Neuroplastische Umorganisation bei Plexus brachialis Läsionen

Nach schweren Unfällen kommt es immer wieder zu Nervenwurzelausrissen im Halsbereich des Rückenmarks. Dies führt zu einer vollständigen Lähmung des betroffenen Arms (komplette Plexus brachialis Läsion) - eine der schwerwiegendsten motorischen Behinderungen beim Menschen. Die Wiederherstellung der Armfunktion ist derzeit ein großes neurologisches und chirurgisches Problem. Klinische Daten eines neu entwickelten Operationsverfahrens zeigen seit kurzem vielversprechende Rehabilitationsergebnisse. Hierbei wird das Ende des durchtrennten für Ellbogenbeugungen zuständigen Nerven (Nervus musculocutaneus), operativ mit der Seite des intakten Zwerchfellnerven (Nervus phrenicus) verbunden. Das Nervensystem lernt im Laufe der Zeit, über diesen Zwerchfellnerv Atmung und Ellbogenbeugung getrennt zu steuern. Derzeit ist unklar, welche Umorganisationsprozesse für diesen klinischen Erfolg verantwortlich sind und wie sie optimiert werden können. Ziel dieses Antrags ist es, mit Hilfe umfangreicher klinischer Untersuchungen und neuer funktionell bildgebender Verfahren (Funktionelle Magnetresonanztomographie bei 3 Tesla und 7 Tesla) die zugrundeliegende Umorganisation des zentralen Nervensystems zu verstehen. Aufgrund eigener Pilotstudien erwarten die Autoren die Beschreibung einer bisher nicht bekannten Fähigkeit des Nervensystems zur Umorganisation und daraus ableitbare Konsequenzen für neue Therapieverfahren.

Hauptziel dieser Studie war es zu verstehen, welche Umorganisationsmöglichkeiten das menschliche Gehirn hat um auf Verletzungen des peripheren Nervensystems zu antworten. Hierzu wurde eine Gruppe spezieller und äußerst seltener Patienten mit klinischer Dokumentation und funktioneller Bildgebung untersucht. Es handelt sich um Patienten, welche im Rahmen eines Unfalls einen Ausriss des Nervengeflechts im Schulterbereich erlitten haben und deren Arm daher vollständig gelähmt ist. Bei diesen wird mit einer neuartigen Operationstechnik der für Armbeugung zuständige Nervenstumpf mit der Seite eines Zwerchfellnerven verbunden. Der Zwerchfellnerv kann dann 2 Muskeln aktivieren: den Zwerchfellmuskel für Atmung und den Bizepsmuskel für Armbeugung. Das Gehirn muss in der Folge lernen Fasern für Armbeugung getrennt von Fasern für Zwerchfellaktivierung zu aktivieren, damit nicht bei jedem Atemzug der Arm gebeugt wird und umgekehrt. Tatsächlich kann sich das menschliche Gehirn innerhalb eines Zeitraums von 1-2 Jahren entsprechend umorganisieren, und über das Zwerchfellareal des Gehirns dann beide Muskeln getrennt von einander aktivieren. Von besonderer Bedeutung ist, dass das im gesunden Gehirn geschieht und keine erzwungene Umorganisation infolge einer Hirnschädigung darstellt (wie z.B. nach einem Schlaganfall). Im vorliegenden FWF Projekt konnte dieser neuartige Neuroplastizitätsmechanismus erstmals dokumentiert werden. Es gelang dabei auch den verblüffenden Mechanismus zu entschlüsseln, wie das Gehirn genau vorgeht. Nachdem das Armareal des Gehirns (Nervenzellen für Armbewegungen) durch den Nervengeflechts-Ausriss keinen Zugang mehr zu seinen Muskeln hat, könnte man eigentlich annehmen, dass es stillgelegt wird und das neu verknüpfte Zwerchfellareal alleine für die Armbewegungen zuständig wird. Überraschenderweise ist dem nicht so: das Armareal bleibt aktiv und aktiviert bei Armbewegungen direkt das Zwerchfellareal, welches dann die Bewegungskommandos an den Armbeuger weitergibt. Dieser neu entdeckte Mechanismus bietet Möglichkeiten auch bei anderen Nervenerkrankungen klinisch nutzbar gemacht zu werden.