Vestibulo-oculäres Monitoring bei Patienten nach schwerem Schädel-Hirn-Trauma zur Prognose des Outcomes

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung des Vestibulo-oculären Monitorings mit den ersten Experimenten am Tiermodell bis zur klinischen Anwendung auf der Neurochirurgischen Intensivstation zur Prognosebestimmung in der Akutphase bei Patienten nach schwerem Schädel-Hirn Trauma dargestellt. Für das Vestibulo-oculäre Monitoring werden Galvanische Labyrinthpolarisation und Video-oculographie miteinander kombiniert. Durch die Galvanische Labyrinthpolarisation wird ein Gleichgewichtsreiz am Vestibulären Nerv induziert. Mit Hilfe der Video-oculographie werden die hierdurch ausgelösten Augenbewegungen mittels eines Infrarot-Aufnahmesystemes digital registriert und im Anschluss in den Bewegungsachsen horizontal, vertikal und torsional ausgewertet. Für das Vestibulo-oculäre Monitoring und dessen Anwendung bei Patienten nach schwerem Schädel-Hirn Trauma ließen sich fünf Hypothesen bilden: 1. Es besteht eine Abhängigkeit der Augenbewegungen von einem vestibulären Stimulus. 2. Diese Funktion ist über den Vestibulo-oculären Reflex (VOR) verschaltet. 3. Dysfunktionen im Hirnstamm führen zu Dysfunktionen im VOR. 4. Eine Läsion im Hirnstamm führt zu einer Veränderung dieser Augenbewegung. 5. Dies gilt auch bei Läsionen im Hirnstamm nach SHT. Durch die durchgeführten Experimente an Tieren und gesunden Probanden sowie durch Untersuchungen an Patienten wurden diese Hypothesen bestätigen. Die sinusförmige galvanische Labyrinthpolarisation wurde am Rattenmodell entwickelt und die Spezifität der vestibulären Stimulation dieser Technologie dargestellt. Experimente an Probanden zur Untersuchung der Reizverarbeitung beim gesunden Menschen folgten. Sowohl durch die Tierexperimente als auch durch die Untersuchungen an den Probanden ließ sich eine reizsynchrone und vestibulär spezifische Verarbeitung des galvanischen Sinusreizes darstellen. Bei vestibulärer Stimulation durch galvanische Labyrinthpolarisation mit Sinusfrequenzen um 0,5Hz werden Augenbewegungen induziert, die in der Frequenz und Form der Stimulation entsprechen. Die Kombination der galvanischen Labyrinthpolarisation und der zeitgleichen Video- oculographie zur Untersuchung des Nervensystems und seiner Defektzustände konnte beim Deutschen Marken- und Patentamt aufgrund der erstmaligen Beschreibung und Einmaligkeit des Verfahrens als Vestibulo-oculäres Monitoring patentiert werden. Nachdem das Mess-Setup und die Messparameter definiert waren, wurde das Vestibulo- oculäre Monitoring in der Anwendung auf der Neurochirurgischen Intensivstation getestet. Das Setup wurde an die intensivmedizinische Umgebung angepasst und es wurden komatöse Patienten nach Schädel-Hirn Trauma und Subarachnoidalblutung untersucht. Auf der Intensivstation ließen sich unter klinischen Bedingungen Daten von guter Qualität erheben. Bereits bei der Machbarkeits-Studie zeigte sich der Zusammenhang zwischen dem Outcome der Patienten und den Ergebnissen des Vestibulo-oculären Monitorings. Die Anwendung des Vestibulo-oculären Monitorings in der Akutphase bei Patienten nach schwerem Schädel-Hirn Trauma zur langfristigen Prognosebestimmung folgte. Innerhalb der ersten drei Tage nach schwerem Schädel-Hirn Trauma wurde bei Patienten auf der Neurochirurgischen Intensivstation das Vestibulo-oculäre Monitoring durchgeführt. Die Analyse der einzelnen Bewegungskomponenten der Augenbewegungen erfolgte mittels Fast-Fourier-Transformation. Aufgrund dieser Daten ließen sich die Patienten in Responder, die eine Augenbewegung stimulationssynchron zeigten, und Non-Responder, ohne stimulationsinduzierte Augenbewegung, einteilen. Sechs Monate nach dem Unfallereigniss wurde bei den Patienten der Glasgow Outcome Score erhoben. Ein schlechtes Outcome mit häufigem Versterben liess sich bei den Non-Respondern feststellen, während die Responder ein signifikant besseres Outcome ohne Versterben hatten. Das Vestibulo-oculäre Monitoring lässt sich folglich als Messverfahren zur frühzeitigen Vorhersage des langfristigen Outcomes bei Patienten, die ein schwere Schädel-Hirn Trauma erlitten haben, einsetzen.

Introduction: Oculomotor response (OMR) to galvanic labyrinth polarization (GaLa) recorded soon after TBI should indicate the outcome of patients when considering the extent of brainstem damage after severe traumatic brain injury (TBI) as critical for the evaluation. This importance of brainstem for outcome has been demonstrated by previous studies employing imaging techniques to visualize structural or functional brainstem lesions. Methods: Vestibulo- ocular monitoring (VOM) is based on video-oculographic recording of eye movements during GaLa stimulation of both labyrinths. The OMR is elicited via the vestibulo-ocular reflex (VOR), i.e. via the afferents from the peripheral neurons to the vestibular nuclei and subsequently to the oculomotor neurons. These pathways are situated in the brainstem and therefore reflect alterations caused by a functional lesion. The aim of the study is to examine whether, and to what extent, early VOM correlates with outcome after six months (Glasgow Outcome Score) in severe TBI and a comparison from the predictive value of VOM with the predictive value of pupillary size is presented. Results: On twenty- seven patients VOM was performed within three days after severe TBI. Three- dimensional eye movements were obtained from the VOM recordings and frequency analysed. GOS was determined by evaluation of a standardised outpatient interview. In 16 patients an OMR, synchronous with the GaLa stimulus was found. In the remaining 11 patients no such OMR could be observed. One patient was excluded from the study. Outcome scores yielded GOS1 (n=11), GOS2 (n=3), GOS3 (n=9), GOS4 (n=3) and GOS5 (n=1). The GOS1-2 patients determined six- months after trauma were characterised by no OMR in early VOM, whereas GOS3-5 patients showed an OMR in early VOM. This significance of VOM is described by the exact two-sided Fisher-Test (p<10-3)). At the early time after tbi only two patients presented a dilated pupil. Both had an unfavourable outcome (GOS1-2) but the sensitivity of pupil diameter as an predictor of outcome was low. Conclusion: It was possible to predict patients outcome by distinguishing two groups using VOM in the acute phase. As an indicator of brainstem function VOM provides a useful, complementary approach to the identification of brainstem lesions by imaging techniques.