Hintergrund | 05.12.2012 | Drucken | Teilen

Medizin

Licht ins Dunkel des Narkoseschlafs

Seit über 150 Jahren werden Hypnotika benutzt, um bei Operationen eine künstliche Bewusstlosigkeit zu erzeugen. Erst langsam fangen wir an zu verstehen, wie sie funktionieren.
Anneke Meyer
Mann mit Narkosemaske
© iStock / Sister Sarah

Das Licht in dem kleinen Raum der Heidelberger Uni-Klinik ist ziemlich hell, es riecht scharf nach Desinfektionsmittel und ein wenig nach Pfefferminz. Die Stimme des Narkosearztes Dr. Schramm klingt durch den Mundschutz dumpf, aber freundlich. "Es kann sein, dass es Ihnen jetzt gleich ein bisschen schwummrig wird. Aber keine Sorge, das ist normal." Er gibt einem jungen Arzt ein Zeichen, der spritzt langsam eine milchige Flüssigkeit in den Venenzugang. "Hören sie mich?" Die Frau auf der Liege beginnt gerade noch, etwas Zustimmendes zu murmeln, dann scheint sie ganz plötzlich eingeschlafen.

Mehr als zehn Millionen Vollnarkosen werden jedes Jahr alleine in Deutschland durchgeführt. Dem Patienten wird dafür ein Medikamentencocktail verabreicht, der schmerzstillende und muskelentspannende Substanzen enthält, vor allem aber ein Mittel, das einen "kontrollierbaren Bewusstseinsverlust" bewirkt. Diese Hypnotika sind aus dem Krankenhausalltag nicht wegzudenken. Zum Glück! Wer möchte schon gerne hellwach bei seiner eigenen Blinddarm-OP dabei sein? Doch die Zuverlässigkeit, mit der die Narkose unser Bewusstsein ausknipst, lässt uns übersehen, dass wir nicht verstehen, wie sie funktioniert.

Die Verbindung zwischen Rezeptor und Mensch

Was die Hypnotika mit dem Körper machen, wissen Anästhesisten wie Christoph Schramm natürlich nur zu genau: Das in der Spritze enthaltene Hypnotikum versetzt seine Patientin in einen Zustand, in dem sie von jeglichen Sinneseindrücken abgeschnitten ist; eine so tiefe Bewusstlosigkeit, dass nicht einmal die Operation sie erwecken kann.

Auch wie die Narkosemittel im Nervensystem wirken, ist seit einigen Jahren im Detail bekannt. Sie binden an Rezeptoren, die für körpereigene Botenstoffe gemacht sind und verändern die Aktivität der Neurone. Viele Hypnotika erhöhen dadurch die Effektivität von hemmenden Zellkontakten, andere blockieren die Informationsübertragung zwischen Nervenzellen und verhindern damit die Ausbreitung von Erregung. Beides verringert schlussendlich die Aktivität im ganzen Gehirn, wie bildgebende Verfahren zeigen.

Allerdings sind manche Regionen besonders stark betroffen, unter ihnen auch der Thalamus. Er ist so etwas wie die Haustür des Gehirns – was wir sehen, fühlen oder hören muss durch ihn hindurch, bevor es die Sinneszentren in der Großhirnrinde erreicht. Ein guter Angriffspunkt also, um äußere Reize auszusperren, wenn auch nicht der einzige. Bei allem Detailwissen, das Wissenschaftler in den letzten Jahrzenten gesammelt haben: Der große Zusammenhang, eine lückenlose und schlüssige Verbindung zwischen Rezeptorwirkung und Narkoseschlaf des Körpers fehlt Ärzten wie Forschern.

Der Rhythmus der Bewusstlosigkeit

"Wie Anästhetika Bewusstlosigkeit herbeiführen, ist eines der großen Mysterien der Wissenschaft" meint auch Patrick Purdon, Forscher am Massachusetts Institute of Technology. Eine besondere Schwierigkeit bei der Lösung dieses Rätsels ist, das Tiermodelle hier an ihre Grenzen stoßen. Wie aber kann man die Wirkung von Narkose direkt im menschlichen Gehirn untersuchen? Unschätzbar wertvoll sind Erfahrungen mit Epilepsiepatienten, bei denen wegen der Schwere ihrer Krankheit eine Hirn-OP unvermeidbar ist. Purdon und sein Team maßen bei ebensolchen Patienten die Ströme im Gehirn, während die Narkose eingeleitet wurde.

Wie erwartet änderte sich mit dem Verlust des Bewusstseins die Hirnaktivität schlagartig. Im wachen Zustand war sie von einem unregelmäßigen, schnellen Hin- und Herfunken geprägt gewesen – als den Patienten die Sinne schwanden, gewannen sofort langsame, regelmäßigere Aktivitätswellen die Überhand. "Wir waren überrascht, wie unmittelbar diese langsamen Wellen einsetzten", betont die an der Studie beteiligte Laura Lewis.

EEG-Wellen
© Hugo Gamboa / CC-by-SA-3.0
CC BY-SA
 Bild vergrößernEEG-Wellen
Die rhythmische Aktivität der Hirnströme lässt sich in verschiedene Frequenzbänder einteilen. Ihre Überlagerung ergibt das rohe EEG-Signal, das mit Elektroden von der Schädeldecke abgeleitet werden kann (oben). Je nachdem was das Gehirn gerade tut, dominieren einzelne Frequenzen das Gesamtbild. Aufmerksamkeit ist von schnellen Gamma-Wellen geprägt (Mitte). Im traumlosen Tiefschlaf, aber auch unter Narkose, dominieren langsame Wellen, die auch Delta-Rhythmus genannt werden (unten).

Dieser so genannte Delta-Rhythmus ist an und für sich für Hirnforscher keine Neuigkeit. Er taucht nicht nur in Verbindung mit Narkose auf, er ist auch ein Kennzeichen von besonders tiefem Schlaf. Die charakteristische Veränderung der Hirnaktivität wird bei manchen Operationen sogar als zusätzlicher Kontrollfaktor der anhaltenden Bewusstlosigkeit miteinbezogen.

"Wir machen das vor allem bei Herz-OPs" erklärt Christoph Schramm. Bei diesen Eingriffen muss die Betäubung möglichst flach gehalten werden, so wird der sowieso stark angegriffene Kreislauf nicht zusätzlich belastet. Dafür ist das Risiko höher, dass doch Episoden der Operation bis ins Bewusstsein der Patientin vordringen – keine schöne Vorstellung. Eine Indexzahl, die aus dem Elektroenzephalogram, dem EEG, berechnet wird, erlaubt Orientierung darüber, wie friedlich der Narkoseschlaf ist. Als alleiniges Kriterium für die Narkoseüberwachung würde der Heidelberger Anästhesist diesen Messwert aber nie benutzen. "Das ist viel zu verschieden zwischen den einzelnen Patienten".

"Wir haben jetzt endlich ein objektives physiologisches Signal um zu erfassen, wann jemand unter Narkose bewusstlos ist." (Patrick Purdon)

Aber wenn man zielgenauer misst? Dann könnte, wenn es nach Patrick Purdon geht, die Überwachung per EEG bald einen höheren Stellenwert bekommen. "Wir haben jetzt endlich ein objektives physiologisches Signal, um zu erfassen, wann jemand unter Narkose bewusstlos ist." Sein Team konnte nicht nur den zeitlichen Zusammenhang zwischen Delta-Rhythmus und eintretender Betäubung demonstrieren, sondern auch den relevanten Frequenzbereich der Schwingungen auf unter einem Hertz einkreisen. Ein konkreter Hinweis darauf, welche Bereiche des EEGs besonders gut Auskunft über die Tiefe einer Anästhesie geben.

Kommunikationssperre

Möglicherweise hat der Delta-Rhythmus aber auch eine Bedeutung, die über die Narkoseüberwachung hinausgeht: Er selbst könnte den Mechanismus darstellen, der das Bewusstsein aus dem Hirn vertreibt. Wie die Forscher um Purdon und Lewis beobachteten, fungieren die langsamen Wellen im Gehirn als eine Art Kommunikationsblocker: Die Signalübertragung zwischen nah benachbarten Neuronen bleibt zwar bestehen, der Austausch zwischen entfernten Abschnitten bricht aber zusammen."Es ist so", beschreibt Lewis, "als befände sich die eine Hirnregion in Boston und die andere in Singapur. Sie können nicht miteinander telefonieren, weil die eine immer dann wach ist, wenn die andere schläft – und umgekehrt". Indem die Kommunikation zwischen den Einzelteilen des Hirnnetzwerks lahmgelegt wird, wird die Verarbeitung von Sinneseindrücken unmöglich.

"Das hat bei uns allen eingeschlagen", kommentiert Christoph Schramm die Entdeckung seiner amerikanischen Kollegen. "Das Netzwerk bricht zusammen – das wusste man vorher nicht." Spekuliert worden war über eine solche Möglichkeit aber durchaus. Schon früher hatten Studien Hinweise darauf gegeben, Bewusstlosigkeit wäre eine Folge von gestörter Informationsverarbeitung im Gehirn. Wie genau das aber funktionieren soll, dazu gab es bisher bestenfalls Vermutungen. Die Entdeckung der langsamen Delta-Schwingungen als Kommunikationsschranke für Zwiegespräche zwischen Hirnabschnitten bringt jetzt einen konkreten Mechanismus ins Spiel.

"Das hat bei uns allen eingeschlagen!" (Christoph Schramm)

Ein Puzzlestück, das dennoch nicht alle Wissenslücken schließt. Die langsamen Aktivitätswellen können die Ursache für das Schwinden der Sinne sein – oder aber ihre Folge. Ein Rätsel ist ebenfalls, wo im Hirn der Delta-Rhythmus entsteht. Antworten auf diese Fragen würden große Auswirkungen auf die Praxis haben, glaubt Christoph Schramm. "Wenn man das wüsste, hätte man einen Ansatzpunkt, an den Medikamenten zu basteln". Ziel wäre dabei ein "perfektes Hypnotikum" – eines, das gänzlich ohne Nebenwirkungen erlaubt, das Bewusstsein aus- und wieder anzuschalten.

© Spektrum.de

Lewis, L. et al.: Rapid fragmentation of neuronal networks at the onset of propofol-induced uncobsciousness. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 10.1073/pnas.1210907109, 2012
Alkire, MT. et al.: Consiousness and Anesthesia In: Science 322, Heft 5903, S. 876–880, 2008
Mashour, GA., Alkire, MT. Consciousness, Anesthesia, and the Thalamocortical System In: Anesthesiology 10.1097/ALN.0b013e318277a9c6, 2012