Hirnaktivität im tiefsten Koma trotz EEG-Nulllinie

Ein kanadisch-rumänisches Medizinerteam wies bisher unbekannte Hirnaktivität im tiefsten Koma jenseits der EEG-Nulllinie nach. Die Entdeckung kann sich auswirken auf die Bewertung des Hirntods, die Behandlung von Koma-Patienten und die Erforschung der Hirnfunktionen.

Das Elektroenzephalogramm oder kurz EEG zeigt die elektrische Aktivität des Gehirns an, die an der Kopfhaut gemessen wird und somit hauptsächlich der Großhirnrinde entstammt. Die EEG-Nulllinie, wie sie üblicherweise bei Patienten im sehr tiefen Koma gemessen wird, gilt als grenzwertiges Anzeichen zwischen Leben und Tod. Zusammen mit unheilbaren strukturellen Gehirnschäden ist sie ein entscheidendes Kriterium zur Feststellung des Hirntodes. Kanadische Mediziner wiesen in Zusammenarbeit mit einem rumänischen Kollegen bisher unbekannte und tiefer liegende Hirnaktivität während des Komas nach.

EEG-Muster narkotisierter Katzen auf verschiedenen Bewustseinsstufen

EEG-Muster narkotisierter Katzen auf verschiedenen Bewustseinsstufen; Betäubung mit Isofluran zunehmender Konzentration. (A) wach. (B) 1% Isofluran: Slow-
wave sleep-like (SWS). (C) 2%: Burst-suppression (BS). (D) 3%: Koma, durchgängige EEG-Nulllinie, nur minimale Aktivität bei hoher Messverstärkung sichtbar. (E) 4%: Tiefstkoma, Wiederaufleben von starker Aktivität (Ny-Komplexe). Grafik: Daniel Kroeger, Bogdan Florea, Florin Amzica

Jenseits der Nulllinie

Erste Anzeichen für ungewöhnliche Gehirnaktivität zeigten sich bei einem rumänischen Patienten. Er lag nach einem Herzstillstand im Koma, das durch die Gabe antiepileptischer Medikamente vertieft wurde. Seine Gehirnaktivität ähnelte bestimmten Aktivitätsmustern, die aus dem Hippocampus bekannt sind, einem tiefer liegenden und entwicklungsgeschichtlich älteren Teil der Großhirnrinde. Zusätzlich waren bisher unbekannte Muster zu sehen, die die Mediziner wegen ihrer Ähnlichkeit mit dem griechischen Buchstaben als Ny-Komplexe bezeichneten. Die kanadischen Wissenschaftler entwickelten daraufhin eine experimentelle Studie, die sie an Katzen durchführten.

Die Tiere wurden mithilfe eines starken Anästhetikums in ein extrem tiefes Koma versetzt. Das Anästhetikum wurde so gewählt, dass das Koma ohne Schaden für die Gehirnzellen beendet werden konnte. Auch als das EEG die Nulllinie anzeigte, beobachteten die Mediziner bei allen diesen Katzen zusätzlich Ny-Komplexe.

Die Forscher fanden heraus, dass derHippocampus auch im tiefsten Koma Aktivitätsmuster bilden kann. Sie werden zu übergeordneten Strukturen der Großhirnrinde geleitet und regen diese an, wenn deren eigene Aktivitäten heruntergefahren sind. Der Hippocampus ist im Zusammenspiel mit der Großhirnrinde wichtig für die Bildung von Erinnerungen.

Hirnaktivität im Hippocampus während Tiefstkoma trotz EEG-Nulllinine

Hirnaktivität im Hippocampus während Tiefstkoma (unten) trotz EEG-Nulllinine (oben). (A) Nervenzellen der Großhirnrinde (oben) und des Hippocampus (unten). (B) Gleichzeitige Aufzeichnung von EEG, Aktivität in Großhirnrinde (grün), Hippocampus (blau) und Umgebung (FP). EEG-Nulllinie bei Welligkeit im Hippocampus und spezielle Ny-Komplexe. (C) Aktion im Hippocampus geht Aktion in Großhirnrinde konsistent voraus. Grafik: Daniel Kroeger, Bogdan Florea, Florin Amzica

Folgerungen aus der Studie und mögliche Anwendungen

In erster Linie zeigen die Studienergebnisse, dass das Gehirn zumindest dann ein extremes Koma überstehen kann, wenn die Nervenstrukturen nicht geschädigt werden.

Nach Ansicht der Forscher kann die Entdeckung dem Schutz der Nervenzellen von Koma-Patienten nutzen. Denn möglicherweise schützt ein künstlich vertieftes Koma zusätzlich, da das Gehirn im Tiefstkoma vermehrte Aktivitäten zeigt und daher ähnlich wie ein bewegter Muskel nicht verkümmert. In dieser Richtung müsste noch weiter geforscht werden.

Der Hippocampus hat auch mit Erinnerungs- und Lernvorgängen zu tun. Daher stellt sich für weitere Forschungen die Frage, inwieweit seine im Tiefstkoma entdeckten Aktivitätsmuster hierbei eine Rolle spielen.

Die Entdeckung des bisher unbekannten Gehirnzustandes kann sich darauf auswirken, wie der Gehirntod definiert und festgestellt wird. Bereits in den 1970er Jahren wurde hierzu vorgeschlagen, die elektrische Aktivität tiefer liegender Gehirnstrukturen zu messen, statt sie nur an der Kopfhaut per EEG zu bestimmen.

Originalveröffentlichung

Kroeger D, Florea B, Amzica F (2013): Human Brain Activity Patterns beyond the Isoelectric Line of Extreme Deep Coma. PLoS ONE 8(9): e75257. doi:10.1371/journal.pone.0075257
http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0075257

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