Experimentelle Untersuchungen zur Behandlung von Funktionsstörungen des unteren Harntraktes bei suprasakralen Rückenmarksläsionen[1]

Zusammenfassung

Fragestellungen: Ziele der vorgelegten experimentellen Studien waren:

1. Untersuchungen zur superselektiven Vorderwurzelrhizotomie und sakralen Elektrostimulation in akuten und chronischen Experimenten

2. Untersuchungen zur lokalen sakralen Hyperthermie und Vorderwurzelstimulation hinsichtlich der Reduktion der Detrusor-Sphinkter-Dyssynergie im Akutversuch.

Material und Methodik: Insgesamt wurden 15 männliche Mischlingshunde für die Untersuchungen verwandt. Bei 10 Tieren wurden für die Untersuchungen zur superselektiven Vorderwurzelrhizotomie (akut: n = 5, chronisch: n = 5) die einzelnen Fila radicularia der sakralen Vorderwurzel intradural mikrochirurgisch identifiziert und ihre Stimulationsantwort bezüglich Detrusor und Sphinkter mit Hilfe von intravesikalen und intraurethralen Stimulationsantworten ermittelt. In anschließenden chronischen Experimenten wurde die Stimulationsantwort 3 Monate nach intraduraler Durchtrennung sphinkterspezifischer Nervenfasern und extraduraler Elektrodenimplantation beurteilt.

Abschließend wurde bei 5 Tieren experimentell nach Laminektomie die Möglichkeit einer Nervenleitungsblockade der Sakralnerven während einer intraduralen Vorderwurzelstimulation durch eine lokale Wärme applizierende modifizierte Cuff-Elektrode untersucht. Mit Hilfe intravesikaler und intraurethraler Druckmessungen wurden die Stimulationsantworten von Sphinkter und Detrusor unter Wärmeapplikation ermittelt.

Ergebnisse: Funktionelle Studien zeigten, dass nach intraduraler Dissektion der sakralen Vorderwurzel in 3 - 7 Fila radicularia (Mittel: 4) die elektrische Stimulation der einzelnen Nervenfasern spezifischere Antworten von Detrusor bzw. Sphinkter bewirkte. In 4 von 5 Akutexperimenten wurden 3 Qualitäten der Fila radicularia ermittelt: 1. vorwiegend autonome Fasern; 2. vorwiegend somatische Fasern; und 3. gemischte Fasern. Im Vergleich zwischen akuten und chronischen Experimenten führte die extradurale Stimulation 3 Monate nach Durchtrennung sphinkterspezifischer Fasern zu einer signifikanten Reduktion der Sphinkterantwort (mittlere Reduktion um 74,3 %; p < 0,05). Gleichzeitig fand sich eine nicht signifikante Reduktion der Detrusorantwort (mittlere Reduktion: 24,4 %; p ≥ 0,05). Elektronenmikroskopische Untersuchungen der distalen sakralen Vorderwurzel zeigten überlebende kleine myelinisierte und nicht-myelinisierte Axone nach proximaler superselektiver Rhizotomie.

Während extraduraler Wärmeapplikation und sakraler Elektrostimulation wurde eine Reduktion von Sphinkter- und Detrusorantwort beobachtet. Im direkten Vergleich wurde eine signifikante Verminderung des intraurethralen (78 ± 17,1 %) und des intravesikalen Druckanstieges (36 ± 13 %) während der intraduralen Elektrostimulation ermittelt. Die Auswertung der Daten unterschiedlicher Sakralnerven ergab in 11 von 12 Experimenten eine in Abhängigkeit von steigenden Temperaturen kontinuierliche Abnahme der Druckantworten. Der eine Fall, in dem dieser Effekt nicht beobachtet wurde, resultierte aus einem kompletten Nervenleitungsblock bei zu rascher Temperaturerhöhung. Früheste Veränderungen der Druckparameter wurden bei Temperaturen von 44,5 ± 1,4 °C ermittelt. Eine typische Erholungsphase mit einer partiellen Funktionseinbuße (Sphinkter: 33,8 ± 11,1 %; Detrusor: 25 ± 15,4 %) innerhalb von 1 bis 5 Minuten wurde beobachtet, wenn der Schwellenwert (Temperatur bei der frühesten Änderung der Druckantworten) nur über kurze Zeit appliziert wurde. Im Gegensatz dazu fand sich bei längerer Hitzeapplikation ein irreversibler Verlust der Druckantworten unter Stimulation.

Schlussfolgerungen: Die Resultate der superselektiven Vorderwurzelrhizotomie bestätigen vorhergehende Untersuchungen, in denen die Möglichkeit der intraduralen Identifikation und mikrochirurgischen Durchtrennung einzelner Fila radicularia aufgezeigt wurde. Die Ergebnisse der Kombination von intraduraler sakraler Vorderwurzelrhizotomie und extraduraler Elektrodenimplantation im Tiermodell geben Hoffnung auf eine Reduktion der Detrusor-Sphinkter-Dyssynergie und damit auf eine selektivere Elektrostimulation.

Erste tierexperimentelle Resultate der sakralen Wärmeapplikation während der Elektrostimulation deuten auf eine Möglichkeit, infolge einer Nervenleitungsblockade der Sakralnerven eine Reduktion von Blasen- und Sphinkterdruckanstieg zu erzielen. Um eine funktionelle Erholung nach Hyperthermie zu gewährleisten, ist jedoch ein enges Monitoring von Temperatur-Schwellenwert und Dauer der applizierten Wärme notwendig.

Abstract

Purpose: To investigate and compare anatomical with functional findings after selective transection of rootlets with a predominantly sphincteric response to stimulation, and to assess the effects of local hyperthermia on bladder and sphincteric responses to sacral nerve stimulation.

Methods: 15 male mongrel dogs were used to evaluate the effects of selective ventral rootlet stimulation in acute (n = 5) and chronic (n = 5) studies by means of neurostimulation and electron microscopy. In addition, the effects of local hyperthermia on bladder and sphincteric pressure responses to electrical stimulation (n = 5) were investigated.

Results: Functional studies consistently demonstrated that, when the roots were subdivided intradurally into rootlets (range: 3 - 7; mean: n = 4), electrical stimulation distinguished 3 qualities of individual rootlets: predominantly autonomic fibers, predominantly somatic fibers and a group that was mixed. In the chronic experiments, extradural stimulation after selective ventral sacral rootlet neurotomy caused a significant decrease of the sphincteric response at 3 months. Electron microscopic studies revealed surviving small myelinated and unmyelinated axons within the distal ventral root after selective neurotomy of rootlets with a predominantly sphincteric response. Local heat applied to sacral roots diminished both detrusor and sphincteric pressure responses to stimulation, with a greater reduction in the latter. Initial changes in pressure responses were detected at temperatures of 44.5 ± 1.4 °C. If local hyperthermia was immediately terminated when pressure responses were abolished, both sphincteric (33.8 ± 11.8 %) and bladder (25 ± 15.4 %) showed partial recovery at this time.

Conclusions: The intradural identification and transection of predominantly somatic rootlets is feasible. When this is combined with extradural electrode placement, sacral root stimulation will induce bladder contraction for low-pressure voiding. Furthermore, there is evidence that small myelinated and unmyelinated axons may represent the sacral efferent pathway. In addition, the preliminary results of our hyperthermia studies indicate that, with further investigation of temperature threshold and treatment duration, local hyperthermia on the sacral root may result in more selective bladder stimulation to reduce detrusor-sphincter dyssynergia.

Key words:

Spinal nerve roots - Electric stimulation - Bladder - Temperature - Dogs

1 Mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft durch Ausbildungsstipendien Da 409/1-1 und Pi 272/1-2

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