Postoperative Kognitive Dysfunktion
ZUSAMMENSPIEL VON ALTERSBEDINGTEN HIRNVERÄNDERUNGEN, ANÄSTHETIKA UND INFLAMMATION
Hirnprotektion
Die Postoperative Kognitive Dysfunktion (POCD) beschreibt eine mögliche Einschränkung der kognitiven Leistungsfähigkeit nach einer Operation unter Anästhesie, die sowohl die Gedächtnisleistung als auch Lern- und Konzentrationsfähigkeit betreffen kann. Postoperative kognitive Dysfunktion ist ein ernstes Gesundheitsproblem im Alter. Auf Basis des demografischen Wandels, in dessen Folge sich die Bevölkerungsstruktur in den letzten Jahrzehnten stark verändert hat und auch in Zukunft weiter verändern wird, nehmen altersbedingte Operationen, wie z.B. der Ersatz von Knie- oder Hüftgelenken oder Eingriffe bei Durchblutungsstörungen stetig zu und machen einen unverhältnismäßig hohen Anteil an chirurgischen Eingriffen aus, die eine Anästhesie erfordern. Zusätzlich ist diese Patientengruppe auf Grund ihres Alters durch zahlreiche Veränderungen im Gehirn (z.B. Erhöhung von Inflammationsmarkern, die sich ungünstig auf die Kognition auswirken könnten) gekennzeichnet, die zu einem erhöhten Risiko von POCD beitragen können. Der aktuelle wissenschaftliche Stand zu POCD ist jedoch relativ begrenzt, weshalb weitere Forschung erforderlich ist, um das Verständnis der Ursachen, Risikofaktoren, Diagnose und Behandlung von POCD zu verbessern. Daher sind neue Erkenntnisse, die eine personalisierte Vorhersage, Prävention und Therapieentwicklung ermöglichen, dringend erforderlich. Wir nehmen dabei an, dass der Stressreaktionsweg eine mechanistische Rolle bei POCD spielt, entweder als a) eigenständiger Mechanismus oder durch b) Interaktion mit einer bereits bestehenden Amyloid-Pathologie, die ein chirurgisch induziertes Ungleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung (Hyperexzitabilität) mit einer daraus resultierenden Dysfunktion der kognitiven Schaltkreise auslöst. Dabei kann die nicht-invasive Methode der transkutanen Vagusnervstimulation (taVNS) dazu beitragen, die erhöhten Inflammationsmarker zu reduzieren. Ziel ist es, das Zusammenspiel zwischen Gehirnfunktion, subklinischer Alzheimer-Pathologie und deren Interaktion mit Anästhetika besser zu verstehen und passende Interventionen zu entwickeln.
Was wir erreichen wollen
Unsere Projektziele
Einfluss der transkutanen aurikulären Vagusnervstimulation (taVNS) auf Neuroinflammation bei POCD
Die postoperative kognitive Dysfunktion (POCD) ist begleitet von Neuroinflammation, z.B der Aktivierung der inflammatorischen Marker TNFα/NF-κB IL-1ß, IL-6, die zu einer Beeinträchtigung der Blut-Hirn-Schranke und damit zu zu einer Migration von Makrophagen in den Hippocampus (HC) und in Folge zu Gedächtnisbeeinträchtigungen führen kann. Diese Entzündungsreaktionen können über den Vagusnerv (VN) z.B. über den cholinergen entzündungshemmenden Weg (CAP, vagale Efferenzen) abgeschwächt werden und in Tierstudien konnte aufgrund invasiver Vagusnervstimulation (iVNS) bereits eine Reduktion von Inflammationsmarkern, wie TNFa, IL-ß, IL6, bewirkt werden. Eine nicht-invasive Methode zur Ansteuerung des VN stellt dabei die transkutante aurikuläre Vagusnervstimulation (taVNS) dar. Dabei werden zwei kleine Elektroden vor allem im Bereich des Innenohres namens Cymba Conchae (CC) appliziert, da dieser ausschließlich Nervenfaserverbindungen zum VN aufweist und über den Hirnstamm zum noradrenergen System des locus coeruleus projiziert. Wir erwarten, dassdurch die Stimulation die noradrenerge Konzentration steigt und entzündungshemmend wirkt, indem die Mikroglia-Aktivierung gehemmt und die Produktion von pro-inflammatorischen Mediatoren unterdrückt wird.
Identifikation von Risikofaktoren für das Auftreten einer POCD
Einen wichtigen Risikofaktor für POCD stellt das Vorliegen einer kognitiven Beeinträchtigung vor der Operation dar, die von einer leichten kognitiven Beeinträchtigung (mild cognitive impairment, MCI) bis hin zur Demenz reichen kann. Kognitive Defizite wie MCI sind in der Routineversorgung jedoch schwer zu charakterisieren, da es an geeigneten kognitiven Testverfahren mangelt. Die Diagnose einer POCD basiert auf den Ergebnissen analog erhobener neuropsychologischer Testverfahren, die vor der OP, sowie zu verschiedenen Zeitpunkten nach der OP erhoben werden.
Ziel unseres Projekts ist es mittels hochfrequentem, digitalen Testen Schwankungen der kognitiven Leistungsfähigkeit vor und nach der Operation zu erfassen um so sensible Zeitfenster für therapeutische Interventionen zu identifizieren. Dazu möchten wir zusätzlich Biomarker im Blut bestimmen, die Aufschluss über neuronale Schäden vor und nach Operation geben können und uns ermöglichen eine Interaktion mit dem eingesetzten Anästhetikum zu untersuchen.
Projektteam
Prof. Dr. Emrah Düzel
Prof. Dr. Christoph Lohmann
M.Sc. Mareike Ludwig
Dr. Margit Rudolf
Dr. Judith Wesenberg
Publikationen
Current challenges in reliably targeting the noradrenergic locus coeruleus using transcutaneous auricular vagus nerve stimulation (taVNS)
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