen des 3. und 4. Lendenwirbelkörpers (LWK) oder des 4. und 5. LWK, d. h. unterhalb des Conus medullaris des Sakralmarks eingeführt. Dies ist nur möglich, wenn der Patient den Rücken maximal krümmt, so dass die Dornfortsätze leicht entfaltet werden. Die Punktionsstelle liegt etwa im Schnitt der Wirbelsäule mit einer gedachten Linie zwischen dem oberen Rand beider Beckenschaufeln. Bei Deformitäten der Wirbelsäule kann die Lumbalpunktion unmöglich sein.

Nach der Punktion bleibt der Patient 24 h überwiegend flach im Bett liegen, obwohl das Einhalten einer mehrstündigen Bettruhe keine effektive Prophylaxe von postpunktionellen Kopfschmerzen ist. Sinnvoll ist dagegen ausreichende Flüssigkeitszufuhr und die Vermeidung von körperlichen Anstrengungen für 2–3 Tage nach der LP. Das Einbringen eines Blutpatches in den Punktionskanal kann die Dauer und Intensität postpunktioneller Kopfschmerzen reduzieren.

Die LP ist bei intrakranieller Drucksteigerung dadurch gefährlich, dass die plötzliche Druckentlastung eine Einklemmung des Hirnstamms im Tentoriumschlitz oder Hinterhauptsloch auslösen kann (Kap.  11.2). Ihr muss deshalb in der Regel eine Computertomographie des Gehirns vorangehen. Die Spiegelung des Augenhintergrunds, die vor der CT-Ära gefordert wurde, reicht nicht aus, da große raumfordernde Läsionen auch ohne Stauungspapille vorkommen. Kontraindikationen für eine LP sind außerdem das Vorliegen einer Blutungsneigung sowie Entzündungen der Haut oder Muskulatur im Bereich der Punktionsstelle.

Eine Subokzipitalpunktion erfolgt nur noch in Ausnahmefällen. Ventrikulären Liquor gewinnt man, wenn aus therapeutischen Gründen ein Ventrikelkatheter gelegt worden ist.

Liquordruckmessung

Die Messung des Liquordrucks wird bei der Lumbalpunktion mit Hilfe eines Steigrohrs beim entspannt liegenden Patienten ausgeführt. Ängstliche Erregung mit Anspannung der Bauchmuskeln oder forciertes Atmen erhöhen den Liquordruck über eine venöse Abflussbehinderung und damit Steigerung des intrakraniellen Drucks sofort. Der Liquordruck wird in »Millimeter Wassersäule« (mmH2O) gemessen. Werte bis 200 sind normal, bis 250 grenzwertig, über 250 pathologisch.

Postpunktionelles Liquorunterdrucksyndrom

Es tritt mit einer Latenz von 1–2 Tagen mit heftigen Kopfschmerzen, Übelkeit, Ohrensausen und Ohnmachtsneigung auf, die beim Aufstehen zunehmen und sich im Liegen bessern. Es wird auf Liquorverlust durch den Stichkanal zurückgeführt und lässt sich durch Benutzung spezieller Punktionsnadeln oft, aber nicht immer verhindern. Das postpunktionelle Syndrom kann tagelang anhalten und ist, obschon harmlos und immer reversibel, oft extrem unangenehm und quälend. Entgegen landläufiger Meinung sind es nicht immer zarte, etwas asthenisch wirkende Personen, die dieses Syndrom entwickeln. Dieses Syndrom ist (besser: war) der Grund, warum die LP bei Laien (und manchen Ärzten) als ein so eingreifendes und angstmachendes Ereignis galt. Die wesentlichsten Prädiktoren für die Entwicklung postpunktioneller Kopfschmerzen und damit für die Prophylaxe sind der Durchmesser und der Typ der verwendeten Punktionsnadel. Nadeln geringeren Durchmessers (≥25 Gauge) führen seltener zu postpunktionellen Kopfschmerzen als Nadeln größeren Durchmessers (≤20 Gauge). Bei Verwendung einer traumatischen Nadel sollte der Schliff der Nadel parallel zu den Durafasern laufen, um diese nicht zu durchtrennen, sondern auseinander zu drängen. Atraumatische Nadeln reduzieren das Risiko des Auftretens postpunktioneller Kopfschmerzen signifikant, man erkauft dies aber mit einer schlechteren Führung der Nadel, besonders bei adipösen Patienten oder älteren Menschen. Manchmal muss man dann doch auf die klassischen starren LP-Nadeln zurückgreifen. Zur Therapie Kap.  27.

Leitlinien Durchführung der Lumbalpunktion*

  • Die Entnahme des Liquors setzt das Einverständnis des einwilligungsfähigen Patienten voraus. Außerhalb der Akutsituation sollte aus formaljuristischen Gründen die Aufklärung des Patienten 24 h vor der Punktion erfolgen.

  • Die Punktion muss durch Ärzte durchgeführt werden, die über entsprechende Erfahrung verfügen oder unter der Aufsicht eines Erfahrenen erfolgen.

  • Die Öffnung der Punktionsnadel sollte so eingestellt werden, dass sie parallel zur Verlaufsrichtung der Durafasern liegt.

  • Für die Auswahl der Punktionsnadel können keine verbindlichen Empfehlungen gegeben werden, da widersprüchliche Untersuchungsergebnisse zu den Vorteilen der verschiedenen Nadeln vorliegen bzw. keine Studien unter definierten Bedingungen durchgeführt worden sind.

  • Nadeln geringeren Durchmessers führen seltener zu postpunktionellen Kopfschmerzen.

  • Atraumatische Nadeln sind mit einer geringeren Inzidenz postpunktioneller Kopfschmerzen verknüpft.

* Leitlinien der DGN 2012 (www.dgn.org/leitlinien.html)

3.1.2 Untersuchung des Liquors

In der Basisuntersuchung des Liquors bestimmt man
  • die Zahl und Art der Liquorzellen,

  • die Glukose- und Laktatkonzentration

  • den Gehalt an Eiweiß und

  • die Eiweißsubgruppen (Liquorproteinprofil).

Bei speziellen Fragestellungen kommt noch eine Vielzahl anderer Untersuchungsmethoden zur Anwendung: Dazu gehören die Analyse infektionsspezifischer Immunglobuline, molekularbiologische Methoden (z. B. Polymerasekettenreaktion, PCR) zum Erregernachweis und die Untersuchung auf Tumormarker. Für die meisten Parameter und für alle Proteinuntersuchungen ist der Vergleich mit den Werten im Serum wichtig. Daher wird immer gleichzeitig eine Blutentnahme durchgeführt. Die entsprechenden Parameter werden in Liquor und Serum bestimmt.

Liquorstatus (Basisuntersuchungen)

Aspekt

Der normale Liquor ist wasserklar. Verfärbungen beruhen auf Beimischung pathologischer Bestandteile: Bei Zellvermehrung über rund 800/µl wird er trübe, etwa ab 3000/µl wird er durch segmentkernige Zellen eitrig. Gelbfärbung (Xanthochromie) beruht auf Beimischung von Blutfarbstoff nach Zerfall von Erythrozyten im Liquor oder auf starker Eiweißvermehrung. Bei schwerem Ikterus mit Bilirubinwerten über 15 mg/dl tritt Bilirubin in solcher Menge in den Liquor über, dass er ebenfalls ikterisch verfärbt ist. Ist der Eiweißgehalt des Liquors sehr hoch, kann der Liquor in der Nadel oder im Reagenzglas gerinnen.

Die Unterscheidung einer blutigen Punktion von einem primär blutigen Liquor ist manchmal schwierig. Die sog. Dreigläserprobe kann helfen. Wenn die Punktion artifiziell blutig war, nimmt der Blutanteil beim Abtropfen des Liquors kontinuierlich ab. Im dritten Liquorröhrchen ist dann deutlich weniger Blut zu erkennen. Bei einer primären Blutung in den Liquorraum ist dagegen der Blutanteil in den drei Röhrchen immer gleich. Der Nachweis von Xanthochromie hilft nur, wenn die initiale Blutung länger als 6 h vor der Lumbalpunktion stattgefunden hat. Durch die sofortige Zentrifugation des Liquors kann man oft die artifizielle blutige Punktion vom blutigen Liquor unterscheiden: Bei der artifiziell blutigen Punktion ist der Überstand stets klar, nach primärer Blutung oft schon xanthochrom.

Liquorzellzahl

Die normale Zellzahl beträgt bis 5 Zellen/µl (Lymphozyten und Monozyten). Vermehrung über diesen Wert oder der Nachweis von neutrophilen Granulozyten, eosinophilen Granulozyten, Plasmazellen und Tumorzellen ist pathologisch. Auch Tumorzellen können im Liquor nachgewiesen werden. Eine normale Gesamtzellzahl schließt die Anwesenheit pathologischer Zellen nicht aus.

Eine Vermehrung der Zellzahl im Liquor wird als Pleozytose bezeichnet. Meist gibt man dazu an, welche Zellfraktion erhöht ist (z. B. »lymphozytäre Pleozytose«). Auch wenn der Liquor artifiziell blutig ist, kann man durch Vergleich mit der Zellverteilung im Blutbild noch Hinweise auf eine Vermehrung der weißen Blutkörperchen im Liquor bekommen. Als Faustregel kann gelten, dass pro 700 Erythrozyten ein Leukozyt abzuziehen ist, um annäherungsweise den wahren Leukozytenanteil im Liquor zu bestimmen.

Bei bakterieller Meningitis können mehrere 10.000 Granulozyten pro µl Liquor gefunden werden. Eosinophile Zellen findet man bei manchen Pilz-, Wurm- und Protozoeninfektionen sowie bei der tuberkulösen Meningitis. Lymphozyten sind vermehrt bei viralen Infektionen (Kap.  19) und im subakuten Stadium bakterieller Infektionen.

Eiweißgehalt

Der normale Eiweißgehalt des lumbalen Liquors bei Erwachsenen beträgt 200–500 mg/l. Der Eiweißgehalt ist von der Funktion der Blut-Liquor-Schranke abhängig, die Moleküle in Abhängigkeit von ihrem Molekulargewicht passieren lässt bzw. zurückhält. Er wird außerdem durch die Liquorflussgeschwindigkeit beeinflusst. So finden sich bei intakter Blut-Liquor-Schranke keine hochmolekularen Eiweißmoleküle im Liquor und Albumine treten nur in geringem Maße durch die Blut-Liquor-Schranke. Zellen können praktisch nicht übertreten, deshalb ist der normale Liquor zellarm. Wenn die Blut-Liquor-Schranke geschädigt oder der Liquorfluss verlangsamt ist, können größere Moleküle leichter passieren. Der Eiweißgehalt des Liquors wird höher, große Eiweißmoleküle können übertreten, und Albumine sind in höherer Konzentration vorhanden. Der Vergleich der Albuminkonzentrationen in Serum und Liquor wird als Maß für die Schrankenfunktion genutzt (Abb. 3.2). Die Schrankenfunktion ist altersabhängig, die Werte hier beziehen sich auf Erwachsene. Andererseits kann man, wenn bestimmte großmolekulare Substanzen wie Immunglobuline in hoher Konzentration im Liquor nachzuweisen sind, aber keine relative Albuminerhöhung – und damit keine Schrankenstörung – gefunden wird, darauf schließen, dass die pathologischen Moleküle innerhalb der Blut-Liquor-Schranke gebildet wurden, und somit einen Immunprozess innerhalb des Nervensystems beweisen.
Abb. 3.2

Graphische Darstellung der Liquorproteinprofile. I Konzentrationsquotient für IgG (Liquor/Serum); A Konzentrationsquotient für Albumin (Liquor/Serum); 1 Normalbereich = 9; 2 Standardabweichungen; 2 Blut-Liquor-Schrankenstörung mit erhaltener Filterfunktion für große Serumproteine (z. B. bei Tumoren, nach Insulten); 3 Schrankenstörung mit gesteigerter Durchlässigkeit für große Serumproteine in den Liquor (z. B. intrazerebrale Blutung, SAB); 4 Schrankenstörung wie bei 2 mit zusätzlicher autochthoner IgG-Produktion (z. B. Enzephalitis, luische Vaskulitis); 5 isolierte autochthone IgG-Produktion ohne Schrankendefekt (z. B. MS). Die Normwerte für die Quotienten beziehen sich auf den lumbalen Liquor. Die Ventrikelwerte liegen um den Faktor 0,4, die des zisternalen Liquors um den Faktor 0,65 niedriger (V-QAlb = 0,4 × QAlb, z-QAlb = 0,65 × QAlb). (Adaptiert nach Reiber 1980; aus Hacke 1986)

Immunglobuline

Zum Nachweis von erregerbedingten entzündlichen Krankheiten des ZNS werden alle 3 Immunglobulinklassen (IgA, IgG, IgM) im Serum und Liquor bestimmt. Deren Konzentration im Liquor wird von 3 Faktoren beeinflusst:
  • Konzentration im Serum (Anstieg im Serum führt zu einem Anstieg auch im Liquor),

  • Permeabilität der Blut-Liquor-Schranke und

  • lokale Immunglobulinproduktion im Zentralnervensystem.

Eine lokale (= autochthone = intrathekale) Ig-Vermehrung im Liquor als Folge einer eigenständigen Produktion im ZNS wird durch den Liquor-Serum-Quotienten für das entsprechende Immunglobulin, bezogen auf den Liquor-Serum-Quotienten für Albumin, nachgewiesen. Diese Berechnung lässt sich besonders anschaulich in dem Schema nach Reiber (Abb. 3.2) ablesen.

Liquorzucker und Liquorlaktat

Die Bestimmung des Liquorzuckers ist bei bakterieller und Virusmeningitis/-enzephalitis sowie bei Tumorkrankheiten von Bedeutung. Da der Zucker rasch reduziert wird, muss er wenige Stunden nach der Punktion bestimmt werden. Normalwert: Zucker 2,7–4,1 mmol/l, also etwa die Hälfte des Serumwerts. Der Liquorzucker sinkt bei akuten bakteriellen Infektionen stark ab, da er von vielen Erregern (und auch von manchen sehr stoffwechselaktiven Zellen) verbraucht wird. Bei Zuckerreduktion ist der Laktatwert erhöht. Der Laktatwert bleibt auch unter Behandlung, wenn sich der Liquorzucker schon normalisiert hat, länger erhöht. Der Laktatwert ist außerdem auch ohne Kenntnis des parallel gemessenen Serumwerts diagnostisch verwertbar. Der Normalwert für Laktat ist ≤2,1 mmol/l.

Spezialuntersuchungen des Liquors

Oligoklonale Banden (OKB)

Mit Hilfe der isoelektrischen Fokussierung werden oligoklonale IgG-Fraktionen nachgewiesen (Abb. 3.3). Oligoklonale Banden (OKB) zeigen hochsensitiv das Vorliegen einer intrathekalen IgG-Synthese an und werden bei vielen chronisch entzündlichen Krankheiten (z. B. chronische Meningitis oder Enzephalitis, Borreliose, Aids, Lues), autoimmunologischen Krankheiten (z. B. Multiple Sklerose) und manchen Tumorkrankheiten gefunden. Auch hier ist die parallele Untersuchung im Serum erforderlich um systemische von lokalen Entzündungen abzugrenzen.
Abb. 3.3a,b

Oligoklonale Banden. a Oligoklonale Banden im Liquor und zusätzlich identische Banden im Serum (Bandenmuster Typ III), b Oligoklonale Banden ausschließlich im Liquor (Bandenmuster Typ II). Die Trennung der Liquor- (L) und Serumproteine (S) erfolgt mittels isoelektrischer Fokussierung auf einem modifizierten Agarosegel. Über eine Immunfixation mit Peroxidase markiertem Anti-IgG werden die oligoklonalen IgG-Banden visualisiert. (Mit freundlicher Genehmigung von B. Storch-Hagenlocher, Heidelberg)

Mikrobiologische und molekularbiologische Untersuchungen

Der Nachweis von Bakterien und die Untersuchung auf Pilze gelingt durch Färbung, Kultur, Komplementbindungsreaktionen und Neutralisationstests. Untersuchungen auf Antikörper gegen Viren mit dem Enzyme-linked-immunosorbent-Assay (ELISA) werden im Vergleich zu entsprechenden Antikörpertitern im Serum dargestellt (Auswertung analog zum Reiber-Schema: autochthone Produktion von virusspezifischen Antikörpern). Dies gilt auch für Seroreaktionen auf Borrelien und Treponema pallidum in Liquor und Serum.

Für immer mehr Erreger lässt sich heute mit Hilfe der Polymerasekettenreaktion (»polymerase chain reaction«, PCR, Abschn. 3.7) erregerspezifisches Genommaterial im Liquor nachweisen. Diese Untersuchung ist heute ein Routineverfahren bei zahlreichen Virusinfektionen (durch Herpes-simplex-, Varizella-Zoster-, Zytomegalie- und JC-Viren) (Kap.  18 und  19) sowie auch bei Verdacht auf auf tuberkulöse Meningitis. Der HIV-Nachweis im Liquor mittels PCR bei bekannter HIV-Infektion hat dagegen eine geringe diagnostische Bedeutung, da sich auch bei asymptomatischer Infektion des Nervensystmes HIV-Genom im Liquor nachweisen lässt.

Zytologische Untersuchungen

Die normale zytologische Beurteilung erfolgt in einer einfachen Zellfärbung (May-Grünwald-Giemsa), lediglich zur Subklassifizierung von Tumorzellen und lymphoproliferativen Neoplasien sind immunzytochemische Färbungen hilfreich. Qualitative Untersuchung des Liquorzellbildes, besonders auf Plasma- und eosinophile Zellen, Nachweis von Tumorzellen einschließlich Spezialfärbungen (Kap.  11.3), aktivierte Lymphozyten und Klassifikation von Lymphozytensubpopulationen gehören hierzu, aber auch Hämosiderophagen und Hämatoidinablagerungen, die sich noch Wochen nach einer Blutung in den Subarachnoidalraum nachweisen lassen.

Weitere Untersuchungen

Tumormarker wie das karzinoembryonale Antigen (CEA) oder das β2-Mikroglobulin, Entzündungsmarker (ACE-Konzentration bei M. Boeck) oder spezielle neuronale Enzyme (neuronenspezifische Enolase (NSE), Amyloid β1–42 (Abeta-42), Tau- und Phospho-Tau-Protein und 14-3-3-Protein) als Marker des neuronalen Zelluntergangs können bei entsprechender Fragestellung im Liquor bestimmt werden (Kap.  26.1).

3.2 Neurophysiologische Methoden

  • Markus Weiler
  • Alexander Gutschalk

3.2.1 Elektromyographie

Die Elektromyographie (EMG) ist die Untersuchung der elektrischen Aktivität in der Skelettmuskulatur. Die Indikation zum EMG wird bei folgenden Fragen gestellt:
  • Differenzierung von neurogener und myogener Muskelatrophie

  • Differenzierung zwischen neurogener Parese, Inaktivitätsatrophie, mechanischer Behinderung (Gelenk, Sehnenriss), psychogener Lähmung und schmerzreflektorischer Ruhigstellung,

  • Untersuchung der Ausdehnung bzw. Generalisierung von neurogenen Veränderungen, d. h. Beteiligung von klinisch unauffälligen Muskelgruppen und

  • Beurteilung der Reinnervierung nach neurogener Läsion.

Methodik

Der Muskel ist funktionell aus motorischen Einheiten aufgebaut. Dies sind Muskelfasern, die von einem motorischen Nerven und seinem Axon innerviert werden (Abb. 3.4). Wenn die Vorderhornzelle im Rückenmark »feuert«, wandert das Nervenaktionspotenzial zu den motorischen Endplatten und wird dort über den Transmitter Acetylcholin auf die Muskelfasern dieser motorischen Einheit übertragen. Hierdurch kommt es zu einer Permeabilitätsänderung der Na/K-Kanäle mit einer Depolarisation der Membran aller Muskelfasern, die von dem entsprechenden Axon innerviert werden, und die motorischen Einheiten kontrahieren sich. Die sich ausbreitende Depolarisation verursacht eine messbare Potenzialschwankung, das Potenzial einer motorischen Einheit (PmE).

Abb. 3.4a–c

Morphologische und elektromyographische Charakteristika des Normalmuskels bei Myopathie und neurogener Muskelatrophie.Links: Schematische Darstellung der Innervation von Muskeln durch zwei motorische Einheiten, Mitte: schematische Darstellung des histologischen Befundes, Rechts: Elektromyogramm. I. Spontanaktivität. II. Potenziale und Einheiten; III. maximales Interferenzmuster. a Normalfall: Beide motorischen Einheiten sind intakt und versorgen ihre zugeordneten Muskelfasern. Histologisch normale polygonale Muskelfasern von gleichem Kaliber. Im EMG keine Spontanentladung, bi- bis triphasische PmE und dichtes, interferentes Aktivitätsmuster bei maximaler Willkürinnervation. b Neurogene Muskelatrophie: Eine motorische Einheit ist ganz ausgefallen. Zwei ihrer Muskelfasern sind von dem gesunden Neuron kollateral innerviert. Histologisch feldförmig gruppierte Atrophie einzelner Muskelfasern bei normaler Histologie der verbleibenden Muskelfasern. Vermehrung randständiger Kerne. EMG: pathologische Spontanaktivität in Form von positiven scharfen Wellen und Fibrillationen. Die PmE sind polyphasisch, amplitudenerhöht und verlängert. Bei maximaler Innervation werden hochamplitudige PmE mit hoher Frequenz rekrutiert, das Aktivitätsmuster ist von hoher Amplitude, aber gelichtet. c Myopathie: In beiden Einheiten sind einzelne Muskelfasern ausgefallen. Histologisch: numerische Atrophie mit Kalibervariation, Abrundung des Querschnitts, zentralen Kernen und Spaltbildung. EMG: i. Allg. keine Spontanaktivität, diese kann aber bei Myositis oder schnell verlaufender Muskeldystrophie vorkommen. Die PmE sind niederamplitudig, polyphasisch und im Vergleich zur Norm verkürzt. Das Aktivitätsmuster wird bereits bei nur mäßiger Kraftentfaltung früh dicht. Die Amplitude ist niedrig. (Mit freundlicher Genehmigung von M. Krause, Sydney)

Bei der Elektromyographie untersucht man den Muskel mit konzentrischen Nadelelektroden (Elektroden, deren differenter Pol, ein dünner Platindraht, in der Mitte, bis auf die Spitze isoliert ist; er ist umgeben von einer Stahlhülle als indifferentem Pol). Es werden die Potenzialschwankungen abgeleitet, die durch die Aktivierung einer oder mehrerer motorischer Einheiten erzeugt werden. Die Potenzialschwankungen, die man über die konzentrische Nadelelektrode ableitet, werden verstärkt und am Bildschirm sichtbar gemacht; gleichzeitig ist eine akustische Kontrolle über einen eingebauten Lautsprecher möglich. Eine Registrierungs- und Speichermöglichkeit ist für die Dokumentation der Befunde unerlässlich. Eine Speicherfunktion des Bildschirms ist ebenfalls notwendig, da Form und Dauer von Potenzialen nur am stehenden Bild mit ausreichender Sicherheit beurteilt werden können.

Beim EMG wird eine Reihe von Muskeln, deren Auswahl sich nach der klinischen Fragestellung richtet, mehrfach sondiert und nach folgenden Kriterien beurteilt:
  • Ruheaktivität (elektrische Stille oder pathologische Spontanaktivität),

  • maximale Willküraktivität (dicht oder gelichtet, bis zu Einzeloszillationen),

  • Beschreibung der PmE bei geringer Willküraktivität.

Vertiefende Informationen zu speziellen EMG-Analysen Facharztbox.

Exakte Nadelelektromyographie

Bei bestimmten Fragestellungen wird die exakte Nadelelektromyographie mit quantitativer Analyse der PmE durchgeführt. Hierbei werden pro Muskel mindestens 20 sicher reproduzierte und durch exakten Beginn und exaktes Ende definierte Potenziale gespeichert und nach den Kriterien Amplitude und Potenzialdauer und Phasenzahl analysiert. Die Daten werden mit Normalwerten verglichen. Die im Folgenden gemachten Aussagen über Potenzialformen bei bestimmten Krankheiten beziehen sich auf die exakte Nadelelektromyographie. Bei sehr stark ausgeprägtem Krankheitsbefund lassen sie sich jedoch schon bei der orientierenden Untersuchung erfassen. Dennoch sollte man es sich zur Regel machen, beim Screening mindestens bei 3 Nadellagen mehrere sichere polyphasische PmE dokumentiert zu haben, bevor man von vermehrter Polyphasie spricht und diesen Befund als pathologisch wertet. Andernfalls besteht die Gefahr, dass die Beurteilung eines durchlaufenden Potenzials durch die Fragestellung beeinflusst wird. Es müssen mindestens 3–5 Nadellagen pro Muskel (2–3 Einstiche und Verschieben der Nadel nach Einstich) abgeleitet werden.

Verschiedene Hersteller bieten rechnergestützte EMG-Systeme an, bei denen die Potenzialanalyse automatisch durchgeführt wird, an. Hierdurch soll die Gefahr der subjektiv gefärbten Interpretation der Potenziale motorischer Einheiten verringert wird. Die bisher erhältlichen Programme können aber die Untersuchung durch einen erfahrenen Auswerter noch nicht ersetzen.

Facharztbox
Spezielle EMG-Analysen

Willison-Analyse. Die Willison-Analyse untersucht das Verhältnis von Amplitude/Umkehrpunkt pro Umkehrpunkt/Zeit und erfasst damit bei kräftiger Innervation die Größe der PmE im Verhältnis zur Dichtigkeit des Interferenzmusters. Hohe Werte sprechen für neurogene Prozesse, niedrige für Myopathien.

Einzelfaser-EMG. Die Einzelfaser-Elektromyographie (single fiber EMG, SFEMG) ist eine sehr empfindliche Methode zum Nachweis einer neuromuskulären Überleitungsstörung und wird daher gelegentlich zur Myasthenie-Abklärung eingesetzt, wenn die konventionelle Stimulations-EMG keinen pathologischen Befund ergibt. Die SFEMG wird mittels spezieller Nadelelektroden durchgeführt. Leichte Fälle zeigen sich an einem erhöhten neuromuskulären »Jitter« (Intervallschwankungen zwischen Potenzialkomponenten zweier einzelner aktiver Muskelfasern innerhalb des Auffangradius der SFEMG-Nadel), schwere Fälle an einem zusätzlichen intermittierenden Ausfall von Einzelfaserpotenzialen (»Blocking«) als Hinweis auf einen partiellen neuromuskulären Block.

Makro-EMG. Das selten eingesetzte Makro-EMG gestattet über einen besonders großen Auffangradius der hierbei eingesetzten Elektrodenverschaltung einen »globaleren« Überblick über eine gesamte motorische Einheit als dies die konventionelle EMG mittels konzentrischer Nadelelektroden vermag.

EMG bei zentralnervösen Störungen. Hierunter wird die Anwendung des EMG bei der Untersuchung zentraler Bewegungsstörungen verstanden. Mit meist mehrkanaligen (polygraphischen) Ableitungen mit Oberflächenelektroden wird die Aktivität von Muskelgruppen abgeleitet, in denen pathologische Bewegungen zu erkennen sind. Myoklonien, Dystonien und verschiedene Tremorformen können hiermit charakterisiert werden. Über die wissenschaftliche Bedeutung hinaus ist das EMG hilfreich bei der Auswahl von besonders betroffenen Muskeln für die Injektion von Botulinumtoxin in der Behandlung der Dystonien (Kap.  23.4), in der Klassifikation von Tremorformen und bei der Untersuchung psychogener Bewegungsstörungen. Bei Myoklonien kann mit gemeinsamer Analyse von EMG und EEG unter Verwendung bestimmter elektronischer Mittelungsverfahren (»back-averaging«) auf die kortikale oder subkortikale Entstehung der Myoklonien rückgeschlossen werden.

Normales EMG

Bei völliger Entspannung finden im gesunden Muskel keine Depolarisationen statt, und EMG-Signale werden nicht registriert. Lediglich beim Einstechen der Nadelelektrode kommt es zu 2–3 kurzen Entladungen (Einstich- oder Verletzungsaktivität). Die Potenziale motorischer Einheiten haben 2–4 Phasen, sie werden mit einer normalen Entladungsfrequenz (5–8/s) rekrutiert. Zuerst erscheinen niedrigamplitudige Potenziale entsprechend kleiner motorischer Einheiten, bei zunehmender Kraftentwicklung treten mehr und höheramplitudige Potenziale hinzu, die sich bei maximaler Innervation zu einem dichten Muster (Interferenzmuster; Abb. 3.4) summieren. Neben der Rekrutierung zusätzlicher motorischer Einheiten kommt es bei zunehmender Innervationsstärke auch zu einer Erhöhung der Entladungsfrequenz (bis max. 18–20/s). Endplattenrauschen ist, wie die normale Einstichaktivität, eine nichtpathologische Spontanaktivität, die vermutlich Folge der Verstärkung von Miniaturendplattenpotenzialen ist und die bei Änderung der Nadellage verschwindet.

Pathologische Spontanaktivität

Fibrillationen und positive scharfe Wellen

Zur pathologischen Spontanaktivität gehören Fibrillationspotenziale und positive scharfe Wellen (PSW). Beide haben einen positiven Abgang (definitionsgemäß nach unten), sind meist niedrigamplitudig (etwa 100 µV) und kurz (etwa 5 ms). Ihre ausgeprägt regelmäßige Entladungsfolge und ihre Form lassen sie von anderen Wellen (wie Endplattenspikes und Willkürpotenzialen, s. u.) unterscheiden. Bei Denervierung tritt diese pathologische Spontanaktivität etwa 10–14 Tage nach Durchtrennung des Nerven auf und nimmt über Monate zu, um dann über Jahre hinweg wieder abzunehmen. Bei Myopathien ist die Spontanaktivität seltener als bei Neuropathien und meist geringer ausgeprägt. Fibrillationen und PSW sind mit dem bloßen Auge nicht am Muskel zu sehen.

Myotone Entladungen

Bei bestimmten Muskelerkrankungen (Na/K-Kanalkrankheiten, wie Myotonia dystrophica Curschmann Steinert) finden sich im entspannten Muskel spontane, myotone Entladungsserien. Diese Entladungsserien bestehen meist aus hochfrequenten Fibrillationspotenzialen, die amplituden- und frequenzmoduliert sind. Diese Entladungsserien klingen wie ein aufheulendes Motorrad. Myotone Entladungsserien sind die einzige Spontanaktivität, die spezifisch für eine bestimmte Erkrankungsklasse (Myotonien) ist. Davon manchmal schwer abgrenzbar sind bizarre, zumeist hoch-, bisweilen auch niederfrequente komplexe repetitive Entladungsserien. Diese sind wesentlich frequenzstabiler (akustisch: Tonhöhe) und weisen meist auch eine gleich bleibende Amplitude (akustisch: Lautstärke) auf. Sie können aus komplexen Sequenzen von Einzelfaserpotenzialen zusammengesetzt sein, mit einer inkompletten Kopplung dieser Komplexe, die wie ein stotternder Motor akustisch imponiert. Diese Entladungsserien sind meist viel länger als die myotonen und enden oft abrupt. Komplexe repetitive Entladungsserien sind nicht spezifisch und treten vor allem bei chronisch neurogenen Schäden auf.

Faszikulationen

Bei der chronischen Denervierung finden sich häufig auch Faszikulationen. Das sind hochamplitudige, meist polyphasische PmE, die irregulär auftreten und klinisch als ein Zucken einzelner Muskelfaserbündel mit dem bloßen Auge zu sehen sind. Faszikulationen finden sich jedoch in geringem Umfang auch beim Gesunden, z. B. nach intensiver sportlicher Betätigung.

Pathologische Potenziale motorischer Einheiten

Bei leichter Willkürinnervation kann man die PmE beurteilen. Hierbei wird vor allem die Potenzialdauer und Anzahl der Phasen, wie auch die Amplitudengröße berücksichtigt. Normale PmE haben zwischen 2 und 4 Phasen und eine für den jeweiligen Muskel typische mittlere Potenzialdauer. In jedem gesunden Muskel können jedoch einige Potenziale gefunden werden, die eine vom Mittelwert abweichende Potenzialdauer haben und eine vermehrte Phasenzahl aufweisen (Polyphasie = mehr als 4 Phasen). Die Aussage über Potenzialdauer (um 10 ms) und Phasenzahl ist also eine statistische und exakt nur mit Hilfe einer genauen Potenzialanalyse möglich, mit der auch die Normalwerte gewonnen wurden. Für die Praxis bedeutet dies, dass einige wenige polyphasische Potenziale auch ohne krankhafte Bedeutung in jedem normalen Muskel gefunden werden können.

Bei der exakten EMG-Untersuchung wird die Potenzialdauer und Phasenzahl von mindestens 20 verschiedenen PmE statistisch ausgewertet und mit alterskorrelierten Normwerten verglichen. Da ein Muskel nicht gleichmäßig erkrankt, sondern meist nur einzelne Muskelfasern betroffen sind (Abb. 3.4), ist es notwendig, den Muskel mit der Nadel an vielen verschiedenen Stellen zu sondieren. Wenn ein motorisches Axon oder die entsprechende motorische Vorderhornzelle geschädigt ist, sind die dazugehörigen Muskelfasern nicht mehr innerviert. Intakte Vorderhornzellen bilden Axonkollateralen und sprossen zu den nicht mehr innervierten Muskelfasern.

Neurogene oder myogene Läsion?

Für die in der Klinik wichtige Differenzierung von neurogenen und myogenen Veränderungen kann man folgende Kriterien nennen (Tab. 3.1).
  • Bei neurogenen Schädigungen gehen ganze motorische Einheiten zugrunde. Hieraus resultiert eine Lichtung des Aktivitätsmusters. Die denervierten Muskelfasern reagieren überempfindlich auf Acetylcholin und zeigen spontane Entladungen (Fibrillationen, positive scharfe Wellen). Von erhalten gebliebenen PmE sprossen terminale Axonverzweigungen aus und koppeln denervierte Muskelfasern an noch intakte PmE an (Sprouting, Abb. 3.4b). Hieraus resultiert eine Vergrößerung des Territoriums und damit der Amplitude der verbliebenen motorischen Einheit, eine Verlängerung der Potenzialdauer und eine Desynchronisierung der Potenzialanteile (Polyphasie). Das Aktivitätsmuster ist entsprechend dem Ausfall von motorischen Einheiten gelichtet.

  • Bei einer myogenen Schädigungen gehen dagegen Muskelfasern diffus, ohne Bindung an motorische Einheiten zugrunde. Die Zahl der zu einer PmE gehörenden Muskelfasern wird geringer und damit ihr Territorium kleiner. Die Amplituden der PmE werden deshalb niedrig und kürzer, können desynchronisieren und daher polyphasisch werden. Die Zahl der motorischen Einheiten bleibt jedoch lange konstant. Infolgedessen bleiben die maximalen Aktivitätsmuster dicht, sie werden sogar früher dicht als es der Kraftentwicklung entspricht (vorzeitig dichtes Interferenzmuster). Fibrillationspotenziale können auftreten. Ihre Anwesenheit spricht nicht gegen eine Myopathie.

Trotz dieser anschaulichen Regeln (Tab. 3.1) kann im Einzelfall die Differenzierung zwischen neurogen und myogen sehr schwierig sein.

Tab. 3.1

Myopathie versus Neuropathie

Art der Schädigung

Spontanaktivität

PmE

Interferenzmuster

Neurogen

Fibrillationen PSW, bizarre hochfrequente Entladungsserien

Verlängerte Potenzialdauer, polyphasisch, großamplitudig

Gelichtet, großamplitudig

Myogen

Spärlich Fibrillationen PSW, Sonderform: myotone Entladungsserien

Kurz bis normale Potenzialdauer, polyphasisch, kleinamplitudig

»Früh dicht«, kleinamplitudig

In Abb. 3.4c sind exemplarisch die Potenziale motorischer Einheiten aus einem normalen Muskel, einem durch Myopathie veränderten Muskel und aus einem Muskel mit neurogener Läsion dargestellt. Als Faustregel kann man sich merken,
  • dass bei chronischen neurogenen Läsionen die PmE polyphasisch, vergrößert und verlängert sind,

  • während bei primären Muskelkrankheiten die PmE verkürzt, erniedrigt und polyphasisch werden.

Pathologisches Aktivitätsmuster bei maximaler Willküraktivität

Im gesunden Muskel werden bei maximaler Willküraktivität so viele PmE rekrutiert, das eine Grundlinie auf dem Oszillografen nicht mehr zu erkennen ist (dichtes Interferenzmuster).
  • Bei peripheren Nervenkrankheiten kommt es zum Ausfall einzelner motorischer Einheiten und zu Lücken im Aktivitätsmuster (gelichtetes Aktivitätsmuster). Diese Lichtung kann bis auf nur noch ganz wenige erhaltene, hochamplitudige PmE fortschreiten. Gleichzeitig steigt aber die Entladungsfrequenz der verbleibenden motorischen Einheiten stark an: Die Folge ist ein Muster mit hochfrequenter Rekrutierung nur einzelner PmE bei kräftiger Innervation (hochfrequente Einzeloszillationen). Bei kompletter Nervenläsion ist keine Willküraktivität mehr möglich. Die Lichtung des Aktivitätsmusters ist sofort nach der Schädigung zu finden.

  • Bei Muskelkrankheiten findet man dagegen eine sehr frühe kompensatorische Aktivierung aller erhaltenen motorischen Einheiten bei geringer Kraft (vorzeitige Rekrutierung). Das Muster kann daher früh dicht werden, die Amplitude der PmE ist jedoch verhältnismäßig niedrig. Beispiele für die Änderungen der Aktivitätsmuster finden sich ebenfalls in Abb. 3.4.

3.2.2 Elektroneurographie (ENG)

Die Elektroneurographie untersucht die Leitfunktion der motorischen und sensiblen Fasern eines peripheren Nerven nach elektrischer Stimulation.

Prinzip

Die Bestimmung der neurographischen Parameter erfolgt mit dem gleichen Gerät, das auch zum EMG eingesetzt wird. Die Nervenleitgeschwindigkeiten (NLG) sind für verschiedene motorische und sensible Nerven, sogar für einzelne Abschnitte eines Nerven, sehr unterschiedlich und darüber hinaus temperaturabhängig (1–2 m/s pro °C) und altersabhängig, so dass ihre Beurteilung nur mit Hilfe von Normalwerttabellen möglich ist. Die Benutzung von Normalwerttabellen setzt eine konsequente Vereinheitlichung der Untersuchungsbedingungen voraus.

Krankhafte Veränderungen der Markscheiden beeinflussen die NLG besonders stark, und zwar stets in Richtung einer Reduktion. Wenn die Markscheiden der am schnellsten leitenden Fasern betroffen sind, kann die NLG-Reduktion extrem sein. Primär axonale Schädigungen dagegen haben oft zunächst keine oder nur eine geringe Änderung der NLG zur Folge. Die Amplitude des abgeleiteten Antwortpotenzials wird jedoch sehr niedrig.

Methoden

Nach einem überschwelligen Reiz wird in Nervenfasern ein fortgeleitetes Aktionspotenzial ausgelöst. Dieses Potenzial wird vom Reizort aus nach beiden Seiten weitergeleitet: orthodrom, d. h. in Richtung der physiologischen Leitung des betreffenden Nerven, und antidrom, d. h. entgegengesetzt. Bei markhaltigen Nervenfasern erfolgt die Erregungsleitung saltatorisch. Je dicker die Markscheidenumhüllung ist und je größer der Internodienabstand (Abstand zwischen zwei Ranvier-Schnürringen), desto höher ist die NLG. Mit den üblichen Elektroneurographien bestimmt man die NLG der am schnellsten leitenden Fasern des stimulierten Nerven.
  • Motorische Elektroneurographie: Hierbei wird ein Nerv an mehreren Stellen supramaximal stimuliert, und die motorische Antwort, das Muskelsummenaktionspotenzial (MSAP), wird in einem distalen Muskel mit Oberflächenelektroden (selten mit Nadelelektroden) abgeleitet (Abb. 3.5). Die Differenz der Latenzen vom Reiz bis zum MSAP wird in Relation zur Entfernung zwischen den Reizstellen gesetzt. Hierdurch kann die Nervenleitgeschwindigkeit (NLG; gemessen in m/s) errechnet werden. Gesucht wird speziell nach umschriebenen Leitungsverzögerungen, die auf eine fokale Schädigung hinweisen können. In manchen Fällen kommt auch der distalen Latenz (Überleitungszeit vom distalen Stimulationsort zum Muskel, dmL; gemessen in ms) diagnostische Bedeutung zu. Auch hierfür gibt es Referenzwerte. Form und Amplitude (gemessen in mV) des MSAP werden ebenfalls beurteilt, da bei leichten axonalen Läsionen die maximalen Leitgeschwindigkeiten normal bleiben können. Eine Verbreiterung und Aufsplitterung des MSAP kann auf eine erhöhte Dispersion der NLG im Faserspektrum hinweisen.

  • Stimulationselektromyographie (Überprüfung der Funktion der motorischen Endplatte): Bei Störungen der Übertragungsfunktion der motorischen Endplatte wird eine Modifikation der motorischen ENG, die Frequenzbelastung der motorischen Endplatte, ausgeführt. Hierbei wird der motorische Nerv frequent (3–20 Hz) supramaximal gereizt und die Amplitude der hierdurch erzeugten MSAP fortlaufend registriert. Bei einer Myasthenie (Kap.  34) oder einem paraneoplastischen myasthenen Syndrom (Kap.  13, dort auch Abbildung) findet man typische Veränderungen in den Amplituden der MSAP.

  • Sensibel-antidrome Elektroneurographie: Bei der sensibel-antidromen ENG wird die antidrome Erregungsausbreitung in sensiblen Nerven ausgenutzt. Man reizt einen Nerven und leitet distal von Fingern oder Zehen mit Oberflächenelektroden das hierdurch ausgelöste sensible Nervenaktionspotenzial (SNAP) eines Digitalnerven ab. Da keine synaptische Übertragung zwischengeschaltet ist, kann man bereits aus einem Messwert (dsL) und der Distanz die sensibel-antidrome NLG berechnen (Geschwindigkeit = Weg/Zeit). Die sensibel-antidrome Technik ist eine gute Screening-Methode, die ohne großen Aufwand vorgenommen werden kann.

  • Sensibel-orthodrome Elektroneurographie: Die sensibel-orthodrome ENG ist aufwändiger, führt aber zu Ergebnissen von höherer Aussagekraft. Elektrisch gereizt werden die sensiblen Nerven, z. B. eines Fingers. Die Ableitung des hierdurch ausgelösten SNAP erfolgt in der Regel mit unipolaren Nadelelektroden transkutan in der Nähe des Nervenstamms. Der Einsatz der orthodromen Technik ist besonders bei Polyneuropathien und Engpasssyndromen von Interesse.

Abb. 3.5a,b

Messung der motorischen (a) und sensiblen (b) Erregungsleitungsgeschwindigkeit am N. ulnaris.S1–3 Stimulationsorte; a1, a2 Ableitungsorte. Die Kurvenausschnitte zeigen jeweils den Reizeinbruch und die mit unterschiedlicher Latenz einsetzende Reizantwort. n normales sensibel orthodromes Potenzial; p pathologisches sensibel orthodromes Potenzial bei distaler Ulnarisläsion. (Adaptiert nach Mumenthaler u. Schliack 1965)

Klinische Anwendung

Mit Hilfe der Elektroneurographie lassen sich die verschiedenen Störungen der Nervenleitung (motorisch und/oder sensibel) objektivieren und lokalisieren. So führen Läsionen der Markscheiden (lokal oder generalisiert) zu einer Verminderung der NLG, während axonale Läsionen zunächst geringe NLG-Veränderungen hervorrufen, jedoch die Amplituden der motorischen und/oder sensiblen Antwortpotenziale reduzieren.

Eine fokale Störung der Erregungsfortleitung an einem Nerven, beispielsweise infolge einer Druckläsion, kann am Ort der Schädigung elektroneurographisch einen sogenannten Leitungsblock verursachen: Stimuliert man einen derart geschädigten Nerven elektrisch distal und proximal des Läsionsorts, resultiert hieraus eine Amplitudenreduktion (exakter: Reduktion der Fläche unter der Kurve) des Antwortpotenzials bei proximaler Stimulation im Vergleich zum Stimulationsort distal der Läsion. Bei Vorliegen eines kompletten (vollständigen) Leitungsblocks kann bei Elektrostimulation proximal der Schädigungsstelle kein Antwortpotenzial mehr ausgelöst werden, während dieses bei distaler Stimulation regelrecht erhältlich ist. Außer bei akuten Nervendruckschädigungen findet man Leitungsblöcke in der Regel auch bei entzündlich-demyelinisierenden Prozessen, v. a. der multifokalen motorischen Neuropathie (MMN; Kap.  32.6), oder der hereditären Neuropathie mit Neigung zu Druckparesen (HNPP; Kap.  32.5).

3.2.3 Reflexuntersuchungen

Orbicularis-oculi-Reflex (Blinkreflex)

Prinzip

Dies ist die Messung des elektrisch ausgelöste »Augenschlussreflex«.

Ableitung im Zweikanalbetrieb mit Oberflächenelektroden von beiden Mm. orbiculares oculi, elektrische Reizung des N. trigeminus am Foramen supraorbitale. Als Antwort registriert man eine ipsilaterale, synchronisierte, frühe Reflexkomponente (R1), die oligosynaptisch ist und eine bilaterale, desynchronisierte, späte, polysynaptische Komponente (R2, R2’; Abb. 3.6).
Abb. 3.6

Elektrisch ausgelöster Orbicularis-oculi-Reflex. Oben links ist die schematische Untersuchungsanordnung des Blinkreflexes, oben rechts eine Darstellung des Reflexbogens und unten die bilaterale Ableitung des Blinkreflexes bei Reiz auf der rechten Seite wiedergegeben. t.s.N.V. Tractus spinalis N. trigemini; f.r. Formatio reticularis. Die R2’-Komponente wird durch die kreuzenden Bahnen vermittelt. Die vertikalen, unterbrochenen Linien markieren die Normwertgrenzen für die einzelnen Reflexkomponenten. Bei Auslösung des Reflexes rechts erkennt man eine Verspätung der R2- und R2’-Komponenten (obere Registrierungen), während bei Auslösung links (untere Registrierungen) die Latenzen aller ipsi- und kontralateralen Reflexkomponenten im Normbereich liegen. Dieses Störungsmuster weist auf eine laterale pontomedulläre Läsion (spinaler Trigeminuskern rechts) hin (grauer Bezirk in der anatomischen Skizze). (Adaptiert nach Stöhr 1980 u. Hacke 1983)

Anwendung

Der Blinkreflex hat seinen Platz in der Diagnostik von Läsionen der Nn. trigeminus und facialis, bei Hirnstammläsionen und bei der elektrophysiologischen Diagnostik der multiplen Sklerose.

Masseterreflex und Kieferöffnungsreflex

Prinzip

Der Masseterreflex wird mit Nadel- oder Oberflächenelektroden abgeleitet. Die Reflexauslösung erfolgt so wie bei der klinischen Untersuchung. Eine elektronische Schaltung ermöglicht es, dass die Reflexauslösung durch den Hammer die Dokumentation auf dem Bildschirm auslöst.

Der Kieferöffnungsreflex, ein Schutzreflex, der klinisch durch Unterbrechung der Muskelaktivität in der Kaumuskulatur nach sensibler Reizung der Zunge, der Lippen oder Wangenschleimhaut charakterisiert ist, wird nach sensibler Stimulation des Lippenrots bei gleichzeitiger Ableitung der Muskelaktivität der willkürlich aktivierten Masseteren untersucht. Die Reflexantwort ist das Sistieren der Aktivität in den Muskeln (→ Kieferöffnung).

Anwendung

Der Masseterreflex ist als ergänzende Untersuchung bei der Frage nach peripheren oder zentralen Trigeminusläsionen von Bedeutung. Der Kieferöffnungsreflex wird bei Verdacht auf Hirnstammläsionen untersucht. Beim Tetanus ist dieser Reflex durch Dauerinnervation aufgehoben.

H-Reflex und F-Welle

Prinzip

Der H-Reflex (Hoffmann-Reflex) ist ein elektrisch ausgelöster Eigenreflex. Die Afferenz läuft orthodrom über die Ia-Afferenzen über die Hinterwurzeln zum Rückenmark, wird auf die motorischen Vorderhornzelle verschaltet und die Efferenz läuft über die Vorderwurzeln und motorische Nervenfasern zum Muskel. Der H-Reflex ist beim Erwachsenen ohne Vorspannung am leichtesten von der Wadenmuskulatur auszulösen. Er entspricht dann dem Achillessehnenreflex. Er wird durch relativ geringe Reizstärken ausgelöst, die zu schwach sind, um über direkte Reizung der motorischen Fasern schon eine Muskelantwort auszulösen.

Im Gegensatz dazu ist bei der Untersuchung der F-Wellen eine stark überschwellige Reizung erforderlich. Die F-Welle wird nicht über die Hinterwurzel, sondern durch antidrome Aktivierung der Motoneurone über die Vorderwurzel zum Rückenmark ausgelöst. Es kommt zu einer Art Spiegelentladung an der motorischen Vorderhornzelle, die sich nach dem antidromen Stimulus efferent entlädt. Die F-Welle lässt sich konstant von verschiedenen Bein- und Hand-(Arm-)Muskeln ableiten.

Anwendung

Beide Methoden haben praktische Bedeutung bei der Diagnose von entzündlichen, proximalen Nervenläsionen, bei denen der H-Reflex ausfällt und die F-Wellen rarefiziert und zeitlich dispers werden. Ihre Bedeutung für die Diagnostik mechanischer Nervenwurzelschäden durch Bandscheibenvorfälle oder Tumoren ist gering, zumal die meisten F-Wellen über mehrere Wurzeln vermittelt werden.

Weitere Reflexuntersuchungen Facharztbox.

Facharztbox
Weitere Reflexuntersuchungen

Long-loop-Reflex (LLR). Mechanisch gesteuerte, abrupte Bewegungen der Finger oder die elektrische Reizung sensibler oder gemischter Nerven am Arm führen zu einer in den Handmuskeln registrierbaren, transkortikal verschalteten Reflexantwort. Diese Reflexantwort ist erst durch Summierung gleichgerichteter Signale sicher registrierbar. Darüber hinaus muss der Handmuskel, über dem abgeleitet wird, gering angespannt werden. Bei vollständiger Entspannung ist die Reflexantwort nicht zu erhalten. Dieser LLR (so genannt wegen der supraspinalen Verschaltung) ist verändert bei Läsionen des Hinterstrang-Lemniskus-Systems, des sensomotorischen Kortex und der Pyramidenbahn. Wegen dieses langen Reflexbogens werden bei einer multiplen Sklerose häufig pathologische Veränderungen gefunden. Darüber hinaus wurden typische Veränderungen bei myoklonischen Erkrankungen beschrieben. Im Krankheitsverlauf einer Chorea Huntington fällt der Reflex sehr früh aus.

Bulbokavernosusreflex und Analreflex. Nach elektrischer Stimulation des N. pudendus am Penisschaft wird mit EMG-Nadelelektroden im M. bulbocavernosus beidseitig eine Reflexantwort registriert. Diese zeigt eine frühe und eine späte Komponente. Die Latenz der ersten Komponente wird herangezogen als Maß für eine intakte Leitung im spinalen Reflexbogen. Pathologische Veränderungen können bei peripheren, spinalen und weiter zentralen Läsionen gefunden werden. Die selten angewandte Untersuchung kann dazu beitragen, neurogene erektile Dysfunktionen von psychogen verursachten Störungen zu trennen.

Überschwellige elektrische Stimulation der vom N. pudendus versorgten Regionen bei Mann und Frau führen zur reflektorischen Anspannung des M. sphincter ani externus, die mit Oberflächen- und Nadelelektroden abgeleitet werden kann. Diese objektive Untersuchung des Analreflexes ist von Bedeutung bei der Analyse von Sphinkterfunktionsstörungen und wird bei der Abklärung von Multisystematrophien (Kap.  25) eingesetzt.

Urodynamographie. Dies ist eine kombinierte klinisch-apparative Diagnostik, bei der verschiedene Aspekte der Harnentleerung simultan registriert und ausgewertet werden. Blasenentleerungsdruck, Flussdynamik, Sphinkterdruck und Elektromyogramm der Beckenboden- und Blasenmuskulatur werden untersucht. Oft werden auch noch der Bulbocavernosus-Reflex, der Sphinkter-ani-Reflex oder Pudendus-evozierte Potenziale untersucht. Wie die Diagnostik der erektilen Impotenz, werden diese Untersuchungen meist in spezialisierten urodynamischen Labors an urologischen Kliniken durchgeführt. Der Neurologe wird aber häufig um seinen Beitrag zur Frage einer zentralen Mitbeteiligung bei einer solchen Störung gebeten.

Reflexpolygraphie. Hierbei werden Mehrkanalableitungen von Körperstammmuskeln nach elektrischer oder taktiler Reizung und bei Spontanbewegungen untersucht. Die Methode ist von Interesse bei seltenen Störungen reflektorischer spinaler oder zerebraler Übererregbarkeit (Kap.  24.5, Stiff-person-Syndrom) und wird nur in spezialisierten Zentren durchgeführt.

Galvanischer Hautreflex (»sympathetic skin response«, SSR). Dieser Reflex ist Vielen als Teil der Lügendetektormethodik bekannt. Er beruht darauf, dass eine emotional bedingte (→ limbisches System), unbewusste, leichte Vermehrung der Schweißsekretion zu einer Veränderung des elektrischen Hautwiderstands führt (mehr Feuchtigkeit = geringerer Widerstand), die mit einer einfachen Versuchsanordnung gemessen werden kann. Auch nach Schmerzreizen kommt es mit Latenz von wenigen Sekunden zu einer nicht nur auf die gereizte Extremität beschränkten Änderung des Hautwiderstands. Das Verfahren kann für den Läsionsnachweis peripherer Nervenläsionen mit herangezogen werden.

3.2.4 Transkranielle Magnetstimulation (TMS)

Mit dieser Methode kann schmerzlos die Impulsleitung im Tractus corticospinalis und im peripheren Nerven sowie in bestimmten motorischen Hirnnerven gemessen werden. Kontraindikationen sind bekannte Epilepsie und Metallimplantate in Kopfnähe.

Methodik

Eine Magnetspule wird über dem Stimulationsort auf dem Kopf platziert (Abb. 3.7). Der Ort wird für Messungen in der »Pyramidenbahn« für Arm und Hand über dem Vertex, für Bein und Fuß einige Zentimeter davor gewählt. Durch einen kurzen Stromimpuls wird im Zentrum der Spule ein Magnetfeld von bis zu 3 Tesla erzeugt. Dieses induziert wiederum einen Stromfluss im Motorkortex und löst hier Aktionspotenziale aus. Diese laufen durch den gesamten Tractus corticospinalis, werden im Vorderhorn verschaltet und laufen von dort über den peripheren motorischen Nerv bis zu den Muskeln. Gemessen werden Latenz und Amplitude der hierdurch evozierten motorischen Antwortpotenziale, die mit Oberflächenelektroden über Arm- oder Beinmuskeln abgeleitet werden. Mit der kortikalen Stimulation bestimmt man die gesamt-motorische Latenz (gmL). Man kann auch durch Positionierung der Spule über der Wirbelsäule die motorischen Nervenwurzeln erregen und damit die periphere Leitzeit (peripher-motorische Latenz, pmL) bestimmen. Die angenäherte zentral-motorische Latenz (zmL) ergibt sich aus der Differenz von gmL und dmL. Vorinnervation eines Muskels verkürzt die Latenz und erhöht die Amplitude des Antwortpotenzials.
Abb. 3.7a,b

Transkranielle Magnetstimulation. Stimulationsspule über dem Vertex. a Position der Stimulationssonde über dem Vertex, b Ableitung der Potenziale nach transkranieller magnetischer Stimulation. Oben: gesamt-motorische Latenz (gmL) bei Reizung über dem Kortex und Ableitung am Hypothenar; unten: peripher-motorische Latenz (pmL) bei Reizung über Dornfortsatz HW7). Rechnerisch ergibt sich aus der Differenz der beiden Latenzen die zentral-motorische Latenz (zmL)

Anwendung

Bei der multiplen Sklerose ist eine Verlängerung der zmL ein charakteristischer Befund der auf eine Läsion des Tractus corticospinalis hinweist. Mitunter lässt sich auch bei der amyotrophen Lateralsklerose eine zmL-Verlängerung nachweisen, eine normale zmL schließt aber eine Beteiligung des ersten Motoneurons nicht aus. Eine erhöhte kortikale Schwellenreizstärke, die Verminderung der Antwortamplitude oder eine Potenzialdispersion können ebenfalls Hinweis auf eine Schädigung sein, sind aber weniger scharfe Kriterien als Latenzverlängerungen. Psychogene Lähmungen können dann identifiziert werden, wenn sie klinisch massiv erscheinen und die Werte bei der Magnetstimulation normal sind.

Bei der peripheren Nervenleitung ist die konventionelle elektrische Stimulation der magnetischen Stimulation überlegen, da sie fokaler reizt. Lediglich an Orten, an denen der Nerv sehr tief liegt und der elektrischen Stimulation schwer zugänglich ist, kommt die Magnetstimulation zur Anwendung (z. B. Plexus cervicobrachialis, N. ischiadicus im proximalen Abschnitt).

3.2.5 Evozierte Potenziale (EP)

Prinzip

Die Veränderungen der elektroenzephalographischen (EEG-)Kurve, die als Reaktion auf wiederholte sensorische Reize entstehen, werden durch reizgekoppelte elektronische Mittelung (»averaging«) aus dem zufällig verteilten EEG-Grundsignal herausgehoben (Abb. 3.8). Die Ableitung erfolgt mit Oberflächenelektroden von der Kopfhaut, wobei die differente Elektrode über dem Potenzialmaximum (okzipital bei VEP, kontralateral-parietal bei SEP) platziert wird. Aus dem Spektrum der möglichen Reaktionspotenziale haben die evozierten Potenziale
  • nach visueller Stimulation (VEP),

  • nach somatosensibler Stimulation peripherer Nerven (SEP) und

  • die frühen Potenzialveränderungen nach akustischer Stimulation (BAEP)

einen festen Platz in der neurophysiologischen Diagnostik gewonnen.
Abb. 3.8a,b

a Registrierung der visuellen Reaktionspotenziale nach Stimulation mit Schachbrettmuster. Durch elektronische Mittelung einer Anzahl einzelner EEG-Abschnitte (links) wird die reizabhängige Spannungsänderung im EEG herausgehoben (rechts) (Aus Vogel 1981), b Visuell evozierte Potenziale (TV-Stimulation) im Seitenvergleich. Untere Zeilen 2 reproduzierte Einzeldurchgänge; obere Zeilen summiertes Potenzial. (Aus Hacke 1986)

Die Potenziale werden durch Form, Amplitude und vor allem Latenz der prägnanten positiven und negativen Potenzialanteile charakterisiert, die nach Polarität (P oder N) und mittlerer Latenz (in ms) in einem Normalkollektiv bezeichnet werden. Für die frühen akustischen Potenziale gilt eine andere Nomenklatur.

Experimentell werden evozierte Potenziale in den kognitiven Neurowissenschaften mit weit komplexeren Reizen evoziert und von multiplen Elektroden über dem ganzen Kopf abgeleitet (vgl. funktionelles MRT, Abschn. 3.3, MEG, Abschn. 3.2, und PET, Abschn. 3.3). Potenziale wie die P300 hängen dabei nicht nur vom verwendeten Reiz, sondern auch von Aufmerksamkeit und Reaktion des Probanden ab und werden als ereigniskorrelierte Potenziale (ERP) bezeichnet. Hierzu gehört das Bereitschaftspotenzial, eine Welle langsamer Hirnaktivität, die Willkürbewegungen vorausgeht.

Visuell evozierte Potenziale (VEP)

Methodik

Als Reiz werden Lichtblitze und Schachbrettmuster mit Kontrastumkehr verwendet. Der entscheidende diagnostische Parameter ist die Latenz einer sehr deutlichen positiven Auslenkung nach 100 ms (P100). Bei Gesunden lässt sich diese Welle oft schon nach wenigen Durchgängen identifizieren. In der Regel reichen 64–128 Durchgänge aus, um ein VEP darzustellen. Für die Dokumentation wird aber gefordert, dass das Potenzial mindestens einmal in gleicher Qualität reproduziert wird (Abb. 3.8). Die VEP können auch gesichtsfeldabhängig und mit unterschiedlichen Mustergrößen bei nicht kooperationsfähigen Patienten zur annähernden Bestimmung der Sehschärfe eingesetzt werden.

Anwendung

Ihre überragende Bedeutung haben die VEP in der Diagnostik der multiplen Sklerose (MS). So ist das VEP bei der akuten Retrobulbärneuritis abgeschwächt oder ausgefallen und später im Verlauf deutlich latenzverzögert. Die VEP finden auch Interesse in der Diagnostik vaskulärer und degenerativer Läsionen der Sehnerven und der Sehbahnen. Mit der Standardtechnik lassen sich allerdings nur Aussagen über das makulopapilläre Bündel des N. opticus machen.

Somatosensibel evozierte Potenziale (SEP)

Methodik

In der klinischen Diagnostik werden die SEP durch elektrische Stimulation der Nervenstämme und durch Mittelung von ca. 200 Durchgängen bei Ableitung über dem kontralateralen sensiblen Projektionsgebiet registriert. Für die klinische Beurteilung werden nur die ersten positiven und negativen Auslenkungen gemessen (Abb. 3.9), die im primären somatosensorischen Kortex generiert werden. SEP können auch über dem Armplexus und über der Wirbelsäule abgeleitet werden. Damit ist eine fraktionierte Untersuchung der gesamten somatosensorischen Bahn möglich. In der üblichen Konfiguration werden vor allem der Beitrag schnell leitender epikritscher und propriozeptiver Fasern und die Bahnen der Hinterstränge untersucht. Aussagen sind über den Vergleich mit Normalwerten der Latenzen und im Seitenvergleich möglich. SEP sollten immer im Seitenvergleich beurteilt werden.
Abb. 3.9

Somatosensibel evozierte Potenziale nach Stimulation des N. medianus. Ableitungen über dem zum Reiz kontralateralen Handfeld (CP3/4) mit einer Referenz bei Fz, vom Vertex (Cz) zur reizkontralateralen Schulter (SH), von HWK 7 (C7 zum Vertex bzw. zum vorderen Hals (Jug Fossa jugularis) und vom Erb-Punkt (Fossa supraclavicularis) zum Vertex. Anatomische Zeichnung: 1 Gyrus postcentralis; 2 Thalamus, Nucl. ventralis posterolateralis; 3 Lemniscus medialis; 4 Nucl. cuneatus; 5 Fasciculus cuneatus; 6 Radix dorsalis nervi spinalis; 7 Ganglion spinale; 8 spinale Interneurone. (Mit freundlicher Genehmigung von H. Buchner, Recklinghausen)

Anwendung

Zum Nachweis einer Leitungsverzögerung in den Hintersträngen (sowie im Lemniscus medialis und der thalamokortikalen Projektion) bei der MS, der funikulären Myelose, oder bei zervikalen Myelopathien. Bei unklaren Sensibilitätsstörungen oder dem Verdacht auf psychogene Gefühlsstörungen sollte die Aussagekraft des SEP nicht überschätzt werden, solange keine Anästhesie vorliegt. Andere Anwendungsgebiete sind die intraoperative Überwachung, z. B. bei Operationen am Rückenmark oder an der A. carotis. Ein beidseitig ausgefallenes kortikales Medianus-SEP 24–72 h nach hypoxischem Hirnschaden oder in den ersten Tagen nach Schädel-Hirn-Trauma ist mit einer sehr ungünstigen Prognose für das Wiedererlangen des Bewusstseins verbunden.

Frühe akustische Hirnstammpotenziale (FAHP)

Synonym

»Brainstem auditory evoked potentials« (BAEP).

Methodik

Für die neurologischen Untersuchungen wird durch Klicklaute (alternierender Sog und Druck) ein Ohr akustisch gereizt, das andere wird durch Rauschen vertäubt. Über Elektroden (Mastoid, Vertex) werden Änderungen des elektrischen Feldes im Frequenzspektrum von z. B. 100–3000 Hz registriert. Es müssen bei Normalhörenden zwischen 1000 und 2000 Reizerfolge gemittelt werden. Man erhält ein relativ charakteristisches Kurvenbild mit 5 nachweisbaren Wellen in den ersten 5–6 ms nach Reizbeginn, die in verschiedenen Stationen vom Hörnerven bis zum Mittelhirn entspringen und mit den römischen Ziffern I–V belegt werden (Abb. 3.10). Neben den Latenzen der einzelnen Spitzen ist auch der Abstand zwischen Welle III und V als Hirnstammlaufzeit von diagnostischem Interesse.
Abb. 3.10

Frühe akustisch evozierte Potenziale, Stimulation mit Klick, Ableitung vom Mastoid (A1, ipsilateral zum Reiz) zum Vertex. Anatomische Zeichnung: 1 N. cochlearis; 2 Nucl. cochlearis dorsalis; 3 Nucl. cochlearis ventralis; 4 Corpus trapezoideum; 5 Lemniscus lateralis; 6 Colliculus inf.; 7 Corpus geniculatum med.; 8 Gyri temporales transversi. Die lateinischen Ziffern I–V bezeichnen die Wellen. Deren Generatoren sind in der anatomischen Zeichnung ebenfalls lateinisch mit I–V bezeichnet. (Mit freundlicher Genehmigung von H. Buchner, Recklinghausen)

Anwendung

Einsatz finden die BAEP in der Diagnostik vieler entzündlicher, vaskulärer, traumatischer und neoplastischer Hirnstammläsionen, bei der Überwachung von Operationen in der hinteren Schädelgrube und bei der objektiven Audiometrie (»brainstem evoked response audiometry«, BERA). Beim Vestibularisschwannom findet sich eine charakteristische Verzögerung zwischen Welle I und III (und allen Folgewellen). Mittelschnelle (MAEP) und späte akustisch evozierte Potenziale (LAEP) werden im Hörkortex generiert. Sie werden z. T. in der Audiologie für die objektive Audiometrie verwendet.

3.2.6 Elektroenzephalographie (EEG)

Methodik

Die Elektroenzephalographie ist die Registrierung der bioelektrischen Aktivität des Gehirns. Die Quellen des spontanen EEG sind überwiegend postsynaptische Potenziale an den Pyramidenzellen des Kortex (Abb. 3.11). Wenn diese in größeren Verbänden synchronisiert sind, entstehen Potenzialschwankungen die von der Kopfhaut abgeleitet werden können. Die standardisierte Anordnung der Elektroden erfolgt nach dem sog. 10–20 System (Abb. 3.12a). Für Routine-EEG werden etwa 20 Elektroden verwendet, für spezielle Fragestellungen kann die Zahl deutlich höher liegen. Die Elektroden werden mit einem Verstärker verbunden (Abb. 3.12b), der als Differenzverstärker die Potenzialschwankungen zwischen zwei Elektroden abgreift. Meistens werden alle Elektroden gegen eine Referenzelektrode in der Mittellinie verschaltet. Um eine möglichst Artefakt arme Ableitung zu ermöglichen muss beim Anbringen der Elektroden ein möglichst geringer Elektrodenwiderstand erreicht werden. Bei den heute üblichen digitalen EEG-Geräten wird das analoge Signal nach der Verstärkung digitalisiert. Es ist dann möglich, das EEG nicht nur in der aufgezeichneten Anordnung auszuwerten, sondern andere Verschaltungen (sog. Montagen) können nachträglich berechnet werden (Facharztbox: EEG-Montagen, Potenzialtopographie und Quellenlokalisation).

Abb. 3.11

Entstehung des EEG. Oberflächennegative langsame Hirnpotenziale werden durch Polarisation des Kortex erzeugt, indem thalamische Afferenzen die apikalen Dendriten von Pyramidenneuronen aktivieren. Die extrazellulären Ströme erzeugen auf der Kopfhaut messbare Potenziale. (Adaptiert nach Birbaumer u. Schmidt 1996)

Abb. 3.12a,b

EEG-Elektroden-Platzierung. a EEG-Elektrodenschema nach internationaler Konvention (10–20-System), Schemazeichnung. b EEG-Haube nach dem 10–20-System mit Verbindung der Elektroden zum EEG-Vorverstärker

Die Darstellung des EEG erfolgt traditionell so, dass negative Potenziale nach oben und positive nach unten dargestellt werden. Bei Routine-EEG erfolgt eine Aufzeichnung über etwa 20 min, bei bestimmten Fragestellungen auch länger. Viele modere EEG-System können gleichzeitig mit dem EEG eine Videospur aufzeichnen, um das Verhalten des Patienten und insbesondere Anfälle synchron mit dem EEG zu dokumentieren. Dies spielt insbesondere für das EEG-Monitoring bei komplizierten Epilepsien eine Rolle, wo Video-EEG über viele Stunden bis zu Tagen, speziell auch in der Nacht, aufgezeichnet werden können.

Besondere Ableitungen und Provokationsverfahren

Häufig wird die Routine-EEG-Untersuchung ergänzt durch Provokationsverfahren, die das Auftreten bestimmter pathologischer Muster wahrscheinlicher machen. Zur Provokation verwendet man:
  • Hyperventilation. Sie wirkt über das Abatmen von CO2 und ist vor allem hilfreich bei Absencen und anderen idiopathischen generalisierten Epilepsien. Mitunter kann auch eine fokale Verlangsamung deutlicher werden. Generalisierte Verlangsamungen können auch beim Gesunden unter Hyperventilation auftreten.

  • Stimulation mit intermittierenden Lichtblitzen wechselnder Frequenz (Photostimulation). Sie kann manchmal bei generalisierten oder fokalen okzipitalen Epilepsien epilepsietypische Muster auslösen. Beim Gesunden wird häufig das sog. Photic-Driving ausgelöst.

  • Schlaf, am besten nach vorangegangenem Schlafentzug. Je nach Art der Epilepsie werden epilepsietypische Muster häufiger bei Schläfrigkeit, in der Einschlafphase oder während dem Schlaf beobachtet. Schlafentzugs-EEG werden daher vor allem dann durchgeführt, wenn ein entsprechender Befund erwartet aber im Wach-EEG nicht erhoben wurde.

Abb. 3.13a–d

Abhängigkeit der Potenzialverteilung von der Quellenkonfiguration. Die EEG-Topographie hängt nicht nur vom Ort sondern auch von der Ausrichtung einer Stromquelle ab. a Oberflächlich gelegene radiale Quellen – hier ein Beispiel im Gyrus temporalis superior – erzeugen ein Potenzial-Minimum (oder Maximum) über dem Aktivierten Kortexareal im EEG (blau). b In einer weit verbreiteten Montage mit vier Längsreihen (der sog. »doppelten Banane«) findet man das Minimum der EEG-Verteilung anhand der Phasenumkehr über T4 (blauer Kasten). c In der referenziellen Montage gegen Cz findet sich entsprechend ein Amplitudenmaximum bei T4. d Wenn eine Stromquelle nur etwas weiter medial liegt – hier auf der Oberfläche des Temporallappens – hat sie eine überwiegend tangential zur Kopfoberfläche gerichtete Orientierung. In diesem Fall liegen Minimum (blau) und Maximum (rot) weiter entfernt von der Quelle. Die Quelle selbst liegt zwischen Maximum und Minimum, ungefähr dort wo das Potenzial Null beträgt. Solche dipolaren Quellenkonfigurationen werden vor allem von kleinen, sulkal gelegenen Quellen generiert und sind z. B. auch typisch für evozierte Potenziale

Facharztbox
EEG-Montagen, Potenzialtopographie und Quellenlokalisation

Eine Montage ist eine festgelegte Anordnung von Elektrodenverschaltungen die zur Darstellung des EEG benutzt wird. Historisch entsprach die Montage der Verschaltung, mit der das Signal vom Verstärker aufgezeichnet und dann direkt auf das Papier geschrieben wurde. Entsprechend wurden die Montagen während der Aufzeichnung umgeschaltet. Heute wird das EEG meistens mit nur einer Montage aufgezeichnet und andere Montagen können mittels einfacher Subtraktion und Addition für alle aufgezeichneten Elektrodenpositionen berechnet werden. Virtuelle Montagen mit abweichenden Elektrodenpositionen können darüber hinaus mit verschiedenen Interpolationsmethoden berechnet werden.

Klassische Montagen unterscheiden zwischen
  • referenziellen Montagen, bei denen alle Elektroden gegen die gleiche Referenzelektrode angezeigt werden, und

  • bipolaren Montagen.

Bei bipolaren Montagen wird jeweils die Potenzialdifferenz zwischen zwei nebeneinander liegenden Elektroden angezeigt. Diese werden dann in Längsreihen (von vorne nach hinten) oder in Querreihen (von links nach rechts) angeordnet. Schließlich gibt es Ansätze die Montage referenzfrei zu machen. Bei der Average-Referenz-Montage wird z. B. der Mittelwert aus allen Positionen von jeder Elektrodenposition abgezogen. Das Maximum eines Potenzialfeldes kann damit direkt an der jeweiligen Elektrodenposition abgelesen werden. Das Ergebnis der Average-Referenz hängt aber von der Anzahl und Anordnung der Elektroden ab und konvergiert erst mit einer ausreichend großen und weit um den Kopf verteilten Anordnung. Daher soll die Average-Referenz-Montage bei klinischen Fragestellungen zusammen mit anderen Montagen verwendet werden.

Um mit den klassischen Montagen Maxima oder Minima einer Potenzialverteilung zu finden, macht man sich verschiedene Lokalisationsregeln für bipolare und referenzielle Montagen zunutze (Abb. 3.13): Bei einer Längs- oder Querreihe liegt das Potenzialmaximum an der Elektrode, bei der die Polarität des Signals sich umkehrt, wenn sie gegen die zwei benachbarten Elektroden verschaltet wird (Phasenumkehr). Wenn es mehr als eine Phasenumkehr gibt liegt das Maximum (Minimum) dort wo man das größere Signal in der referenziellen Ableitung sieht. Wenn das Maximum (Minimum) am Rand der Elektrodenabdeckung liegt erkennt man dies in referenziellen Montagen (z. B. mit Referenz Cz oder ipsilateralem Ohr). Moderne EEG-Systeme stellen die Topgraphie eines ausgewählten EEG-Ablaufs auf Knopfdruck auch direkt als Potenzialkarte dar (Abb. 3.13a,d).

Für alle Stromquellen kann eine dipolare Konfiguration mit einem positiven und negativen Pol angenommen werden. Wenn die Quelle überwiegend radial ausgerichtet ist (Abb. 3.13a-c) findet sich ein Maximum direkt über der Quelle. Der Gegenpol liegt auf der anderen Seite und ist wegen der größeren Entfernung bei oberflächlichen kortikalen Quellen meist deutlich schwächer ausgeprägt. Bei tangential ausgerichteten Quellen liegen die ähnlich großen Maxima und Minima der Potenzialverteilung oft weit von der Quelle entfernt (Abb. 3.13d). Umso größer und weiter ausgedehnt eine Quelle ist, desto mehr nähert sich ihre Topographie einer radialen Quellenkonfiguration an, da sich die Ströme mit tangentialer Ausrichtung gegenseitig auslöschen. In diesem Fall darf man näherungsweise die Quelle des Signals unter dem Maximum vermuten.

Eine genauere Quellenlokalisation ist mit physikalischen Kopfmodellen möglich, mit denen berechnet werden kann, welche Feldverteilung eine Stromquelle im Gehirn auf der Kopfhaut erzeugt. Die umgekehrte Berechnung, also die Lokalisation einer neuronalen Quelle basierend auf dem von der Kopfhaut abgeleiteten EEG, ist dagegen nicht eindeutig möglich (sog. inverses Problem) und kann nur mit verschiedenen Vorannahmen gelöst werden, z. B. einer Eingrenzung auf einen Generator im Kortex. Die Genauigkeit der Methoden zur Quellenanalyse kann erhöht werden, wenn anatomische MRT-Daten vorliegen. In der neurokognitiven Forschung sind diese Methoden bereits fest etabliert, während die klinische Nutzung bislang kaum verbreitet ist.

Beschreibung des EEG-Signals

Die Wellen, die von der Kopfhaut registriert werden, unterscheiden sich nach Frequenz, Amplitude, Form, Verteilung (Topographie) und Häufigkeit (Ausprägung) (Abb. 3.14). Rhythmische EEG-Aktivität wird je nach Frequenz in eines von vier Frequenzbändern eingeordnet:
  • α-Band (8–13 Hz),

  • β-Band (14–30 Hz),

  • ϑ-Band (4–7 Hz) und

  • δ-Band (1–3Hz).

Außerdem kann das EEG verschiedene Formen charakteristischer Komplexe und Muster enthalten (Abb. 3.14f), auf die unten näher eingegangen wird.

Abb. 3.14a–f

Beispiele von EEG-Wellen der verschiedenen Frequenzbänder, Amplituden und Formen. Es ist jeweils ein Ausschnitt von ca. 3,3 s dargestellt. Die Amplitudenhöhen können nicht zwischen den einzelnen Abbildungen verglichen werden, da sie mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren aufgezeichnet wurden. Für Details Text. (Adaptiert nach Birbaumer u. Schmidt 1996)

Normales EEG

Das EEG des gesunden Erwachsenen wird in der Ruhe bei geschlossenen Augen vom α-Grundrhythmus beherrscht, der okzipital am stärksten ausgeprägt ist. Beim Augenöffnen, nach Sinnesreizen oder bei geistiger Tätigkeit wird der α-Rhythmus supprimiert. Diesen bereits von Hans Berger beschriebenen Vorgang nennt man α-Blockierung oder Arousal-Reaktion. Er gehört zur Charakteristik des normalen EEG (Abb. 3.15). Mitunter wird gleichzeitig auch eine Zunahme frontaler β-Aktivität beobachtet. Physiologische Aktivität im α-Band findet sich auch in der Zentralregion. Dieser sog. µ-Rhythmus wird durch Bewegungen oder Berührung der Hände unterdrückt.

Abb. 3.15

Normales EEG mit α-Blockade beim Augenöffnen. (Adaptiert nach Jung 1953)

Normvarianten sind EEG-Kurven mit anderer Grundaktivität, aber identischem Arousal-Effekt. Zu ihnen zählen das β-EEG und die ϑ-3–5/s-Grundrhythmusvariante. Diffus verteilte, niederamplitudige Thetaaktivität kann darüber hinaus vor allem im jüngeren Erwachsenenalter normal sein. Bei älteren Patienten werden gelegentlich auftretende Theta- und Deltawellen über der (linken) Temporalregion als normal bewertet. Medikamente können das EEG massiv verändern: Unregelmäßige Kurven, Blockade oder Verlangsamung der Grundaktivität und medikamentös bedingte Einlagerungen von β-Wellen sind häufige Befunde. Viele Medikamente, besonders Psychopharmaka, verändern das Kurvenbild. Dies muss bei der Deutung des EEG berücksichtigt werden und nicht zuletzt deshalb erfordert die Bewertung des EEG einige Erfahrung.

Im Kindes- und Jugendalter ist das EEG langsamer und unregelmäßiger als beim Erwachsenen. Der α-Rhythmus setzt erst allmählich nach dem 3. Lebensjahr ein. Das EEG »reift« erst jenseits der Pubertät zu dem Kurvenbild, das später während des ganzen Lebens für das Individuum charakteristisch ist. Auch im Jugendalter kann in den Alpharhythmus noch Deltaaktivität eingelagert sein (okzipitales Delta in der Jugend).

Pathologisches EEG

Fokale Veränderungen

Umschriebene Hirnläsionen können zu einer fokalen oder regionalen Verlangsamung des EEG führen. Es können rhythmische Verlangsamungen auftreten, oder irreguläre Theta- und Deltaaktivität. Dabei sind vor allem durchgehend auftretende fokale Verlangsamungen als pathologisch zu werten. Paroxysmale Verlangsamungen können auch mit fokalen Läsionen assoziiert sein, sind aber mitunter schwer von normvarianten Verlangsamungen abgrenzbar. Auch die einseitige Suppression des EEG, vor allem des α-Rhythmus, wird als fokale Veränderung bewertet, wenn der Amplitudenunterschied mehr als 50% beträgt. Schwere einseitige Hirnfunktionsstörungen können zum Auftreten periodischer lateralisierter epileptiformer Entladungen (Discharges, PLEDs) führen. PLEDs treten häufig zusammen mit Anfällen auf, werden selbst aber meist nicht als Anfallsmuster interpretiert.

Generalisierte Veränderungen

Als generalisiert (oder diffus) bezeichnet man EEG-Veränderungen mit einer weiten Verteilung über beide Hemisphären. Auch generalisierte Veränderungen sind aber nicht in allen Ableitungen gleich und häufig ist die Amplitude frontal am höchsten. Generalisierte Veränderungen können sich in einem verlangsamten Grundrhythmus spiegeln, oder sie können sich als weit verteilte, häufig frontal betonte Theta- oder Deltawellen manifestieren. Intermittierende Verlangsamungen müssen von Vigilanzschwankungen abgegrenzt werden. Hierzu muss der Patient während der Ableitung mitunter aktiviert werden. Ein häufiges Muster bei ansonsten wenig veränderten EEG ist die frontale intermittierende rhythmische Deltaaktivität (FIRDA). Vor allem bei metabolischen Enzephalopathien, aber auch bei fortgeschrittenen neurodegenerativen Erkrankungen, treten triphasische Wellen – bei denen der zweite, positive Ausschlag am prominentesten ist – in periodischen Mustern auf. Bei schwersten Hirnschäden kann das EEG generalisiert supprimiert sein, oder gleichförmige, nicht reagible rhythmische Aktivität zeigen. Häufig wird auch durchgehende periodische Aktivität bestehend aus epileptiformen Mustern beobachtet. Patienten mit solchen generalisierten periodischen EEG Mustern sind praktisch immer bewusstseinsgestört und haben schwere generalisierte Hirnfunktionsstörungen.

Epilepsietypische Potenziale

Als epilepsietypische Potenziale werden spitze Wellen negativer Polarität bezeichnet, die sich deutlich aus der Grundaktivität herausheben oder diese unterbrechen. Hierzu gehören Spikes (<80 ms), Polyspikes, Sharpwaves (80–200 ms) und ihre charakteristischen Kombinationen mit langsameren Wellenformen (z. B. Spike-Wave-Komplexe). Wie bei anderen EEG-Mustern ist eine wichtige Zusatzinformation ob epilepsietypische Potenziale mit generalisierter oder fokaler Topographie auftreten.

In beiden Fällen unterscheidet man interiktale Aktivität, vor allem einzelne Spikes oder Sharpwaves die zwischen Anfällen und ohne Verhaltenskorrelat auftreten, von Anfalls- oder iktaler Aktivität. Das Auftreten epilepsietypischer Potenziale ist bei einem Patienten der anfallsartige Störungen hat ein wichtiger Hinweis auf deren epileptische Genese. (Auch eine interiktale fokale Verlangsamung kann ein wichtiger Hinweis bei einer Epilepsie sein, wird aber nicht unter den epilepsietypischen Potenzialen zusammengefasst).

Anfälle können sich unterschiedlich im EEG darstellen. Häufig beginnen sie als hochfrequente rhythmische Aktivität, die sich im Verlauf des Anfalls verlangsamt und dabei an Amplitude zunimmt. Andere Anfälle bestehen aus der rhythmischen, isomorphen Wiederholung epilepsietpypischer Potenziale über mehrere Sekunden (oder länger). Verschiedene Formen »kleiner« Anfälle sind nur nach ihrem charakteristischen EEG-Muster (z. B. 3-Hz-Spike-Wave bei der Absencen-Epilepsie) richtig zu klassifizieren (Kap.  14). Ein normales EEG während einem Anfall schließt eine Epilepsie als Ursache des Ereignisses praktisch aus.

Ein normales EEG im Intervall beweist dagegen nicht, dass keine Epilepsie vorliegt, da bei etwa 30% der Anfallskranken der Kurvenverlauf unauffällig ist. In diesen Fällen wiederholt man die Ableitung mehrmals, auch unter Provokationsmaßnahmen. Andererseits kann grundsätzlich jedes Gehirn, wenn es nur stark genug provoziert oder geschädigt ist, epilepsietypische Potenziale produzieren. Findet man also im EEG epilepsietypische Potenziale, z. B. unter der Einnahme von Neuroleptika, darf man nicht allein daraufhin die Diagnose einer Epilepsie stellen.

Anwendung

Die größte Bedeutung hat das EEG in der Diagnostik und therapeutischen Kontrolle der Epilepsie. Darüber hinaus ist das EEG wichtig für die Differenzialdiagnose und Verlaufsbeurteilung von Bewusstseinsstörungen und Koma, vor allem auf der Intensivstation, und für die Beurteilung diffuser Hirnschädigungen bei Enzephalitis, Stoffwechselkrankheiten oder Intoxikationen. Weitere Anwendungen sind die Diagnostik von Schlafstörungen und die Unterstützung bei der Feststellung des Hirntodes.

Exkurs
EEG im Schlaf

Der Schlaf modifiziert das EEG: Beim Einschlafen verlangsamt sich das EEG. Man unterscheidet verschiedene Schlafstadien von unterschiedlicher Tiefe, die während der Nacht 3- bis 5-mal zyklisch durchlaufen werden. Sie werden als Stadien 1–4 beschrieben: Zunehmender Schlaftiefe entspricht eine Verlangsamung bis zu sehr langsamen, synchronen δ-Wellen. Über die Nacht nimmt dabei der Anteil der tiefen Schlafstadien ab. Als spezifische Graphoelemente treten im Stadium 1 die sog. Vertexwellen auf. Im Stadium 2 werden Schlafspindeln und K-Komplexe beobachtet. Jeder EEG-Zyklus endet mit einem Stadium, in dem das Kurvenbild von flachen, raschen und unregelmäßigen Wellen beherrscht wird. Währenddessen ist die Weckschwelle stark erhöht, der Schlaf ist also – in augenscheinlichem Gegensatz zum EEG-Muster, zum Blutdruck (erhöht) und zur Hirndurchblutung (vermehrt) – besonders tief. Man spricht deshalb vom paradoxen Schlaf. Der Muskeltonus ist gleichzeitig stark herabgesetzt, im Gesicht und an den Gliedmaßen treten myoklonische Zuckungen auf. In diesem Stadium führen die Augen rasche, horizontale und vertikale Bewegungen mit einer Frequenz von 5–10/s aus, weshalb man den paradoxen auch als REM-Schlaf (REM, »rapid eye movement«) bezeichnet. Vorwiegend im REM-Schlaf treten die strukturierten Träume auf. Die Dauer der REM-Phasen nimmt im Verlauf des Nachtschlafes von etwa 20 min auf etwa 35 min zu. Der REM-Schlaf macht beim Erwachsenen im mittleren Lebensalter etwa 20% des Nachtschlafes aus. Neugeborene und Säuglinge haben mehr REM-Schlaf als Erwachsene.

Bei Schlafstörungen, schlafassoziierten Atmungsstörungen (Schlafapnoesyndrom, Kap.  15.2) und anderen neuro-psychiatrischen Erkrankungen kann der Anteil und Ablauf der Schlafphasen verändert sein. Die Ableitung des EEG ist daher Teil der polygraphischen Messung im Schlaflabor. Hier werden zusätzlich zum EEG noch Herz-Kreislauf-Parameter, Atmungskurven, Elektrookulogramm und EMG aufgezeichnet.

3.2.7 Magnetenzephalogramm (MEG)

Methodik

Das MEG ist ein Pendant des EEG, bei dem vorwiegend die durch Primärströme in kortikalen Pyramidenzellen ausgelösten Magnetfelder gemessen werden. Dies erfordert einen deutlich höheren Aufwand als die Messung des EEG, da die Magnetfelder im Bereich von fT (10-18 T) liegen und nur mit supraleitenden Spulen in aufwändig magnetisch abgeschirmten Räumen gemessen werden können. Aus geometrischen Gründen sieht das MEG vor allem eine Projektion der tangential zur Kopfoberfläche orientierten Quellen, während radiale Quellen – die das spontane EEG dominieren – viel geringer zum MEG-Signal beitragen. Vorteil des MEG gegenüber dem EEG ist, dass die Modellierung der zugrundeliegenden Quellen präziser möglich ist, da die (nicht konstante und schwer zu bestimmende) Leitfähigkeit des Schädels in der Berechnung vernachlässigt werden kann. Auch ist das MEG für manche Quellenkonfigurationen empfindlicher als das EEG, vor allem für kleine sulkal gelegene Quellen. Aufgrund des hohen Aufwandes wird das MEG bislang vor allem für die Forschung in den kognitiven Neurowissenschaften eingesetzt.

Anwendung

In spezialisierten Zentren wird das MEG (z. T. noch experimentell) zur Lokalisation epilepsietypischer Aktivität im Rahmen der prächirurgischen Diagnostik verwendet. Ziel ist es dabei, die Elektroden für invasive Ableitungen besser zu platzieren oder sogar ganz auf invasive Ableitungen verzichten zu können.

3.2.8 Intrakranielles EEG (iEEG)

Methodik

Die Ableitung des EEG kann auch mit speziellen Elektrodengrids direkt auf dem Kortex (Elektrokortikographie, ECoG) oder mit stereotaktischen Tiefenelektroden erfolgen. Neben der hohen Lokalisationssicherheit (in Kombination mit Schnittbildgebung) ermöglichen diese Techniken ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis als das Skalp-EEG. Mitunter können auch hochfrequente Entladungen im Gamma (30–80 Hz) und High-Gamma-Band (80–250 Hz) untersucht werden, die im Oberflächen EEG nicht direkt zugänglich sind.

Anwendung

Da das iEEG mit einem neurochirurgischen Eingriff verbunden ist, wird es ausschließlich in der prächirurgischen Epilepsiediagnostik verwendet, um den Beginn von Anfällen und damit das zu entfernende Hirngewebe mit höchstmöglicher Sicherheit identifizieren zu können. Die Platzierung der Elektroden erfolgt dabei individuell unter Berücksichtigung aller vorhandenen nicht-invasiv erhobenen Befunde.

3.2.9 Elektrookulographie (EOG)

Elektrokulographie ist die elektrische Registrierung von Augenbewegungen wie dem spontanen und des durch Provokation ausgelösten Nystagmus.

Diese Methode gestattet eine genauere Analyse von Augenbewegungen und Nystagmus als die unmittelbare Beobachtung und gestattet die Untersuchung von Bulbusbewegungen auch bei geschlossenen Augen. Dabei werden Phänomene sichtbar, die bei offenen Augen nicht nachweisbar sind. Mit Hilfe der EOG ist die Bestimmung der Sakkadengeschwindigkeit möglich.

Prinzip

Die Augen sind ein elektrischer Dipol, bei dem die Kornea positiv, die Retina negativ ist. Augenbewegungen bewirken eine Veränderung im elektrischen Feld, das durch je zwei Elektroden abgeleitet wird: über den beiden äußeren Augenwinkeln für horizontale, ober- und unterhalb eines Auges für vertikale Bulbusbewegungen.

Untersuchungsgang

Man untersucht nacheinander auf Spontannystagmus mit offenen und geschlossenen Augen, Nystagmus bei willkürlichen Blickbewegungen, Führungsbewegungen, optokinetischen Nystagmus (Projektion rotierender Muster auf einen halbkreisförmigen Schirm) sowie labyrinthären Nystagmus nach Drehreizen und Kalorisation.

3.3 Neuroradiologische Untersuchungen

  • Martin Bendszus

3.3.1 Konventionelle Röntgenaufnahmen

Konventionelle Röntgenaufnahmen haben in der Neurologie praktisch keine Relevanz mehr.

Übersichtsaufnahmen des Schädels

Die knöchernen Strukturen der Schädelbasis und insbesondere auch das Felsenbein können heute wesentlich besser und überlagerungsfrei mit der Computertomographie dargestellt werden.

Röntgenaufnahmen der Wirbelsäule

Diese gehörten zu den Routinemethoden in der Diagnostik von degenerativen und entzündlichen Wirbelprozessen. Die drei Abschnitte der Wirbelsäule wurden im sagittalen und lateralen Strahlengang aufgenommen und die Foramina intervertebralia der HWS können durch zusätzliche Schrägaufnahmen dargestellt werden. Einen gewissen Stellenwert neben den Schnittbildverfahren MRT und CT haben lediglich Funktionsaufnahmen, welche Instabilitäten darstellen können. Auch diese Nativaufnahmen werden heute durch spinale Computertomographie ersetzt.

3.3.2 Computertomographie (CT)

Prinzip

Röntgenstrahlen werden beim Durchdringen von Gewebe abgeschwächt. Der Grad der Abschwächung hängt von der Dichte des Gewebes ab. Im Gegensatz zur konventionellen Röntgentechnik werden die geschwächten Röntgenstrahlen aber nicht zur Filmschwärzung benutzt, sondern mit Hilfe spezieller Detektoren gemessen. Durch verfeinerte Messtechnik und Datenverarbeitung der Messwerte kann ein Bild aufgebaut werden, welches eine wesentlich feinere Differenzierung der Gewebsdichte ermöglicht als das konventionelle Röntgenbild. Der Rechner ordnet die Messwerte in einer Bildmatrix, in der die verschiedenen Schwächungswerte in Graustufen bildlich dargestellt werden (Hounsfield-Einheiten). Im Schichtverfahren werden die interessierenden anatomischen Abschnitte des jeweiligen Organs (Schädel, Gehirn, Wirbelsäule, Rückenmark) in variabel wählbarer Schichtdicke untersucht und abgebildet.

Methodik

Man kann die Untersuchung als Nativ-Scan und nach intravenöser Gabe eines jodhaltigen Kontrastmittels durchführen. Das Kontrastmittel reichert sich besonders stark in abnormen Gefäßen (Gefäßmissbildungen, Tumorgefäße), in hyperämischen Bereichen (Randzone von Infarkten) oder aber auch jenseits einer gestörten Blut-Hirn-Schranke (z. B. in entzündlich verändertem Gewebe oder in Tumoren) an und verändert dort den Bildkontrast durch die resultierende Strahlenabschwächung. Die Dokumentation der Abbildungen erfolgt mittels Laserkamera auf Film oder auf digitalen Speichermedien.

Kraniale Computertomographie

Mit der Computertomographie ist es möglich, anatomisch präzise sämtliche intrakranielle Strukturen wie graue und weiße Substanz, Liquorräume, Plexus chorioideus sowie deren pathologische Veränderungen durch Hirntumoren, Hirnödem, Kontusionsherde, Infarkte sowie Blutungen darzustellen. Insbesondere in der Notfalldiagnostik bei intrakraniellen Blutungen (obwohl diese mittels MRT im frühen Stadium auch sicher dargestellt werden) ist das CT noch immer in den meisten Kliniken die Methode der Wahl. Dies gilt auch für die Akutdiagnostik von Schädel-Hirn-Traumen (Kontusionsblutungen, sub- und epidurale Hämatome) und Hirninfarkten. Abb. 3.16 zeigt den Vergleich morphologischer Darstellungen ausgewählter Hirnschnitte in CT, Magnetresonanztomographie (s. u.) und im anatomischen Präparat.

Abb. 3.16a–c

Vergleich CT (a), Anatomie (b) und MRT (c)

Die Strahlenbelastung der Standarduntersuchung ist wesentlich geringer als bei vergleichbaren invasiven neuroradiologischen Untersuchungsmethoden (zerebrale Angiographie und Intervention). Die Augenlinse ist im Kopfbereich das strahlenempfindlichste Organ (Katarakt) und sollte aus dem Strahlengang ausgeblendet werden.

Nach internationaler Konvention werden CT und MRT-Abbildungen so dargestellt, dass sich rechts die linke Gehirnhälfte befindet und links die rechte.

Spiral-CT

Die Einführung ultraschneller Scanner und insbesondere die Entwicklung der Spiral-CT erweitern das Indikationsspektrum der CT erheblich. Dieses Verfahren beruht darauf, dass innerhalb eines definierten Untersuchungsvolumens nicht jede Schicht einzeln unter Röntgenstrahlung generiert wird, sondern rechnerisch aus einem Datenvolumen berechnet wird. Der Patient wird mit dem Untersuchungstisch kontinuierlich in eine Richtung bewegt, während gleichzeitig die Röntgenröhre rotiert, so dass effektiv eine spiralig ausgerichtete Röntgendurchstrahlung resultiert. Es handelt sich also nicht um ein Schichtaufnahme-, sondern vom Prinzip her um ein Volumenaufnahmeverfahren. Die Auflösung und die Geschwindigkeit sind abhängig von der Zahl der Detektorreihen (aktuell bis 512-Zeiler). Die Spiral-CT ermöglicht durch die digitale Nachbearbeitung der gewonnenen Daten die anatomisch exakte dreidimensionale Darstellung des knöchernen Schädels und der Wirbelsäule.

Perfusions-CT

Bei der Perfusions-CT wird nach einem intravenösen Bolus von Kontrastmittel repetetiv eine 2D-Schicht oder ein Volumen abgetastet und die Anflutung des Kontrastmittels im Hinrparenchym erfaßt. Aus diesen Daten lassen sich dann mit einer speziellen Auswertesoftware der zerebrale Blutfluss (CBF), das zerebrale Blutvolumen (CBV) sowie die Anflutungsgeschwindigkeit (»time to peak«, TTP) berechnen. Diese Parameter sind insbesondere beim akuten Schlaganfall (Kap.  5.3) relevant.

CT-Angiographie

Mit der CT-Angiographie, einem weiteren Ergebnis der Entwicklung der Spiral-CT, ist eine Methode verfügbar, die die Darstellung extra- und intrakranieller Gefäße (Kap.  5) ermöglicht (Exkurs: Methodik der CT-Angiographie). Die CT-Angiographie der zerebralen Gefäße in Spiral-CT-Technik liefert heute eine so gute Darstellung, dass sie in vielen Fällen eine Alternative zur konventionellen intraarteriellen Angiographie ist (Abbildungen Kap.  5).

Exkurs
Methodik der CT-Angiographie

Je nach Fragestellung wird ein definiertes Untersuchungsvolumen (z. B. der Circulus arteriosus Willisii oder die Karotisbifurkation) in Spiraltechnik dargestellt. Unmittelbar vor dem Untersuchungsbeginn wird eine definierte Kontrastmittelmenge (100–150 ml nichtionisches jodhaltiges KM) intravenös maschinell injiziert. Nach der ersten Lungenpassage des Mittels werden die Arterien kontrastiert. Spezielle Nachverarbeitungstechniken erlauben eine dreidimensionale Rekonstruktion der Gefäße und die (zumindest teilweise) Subtraktion des benachbarten Knochens. Analog zu den in der Magnetresonanzangiographie verwendeten Nachverarbeitungsprogrammen gibt es hierzu eine sog. »Maximum-Intensity-Projektion« (MIP), einen Rechenalgorithmus, der die Gefäße in Abhängigkeit von ihrer KM-Dichte darstellt.

Die Vorteile dieser Technik sind neben der fehlenden Invasivität die bessere dreidimensionale räumliche Darstellung. Damit können z. B. bei Aneurysmen die Größe des Aneurysmahalses und die anatomische Beziehung zum Trägergefäß oder die Morphologie einer verkalkten Karotisbifurkation besser eingeschätzt werden. Vor einer Kontrastmittelapplikation sollten Schilddrüsen und Nierenfunktionsparameter bekannt sein. Auch allergische Reaktionen können vorkommen, wenngleich sie auch selten vorkommen.

Spinale Computertomographie und Myelo-CT

Auch für die spinale Diagnostik ist die CT gut geeignet. Hier stellt sie vor allem die knöchernen Strukturen und die Bandscheiben gut dar, während die Weichteilauflösung des Rückenmarkseingeschränkt ist. Demzufolge ist die Hauptindikation für spinale CT-Untersuchungen die degenerative Erkrankung der Wirbelsäule (Bandscheibenvorfälle, spinale Stenose) sowie das Trauma der Wirbelsäule. Bei Beteiligung des Myelons (Tumoren, Ischämie, Trauma) sollte für eine adäquate Diagnostik des Myelons eine MRT erfolgen.

Mit dem Myelo-CT lässt sich nach intrathekaler Gabe von Kontrastmittel (KM) die Beziehung von Bandscheiben und Rückenmark bzw. Nervenwurzeln gut erkennen. Eine vorherige exakte klinisch-neurologische Vordiagnostik ist zur exakten Höhenlokalisation notwendig.

3.3.3 Magnetresonanztomographie (MRT)

Prinzip

Die Magnetresonanztomographie beruht auf dem Prinzip, dass alle Atomkerne mit einer ungeraden Nukleonenzahl ein magnetisches Moment aufweisen. Für bildgebende Verfahren in lebenden Organismen lässt sich diese Eigenschaft am Wasserstoffatomkern besonders günstig ausnutzen.

Der Patient wird im Gerät einem ständig vorhandenen statischen Magnetfeld ausgesetzt, das die Wasserstoffatomkerne parallel zum Magnetfeld in Nord-Süd-Richtung ausrichtet. Die Untersuchung erfolgt durch die Einstrahlung von Hochfrequenzimpulsen (sog. Gradienten), die unterschiedliche Energiezustände der Wasserstoffatomkerne bewirken. Nach Abschalten wird die eingestrahlte Energie wieder abgegeben und trägt damit zur Bildgebung bei. Charakteristische Normalbefunde gibt Abb. 3.17.
Abb. 3.17a–f

Beispielhafte MRT-Sequenzen (Normalbefunde).a T1 axial Gehirn; Schichtführung auf Stammganglienniveau. b T2 axial Gehirn, gleiche Schichtebene. c FLAIR axial Gehirn, Schichtebene auf Seitenventrikelniveau. d T2 Gehirn sagittal, Schichtführung Mittellinie. e T1 sagittal lumbale Wirbelsäule. f T1 sagittal zervikale Wirbelsäule

Durch Überlagerung von Gradientenfeldern über das statische Feld in den 3 Raumebenen X, Y, Z kann man Ortsinformationen erhalten, da die Anregungsbedingungen nur in einer definierten Schicht hergestellt werden. Dies bedeutet, dass die Schichtbilder in jeder Raumrichtung ohne Umlagerung des Patienten erzeugt werden können. Die von Knochenartefakten weitgehend freie Darstellung der MR-Tomographie machen diese besonders geeignet für die Abbildung anatomischer und pathologischer Strukturen an der Basis der mittleren Schädelgrube, in der hinteren Schädelgrube und im Spinalkanal.

Immer wieder werden zu viele falsch-positive Befunde bei Signalveränderungen erhoben, die entweder vieldeutig oder ohne pathologische Bedeutung sind. Auch das Erkennen von Artefakten verlangt große Erfahrung. Weitgehend unbeeinflusst bleibt die MR-Tomographie durch die bei der Computertomographie häufig artefaktgebenden knöchernen Strukturen der Schädelbasis oder der Wirbel. Die MRT liefert einen der CT weit überlegenen Weichteilkontrast, z. B. bei der Differenzierung von Bandscheiben und Bandstrukturen im Spinalkanal.

Die T1- und T2-Eigenschaften der Gewebe begünstigen zwar die kontrastreiche, bildhafte Darstellung anatomischer Strukturen, reichen aber nicht aus, um verlässliche Aussagen über die histologische Zusammensetzung des Gewebes zu treffen. Verschiedene chemische Substanzen lassen sich mit der Magnetresonanzspektroskopie (s. u.) differenzieren.

Einen Überblick über die verschiedenen MRT-Sequenzen gibt der Exkurs.
Abb. 3.18a,b

MRT T1 Sequenz ohne (a) und mit (b) Kontrastverstärkung (Gadolinium GTPA). Auf dieser axialen Schicht durch die Stammganglienebene eines normalen Gehirns erkennt man die KM-Anreicherung im Ventrikelplexus und den Hirnvenen und Sinus

Abb. 3.19a,b

Mismatch zwischen diffusionsgewichteter Sequenz und Perfusions-MR (Mean transit time (MTT) Paradigma). Während die Diffusionseinschränkung (a) helles Signal linke Hemisphäre (a) auf ein sehr kleines Areal paraventrikulär beschränkt ist, das schon zu diesem Zeitpunkt infarziert ist, findet man ein ausgedehntes, tiefes Perfusionsdefizit (b) über dem mittleren MCA-Territorium. Die Differenz zwischen beiden Sequenzen gilt als MR-tomographisches Korrelat zur Penumbra (Kap.  5), die bei erfolgreicher Reperfusion nicht infarziert

Exkurs

MRT-Sequenzen

Methodisch unterscheidet man verschiedene Verfahren zur Bildgebung, z. B. die Spin-Echo- und Gradienten-Echotechnik, neuerdings auch die Turbo-Spin-Echotechnik und das Echo-Planar-Imaging. Letztere erlauben eine enorm schnelle Durchführung der Untersuchung, so dass man pro Bild weniger als eine Sekunde an Aufnahmezeit benötigt. Im Vergleich dazu liegen die Untersuchungszeiten beim klassischen Spin-Echo pro Bild im Bereich von 30 Sekunden bis zu Minuten. Die Grauwertverteilung, mit der sich anatomische Strukturen im MR-tomographischen Bild darstellen lassen, hängt davon ab, ob mittels der Aufnahmeparameter eine Abbildung mehr der T1- oder mehr der T2-Eigenschaften des Gewebes gewählt wurde. In einem T1-betonten Bild stellen sich signalarme Bereiche mit langer T1-Zeit dunkel dar, während sich im T2-betonten Bild signalreiche Bezirke mit langer T2-Zeit hell darstellen. Krankhafte Veränderungen im Gewebe beeinflussen das T1- bzw. das T2-Verhalten oder auch beide Eigenschaften der Wasserstoffkerne.

Für die Durchführung dreidimensionaler Untersuchungen, von MRT-Angiographien und für funktionelle Untersuchungen sind diese schnellen Sequenzen unbedingte Voraussetzung. Bei der Bilderstellung unterscheidet man in Abhängigkeit von den gewählten Untersuchungsparametern grundsätzlich zwischen sog. T1-, T2- und protonendichtegewichteten Bildern, die je nach Fragestellung eingesetzt werden. Die T1-gewichteten Darstellungen geben die beste anatomische Darstellung und können mit Kontrastmittelgabe kombiniert werden (Abb. 3.18).

Sequenzen, die die Diffusion von Wasser darstellen (diffusionsgewichtetes MR [DWMR oder DWI]) und solche, die Rückschluss auf die regionale Hirndurchblutung zulassen (Perfusions-MR), haben schon jetzt einen festen Platz in der MR-Diagnostik gewonnen (Abb. 3.19).

Diffusionsgewichtetes MR

Prinzip

Diffusionsgewichtetes Imaging (DWI) wird durch die Ergänzung von sog. Diffusionsgradienten in Spin-Echo-Sequenzen erzeugt. Hierbei wird die Bewegung von Wasser im Extrazellulärraum abgebildet (Braun-Molekularbewegung). Nähere Informationen zur Diffusions-MR Facharztbox.

Perfusions-MR

Prinzip

Ein intravenöser Bolus eines paramagnetischen Kontrastmittels wird in kurzer Zeit in die Blutbahn gegeben. Die Kontrastmittelpassage führt zu einer messbaren Signalveränderung des Gewebes während der Boluspassage, welche ein Maß für die Durchblutung ist. DWI und PMR werden neben Forschungsfragen in der klinischen Routine vor allem für neurovaskuläre, zunehmend aber auch für neuroonkologische (Malignitätsgrad von Tumoren) Fragestellungen eingesetzt. Nähere Informationen zur Perfusions-MR Facharztbox.

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Diffusions-MR

Prinzip. In der Zelle ist die Diffusion durch das Zytoskelett, die Zellorganellen und letztlich auch durch die Zellmembran begrenzt. Das Bildsignal hängt somit von der Anzahl der Wassermoleküle und der Weite des extrazellulären Diffusionsraums ab. Je stärker die Diffusionswichtung ist, desto größer ist der Kontrast zwischen Gewebe mit normaler Diffusion und Gewebe mit eingeschränkter Diffusion. Beim zytotoxischen Ödem kommt es zu einer Verlagerung der Wassermoleküle nach intrazellulär, und der verbleibende Extrazellularraum wird durch die Zellschwellung enger. Synergistisch führen diese beiden Phänomene zu einer deutlichen Reduktion der Diffusionskapazität von Protonen, was in der DWI abgebildet wird. Die Messung der Diffusion mit unterschiedlichen Diffusionsgewichtungen (b-Werten) ermöglicht die Quantifizierung der Diffusion als sog. apparenter Diffusionskoeffizient (ADC, »apparent diffusion coefficient«). Unmittelbar mit Entstehung des zytotoxischen Ödems (also z. B. wenige Minuten nach Schlaganfallbeginn) sinkt der ADC.

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Perfusions-MR

Prinzip. Entgegen des üblichen Einsatzes von Gadolinium als T1-zeitverkürzender Substanz wird bei der Perfusionsmessung (PMR) der T2*-Effekt des Kontrastmittels zur Bildgebung genutzt. Dieser Effekt verursacht eine deutliche Signalminderung bei Passage des Kontrastmittels. Danach erreicht das Gewebe weitgehend wieder die initiale Signalstärke. Das KM wird mit einer hohen Flussrate (z. B. 5 ml/s) intravenös appliziert. Bei einer Perfusionsmessung wird das Gewebe repetitiv vor, während und nach der Kontrastmittelpassage in einem definierten Zeitintervall gemessen. Verwendet man die heute üblichen Geräte, so kann man 12 Bildschichten mit 1,2 s Repetition oder 20 Bildschichten mit 1,8 s Repetition aufnehmen. Das Integral der Boluskurve entspricht in Annäherung dem lokalen zerebralen Blutvolumen. Eine absolute Messung des regionalen Blutflusses ist jedoch nicht möglich, die Berechnung erfolgt jeweils relativ zu anderen Hirnarealen.

Magnetresonanzangiographie (MRA)

Prinzip

Die MRA wird vom technisch-physikalischen Prinzip her in zwei verschiedenen Formen durchgeführt (Exkurs: MR-Angiographie): entweder flusskodiert (als sog. Time-of-flight-Angiographie (TOF) oder als Phasenkontrastangiographie) oder kontrastmittelverstärkt, wobei es bei beiden Verfahren die Möglichkeit gibt, entweder sog. 2D- oder 3D-Sequenzen zu verwenden und über eine spezielle Rekonstruktions-Software eine räumliche Darstellung des Gefäßbaums zu erstellen. Der Nachteil dieser virtuellen, algorithmischen Nachbearbeitung ist der Informationsverlust des Bildinhalts von bis zu 30% im Vergleich zu den ursprünglichen Datensätzen.

Anwendung

Die MRA bietet die Möglichkeit, auf nichtinvasivem Weg die extra- und intrakraniellen hirnversorgenden Arterien darzustellen. Grundsätzlich sollte immer berücksichtigt werden, dass sie eine funktionelle Methode ist, die Flussphänomene darstellt, aber nicht die Gefäßmorphologie oder -anatomie abbildet. Darin unterscheidet sie sich grundsätzlich von der klassischen Angiographie und beinhaltet diagnostische Fehlerquellen. Die Interpretation einer MRA erfordert die genaue Kenntnis der technischen Parameter, der physikalischen Abläufe und der zu erwartenden und möglichen Artefakte sowie Fehlermöglichkeiten, nicht zuletzt auch der Grenzen der Methode. Andernfalls können Interpretationsfehler zur falschen Diagnose führen. Zudem ist die räumliche Auflösung der verfügbaren Sequenzen zurzeit noch deutlich schlechter als die einer modernen DSA (s. u.), so dass eine differenzierte Diagnostik der kleinen intrakraniellen Gefäße, z. B. bei der Fragestellung Vaskulitis, nicht möglich ist. Die MRA ist gegenwärtig nicht immer in der Lage, die intraarterielle Angiographie zu ersetzen.
Abb. 3.20

MR-Angiographie Aortenbogen, extra- und intrakranielle Arterien

Exkurs
MR-Angiographie

Time-of-flight-Angiographie. Der Vorteil der TOF-Methode ist die rasche und einfache Darstellung des schnellen arteriellen Flusses. Sie beruht darauf, dass in ein bestimmtes Gewebsvolumen, das von einem Gefäß durchkreuzt wird, ständig frische, ungesättigte Protonen einströmen, deren Signal zur Bildgebung verwendet wird. Daraus ergeben sich aber auch Probleme, da bei sehr langsamen Flussgeschwindigkeiten und bei turbulenten Stenosen zahlreiche Artefaktmöglichkeiten bestehen (Abb. 3.20).

Phasenkontrastangiographie. Demgegenüber sind die Phasenkontrastverfahren, die auf der Phasendifferenz bewegter und stationärer Protonen beruhen, sowohl gut geeignet, langsamen Fluss darzustellen als auch quantitative Flussgeschwindigkeitsmessungen durchzuführen. Beide Verfahren werden, je nach Fragestellung, ergänzend zueinander eingesetzt. Beide Verfahren benötigen kein Kontrastmittel.

Kontrastmittelangiographie. Hierbei wird die Angiographie mit MR-Kontrastmittel, vergleichbar der CTA, durchgeführt.

Funktionelle Magnetresonanztomographie

Prinzip

Die funktionelle Magnetresonanztomographie ist ein Verfahren, das sich die lokal vermehrte Sauerstoffextraktion im venösen Blut aktivierter Hirnareale zunutze macht. Die globalen und fokalen Aktivitäten des Gehirns sind von regional unterschiedlichen Veränderungen der Oxygenierung, des Blutflusses und des Blutvolumens begleitet (Abb. 3.21).
Abb. 3.21

Funktionelles Mapping und Traktographie bei einem rechtshändigen Patienten mit einem links temporoinsulär gelegenen, niedrigradigem Astrozytom zur Operationsplanung. Sprachaktivierungen in gelb-rot, Wernicke- und Broca-Region verbindender Fasciculus arcuatus in hellblau-blau (die Farbgradienten repräsentieren die Aktivierungs- bzw. Faserverlaufswahrscheinlichkeiten; A.J. Bartsch, Heidelberg)

Stellenwert

Derzeit wird die Methode überwiegend bei wissenschaftlichen Fragestellungen eingesetzt und weiterentwickelt. Absehbar sind jedoch vielfältige klinische Einsatzmöglichkeiten im neuropsychologischen und neurologischen Bereich, innerhalb der neurochirurgischen prä- und postoperativen Diagnostik sowie bei psychiatrischen und pharmakologischen Fragestellungen. Vertiefende Informationen zur funktionellen MRT Exkurs: Funktionelles Mapping und Traktographie).

Exkurs
Funktionelles Mapping und Traktographie

Für wissenschaftliche und zunehmend klinische Zwecke lassen sich der intrinsische T2(*)-Kontrast des paramagnetischen Desoxyhämoglobins oder perfusionsgewichtete Aufnahmen zur funktionellen MRT (fMRT) und multidirektionale Diffusionswichtungen für Traktographien nutzen. Anhand dieser Epiphänomene neuronaler Aktivierungen und der Myelinisierung intakter Faserbahnen können inzwischen sowohl Hirnaktivierungen der grauen Substanz als auch zentrale Projektions-, Kommissuren- und Assoziationstrakte der weißen Substanz verfolgt werden. Diese Verfahren ermöglichen unter anderem, im Rahmen der Planung und intraoperativen Neuronavigation bei neurochirurgischen Eingriffen motorische und spracheloquente Hirnareale zu berücksichtigen und zu schonen oder vor kochleären Implantationen die Integrität des auditorischen Systems zu prüfen.

Das funktionelle Mapping stützt sich dabei auf die sog. funktionelle Hyperämie, welche neuronale Aktivierungen begleitet und bereits 1890 von Roy und Sherrington postuliert wurde. Im Rahmen des gesteigerten Sauerstoffverbrauchs vermehrt aktiver Hirngebiete kommt es zunächst zu einer lokal erhöhten Sauerstoffextraktion, die sich in T2(*)-sensitiven MRT-Sequenzen durch die verminderte Konzentration des diamagnetischen Oxy- und die erhöhte Konzentration des paramagnetischen, signalreduzierend wirkenden Desoxyhämoglobins in einem initialen Signalabfall ausdrückt (»initial dip«). Dieser ist allerdings kaum messbar. Die zerebrale Autoregulation führt in der Folge zum verstärkten Einstrom sauerstoffgesättigten Blutes, also einer lokalen Oxyhämoglobinerhöhung, und damit einem verzögert einsetzenden Anstieg des »blood oxygenation level dependent« (kurz BOLD-) Signals. Alternativ kann mit »arterial spin labeling« (ASL) die zugrunde liegende Mehrdurchblutung detektiert werden. Da die Signalunterschiede in beiden Fällen gering und in der Größenordnung des physiologischen Rauschens sind, müssen die Daten gezielt vorverarbeitet und dann kompetent statistisch ausgewertet werden. Geeignete Stimulationsparadigmen (angefangen von einfachsten audiovisuellen Reizungen über motorische bis hin zu komplexen neuropsychologischen Aufgaben) oder auch die Ruheaktivität des menschlichen Gehirns sorgen für die zeitlichen Signalschwankungen, welche dann örtlich zugeordnet werden (»Mapping«).

Die anatomische Konnektivität zwischen miteinander verbundenen Hirnregionen ist dagegen dadurch zugänglich, dass die Diffusion entlang der Nervenfaserbahnen erleichtert, senkrecht zu den zentral von Oligodendroglia myelinisierten Axonen aber erschwert ist. Wie beim fMRT ist jedoch eine komplexe Datenverarbeitung erforderlich, um z. B. auch bei sich kreuzenden Fasern oder das MRT-Signal störenden Läsionen die Vorzugsrichtungen der Diffusion weiterzuverfolgen und Faserverbindungen zu isolieren (Diffusion-Tensor-Imaging, Traktographie) (Abb. 3.21, Abb. 3.22). Beide Verfahren sind trotz ihres nur interdisziplinär zu realisierenden Mess- und Datenverarbeitungsaufwands gegenüber z. B. nuklearmedizinischen Verfahren oder dem WADA-Test so attraktiv, da sie nichtinvasiv und präoperativ erfolgen, ohne eine radioaktive Strahlenexposition auskommen und im Prinzip beliebig oft wiederholbar sind.

Kontraindikationen und Komplikationen der MRT

  • Bestimmte Typen mechanischer Herzklappen, Herzschrittmacher, manche Aneurysmaclips, Metallfremdkörper im Gewebe (z. B. Granatsplitter) machen eine MRT unmöglich.

  • Menschen mit Klaustrophobie empfinden den Aufenthalt in der engen Untersuchungsröhre als unerträglich. Hier ist mit der Entwicklung sog. offener MR-Systeme ein Ausweg geschaffen worden. Offene MR-Systeme haben allerdings den Nachteil niedriger Feldstärken und damit einer geringeren Ortsauflösung bei längeren Messzeiten.

  • Eine Kontrastmittelallergie auf paramagnetische Substanzen ist wesentlich seltener als nach Applikation jodhaltiger Kontrastmittel. Eine seltene, aber schwerwiegende Komplikation gadoliniumhaltiger Kontrastmittel ist eine systemische nephrogene Fibrose, die vor allem bei Patienten mit schwerer Niereninsuffizienz vorkommt. Daher ist eine Kontrastmittelapplikation bei eingeschränkter Nierenfunktion (GFR <30 ml) relativ kontraindiziert.

MR-Spektroskopie

Die MR-Spektroskopie ist ein nicht-invasives Verfahren, mit dem biochemische Informationen über das untersuchte Gewebe gewonnen werden können. Während man in der MR-Bildgebung ausschließlich Signale von Protonen misst, die an Wasser bzw. Fett binden, wird bei der MR-Spektroskopie das Signal von Metaboliten, wie z. B. Cholin, Kreatin oder N-Acetylaspartat, erfasst.

Abb. 3.22a,b

a Richtungs-abhängige Farbdarstellung der Diffusion in koronarer Darstellung und b spezifische Traktographie der Pyramidenbahn in sagittaler Darstellung (Pyramidenbahn jeweils in blau) (Mit freundlicher Genehmigung von C. Herweh, Heidelberg)

Prinzip

Bei der MR-Spektroskopie wird ein definiertes Volumen (Voxel) selektiv angeregt, so dass bei der Datenauslese auf eine Ortskodierung verzichtet werden kann. Aus dem gemessenen Signal kann man mittels einer Fourier-Transformation die spektrale Zusammensetzung des Signals in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz bestimmen. Diese Resonanzfrequenz hängt wiederum von der chemischen Umgebung der Protonen ab; daher weisen Protonen, die in unterschiedliche Moleküle eingebunden sind, unterschiedliche Resonanzfrequenzen auf.

Eine gute spektrale Auflösung kann nur erreicht werden, wenn das Magnetfeld homogen ist. Daher ist für die MR-Spektroskopie immer eine Homogenisierung (Shim) des Magnetfelds im untersuchten Voxel erforderlich. Außerdem muss das Signal der Wasserprotonen durch spezielle Hochfrequenzpulse unterdrückt werden, da sonst die in deutlich geringerer Konzentration vorliegenden Metabolite nicht erfasst werden können. Nach einer aufwändigen Datennachverarbeitung (Filter, Phasenkorrektur, Baseline-Korrektur) kann aus den Spektren Aufschluss über die Konzentration der unterschiedlichen Metabolite im untersuchten Gewebe, insbesondere bei Hirntumoren gewonnen werden (Abb. 3.23 und Abb.  11.3).
Abb. 3.23

MR-Spektrum aus dem Centrum semiovale eines gesunden Probanden. Darstellung von Myoinositol (mIns), Cholin (Cho), Kreatin (Cr) und N-Acetylaspartat (NAA)

Eine Erweiterung der hier beschriebenen Single-Voxel-Spektroscopy (SVS), bei der das untersuchte Volumenelement a priori festgelegt werden muss, stellt das Chemical-Shift-Imaging (CSI) dar. Hierbei werden die Spektren nicht nur in einem Voxel, sondern in einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Anordnung mehrerer Voxel bestimmt. Aus den Spektren lassen sich ortsaufgelöste Karten der Metabolitenkonzentration berechnen.

Neben Protonen (1H-Spektroskopie) können auch andere Kerne zur MR-Spektroskopie verwendet werden, z. B. 31-Phosphor oder 23-Natrium. Für solche Untersuchungen muss der MR-Tomograph jedoch mit zusätzlichen Hardware-Komponenten (Breitbandverstärker, Hochfrequenzspulen) ausgestattet werden.

3.3.4 Nuklearmedizinische Untersuchungen

Emissions-Computertomographie (ECT): SPECT und PET

Prinzip

Die Emissions-Computertomographie ist die rechnergestützte, schichtweise Abbildung der Radioaktivitätsverteilung in Organen nach Injektion von radioaktiven Tracern. Man unterscheidet die Positronenemissionstomographie (PET) und die Single-Photon-ECT (SPECT). Kurzlebige Positronenemitter (z. B. C15O2) müssen in einem lokalen Zyklotron hergestellt werden. Die PET ist deshalb bisher auf einzelne Zentren beschränkt. Das Verfahren erbringt sehr präzise Werte für regionale Hirndurchblutung, Glukosestoffwechsel oder über die Rezeptorenverteilung, z. B. der Dopaminrezeptoren beim M. Parkinson.

Methodik

Bei der SPECT werden Radionuklide wie 99mTc, 123J oder 133Xenon verwendet. Neben 123Jod-Amphetamin spielt zurzeit 99mTc-Hexamethylpropylenaminoxim (HMPAO) als flussanzeigendes Radiopharmazeutikum die größte Rolle. Registriert wird mit einer rotierenden Gammakamera oder mit Multidetektorsystemen. Hiermit wird die Verteilung von Radiopharmazeutika in Abhängigkeit von der regionalen Perfusion und/oder Organfunktion schichtweise wiedergegeben. Die Methode kann auch mit der Xenon-Inhalationsmethode kombiniert werden, wobei nur bei diesem SPECT-Verfahren die Bilder die regionale Hirndurchblutung in ml/100 g/min vermitteln. Mit den übrigen Substanzen ist die Beurteilung als normal oder pathologisch bisher nur über den Seitenvergleich möglich.

Indikationen

Die für die Neurologie wichtigste Bedeutung hat die SPECT heute bei der Diagnostik von Tumoren, extrapyramidal-motorischen Krankheiten und Multisystematrophien (Abb. 3.24). Auch zur Aufdeckung von funktionellen Gewebsveränderungen bei fokal bedingten Epilepsien kann die Methode einen Beitrag liefern. Dagegen ist die Rolle der SPECT bei vaskulären Krankheiten in den Hintergrund getreten.

PET-Untersuchungen sind vor allem bei wissenschaftlichen Fragestellungen von Bedeutung. Klinisch setzt man das PET bei der Diagnostik von Demenzen und, als Ganzkörper-PET, bei der Suche nach Tumoren, die sich der Standarddiagnostik entziehen, ein.
Abb. 3.24a

DATSCAN. Normale Anreicherung des Tracers am Dopamintransporter im Striatum (links) bei Normalperson; deutliche Abnahme der Aktivität bei idiopathischem Parkinson-Syndrom (rechts). b IBZM-SPECT. Hochregulierte Dopamin-Rezeptordichte bei IPS (links), verminderte Dopaminrezeptormarkierung bei MSA. (Aus Gerlach et al. 2003)

3.3.5 Digitale Subtraktionsangiographie (DSA)

Die zerebrale Angiographie ist die Röntgendarstellung des zerebralen Gefäßsystems nach selektiver, intraarterieller Injektion eines jodhaltigen Kontrastmittels in wässriger Lösung.

Prinzip

Beginnend mit der Injektion wird jeweils eine Serie von digitalen Röntgenbildern aufgenommen, die nacheinander den Durchfluss des Kontrastmittels in den arteriellen, kapillären und venösen Phasen zeigen. Man fertigt Serien im sagittalen und im seitlichen Strahlengang an. Für bestimmte Fragestellungen verwendet man Spezialprojektionen.

Methodik

Die intraarterielle Angiographie wird als digitale Subtraktionsangiographie (DSA) durchgeführt. Mit Hilfe eines Computers wird ein Leerbild von dem Füllungsbild einer angiographischen Aufnahme subtrahiert. Dadurch wird der Gefäßkontrast so angehoben, dass man mit sehr viel geringerer Kontrastmittelkonzentration ausgezeichnete Darstellungen auch kleiner Gefäße gewinnt. Eine zuverlässige Darstellung der intrazerebralen Gefäße ist nur durch selektive, intraarterielle Angiographietechniken möglich. Durch die heute verfügbaren leistungsstarken Angiographieanlagen ist auch eine dreidimensionale Darstellung der Gefäße möglich (Kap.  9, Subarachnoidalblutung).

Durchführung

Nach Lokalanästhesie und Punktion der A. femoralis in der Leistenbeuge wird ein spezieller Angiographiekatheter unter Röntgendurchleuchtungskontrolle über die Aorta und den Aortenbogen in die hirnversorgenden Arterien eingebracht. Diese Technik erlaubt die Darstellung aller zerebralen Gefäße nach nur einer Arterienpunktion.
  • Karotisangiographie: Durch die Kontrastmittelinjektion werden die A. carotis interna und ihre großen Äste, A. cerebri anterior und media, sowie deren Aufzweigungen dargestellt. In etwa 10% geht die A. cerebri posterior direkt aus der A. carotis interna ab (sog. embryonaler Abgangstyp). Oft füllt sie sich von der A. carotis interna aus über die A. communicans posterior. In der venösen Phase zeigen sich die oberflächlichen und die tiefen Hirnvenen und Sinus. Die Gefäßdarstellung erfasst also die Hirnanteile, die über dem Tentorium cerebelli liegen: Großhirnhemisphären, Stammganglien und Mittelhirn (Abb. 3.25).

  • Vertebralisangiographie: Im Arteriogramm stellen sich beide Aa. vertebrales, die unpaare A. basilaris, die drei Paare der Zerebellararterien, und in der Regel ihre Endaufzweigungen, die beiden Aa. cerebri posteriores, dar. In der venösen Phase sind der rückwärtige Abschnitt des Sinus sagittalis superior, die inneren Hirnvenen sowie Sinus rectus und transversus zu sehen. Durch die Vertebralisangiographie werden vor allem der Raum der hinteren Schädelgrube, Kleinhirn, Medulla oblongata und Brücke, zum kleineren Teil auch das Mittelhirn und der basale Okzipitallappen erfasst (Abb. 3.26).

Abb. 3.25a–f

Normales Karotisangiogramm, jeweils links schematische Zeichnung und rechts entsprechende digitale Subtraktionsangiographie (DSA). a,b Sagittaler Strahlengang, arterielle Phase. c,d Seitlicher Strahlengang, arterielle Phase. e,f Sagittaler Strahlengang, venöse Phase

Abb. 3.26

Normales Vertebralisangiogramm, jeweils links schematische Zeichnung und rechts digitale Subtraktionsangiographie (DSA). a,b Sagittaler Strahlengang, arterielle Phase. c,d Seitlicher Strahlengang, arterielle Phase

Typische Befunde sind:
  • Stenosierende Gefäßprozesse und Gefäßverschlüsse zeigen sich als Lumeneinengung, Abbrüche oder fehlende Darstellung von Arterien.

  • Aus der Verlagerung von Gefäßen und aus gefäßfreien Räumen kann auf die Lokalisation von Hirntumoren oder Hirnblutungen geschlossen werden.

  • Durch charakteristische Anfärbung, pathologische Gefäße und arteriovenöse Kurzschlüsse mit beschleunigter Kreislaufzeit werden bei einigen Hirntumoren auch artdiagnostische Hinweise gewonnen, z. B. bei Meningeomen, Metastasen und Glioblastomen.

  • Gefäßmissbildungen (sackförmige Aneurysmen, arteriovenöse Angiome und Fisteln) sind meist sehr deutlich zu sehen. Die exakte Darstellung ihrer Gefäßversorgung in mehreren Ebenen ist die Voraussetzung für die weitere Behandlungsplanung.

Komplikationen

Kontrastmittelallergien sind heute selten. Das Schlaganfallrisiko wird in der Literatur je nach Erfahrung des Untersuchers mit 0,1–1% angegeben. Es beruht auf der Möglichkeit einer Ablösung von arteriosklerotischen Plaques oder der Bildung von Thromben im oder am Katheter mit nachfolgender Embolie und ischämischem Infarkt.

Interventionelle Angiographie

Neben der rein diagnostischen selektiven Angiographie mit Sondierung der Halsschlagadern ist auch die superselektive Angiographie möglich. Diese wird bei neuroradiologischen Interventionen, z. B. bei der mechanischen Rekanalisation oder der Embolisation von Gefäßmissbildungen (Kap.  5,  8 und  9), eingesetzt. Sie ermöglicht die gezielte Sondierung auch kleiner intrazerebraler Arterien (z. B. Endäste der A. cerebri media). Dabei werden sog. Koaxialkatheter eingesetzt, die aus einem etwas dickeren Führungskatheter und einem darin liegenden Mikrokatheter bestehen. Der Führungskatheter wird in die entsprechende Halsschlagader eingebracht (z. B. A. carotis interna), der Mikrokatheter wird daraufhin durch den Führungskatheter in die zerebrale Zirkulation manövriert.

Behandlungsmöglichkeiten sind:
  • mechanische Rekanalisation (Thrombektomie) bei Hauptstammverschlüssen (Kap.  5),

  • Stentgestützte Angioplastie extra- oder intrakranieller Stenose (Kap.  5),

  • endovaskuläre Ausschaltung zerebraler Aneurysmen (Kap.  9),

  • invasive Behandlung von Vasospasmen (z. B. nach Subarachnoidalblutungen Kap.  9),

  • Verschluss zerebraler und spinaler arteriovenöser Fisteln und Angiome (Kap.  8),

  • präoperative Embolisation von Tumoren und die

  • palliative, lokale, intraarterielle Chemotherapie maligner Tumoren.

Spinale Angiographie

Neben der zerebralen Angiographie ist heute auch die selektive und superselektive spinale Angiographie möglich. Sie wird ebenfalls über einen Leistenzugang in Lokalanästhesie durchgeführt. Mit speziell geformten Kathetern werden die einzelnen, paarig angelegten Interkostal- und Lumbalarterien sondiert und mit kleinen Kontrastmitteldosen, die per Hand appliziert werden, in DSA-Technik dargestellt. In der Regel ist so die Darstellung der rückenmarkversorgenden Arterien (A. spinalis anterior und Aa. spinales posterolaterales) möglich.

Indikationen

Spinale Gefäßmissbildungen (Angiome und AV-Fisteln), präoperative Darstellung von Rückenmark- und Wirbeltumoren. Auch hier besteht die Möglichkeit der superselektiven und der interventionellen Therapie (z. B. Angiomembolisation).

Risiken und Komplikationen

Die spinale Angiographie hat ein Risiko der spinalen Ischämie mit einer bleibenden Querschnittslähmung. Sie erfordert eine entsprechende Qualifikation und Erfahrung des Neuroradiologen und sollte nur in spezialisierten Zentren mit hoher Untersuchungsfrequenz durchgeführt werden.

3.3.6 Myelographie

Prinzip

Durch Einbringung von jodhaltigen Kontrastmittel wird der Liquorraum um das Myelon bzw. die Kaudafasern kontrastiert und somit eine hochauflösende artefaktfreie Darstellung dieses Kompartiments ermöglicht. Diese Untersuchung ist von besonderer Relevanz bei Spinalkanalstenosen präoperativ, insbesondere nach vorhergehenden OPs sowie bei unklaren Befunden in der CT oder MRT. Bei der Myelographie wird auch der Liquor entnommen und untersucht.

Methodik

Die modernen, nichtdissoziierenden wasserlöslichen Kontrastmittel gestatten eine Darstellung des gesamten Spinalkanals. Lumbal appliziert man ca. 6–12 ml einer Lösung, die 170–300 mg/ml Jod enthält. Die Passage des Kontrastmittels im Spinalkanal wird unter Durchleuchtung verfolgt. Bei Verdacht auf einen raumfordernden Prozess oder eine Spinalstenose kann die Myelographie, wie oben erwähnt, mit der spinalen Computertomographie kombiniert werden (Myelo-CT). Viele Myelographien sind durch MRT-Untersuchungen ersetzt worden.

Indikationen

Trotz der Bedeutung der MRT gibt es nach wie vor Indikationen zur Durchführung einer Myelographie wie der enge Spinalkanal bzw. die primäre und sekundäre Spinalkanalstenose, die Arachnopathie oder der Wurzelausriss nach zervikalen Traumen (z. B. Motorradunfällen; DD: Plexusschädigung). Insbesondere vor Operationen kann eine Myelographie erforderlich sein, um unklare Befunde in der CT oder MRT abzuklären. Dies ist besonders häufig bei Rezidivoperationen der Fall.

3.3.7 Ventrikulographie

Prinzip

Bei der Ventrikulographie wird ein wasserlösliches, jodhaltiges Kontrastmittel über einen Shunt oder eine Ventrikeldrainage in das Ventrikelsystem gegeben und seine Ausbreitung mit der Computertomographie überprüft. Heute wird die Ventrikulographie meist durch liquorflusssensitive MRT-Sequenzen ersetzt.

Indikationen

Überprüfung der Durchgängigkeit von Aquädukt und der Foramina Luschkae und Magendii, Shuntkontrolle in der Neurochirurgie.

3.4 Neurosonologie

  • Peter Ringleb

Neurosonologischen Techniken bieten im Vergleich zu anderen bildgebenden Verfahren einige Vorteile. Sie sind praktisch ohne Risiko für Patient und Untersucher, haben geringe Kosten, sind uneingeschränkt wiederholbar und haben eine hohe Aussagekraft. Außerdem handelt es sich um dynamische Untersuchungen, bei denen über einen längeren Zeitraum unter verschiedenen Umgebungsbedingungen hämodynamische Parameter erfasst werden können. Von Nachteil sind die hohe Untersucherabhängigkeit und die Schwierigkeiten einer standardisierten und nachvollziehbaren Dokumentation.

3.4.1 Methodik

Die Dopplersonographie – die erste Ultraschallanwendung, die in die klinische Routine eingeführt wurde – beruht auf dem sog. Dopplereffekt, der Frequenzverschiebung, die bei einer Relativbewegung zwischen dem Sender und dem Empfänger einer Schallquelle bzw. eines Schallreflektors auftritt. Mit den korpuskulären Bestandteilen des Blutes als Reflektor kann deshalb mit Hilfe von Ultraschall die Geschwindigkeit fließenden Blutes gemessen werden. Die Frequenzverschiebung zwischen gesendetem und empfangenem Ultraschall ist linear proportional zur Blutflussgeschwindigkeit. Der Doppler-Shift wird als akustisches Signal wiedergeben und graphisch als Frequenzspektrum angezeigt (Abb. 3.27). Das Doppler-Signal enthält verschiedene Strömungsanteile, da es aus einem Volumen von mehreren Millimetern Durchmesser abgeleitet wird, wodurch z. B. Turbulenzen erkennbar sind.

Abb. 3.27

B-Bild einer regelrechten Karotisbifurkation mit den Dopplerspektren der einzelnen Gefäßsegmente aus der cw-Dopplersonographie (4-MHz-Sonde). In der Ausschnittsvergrößerung ist die Messung der Intima-Media-Dicke (zwischen den beiden hellgrünen Linien, Pfeil) demonstriert (ACC A. carotis communis; ACI A. carotis interna; ACE A. carotis externa). (Mit freundlicher Genehmigung von P. Ringleb, Heidelberg)

Für die extrakranielle Dopplersonographie (ECD) wird meist der Continuous-wave-Doppler (cw-Doppler) eingesetzt. Hierbei wird von einem Kristall kontinuierlich eine Ultraschallwelle erzeugt und von einem zweiten Kristall registriert. Hauptnachteil dieser Technik ist, dass sich Signale verschiedener Gefäße überlagern können, weil keine Tiefendifferenzierung möglich ist. Mit der ECD werden neurosonologisch die periophthalmischen Äste, die A. carotis communis, die A. carotis interna und externa, die A. subclavia sowie die A. vertebralis in ihrem V1- und V3-Segment untersucht. Die transkranielle Dopplersonographie (TCD) wird technisch als sog. Pulsed-wave-Doppler (pw-Doppler) realisiert. Hierbei sendet ein Kristall einen kurzen Ultraschallimpuls aus, um nach einer definierten Pause das Echo zu registrieren, wodurch die Möglichkeit besteht, die Untersuchungstiefe festzulegen. Durch Anwendung niedriger Ultraschallfrequenzen (1,5–2,0 MHz) und im Vergleich zur extrakraniellen Dopplersonographie höherer Schallenergien ist es möglich, die Schallabsorption an der Schädelkalotte zu überwinden. Voraussetzung ist, dass ein geeignetes Schallfenster vorliegt, was besonders bei älteren Frauen schwierig sein kann. Die gebräuchlichsten Schallfenster sind temporal für die Untersuchung des Karotissiphon, der A. cerebri media, A. cerebri anterior und A. cerebri posterior (Abb. 3.28) bzw. nuchal das Foramen magnum zur Beurteilung der distalen Vertebralisabschnitte und der A. basilaris. Die Zuordnung zu den einzelnen Gefäßen gelingt in der TCD durch die Untersuchungsstelle, die Flussrichtung und die Ableittiefe.

Abb. 3.28

Schematische Darstellung der transkraniellen Dopplersonographie. Die Ultraschallsonde (S) ist auf dem Ultraschallfenster der Temporalschuppe platziert. Der fokussierte Schallstrahl ist koaxial zum Hauptstamm der A. cerebri media gerichtet. Aufgrund der gepulsten Dopplertechnik kann die aus dem Echo erhältliche Information auf ein kleines Messvolumen (»sample volume«) beschränkt werden. Mit Hilfe einer besonderen elektronischen Schaltung kann dieses Messvolumen schrittweise entlang der Gefäßachse verschoben werden. Dadurch lassen sich die Flusssignale und ihre Veränderungen den verschiedenen Arterienabschnitten topodiagnostisch zuordnen. (Adaptiert nach Ringelstein et al. 1985)

Duplexgeräte stellen die Kombination der zweidimensionalen sonographischen Echtzeitdarstellung (sog. B-Mode) mit einem Dopplerteil in einer Geräteschallkopfeinheit dar. Bei der farbkodierten Duplexsonographie, die den heute gebräuchlichen Standard darstellt, wird ein Dopplersignal farbig kodiert in das Schwarz-Weiß-Bild eingeblendet. Untersucht werden können alle extrakraniellen hirnversorgenden Gefäße. Die farbkodierte Darstellung hat beim schnellen Aufsuchen und Differenzieren der Gefäße wesentliche Vorteile gegenüber der Dopplersonographie. Ein weiterer Vorteil der Duplexsonographie ist die Möglichkeit der winkelkorrigierten Flussgeschwindigkeitsmessung, was die Reliabilität erhöht. Die in der Neurologie eingesetzten modernen Duplexgeräte bieten zumeist auch die Möglichkeit der Untersuchung intrakranieller Strukturen (»transcranial color coded Duplex«, TCCD). Bei transtemporaler Beschallung lassen sich bei entsprechend gutem Schallfenster verschiedene Hirnstrukturen auch morphologisch beurteilen. Die wichtigsten Ebenen in axialer Schichtführung sind dabei die mesenzephale Schnittebene, bei der das Mittelhirn inkl. seiner Kerne beurteilt werden kann, und die dienzephale Schnittebene, die den III. Ventrikel erkennen lässt. Die Lage und Weite dieses Ventrikels eignen sich zur Beurteilung von lokalen Hirndruckerhöhungen mit Massenverlagerung. Das gleiche Schallfenster dient bei der farbkodierten Duplexsonographie der Beurteilung der großen Hirnbasisarterien. Durch das nuchale Schallfenster sind die distalen Vertebralissegmente (V4) und die A. basilaris – zumindest im proximalen Abschnitt – untersuchbar.

3.4.2 Klinische Anwendungen

Klinisch werden die neurosonologischen Techniken in der vaskulären Neurologie zum Erkennen pathologischer Gefäßstrukturen und Strömungsveränderungen verwendet (Exkurs: Diagnostische Möglichkeiten in der Neurosonologie). Durch die Kombination extra- und intrakranieller Verfahren ist es möglich – und notwendig – umfassende Informationen über Physiologie und Pathologie der zerebralen Blutversorgung zu erhalten. Durch den Vorteil der Kombination visueller und akustischer Information hat sich die Duplexsonographie in den letzten Jahren zur Methode der Wahl bei der Beurteilung der hirnversorgenden Gefäße entwickelt. Dennoch darf sie nicht als isoliertes Verfahren gesehen werden, manche Fragestellungen sind oft nur in Kombination mit der »konventionellen« Dopplersonographie in erfahrener Hand zu klären.

Eine Domäne der neurosonologischen Techniken ist die Darstellung extrakranieller arteriosklerotischer Veränderungen und dadurch bedingter Stenosierungen, die am häufigsten an der Karotisbifurkation und in proximalen Vertebralisabschnitten zu finden sind. Mit der Dopplersonographie können Stenosen der Karotiden, die das Lumen um mehr als 20–40% einengen, mit hoher Sensitivität und Spezifität lokalisiert und eingeschätzt werden. Anhand folgender Parameter gelingt eine Einteilung der Obstruktionen in Schweregradgruppen: Zunahme der systolischen und/oder diastolischen Strömungsgeschwindigkeit, qualitative Audiosignalveränderungen (Turbulenzen), Abnahme der pulsatilen Amplitudenmodulation, Veränderung des Dopplersignals proximal oder distal der Obstruktion, fehlendes Dopplersignal. Durch indirekte Hinweise sind auch distale, nicht direkt beschallbare Strömungshindernisse (z. B. Karotissiphonstenosen) erfassbar. Zu diesen indirekten Hinweisen gehören der Nachweis von Kollateralkreisläufen (z. B. Rekrutierung der Ophthalmica-Kollaterale, Cross-Flow über die A. comm. ant.), die Reduktion diastolischer Spektralanteile in proximalen Gefäßabschnitten, das Vorhandensein poststenotischer Turbulenzen, und die Reduktion der systolischen Anstiegssteilheit distal der Läsion.

B-Bild- und Duplexverfahren ermöglichen, bereits Anfangsstadien der Arteriosklerose zu erfassen. Die Darstellung der A. carotis communis im Längsschnitt ist von wesentlicher Bedeutung bei der Beurteilung der sog. Intima-Media-Dicke (IMT). Diese hat sich in den letzten Jahren als Marker der subklinischen Arteriosklerose etabliert und zeigt eine lineare Korrelation mit der kardiovaskulären Morbidität. Eine IMT von über 1 mm gilt in der Regel als pathologisch. Außerdem ist es mit dieser Technik möglich, verschiedene Arten und Ausprägungen von Plaques zu differenzieren. Veränderungen in der Plaquemorphologie, z. B. durch Einblutungen oder Ablösung von Thromben, können erkannt werden. Die klinische Relevanz in Bezug auf differenzialtherapeutische Überlegungen unterschiedlicher Plaquemorphologien wird derzeit noch wissenschaftlich evaluiert, erste Hinweise deuten darauf hin, dass echoarme Plaques und solche mit morphologischer Veränderung im Zeitverlauf mit einem erhöhten Schlaganfallrisiko assoziiert sind.

Die intrakraniellen Verfahren werden in der klinischen Routine unter anderem zum Nachweis intrakranieller Gefäßstenosen, zur Untersuchung auf Vasospasmen nach Subarachnoidalblutungen und zur Bestimmung des zerebralen Kreislaufstillstandes angewandt. Außerdem sind sie die Grundlage bei einer Reihe funktioneller Untersuchungstechniken (s. u.). Auch hier gilt, dass im Vergleich zur konventionellen TCD die Lokalisation intrakranieller Stenosen mit der TCCD mit höherer Zuverlässigkeit gelingt. Auch die definitive Diagnose von Gefäßverschlüssen ist valider, ebenso die Bestimmung von Kollateralkreisläufen. Eine spezielle Anwendung der TCCD ist die Untersuchung der großen venösen intrakraniellen Blutleiter. Hierbei gibt es jedoch eine Reihe anatomischer und technischer Probleme, so dass nicht damit zu rechnen ist, dass diese Technik die neuroradiologischen Diagnosemöglichkeiten ersetzen wird.

Arten der Stenosequantifizierung

Traditionell werden Gefäßstenosen, vor allem Karotisstenosen, nach unterschiedlichen Graduierungssystemen beurteilt. In einer nordamerikanischen Studie wurde der Stenosedurchmesser mit dem poststenotischen Normaldurchmesser der A. carotis interna verglichen (sog. distales Stenosemaß oder NASCET-Methode). In einer europäischen Studie wurde hingegen der Stenosedurchmesser zum – oft gemutmaßten – Durchmesser der A. carotis interna in Höhe der Stenose ins Verhältnis gesetzt (sog. lokales Stenosemaß oder ECST-Methode). Beide Stenosemaße unterscheiden sich zum Teil erheblich, so entspricht einer ca. 70% Stenose nach ECST in etwa einer 50%igen Stenose nach NASCET. Im Jahr 2013 wurde in der S3-Leitlinie »Karotisstenose« empfohlen, Karotisstenosen nur noch nach NASCET zu graduieren, was auch in diesem Buch erfolgt.

Exkurs

Diagnostische Möglichkeiten in der Neurosonologie
Mit den neurosonologischen Methoden können nichtinvasiv und beliebig oft wiederholbar stenosierende Läsionen und funktionelle Veränderungen an den extra- und intrakraniellen Hirnarterien beobachtet und dokumentiert werden. Die wichtigsten Anwendungsgebiete sind:
  • Erkennen extra- und intrakranieller Gefäßstenosen oder -verschlüsse,

  • Darstellung von Kollateralkreisläufen,

  • Erkennen von Vasospasmen nach Subarachnoidalblutung oder Meningitis,

  • Untersuchung der Vasomotorenreserve,

  • Erfassung kardialer Rechts-Links-Shunts (offenes Foramen ovale),

  • Detektion von Emboliesignalen in der Langzeitableitung,

  • Diagnose von Fisteln,

  • Erfassung intrakranieller Zirkulationsstörungen bei Hirndrucksteigerung,

  • Nachweis des zerebralen Kreislaufstillstandes (Hirntoddiagnostik),

  • Untersuchung peripherer Nerven und der Muskulatur.

3.4.3 Ultraschallkontrastmittel

Ultraschallkontrastmittel kommen bei schlechten Schallbedingungen sowohl bei extra-, vor allem aber bei intrakraniellen Untersuchungen zur Anwendung, insbesondere bei der transkraniellen Duplexsonographie. Alle heute verwendeten Ultraschallkontrastmittel bestehen aus mikroskopisch kleinen Gasbläschen, die von unterschiedlichen Substanzen stabilisiert werden. Die Ultraschallkontrastmittel führen zu einer um den Faktor 1000 höheren Rückstreuung des Ultraschalls und damit zu einer Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses und zu besseren Bildern.

3.4.4 Funktionelle Untersuchungen

Mit neurosonologischen Techniken können wegen der Möglichkeit der langfristigen Anwendung eine Reihe funktioneller Fragestellungen geklärt werden. Dazu gehören z. B. die Untersuchung der zentralen Vasomotorenreserve bei hochgradigen extrakraniellen Stenosen nach CO2-Atmung, die Detektion von Mikroemboliesignalen, die Untersuchung auf autonome Regulationsstörungen bei Kipptischuntersuchungen und die Untersuchung auf einen kardialen Rechts-links-Shunt mittels nichtlungengängiger Kontrastmittel. Als kostengünstiges Kontrastmittel kann hierfür ein suspendiertes Luft-Kochsalz-Blut-Gemisch verwendet werden (weswegen diese Untersuchung auch Bubble-Test heißt), das intravenös injiziert wird. Normalerweise werden die Luftbläschen pulmonal eliminiert. Bei Vorhandensein eines Rechts-Links-Shunts, z. B. eines persistierenden offenen Foramen ovale (PFO), gelangen die Luftbläschen über diesen Shunt in das arterielle Gefäßsystem und erreichen als (ungefährlicher) Schauer nach ca. 10 s die A. cerebri media, wo sie aufgrund einer typischen Signalcharakteristik im TCD identifiziert und quantifiziert werden können. Das Phänomen kann spontan oder erst nach einem Valsalva-Versuch auftreten. Das Verfahren kann auch bei beatmeten Patienten unkompliziert angewendet werden. Die Korrelation mit der transösophagealen Echokardiographie zum Nachweis eines PFO ist hoch (über 95%).

3.4.5 Untersuchung des peripheren Nervensystems und der Muskulatur

Durch die Entwicklung hochfrequenter Ultraschallsonden und die Weiterentwicklung der Ultraschallgeräte wurde die valide Untersuchung des peripheren Nervensystems und der Muskulatur möglich. Die peripheren Nerven des Armes und des Beines können an vielen Stellen mittels Ultraschall dargestellt werden. Vor allem bei Engpasssyndromen wie dem Karpaltunnelsyndrom des N. medianus oder dem Ulnarisrinnensyndrom ist die Sonographie zu der klinischen und elektrophysiologischen Untersuchung komplementär, kann in Ergänzung zur gebräuchlicheren elektrophysiologischen Diagnostik aber auch ätiologische Hinweise liefern. Bei der Beurteilung der Muskulatur wird auf Lage, Form, Größe und Echogenität geachtet. Vor allem zur Dokumentation von Muskelatrophie oder -hypertrophie und zur Erfassung pathologischer Bewegungsmuster, z. B. Faszikulationen, ist die Myosonographie gut geeignet. Dies gilt auch zur Auswahl geeigneter Muskelstellen für therapeutische Botulinumtoxininjektionen.

3.5 Biopsien, spezielle Laboruntersuchungen und molekulargenetische Untersuchungen

  • Thorsten Lenhard
  • Simon Nagel

3.5.1 Muskelbiopsie

Die Gewebeprobe wird nach Möglichkeit aus einem Muskel entnommen, der klinisch leicht- bis mittelgradig betroffen ist. Die Auswahl der Biopsiestelle erfolgt heutzutage am besten mit Hilfe der MRT, alternativ mit Ultraschall. Hiermit lassen sich krankhaft veränderte Areale am besten identifizieren, denn Myopathien zeigen oft ein fleckiges Verteilungsmuster. Die Muskelbiopsie soll nicht aus kürzlich elektromyographisch untersuchten Muskeln entnommen werden (Verletzungsfolgen, kleine Blutungen), stattdessen aus dem entsprechenden Muskel aus der Gegenseite, wenn ein generalisiertes Problem wie eine Myopathie vorliegt. Am zugänglichsten sind der M. vastus lateralis an der unteren Extremität und der M. biceps und M. deltoideus an der oberen Extremität.

Methodik

Bei der Entnahme der Biopsien, in der Regel unter Lokalanästhesie, sind eine sorgfältige chirurgische Technik mit Vermeiden von Quetschungen, eine fachgerechte Präsentation des Gewebes, und die sofortige Einbettung in geeignete Medien (z. B. NaCl für Nativproben, 10% Formalin für Paraffin Schnitte, Glutaraldehyd für Elektronenmikroskopie, Einfrieren in flüssigem Stickstoff für molekularbiologische Untersuchungen) nach Absprache mit dem Neuropathologen wichtig. Meist wird ein Teil des Muskels leicht gedehnt (nicht gestreckt) längs und ein anderer Teil quer zur Faserrichtung auf einem Holzträger oder einer Korkplatte orientiert.

Das Spektrum der muskelhistologischen Diagnostik umfasst je nach Fragestellung die normale, lichtmikroskopische Morphologie, spezielle Enzymuntersuchungen, den Nachweis von immunologischen Markern (z. B. für Dystrophin bei Muskeldystrophie), molekulargenetische Analysen und die elektronenmikroskopische Untersuchung, die nicht routinemäßig, sondern nur bei bestimmten Fragestellungen nach vorheriger Absprache mit dem Neuropathologen durchgeführt wird. In der Lichtmikroskopie werden die Muskelfasern nach Form, Größe, entzündlichen Veränderungen bzw. zellulären Infiltraten und Ersatz von Muskel durch Fett und Bindegewebe untersucht. Histochemische Untersuchungen mit Spezialfärbungen ermöglichen die Typisierung der Muskelfasern aufgrund ihrer unterschiedlichen Enzymzusammensetzung (weiße, langsam kontrahierende oder rote, schnell kontrahierende Fasern) und ermöglichen Aussagen über metabolische Störungen in der Muskulatur. Neben der Standartfärbung Hämatoxylin-Eosin (HE) wird die z. B. Gomori-Trichrom-Färbung zum Nachweis von Ragged-red-Fasern, die PAS-Reaktion bei Verdacht auf Glykogenspeichererkrankungen oder die Kongo-Rot-Färbung zum Amyloidnachweis angewandt. Weiterhin können auch molekularbiologische Untersuchungen durchgeführt werden, wie z. B. die DNA-Analyse bei Verdacht auf Mitochondriopathien.

Indikationen

Im Wesentlichen erhält man aus der Muskelbiopsie eine Differenzierung zwischen neurogener und myogener bzw. myositischer Schädigung der Muskulatur und die semiquantitative (histochemische) Darstellung genetischer, metabolischer und immunologischer Störungsmuster. Im neurogen geschädigten Muskel findet man feldförmig gruppierte Muskelfaseratrophien, manchmal auch schon in Muskeln, die klinisch noch nicht in einen generalisierten Krankheitsprozess einbezogen sind (z. B. bei der amyotrophischen Lateralsklerose). Wenn eine Myositis vorliegt, können entzündliche zelluläre Infiltrate, meist um die kleinen Gefäße innerhalb der Muskulatur gelegen, gefunden werden, manchmal auch Ablagerungen von Immunglobulinen und Immunkomplexen. Bei nichtentzündlichen myopathischen Veränderungen findet man z. B. Unregelmäßigkeiten der Muskelfasern und Strukturanomalien, disseminierte Nekrosen und Untergänge einzelner Muskelfasern, z. T. mit vermehrter bindegewebiger Einlagerung oder unregelmäßige Färbemuster muskulärer Enzyme.

3.5.2 Nervenbiopsie

Am häufigsten wird der sensible und autonome N. suralis lateralis, der nur ein kleines Versorgungsgebiet am Fuß hinter dem Malleolus lateralis hat, entnommen. Er ist bei generalisierten Neuropathien repräsentativ, kann aber bei rein motorischen Neuropathien elektrophysiologisch und neuropathologisch unauffällig sein. Die Biopsie dieses Nerven bietet sich auch deshalb an, weil man korrespondierende neurophysiologische Untersuchungen mit gut etablierten Referenzwerten aus der sensiblen Neurographie des N. suralis hat, weil er leicht zugänglich ist und der Eingriff kosmetisch unkompliziert ist. In ausgesuchten Fällen von generalisierter motorischer Neuropathie kann der Endast des N. musculocutaneus ohne die Gefahr einer funktionellen Einbuße biopsiert werden. Zur Diagnostik von überwiegend autonomen Neuropathien werden häufig auch Hautstanzbiopsien durchgeführt. Hier können jedoch nur die kleinen autonomen Nervenfasern untersucht werden.

Methodik

Es wird ein ca. 5 cm langer Nervenabschnitt entnommen, wobei Quetschungen und Dehnungen zu vermeiden sind. In einem kleinen Hautareal verbleibt eine Anästhesie. Sehr selten kann es zur Ausbildung einer hartnäckigen Neuralgie im Versorgungsgebiet des inkomplett entfernten oder ligierten N. suralis kommen. Über diese Möglichkeit muss der Patient aufgeklärt werden. Das Biopsat wird in Kochsalz und Glutaraldehyd eingelegt, eine Formalinfixierung ist ungeeignet. Der Nerv wird anschließend licht- und elektronenmikroskopisch untersucht, auch biochemische, immunologische und molekulargenetische Untersuchungen sind möglich.

Indikationen

Die Biopsie ist besonders bei entzündlichen Erkrankungen des Nervensystems im Rahmen von Vaskulitiden und Kollagenosen, z. B. der Panarteriitis nodosa oder bei Gammopathien und bei Amyloidose angezeigt. Bei Verdacht auf Leukodystrophie oder auf hereditäre motorisch-sensible Neuropathie empfehlen sich heute gezielte laborchemische oder molekulargenetische Untersuchungen (Kap.  32).

3.5.3 Hirnbiopsie und Biopsie der Meningen

Computertomographisch und magnetresonanztomographisch gesteuerte Biopsiemethoden haben es ermöglicht, mit hoher Zielgenauigkeit minimal-traumatisch Gewebeproben aus den Hirnhäuten, den Hemisphären, dem Hirnstamm, sogar aus dem Rückenmark zu entnehmen, um eine histologische Untersuchung durchzuführen.

Indikationen

Die Biopsie ist indiziert bei Hirntumoren, die nach Lage und Größe nicht komplett operabel zu sein scheinen und bei denen man eine histologische Diagnose vor Einleitung einer Strahlentherapie oder einer Chemotherapie herbeiführen möchte, sowie bei unklaren, nicht sicher tumorösen Veränderungen im Gehirn, z. B. bei atypischen Entzündungsherden, Lymphomen, selten bei degenerativen Prozessen. In aller Regel sollte bei jeder behandlungsbedürftigen tumorösen Veränderung des ZNS eine histologische Sicherung angestrebt werden. Zunehmend sind auch molekulargenetische Veränderungen von Tumoren relevant für die Therapie (Kap.  11).

Biopsien der Hirnhäute werden beim Verdacht auf eine Vaskulitis des zentralen Nervensystems durchgeführt. Hier hat sich die Leptomeninxbiopsie der Hirnbiopsie als überlegen erwiesen. Nicht vergessen sollte man, dass beim Verdacht auf eine systemische Vaskulitis mit Beteiligung des Nervensystems auch ein anderes betroffenes, besser zugängliches, Organ biopsiert werden sollte. Ggf. kann auch eine Muskelbiopsie durchgeführt werden, da hier nicht selten entzündliche Veränderungen in den kleinen Gefäßen der Muskulatur gefunden werden können.

3.5.4 Andere Biopsien

Die Biopsie der A. temporalis wird bei Verdacht auf eine Riesenzellarteriitis (Kap.  5) in der Regel vom Augenarzt oder Kieferchirurgen durchgeführt. Rektumbiopsien, Dünndarmbiopsien und Hautbiopsien – gemeinsam mit Internisten und Chirurgen – sind bei besonderen Fragestellungen, z. B. Amyloidose oder M. Whipple, indiziert.

3.6 Spezielle Laboruntersuchungen

  • Thorsten Lenhard
  • Simon Nagel

3.6.1 Muskelbelastungstests

Muskelbelastungstests dienen der Diagnostik von metabolischen Myopathien.

Fahrradergometrie

Hier werden zwei Verfahren angewendet. Bei der Fahrradergometrie-Minimalbelastung (bei geringer Wattzahl) wird vor, unter und nach Belastung Laktat und Pyruvat bestimmt und der Laktat-Pyruvat-(L/P-)Quotient (norm <20). errechnet. Optional kann es sinnvoll sein zusätzlich die Kreatinkinase, die Aldolase und Myoglobin zu bestimmen. Ein pathologischer L/P-Quotient durch verfrühten oder abnorm hohen Laktatanstieg ist ein Hinweis auf eine Störung der Atmungskette wie bei Mitochondriopathien.

Eine fahrradspiroergometrische Leistungsdiagnostik (stufenweise Steigerung der Leistung/Wattzahl) erfasst die Atmungskettenfunktion Anhand von Sauerstoffaufnahme und CO2-Abatmung in Bezug zum Laktatanstieg, zur erbrachten Leistung und kardiozirkulatorischen Funktionen. Sie dient ebenfalls der Diagnostik von mitochondrialen Funktionsstörungen und ermöglicht zusätzlich die Abgrenzung zu einem »untrainierten« Trainingszustand.

Laktat-Ischämietest (LAER-(»lactate-ammonia-exercise-ratio«)-Test)

Hierbei wird Laktat und Ammoniak bei einem standardisierten Handgriptest unter Ischämie in Ruhe, Belastung und in der Post-Belastungsphase gemessen und der Laktat/Ammoniak-Anstieg in Bezug zur mittleren Kraft beurteilt. Der Test prüft die anaerobe Glykogenolyse und Glykolyse unter Muskelarbeit. Ein fehlender Laktatanstieg ist hinweisend auf eine Glykogenose und ein fehlender Ammoniakanstieg ist hinweisend auf einen Myoadenylat-Deaminase-Mangel. Die Methode ist in Kap.  34 genauer beschrieben.

3.6.2 Hypothalamisch-hypophysäre Hormondiagnostik

Die hypothalamischen bzw. hypophysären Regelkreise können bei Krankheiten des Zwischenhirns, der Hypophyse und der knöchernen und bindegewebigen Umgebung dieser Strukturen gestört werden. Es kann zur Hormonüberproduktion oder zur Unterbrechung von Regelkreisen mit Hormonausfall kommen (Hypophysenadenome, Kap.  11). Klinisch ist eine Unterscheidung zwischen hypophysärer und hypothalamischer Störung oft schwer möglich. Die Diagnostik der hypothalamisch-hypophysären Achse wird gemeinsam mit endokrinologischen Kollegen durchgeführt.

Die Hormonbasisdiagnostik sollte bei Verdacht schon vom Neurologen veranlasst werden. Sie umfasst die Bestimmung der Schilddrüsenhormone T3, T4 und TSH, von Prolaktin und des Kortison-Tagesprofils. Darüber hinausgehende Untersuchungen richten sich nach dem vermuteten Ausfall oder der vermuteten Überproduktion der Hormone. In diesen Fällen können Untersuchungen des Wachstumshormons, von ACTH, den Gonadotropinen (LH und FSH), Sexualhormonen (Progesteron, Östradiol, Testosteron), ADH und viele andere, zum Teil nach spezifischer Stimulation, durchgeführt werden.

Prolaktin ist unmittelbar nach einem Grand-mal-Anfall im Serum deutlich erhöht und kann bei anamnestischer Unsicherheit helfen, einen vorausgegangenen epileptischen Anfall zu identifizieren. Es sind aber diagnostische Fallstricke zu beachten. Medikamente (z. B. Neuroleptika, Metoclopramid) können Prolaktin dauerhaft erhöhen. Im Zweifelsfall muss eine zweizeitige Prolaktinbestimmung erfolgen. Prolaktin hat eine sehr kurze Halbwertszeit (ca. ½ h) und muss nach einem epileptischen Anfall schnell fallen. Dies bedeutet aber auch, dass bereits nach wenigen Stunden nach einem fraglichen Anfall das Prolaktin schon wieder normwertig sein kann. Außerdem ist bei konvulsiven Synkopen das Prolaktin auch leichtgradig erhöht.

3.6.3 Neuronale Marker

Neuronenspezifische Enolase (NSE)

Die NSE ist ein Enzym, das beim Untergang von Neuronen freigesetzt wird (Neurotoxizitätsmarker). Die Aktivität der NSE im Serum korreliert mit dem Ausmaß des Neuronenuntergangs. Besonders bei Verdacht auf einen hypoxischen Hirnschaden hat die Bestimmung der NSE eine diagnostische und prognostische Wertigkeit. Deutlich erhöhte Werte (>30 ng/l) innerhalb der ersten 72 h nach einem Ereignis (z. B. Reanimation bei kardiozirkulatorischer Stillstand) bei bewusstlosen Patienten sprechen für eine schlechte Prognose. Zu beachten ist, dass bei jeder größeren Schädigung des Gehirns, wie z. B. auch bei Hirnblutungen oder einem ischämischen Schlaganfall die NSE im Serum ansteigt. Zur Labordiagnostik bei Demenzen Kap.  26.1.

Antineuronale Antikörper

Antineuronale paraneoplastische Antikörper sind von besonderem Interesse beim Verdacht auf paraneoplastische Krankheiten und sind daher in Kap.  13 besprochen.

Andere Antikörper

Autoantikörper (AAK) spielen bei der Diagnostik von Autoimmunerkrankungen eine wichtige Rolle. Man unterscheidet pathophysiologisch relevante und spezifisch bzw. kausal wirksame Antikörper, wie z. B. Antikörper gegen Acetylcholinrezeptoren (ACHR-AAK bei Myasthenia gravis, Kap.  34) von AAK die relativ gehäuft bei bestimmten Autoimmunerkrankungen auftreten, deren spezifische Bedeutung aber unklar ist (z. B. Rheumafaktoren bei rheumatoider Arthritis). AAK-Titer können als Verlaufsparameter und Marker für das Ansprechen auf eine immunmodulatorische Therapie verwendet werden (z. B. ACHR-AAK bei Myasthenie, GAD-AAK bei Stiff-person-Syndrom oder GAD-assoziierter Zerebellitis).

Weitere Antikörper sind bei den immunvermittelten Enzephalitiden besprochen.

Tumormarker

Diese sind im Kap.  11 (Tab.  11.2) besprochen.

3.7 Molekulargenetische Methoden

  • Thorsten Lenhard
  • Simon Nagel

In immer rascherer Folge werden die genetischen Grundlagen neurologischer Krankheiten identifiziert (Tab. 3.2). In der klinischen Diagnostik wird der direkte vom indirekten Gennachweis unterschieden. Ist das pathogene Gen bekannt, ist eine direkte DNA-Diagnostik auch bei einzelnen Erkrankten möglich. Bei bekannter Lokalisation des mutierten Gens, aber unbekanntem molekularen Defekt, ist nur ein indirekter Nachweis möglich. Dabei macht man sich die gemeinsame Vererbung des mutierten Gens mit benachbarten bekannten Genmarkern (darunter Restriktionslängenpolymorphismen und Triplet-Wiederholungen) zunutze. Der so definierte Genotyp wird erkrankten und gesunden Familienmitgliedern zugeordnet (Linkage). Damit ist die indirekte Diagnostik nur in Familien mit bereits sicher Betroffenen und nicht bei einzelnen Erkrankten anwendbar.

Tab. 3.2

Bekannte Gene wichtiger neurologischer Erkrankungen (Auswahl)

 

Chr

Gen

Kodiertes Protein

Erbgang

Mutationstyp

Alzheimer-Erkrankung

14

PSEN1

Presenilin 1

Dominant

Punktmutationen

21

APP

Amyloid-beta-Peptid

Dominant

Punktmutationen, große Duplikationen die das ganze Gen umfassen

1

PSEN2

Presenilin 2

Dominant

Punktmutationen

Amyotrophe Lateralsklerose

21

SOD1

Superoxid-Dismutase 1

Dominant

Punktmutationen

CADASIL

19

NOTCH3

»Notch homolog 3« (Drosophila)

Dominant

Punktmutationen

Chorea Huntington

4

HD

Huntingtin

Dominant

Trinukleotid-Expansion

Muskeldystrophie Duchenne-Becker

X

DMD

Dystrophin

Geschlechtsgebunden

Deletionen in ca. 60% der Patienten, Punktmutationen

Dopa-responsive Dystonie

14

GCH1

GTP-Cyclohydrolase 1

Dominant

Punktmutationen, Deletionen, Splice-Mutationen

Primäre Torsionsdystonie

 

DYT1

TorsinA

Dominant

GAG-Deletion in Exon 5

Emery-Dreifuss-Muskeldystrophy

1

LMNA

Lamin A/C

Dominant

Vor allem Punktmutationen

X

EMD

Emerin

Geschlechtsgebunden

Punktmutationen, Deletionen, Splice-Mutationen

Fazioskapulohumarale Muskelatrophie

4

FRG1

Nicht kodierende DNA-Sequenz

Dominant

Reduzierte Anzahl D4Z4 repeats

Familiäre hemiplegische Migräne

19

CACNA1A

Alpha-Untereinheit des spannungsabhängigen Kalziumkanals Typ P/Q

Dominant

Punktmutationen

1

ATP1A2

ATPase, »Na+/K+-transporting, α2 (+) polypeptide«

Dominant

Punktmutationen

Friedreich-Ataxie

9

FXN

Frataxin

Rezessiv

Trinukleotid-Expansion, selten Punktmutationen

Gliedergürtelmuskeldystrophie

2

DYSF

Dysferlin

Rezessiv

Vor allem Punktmutationen und kleine Deletionen

3

CAV3

Caveolin 3

Dominant oder rezessiv

Punktmutationen

9

FKTN

Fukutin

Rezessiv

Punktmutationen

Frontotemporale Demenz

17

MAPT

»Microtubule-associated«-Protein Tau«

Dominant

Punktmutationen, Splice-Mutationen

17

GRN

Granulin

Dominant

Vor allem Deletionen, Punktmutationen, und Splice-Mutationen

Parkinson-Erkrankung

6

PARK2

Parkin

Rezessiv

Deletionen, Duplikationen, Punktmutationen

1

PINK1

»PTEN-induced«-Kinase 1«

Rezessiv

Punktmutationen

12

LRRK2

»Leucine-rich repeat«-Kinase 2

Dominant

Punktmutationen

Spinozerebelläre Ataxien u. a.:

     

– SCA1

6

ATXN1

Ataxin 1

Dominant

Trinukleotid-Expansion

– SCA2

12

ATXN2

Ataxin 2

Dominant

Trinukleotid-Expansion

– SCA3 (Machado-Joseph-Erkrankung)

14

ATXN3

Ataxin 3

Dominant

Trinukleotid-Expansion

– SCA7

3

ATXN7

Ataxin 7

Dominant

Trinukleotid-Expansion

Myotone Muskeldystrophie

19

DMPK1

Dystrophia-myotonica-Proteinkinase

Dominant

Trinukleotid-Expansion

Proximale myotone Myopathie

3

CNBP

»CCHC-type zinc finger«, »nucleic-acid-binding-Protein

Dominant

Tetranukleotid-Expansion

HMSN IA (Charcot-Marie-Tooth-Erkrankung)

17

PMP22

»Peripheral myelin protein 22«

Dominant

Punktmutationen, große Duplikationen die das ganze Gen umfassen

HMSN III (Dejerine-Sottas-Syndrom)

17

PMP22

»Peripheral myelin protein 22«

Dominant oder rezessiv

Punktmutationen

Myoklone Epilepsie

2

SCN1A

Alpha-Untereinheit des spannungsabhängigen Natriumkanals Typ I

Dominant

Vor allem Punktmutationen und kleine Deletionen

Detaillierte und kontinuierlich ergänzte Zusammenstellung im Internet bei:

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/GeneTests/?db=GeneTests

http://www.orpha.net/consor/cgi-bin/index.php

Seit Mitte der 1980er Jahre das Humane-Genom-Projekt ins Leben gerufen wurde (http://www.ngfn.de/de/verstehen_der_menschlichen_erbsubstanz.html), wurden in immer schnellerer Abfolge neue genetische Defekte von Erkrankungen beschrieben und zugleich die nötige molekulargenetische Methodik verfeinert, automatisiert und immer kostengünstiger realisiert (Next generation-Sequencing). Dies hat dazu geführt, dass heutzutage die Sequenzierung eines vollständigen, individuellen Genoms unter 5000 € angeboten wird. Mit der reinen Sequenzierung eines individuellen Genoms ist aber noch nicht viel geholfen. So müsste die so entstandenen Datenflut erst noch auf relevante Gendefekte analysiert werden, was bislang noch nicht praktikabel ist. Viel bedeutender ist, dass mit Hilfe der neuen Technologien die Möglichkeit besteht, in Zukunft die Ursachen der weitaus häufigeren, multigenetisch bedingten Erkrankungen zu identifizieren aber auch Unterschiede in der Wirksamkeit von Medikamenten zu verstehen.

Molekulargenetische Untersuchung der DNA

Zur Diagnostik hereditärer Erkrankungen kommen unterschiedliche genetische Verfahren je nach Fragestellung zur Anwendung:
  • klassische Chromosomenuntersuchung und Karyotypisierung (Aneuploidie, wie z. B. beim Down-Syndrom),

  • Microarray-Techniken zum Nachweis kleiner aber multipler genomischer Veränderungen (kleine Deletionen oder Insertionen, Single-Nukleotid-Polymorphismus; z. B. Fragile-X-Syndrom oder Autismus),

  • molekular-zytogenetische Untersuchung mittels Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH). Sie dient zum chromosomalen Lokalisationsnachweis bei auffälligen Microarray-Befunden oder zum Nachweis balancierter Chromosomenveränderungen bei Familienangehörigen; außerdem zum Nachweis von chromosomalen Veränderungen in den sog. Subtelomerregionen (z. B. Retardierungssyndromen),

  • Gezielte PCR-basierte Sequenzierung von Genen oder Genabschnitten (Exone) (z. B. Chorea Huntington) oder auch Multi-Gen-Panel-Analyse (z. B. Epilepsie-, hereditäre Polyneuropathie- oder Muskeldystrophie-Panels).

Als Quelle der zu untersuchenden genomischen DNA dienen in der Regel Leukozyten aus Vollblut (Heparin oder EDTA), in der Pränataldiagnostik auch aus Chorionzotten, neuerdings auch zirkulierende fetale DNA aus maternalem Blut oder DNA aus zuvor angelegten Fibroblastenkulturen einer Hautbiopsie.

Mehr Informationen zur genetischen Diagnostik finden sich in den Kap.  4 und  39 sowie in der Facharztbox: Molekularbiologische Methoden in der Diagnostik.

3.7.1 Facharztbox

Molekularbiologische Methoden in der Diagnostik

Polymerasekettenreaktion (PCR). Dier PCR hat diagnostische Bedeutung bei der Erregerdiagnostik (z. B. Herpesviren, pan-bakterielle PCR) und der molekulargenetischen Diagnostik hereditärer Erkrankungen. Das gesuchte DNA-Fragment wird heutzutage durch genetisch manipulierte DNA-Polymerase mit hochgenauer Polymerisations- und Fehlerkorrekturrate, sog. High-Fidelity-Polymerasen (ursprünglich abstammend von thermophilen bakteriellen DNA-Polymerasen) mit Hilfe von komplementären Oligonukleotiden, die am 5‘- und 3’OH-Ende des gewünschten DNA-Fragments als Primer paaren und die POL-Reaktion initiieren, amplifiziert. Nach elektrophoretischer Auftrennung werden die DNA-Fragmente aufgereinigt und heutzutage mittels Nextgeneration-Sequenzierautomaten sequenziert.

Southern-Hybridisierung. PCR-DNA-Produkte oder genomische DNA werden zunächst mir Restriktionsenzymen verdaut, und die resultierenden Restriktionsfragmente werden elektrophoretisch aufgetrennt. Markierte DNA-Sonden binden an komplementäre DNA-Abschnitte und werden durch Autoradiographie oder mittels Fluoreszenz sichtbar gemacht. Diese Methode hat heute in der Diagnostik von hereditären Erkrankungen kaum noch Bedeutung.

Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH). FISH ist eine molekular-zytogenetische Methode zur chromosomalen Zuordnungsanalyse von Mikrodeletionen oder -duplikationen. Die Methode basiert auf der Hybridisierung von Fluorochrom-gekoppelten DNA-Sonden an komplementäre DNA-Sequenzen innerhalb von Chromosomenpräparaten (Metaphase), in Zellen oder an Gewebeschnitten (Meta- oder Interphase). Dadurch können die Veränderungen auf Ebene der Chromosomen im Fluoreszenzmikroskop sichtbar gemacht werden.

3.7.2 In Kürze

Liquordiagnostik

Liquorpunktion (LP). Entnahme des Liquors aus Subarachnoidalraum unter sterilen Bedingungen im Sitzen oder Liegen bei max. Rückenkrümmung. Punktionsstelle: Im Schnitt der Wirbelsäule zwischen oberen Rand der Beckenschaufeln. Liquordruckmessung (in »Millimeter Wassersäule«, mmH2O) mittels Steigrohr beim entspannt liegenden Patienten. Untersuchung des Liquors: Zahl und Art der Liquorzellen, Eiweißgehalt, Liquorzucker, Eiweißsubgruppen, intrathekale Immunglobulinproduktion, Erregerdiagnostik. Postpunktionelles Liquorunterdrucksyndrom: Nach 1–2 Tagen heftige Kopfschmerzen, Übelkeit, Ohrensausen und Ohnmachtsneigung bedingt durch Liquorverlust durch den Stichkanal. Therapie: Infusion von Elektrolytlösung, einfache Analgetika, Antiemetika, Bettruhe.

Neurophysiologische Methoden

Elektromyographie (EMG). Untersuchung der elektrischen Aktivität der Muskulatur. Indikationen: Differenzierung zwischen neurogener und myogener Muskelatrophie, neurogener Parese, Inaktivitätsatrophie, mechanischer Behinderung, psychogener Lähmung, schmerzreflektorischer Ruhigstellung.

Untersuchung des Muskels: Muskel wird mehrfach sondiert und nach Kriterien beurteilt (Ruheaktivität, maximale Willküraktivität, eindrucksgemäße Beschreibung der Potenziale einer motorischen Einheit bei geringer Willküraktivität).

Veränderung der Muskelaktivität: Pathologische Spontanaktivität: Fibrillationen, positive scharfe Wellen, myotone Entladung, Faszikulationen; Neurogene Läsion: Zerstörung motorischer Einheiten verursacht Lichtung des Aktivitätsmusters, degenerierte Muskelfasern reagieren überempfindlich auf Acetylcholin, spontane Entladungen; myopathische Läsion: Diffuse Muskelfaserzerstörung bei max. dichtem Aktivitätsmuster; pathologisches Aktivitätsmuster bei maximaler Willküraktivität: Muskelkrankheiten, periphere Nervenkrankheiten.

Elektroneurographie (ENG). Objektivierung und Lokalisierung verschiedener Störungen der Nervenleitung (motorisch und/oder sensibel). Untersuchung: Supramaximale Stimulierung des Nervs an mehreren Stellen, motorische Antwort wird im distalen Muskel mit Oberflächenelektroden abgeleitet.

Reflexuntersuchungen

Orbicularis-oculi-Reflex (Blinkreflex): Zur Diagnostik von Läsionen des N. facialis, bei Hirnstammläsionen, im Koma und bei elektrophysiologischer Diagnostik der MS.

Masseterreflex: Ergänzende Untersuchung bei peripheren oder zentralen Trigeminusläsionen.

Kieferöffnungsreflex: Bei Verdacht auf Hirnstammläsionen.

H-Reflex und F-Welle: Bei Diagnose von entzündlichen, proximalen Nervenläsionen.

Transkranielle Magnetstimulation (TKMS). Schmerzlose Messung der Leitfähigkeit im Tractus corticospinali, im peripheren Nerven und in bestimmten motorischen Hirnnerven u. a. bei MS, amyotrophischer Lateralsklerose und psychogenen Lähmungen.

Evozierte Potenziale (EP)

Visuell evozierte Potenziale (VEP): Diagnostik der MS, vaskulärer und degenerativer Läsionen der Sehnerven und Sehbahnen.

Somatosensibel evozierte Potenziale (SEP): MS-Diagnostik, bei unklaren Sensibilitäts- und psychogenen Gefühlsstörungen.

Frühe akustische Hirnstammpotenziale (FAHP): Diagnostik entzündlicher, vaskulärer, traumatischer und neoplastischer Hirnstammläsionen.

Elektroenzephalographie (EEG). Registrierung der bioelektrischen Aktivität des Gehirns, v. a. für Diagnostik der Epilepsie, diffuser Hirnschädigungen und in Differenzialdiagnose.

Elektronystagmographie. Elektrische Registrierung der Augenbewegungen des spontanen und des durch Provokation ausgelösten Nystagmus.

Neuroradiologische Untersuchungen

Konventionelle Röntgenaufnahmen. In der Neurologie kaum noch von Bedeutung.

Computertomographie (CT). Anatomisch genaue Darstellung intrakranieller Strukturen (graue und weiße Substanz des Hirngewebes, Liquorräume, Plexus chorioideus, Hirnödem). Spiral-CT: Volumenaufnahmeverfahren durch spiralig aufgerichtete Röntgenstrahlung. CT-Angiographie: Darstellung extra- und intrakranieller Gefäße. Spinal-CT: Darstellung lateraler und mediolateraler lumbaler Bandscheibenvorfälle.

Magnetresonanztomographie (MRT). Darstellung von Weichteilkontrasten. Magnetresonanzangiographie (MRA): Räumliche Darstellung der extra- und intrakraniellen hirnversorgenden Arterien.

Nuklearmedizinische Untersuchungen. Emissions-Computertomographie (ECT): Rechnergestützte, schichtweise Abbildung der Radioaktivitätsverteilung in Organen nach Injektion von radioaktiven Tracern. Diagnostik von Tumoren, extrapyramidal-motorischen Krankheiten und Multisystematrophien.

Kontrastuntersuchungen. Ventrikulographie: Überprüfung der Durchgängigkeit von Aquädukt und Foraminae Luschkae und Magendii, Shuntkontrolle in der Neurochirurgie. Digitale Subtraktionsangiographie (DSA): Röntgendarstellung des zerebralen Gefäßsystems für Diagnostik von Hirntumoren oder -blutungen, Gefäßmissbildungen, Sinusthrombose. Myelographie: Feststellung eines raumfordernden spinalen Prozesses.

Ultraschalluntersuchungen

Extrakranielle Dopplersonographie (ECD). Erkennen pathologische Strömungsgeschwindigkeiten und -richtungen in periorbitalen Arterien und an Halsgefäßen.

Transkranielle Dopplersonographie (TCD). Nachweis intrakranieller Gefäßstenosen, Untersuchung auf Vasospasmen nach Subarachnoidalblutung, Bestimmung des zerebralen Kreislaufstillstandes.

Extrakranielle Duplexsonographie. Beurteilung der hirnversorgenden Gefäße.

Ultraschallkontrastmittel. Führen zu einer um den Faktor 1000 höheren Rückstreuung des Ultraschalls und damit zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses und der Bilder.

Funktionelle Untersuchung. U. a. Untersuchung der zentralen Vasomotorenreserve bei hochgradigen extrakraniellen Stenosen nach CO2-Atmung, Detektion von Mikroemboliesignalen.

Biopsien

Muskelbiopsie. Differenzierung zwischen neurogener und myogener bzw. myositischer Schädigung der Muskulatur und semiquantitative Darstellung genetischer, metabolischer und immunologischer Störungsmuster.

Nervenbiopsie. Ausschließlich Biopsie des rein sensiblen N. suralis lateralis. Bei entzündlichen Erkrankungen des Nervensystems im Rahmen von Kollagenosen.

Hirnbiopsie und Biopsie der Meningen. Bei unklarem Hirntumor und Veränderung im Gehirn.

Spezielle Laboruntersuchungen

Laktat- und Ischämietest, Hypothalmisch-hypophysäre Hormondiagnostik, neuronale Marker.

Molekulargenetische Methoden

Direkter und indirekter Gennachweis durch Leukozyten und lymphoblastoide Zelllinien aus Vollblut oder Fibroblastenkulturen aus Hautbiopsien.

Weiterführende Literatur

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Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2016

Authors and Affiliations

  • Martin Bendszus
    • 2
  • Alexander Gutschalk
    • 1
  • Thorsten Lenhard
    • 1
  • Simon Nagel
    • 1
  • Brigitte Storch-Hagenlocher
    • 3
  • Markus Weiler
    • 1
  • Brigitte Wildemann
    • 1
  • Peter Ringleb
    • 1
  1. 1.Neurologische Univ.-KlinikHeidelbergDeutschland
  2. 2.Abteilung NeuroradiologieNeurologische Univ.-KlinikHeidelbergDeutschland
  3. 3.Klinik für NeurologieGRN-Klinik SinsheimSinsheimDeutschland

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