Kann fokussierter Ultraschall eine neue Möglichkeit zur Schmerzbehandlung bieten? – Welt der Physik

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/can-focused-ultrasound-provide-a-new-way-to-manage-pain-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/can-focused-ultrasound-provide-a-new-way-to-manage-pain-physics-world-2.jpg" data-caption="Nicht-chirurgische Schmerzlinderung Wynn Legon (links), Andrew Strohman und Kollegen sind die ersten, die zeigen, dass fokussierter Ultraschall geringer Intensität tief in das Gehirn eindringen kann, um sowohl Schmerzen als auch die Reaktion des Körpers auf den daraus resultierenden Stress zu lindern. (Mit freundlicher Genehmigung von Clayton Metz/Virginia Tech)“>

Eine Schmerzlinderung wird in der Regel durch rezeptfreie Schmerzmittel wie Paracetamol oder entzündungshemmende Medikamente erreicht; Stärkere Schmerzen erfordern möglicherweise Opioide, die Nebenwirkungen haben und zur Sucht führen können. Forscher an der Virginia Tech erforschen einen anderen Ansatz zur Schmerzbehandlung, bei dem überhaupt keine Medikamente zum Einsatz kommen, sondern der gezielte Ultraschall auf einen bestimmten Punkt im Gehirn abzielt.

Die Insula ist eine Region im Gehirn, die mit der Schmerzwahrnehmung verbunden ist. Aufgrund seiner Lage tief in den Falten der Großhirnrinde ist es jedoch schwer zugänglich. Fokussierter Ultraschall mit geringer Intensität (LIFU), bei dem Ultraschallstrahlen auf einen winzigen Punkt konvergiert werden, könnte eine Möglichkeit bieten, solche tiefen Strukturen nichtinvasiv und mit hoher räumlicher Auflösung anzuvisieren.

In einer doppelblinden klinischen Studie unter der Leitung von Wynn Legon von dem Fralin Biomedical Research Institute am VTCDas Team untersuchte, ob die Verwendung von LIFU zur nicht-chirurgischen Veränderung der neuronalen Aktivität sowohl die Schmerzwahrnehmung als auch die Reaktion des Körpers auf einen schmerzhaften Reiz, wie etwa Veränderungen der Herzfrequenz, verringern kann.

„LIFU bietet eine hohe räumliche Spezifität kombiniert mit der Fähigkeit, auf unterschiedliche Tiefen zu fokussieren“, erklärt Legon. „Dadurch wird der Zugang zu mehreren schwer zugänglichen Hirnregionen ohne Operation ermöglicht. Außerdem hat es – wie alle gerätebasierten Optionen – den Vorteil, dass es nicht süchtig macht.“

Legon und Kollegen untersuchten 23 gesunde Freiwillige und verwendeten die Methode des durch Kontaktwärme hervorgerufenen Potenzials (CHEP), um die Schmerzverarbeitung zu beurteilen. CHEP funktioniert durch die Abgabe kurzer Wärmereize an die Hand, deren Intensität als mäßig schmerzhaft eingeschätzt wird (etwa fünf auf einer Schmerzreaktionsskala von null bis neun). Der Wärmereiz erzeugt eine CHEP-Wellenform, die über eine Elektroenzephalographie-Elektrode (EEG) auf der Kopfhaut gemessen werden kann.

Jeder Teilnehmer nahm an vier Sitzungen teil, wobei die erste anatomische MRT- und CT-Untersuchung sowie Basisfragebögen umfasste. In den anderen drei Sitzungen wurden die Freiwilligen 40 CHEP-Stimuli (jeweils 300 ms) während der Verabreichung von LIFU (für 1 s) entweder an die vordere Insula (AI) oder die hintere Insula (PI) oder eine inerte Scheinexposition ausgesetzt.

Die Forscher verwendeten einen Ultraschallwandler, der mit herkömmlichem Gel an den Kopf gekoppelt war, um fokussierten Ultraschall mit Millimeterauflösung zu liefern. Sie verwendeten außerdem einen maßgeschneiderten Kopplungspuck, der anhand der MRT-Scans jedes Einzelnen entwickelt wurde, um den Brennpunkt genau auf den Inselzielen zu platzieren.

Das Hauptziel der Studie wird in der Zeitschrift berichtet SCHMERZZiel war es, zu bestimmen, ob LIFU an AI oder PI Schmerzen hemmen kann, wie von den Teilnehmern während jeder CHEP-Sitzung bewertet. Mithilfe der Elektrokardiographie (EKG) untersuchten die Forscher außerdem, wie sich LIFU auf die Herzfrequenz und die Herzfrequenzvariabilität auswirkte, und bewerteten seinen Einfluss auf die CHEP-Wellenform.

Das Team stellte fest, dass LIFU sowohl bei AI als auch bei PI die Schmerzbewertung reduzierte. Die gemittelten Reaktionen auf die 40 CHEP-Stimuli für jeden Probanden führten zu mittleren Schmerzbewertungen von 3.03 ± 1.42, 2.77 ± 1.28 und 3.39 ± 1.09 für AI, PI bzw. Schein-Exposition. Der beobachtete Unterschied zwischen PI und Scheinstimulation war statistisch signifikant, während die Unterschiede zwischen AI und Scheinstimulation oder AI und PI nicht signifikant waren.

Legon weist darauf hin, dass diese Verringerung um etwa einen Dreiviertelpunkt auf der Schmerzskala zwar recht gering erscheint, bei Erreichen eines vollen Punktes jedoch schon fast klinisch bedeutsam ist. „Es könnte einen erheblichen Unterschied in der Lebensqualität machen oder in der Lage sein, chronische Schmerzen mit rezeptfreien Medikamenten anstelle von verschreibungspflichtigen Opioiden zu behandeln“, erklärt er in einer Pressemitteilung.

Um den Einfluss von LIFU auf die CHEP-Wellenform zu beurteilen, haben die Forscher die Spitze-zu-Spitze-Amplitude vom ersten großen negativen (N1) bis zum ersten großen positiven (P1) Ausschlag im EEG gemessen. Die Spitze-zu-Spitze-Amplituden betrugen 23.35 ± 11.58, 22.90 ± 12.35 und 27.79 ± 10.78 mV für AI, PI bzw. Schein-Exposition. Die Analyse ergab einen signifikanten Unterschied zwischen Schein und KI sowie Schein und PI, nicht jedoch zwischen KI und PI.

Das Team beobachtete, dass die Abgabe von fokussiertem Ultraschall an die KI oder den PI die CHEP-Kurve auf unterschiedliche Weise beeinflusste. LIFU zum PI beeinflusste frühere EEG-Amplituden, während LIFU zum AI spätere EEG-Amplituden beeinflusste, was bedeutet, dass die Modulation des PI und des AI unterschiedliche physikalische Auswirkungen hat.

Legon erzählt Physik-Welt dass es vor dieser Studie nicht möglich war, nicht-chirurgisch zu untersuchen, wie verschiedene Regionen der Insula zum Schmerzempfinden beitragen oder wie nozizeptive (schmerzbezogene) Informationen von einem Bereich zum anderen weitergeleitet werden. Die Millimeterauflösung von LIFU ermöglicht jedoch die gezielte Ausrichtung nahe beieinander liegender Regionen, um nach bestimmten Effekten zu suchen.

„Frühere invasive Tiefenelektrodenaufzeichnungen hatten gezeigt, dass nozizeptive Informationen räumlich und zeitlich von PI an AI weitergeleitet wurden“, sagt er. „Unsere Ergebnisse haben dies nicht-invasiv zusammengefasst, was eine wichtige Erkenntnis ist.“

LIFU hatte keinen Einfluss auf die mittlere Herzfrequenz der Teilnehmer während CHEP-Stimuli. Die Forscher stellten jedoch einen signifikanten Unterschied in der Herzfrequenzvariabilität zwischen Schein- und KI-Exposition fest. LIFU zur KI erhöhte die Herzfrequenzvariabilität, was mit einer besseren allgemeinen Gesundheit verbunden ist.

Das Team untersucht nun die Abgabe von LIFU an verschiedene Gehirnbereiche als potenzielles Schmerztherapeutikum. „Wir wissen noch nicht, welche Dosierung angemessen ist oder welche spezifischen Parameter zu klinisch bedeutsamen Ergebnissen führen können“, erklärt Legon. „Daher beginnen wir, LIFU zur Schmerzlinderung bei Patienten mit chronischen Schmerzen zu testen. Wir untersuchen auch den Nutzen von LIFU für andere klinische Indikationen wie Angstzustände und Sucht.“

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/can-focused-ultrasound-provide-a-new-way-to-manage-pain/