Niedrigenergetische Stoßwellen:
Laut Studien – Neue Behandlungsoption bei Alzheimer-Demenz uvm.
Stoßwellen in der Medizin – bereits die erste Idee hatte mit dem Gehirn zu tun.
Stoßwellentherapien haben dank intensiver Forschung in den vergangenen Jahrzehnten große Fortschritte gemacht, wodurch sich die Einsatzmöglichkeiten dieser Therapieform stark erweitert haben. Wurden anfangs nur Nierensteine zertrümmert, begann man wenig später, auch Knochenbrüche, Verkalkungen der Schulter, Fersensporn und Sehnen bzw. deren Ansätze zu behandeln. Stoßwellen werden inzwischen sogar bei Erkrankungen der Herzkranzgefäße sowie zur Wundheilung und bei Knocheninfektionen eingesetzt und in der Forschung untersucht man die stimulierende Wirkung der Stoßwellen auf Stamm-, Herzmuskel- und eben auf Nervenzellen.
Bereits 1951 wurde das erste Patent für eine fokussierte Stoßwelle zur Behandlung von Gehirntumoren erteilt. Doch obwohl die Idee gut war, konnte sie bis heute nicht in der damals gedachten Form umgesetzt werden. Stattdessen entwickelte das Unternehmen Dornier (einst ein Flugzeughersteller, das später in das heutige Unternehmen Airbus überging, in der Medizintechnik reüssiert man heute als Dornier MedTech Europe) den ersten sog. „Lithotripter“ (von griechisch lithos = Stein, tripsie = Zertrümmerung), der noch bis 1980 warten musste, bevor er die Zulassung für die Behandlung von Nieren- und Blasensteinen erhielt. Ebenfalls 1980 wurde dann der erste Nierensteinzertrümmerer der Welt im Münchner Klinikum Großhadern eingesetzt. Trotz anfänglicher Häme vieler Fachkollegen und einem stolzen Preis von damals 4,5 Millionen D-Mark begann damit der Siegeszug der Stoßwellentherapie. Inzwischen sind mehr als 5.000 Lithotripter im Einsatz, mit denen jährlich mehr als eine Million Patient:innen behandelt werden und die Behandlung ein Standard – ebenso wie in der Orthopädie.
Die Einsatzgebiete in der Urologie (z. B. bei erektiler Dysfunktion) und in der Kardiologie (z. B. bei Angina pectoris) hingegen sind allgemein noch kaum geläufig und zur regenerativen Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer-Demenz, anderen Formen der Demenz und andere, mit Stoßwellen potenziell behandelbaren Krankheiten wie Morbus Parkinson, Zustand nach Schlaganfall, Aphasie uvm. herrscht leider noch denkbar größte Unwissenheit. Was also sind Stoßwellen genau, wie funktionieren sie und wie wirken sie auf den menschlichen Organismus? Diese Fragen wollen wir auch im Hinblick auf die Transkranielle Pulsstimulation (TPS) in einer kurzen Übersicht beantworten.
In der Medizin auf Erfolgskurs: Stoßwellen sind vielseitig und zielgerichtet einsetzbar
Stoßwellen sind zunächst einmal Schallwellen und keine Ultraschallwellen, wie wir später noch darlegen werden. Stoßwellen sind zunächst ganz einfach mechanisch-akustische Druckimpulse. Wir alle kennen dies aus eigener Erfahrung, wenn ein Flugzeug oben am Himmel die Schallmauer durchbricht und ein sehr lauter, extrem kurzer Knall ertönt. Schall breitet sich in Wellenform rund um seine Quelle aus. Seine Geschwindigkeit hängt von der Beschaffenheit der Umgebung und der jeweiligen Temperatur ab. Bei einer Temperatur von 20 Grad Celsius sind es z. B. 333 Meter in der Sekunde.
Um Schall-, also Stoßwellen zu erzeugen, nutzt man das physikalische Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Man kann dies mit der Tonerzeugung in einem Lautsprecher vergleichen: In diesem sind eine Spule und eine Membran so konzipiert, dass kurze, aber kräftige Impulse entstehen. Aktiviert man den Stromdurchfluss, bilden sich elektromagnetische Felder um die Windungen der Spule herum, die durch eine Isolationsschicht in die Membran hineinwirken. Durch den schnellen Stromanstieg werden in der Membran Wirbelströme induziert, die dem ursprünglichen Magnetfeld diametral entgegenwirken. Es entstehen so abstoßende Kräfte, die die Membran von der Spule wegdrücken und eine Pulswelle entstehen lassen. Diese breitet sich dann über ein Übertragungsmedium (z. B. Wasser oder Luft) aus.
Zur Zertrümmerung von Nierensteinen (Extrakorporale Stoßwellenlithotripsie – ESWL) etwa, nutzt man Stoßwellensignale mit einem positiven Druckpuls von bis zu 2 µs (Mikrosekunden) Dauer und 10 – 100 MPa (100 – 1000 bar) Druckamplitude mit einem nachfolgenden negativen Druckpuls (Zugwelle) von bis zu minus 10 MPa (- 10 bar) Druck und bis zu 4 µs Dauer. Dies sind extrem hohe Energien von über 3 mj/mm2, (Millijoule auf einen Quadrat-Millimeter), die Haut und elastisches Gewebe wie etwa Muskeln schadlos durchdringen, und nur festen Widerstand, hier also die Steine, zertrümmern.
In der Orthopädie werden vor allem fokussierte Stoßwellentherapien, kurz EWST genannt, genutzt. Deren energetische Kraft liegt unter jenen der Lithotripsie im mittelenergetischen Bereich bis zu maximal 1 mj/mm2, da hier keine festen Gegenstände eliminiert werden sollen, sondern gezielt Gewebe- und Knochenstrukturen stimuliert werden, die u. a. durch eine gesteigerte Durchblutung und einen intensivierten Stoffwechsel zu vielfältigen Heilungsprozessen führen können. Ihre Anwendung erfolgt in engen (fokussierten) Zielgebieten des Organismus, so dass die Wirkung nahezu nur auf den zu behandelnden Körperteil oder Areal begrenzt bleibt und umliegendes Gewebe und Organe nur marginal infiltriert werden. In der Schmerztherapie setzt man fokussierte Stoßwellen zur Therapie lokaler Schmerzpunkte und tiefer liegender, schmerzauslösender Trigger-Punkte ein. Eine besondere Bedeutung kommt hier der Trigger-Stoßwellen-Therapie zu, die sich nochmals von den herkömmlichen Stoßwellen-Therapien unterscheidet. (siehe hierzu auch: www.schmerzinstitut.de/triggerpunkte/ )
Bei der Transkraniellen Pulsstimulation (TPS) schließlich werden nur niedrigenergetische Stoßwellen eingesetzt, die maximal eine Energieleistung von 0,2 mj/mm2 erreichen. Diese Energien sind so gering, dass es zu keinerlei Gewebeerwärmung im Gehirn kommt und das Aktionspotential der Stoßwellen rein aktivierender und regenerierender Natur ist. Als Aktionspotential, kurz AP, bezeichnet man übrigens die kurz anhaltende Änderung des Membranpotentials über der Zellmembran. Es dient der Reizweiterleitung über Axone an weitere erregbare Zellen wie z. B. Neuronen.
Stoßwellen oder Ultraschall? Die Transkranielle Pulsstimulation (TPS) ist eine Stoßwellen-Therapie.
Im Zusammenhang mit der Transkraniellen Pulsstimulation (TPS) wird fälschlicherweise mitunter von einer Ultraschall-Therapie gesprochen. Das ist nicht richtig. Die Transkranielle Pulsstimulation (TPS) ist eine Stoßwellen-Therapie, die man gerne auch Schallwellen-Therapie nennen kann – und vielleicht kommt daher auch das Missverständnis, die TPS als Ultraschall-Therapie zu bezeichnen.
Denn Ultraschall, in der Medizin vor allem diagnostisch zur Informationsgewinnung und therapeutisch u. a. zur Schmerzlinderung eingesetzt, ist zwar auch eine Schallwelle, bewegt sich jedoch in einem Frequenzbereich von mehr als 20.000 hz (Hertz) und besitzt eine deutlich geringere Druckamplitude als eine Stoßwelle. Ultraschall agiert in periodischen Schwingungen mit schmaler Bandbreite.
Stoßwellen zeichnen sich demgegenüber durch einen einzigen, überwiegend positiven Druckpuls aus, dem ein vergleichsweise geringer negativer Zugpuls folgt. Dieser Puls bewegt sich in einer Frequenzbandbreite von einigen kHz (Kilohertz) bis hin zu mehr als 10 MHz (Megahertz). Vereinfacht und ganz salopp ausgedrückt: Die Frequenzbänder von Ultraschall und Stoßwellen liegen sozusagen „meilenweit“ auseinander und jede dieser elektromagnetischen Wellen hat ganz unterschiedliche Eigenschaften, Wirkungen und damit mögliche Aufgaben – auch in der Medizin. Fazit: Stoßwellen und Ultraschall-Wellen sind zwar verwandt, aber nicht identisch und die Transkranielle Pulsstimulation (TPS) ist eine Stoßwellentherapie.
Stoßwellen – fünf Schlüsselmechanismen, die wissenschaftlich erforscht sind
Es gibt mittlerweile zahlreiche wissenschaftliche Grundlagen-Studien zu Funktion und Wirkung von Stoßwellen in der Medizin. In einer just 2022 veröffentlichten Meta-Analyse (Quelle: Wikipedia) identifizierten die Autoren fünf Schlüsselmechanismen:
- eine stimulierende Wirkung auf differenzierte Zellen und Vorläufer-/Stammzellen bei Knorpel- und Knochenpathologien sowie eine gezielte Hemmung von Osteoklasten
- eine Reduktion der Konzentration von Substanz P, was als Neurotransmitter bei der Schmerzweiterleitung über C-Nervenfasern sowie im neurogenen Entzündungskreislauf dient
- eine transiente Zerstörung von Acetylcholin-Rezeptoren an der muskulären Endplatte, welches die muskuläre Übererregung bei Triggerpunkten, Spastizität oder muskulären Dysbalancen reduziert
- eine Reduktion der neuronalen Schmerzweiterleitung und ggfs. eine Aktivierung von Gate-Control-Mechanismen im Rückenmark
- eine Stimulation der Mikrozirkulation, des Lymphabflusses und der Expression von Lubricin, welches als Gleitmittel für Myofaszien und Sehnen dient
Stoßwellen in der Alzheimer-Forschung: Vielversprechende Forschungsdaten expandieren.
Speziell in der Forschung zur Transkraniellen Pulsstimulation (TPS) werden folgende Funktionen und Wirkungen bereits als erwiesen angesehen bzw. werden derzeit in zahlreichen weiteren umfangreichen klinischen Studien in unterschiedlichen Ansätzen bzw. Durchführungsarten (auch placebo-kontrolliert) intensiv untersucht:
- durch Mechanotransduktion bewirken Stoßwellen biologische Effekte wie die Erhöhung der Zellpermeabilität;
- es kommt zu einer Änderung der Konzentration von Neurotransmittern (Erhöhung Serotonin und Dopamin, Verringerung GABA) und neurotrophen Wachstumsfaktoren (Erhöhung VEGF, BDNF und GDNF);
- weiterhin wird auch Stickoxid (NO) freigesetzt , das zu einer direkten Vasodilatation und damit zu einer Erhöhung der Durchblutung führt. Zudem dürfte eine Regulationsstörung der Stickoxid-Konzentration bei neurodegenerativen bzw. neuroregenerativen Prozessen involviert sein;
- Erhöhung der Konzentration des Wachstumsfaktors BDNF (Brain-Derived Neurotrophic Factor). Dieser spielt eine große Rolle bei der Entwicklung und Reifung, aber auch bei der Regeneration von Nervenzellen sowie bei der Neuroneogenese und Neuroplastizität im Gehirn;
- darüber hinaus konnte eine Korrelation von tiefen BDNF-Konzentrationen im Gehirn und neuropsychiatrischen Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit, der bipolaren affektiven Störung und auch der Schizophrenie gezeigt werden.
Der Nachweis, dass Stoßwellen zu einer Hochregulation neuroplastischer Prozesse führen, konnte dadurch erbracht werden, dass nach Stimulation des sensorischen Kortex noch nach einer Woche eine strukturelle und funktionelle Kopplung innerhalb des somatosensorischen Kortex nachgewiesen werden konnte. Zudem konnte eine Reduktion der kortikalen Atrophie bei Patientinnen und Patienten mit Alzheimer-Demenz nachgewiesen werden.
Stoßwellen – ein neues Zeitalter in der Medizin?
Bei aller Zurückhaltung könnte man durchaus postulieren, dass Stoßwellen bzw. zahlreiche andere Therapien, die auf Elektromagnetismus beruhen, eine kardinale Rolle in der künftigen Medizin einnehmen können. Ihre verschiedenen Wirkmechanismen sind mittlerweile hinreichend belegt, wobei zu beachten ist, dass verschiedene, vermutlich kumulative Mechanismen für die klinischen Wirkungen verantwortlich sind und noch viele Jahre intensiver Forschung weltweit ins Land gehen werden, bis man all ihre Parameter und Wechselwirkungen en detail verstehen wird.
Doch schon heute steht ein großer Vorteil zu beachten: Die Neben- und Nachwirkungen des Einsatzes von Stoßwellen sind, wenn überhaupt, nur marginal und zeitlich eng begrenzt bzw. letztlich zu vernachlässigen. Während Medikamente stets neben den angestrebten Wirkungen auch maximale Nebenwirkungen haben können, was oft dazu führt, dass Patient:innen wiederum Medikamente zur Linderung der Nebenwirkungen einnehmen müssen – ein fataler Kreislauf – dringen Stoßwellen zwar in den Organismus per se ein; dies jedoch nur kurzfristig und einmalig: Wellen aktivieren und regenerieren im Mikrosekundenbereich Zellen und Zellgewebe, schwingen dann aber aus und – nichts bleibt zurück. Der Organismus wird nicht belastet, der Metabolismus nicht dauerhaft infiltriert und durch biochemische Stoffe kontaminiert. Die Vorteile liegen also auf der Hand: Diese Art der Medizin ist sanft, sicher und in höchstem Maße wirkungsvoll. Der ärztliche Leitsatz „Primo non nocere“ – zuallererst nicht schaden – findet im Bereich der Stoßwellentherapien seine Entsprechung.
Literatur zur Stoßwellen-Forschung zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen – siehe hier:
Literatur zu den Wirkmechanismen von Stoßwellen allgemein:
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