AG Anästhesiologische und Analgesiologische Neurophysiologie

Unsere Arbeitsgruppe untersucht die Mechanismen von Bewusstlosigkeit und Schmerzausschaltung in Gehirn und Rückenmark, sowie Verfahren zur Messung der Tiefe von Bewusstlosigkeit und Schmerzausschaltung.

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Hierzu setzen wir elektrophysiologische Verfahren, wie EEG, Reflex-EMG und evozierte Potentiale, sowie Reflex-Pupillometrie und funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT) ein.

Unsere Arbeitsgruppe gliedert sich in drei Teilbereiche:

  1. Grundlagen-Experimentelle Studien
  2. Klinisch-Experimentelle Studien
  3. Klinische Studien

Grundlagen-Experimentelle Studien

Hauptfokus der grundlagen-experimentellen Studien ist der nozizeptive Flexorenreflex. Der nozizeptive Flexorenreflex ist ein Beugereflex der unteren Extremität, welcher über schmerzhafte elektrische Stimulation am Fuß ausgelöst und dessen Reaktion in Form einer Kontraktion der Oberschenkelmuskulatur mittels Elektromyografie gemessen werden kann. Der nozizeptive Flexorenreflex ist in der klinischen und experimentellen Schmerzforschung ein weit verbreitetes Instrument, da die an der Oberschenkelmuskulatur gemessene Stärke der Kontraktion eng mit dem subjektiven Schmerzempfinden zusammenhängt.

Mehrere Parameter des nozizeptiven Flexorenreflexes können als objektive Maße des subjektiven Schmerzempfindens eingesetzt werden. Am weitesten verbreitet sind einerseits die Reflexgröße im Elektromyogramm als Reaktion auf eine festgelegte Stimulationsstromstärke und andererseits die Reflexschwelle, also die Stimulations-stromstärke, welche benötigt wird, um überhaupt einen Reflex zu erzeugen. Die Reflexschwelle weist für den Einsatz im klinischen Umfeld dabei den entscheidenden Vorteil auf, dass für ihre Bestimmung nicht eine vorher festgelegte Stimulationsstromstärke appliziert werden muss, sondern diese individuell angepasst und somit die Belastung für den Patienten minimiert werden kann.

Für die Bestimmung der Reflexschwelle des nozizeptiven Flexorenreflexes sind jedoch spezielle Algorithmen notwendig, da der Reflex ein Wahrscheinlichkeitsereignis darstellt. Wahrscheinlichkeitsereignis bedeutet hierbei, dass nicht bei einer bestimmten Stimulationsstromstärke immer ein Reflex auftritt oder nie auftritt, sondern dass zu jeder Stimulationsstromstärke manchmal ein Reflex auftreten kann und manchmal kein Reflex auftreten kann, wobei mit zunehmender Stimulationsstromstärke die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Reflexen zunimmt.

Ziel der grundlagen-experimentellen Studien ist die Standardisierung und Optimierung der Messverfahren des nozizeptiven Flexorenreflexes und seiner Schwelle. Hierzu führen wir einerseits Probandenstudien an gesunden Probanden durch sowie andererseits Testungen an mathematischen Simulationsmodellen der Reflexschwelle. 

Leitende Wissenschaftler: Gregor Lichtner, Falk von Dincklage

Klinisch-Experimentelle Studien

Für eine Allgemeinanästhesie ist neben der durch Medikamente erzeugten Bewusstlosigkeit auch eine Schmerzausschaltung notwendig. Die Mechanismen in Gehirn und Rückenmark über welche diese Schmerzausschaltung durch den Einsatz von Narkosemedikamenten herbeigeführt wird sind jedoch zu weiten Teilen ungeklärt. Ebenso ungeklärt ist, anhand welcher körperlichen Anzeichen und Messparameter zuverlässig eine ausreichende oder unzureichende Schmerzausschaltung beim Bewusstlosen erkannt werden kann.

Anhand von experimentellen Probandenstudien untersuchen wir daher die Mechanismen der Verarbeitung von schmerzhaften Reizen in Gehirn und Rückenmark unter Narkose mittels elektrophysiologischer Verfahren wie EEG und Reflex-EMG, sowie anhand von funktioneller Magnetresonanztomografie.

Grundlagenwissenschaftliches Ziel der Untersuchungen ist herauszufinden, welche Strukturen in Gehirn an der Verarbeitung von schmerzhaften Reizen während Bewusstlosigkeit beteiligt sind, wie diese miteinander verbunden sind und auf welche Weise sich die die Verarbeitung der schmerzhaften Reize unter Bewusstlosigkeit von der Verarbeitung im Wachzustand unterscheidet.

Des Weiteren wird als klinisches Ziel der Untersuchungen ein sensitives und spezifisches Vorhersagemodell der Verarbeitung von schmerzhaften Reizen unter Allgemeinanästhesie entwickelt. Anhand eines solchen „Goldstandard“-Modells der Verarbeitung von schmerzhaften Reizen unter Allgemeinanästhesie könnten Geräte für den Einsatz im klinischen Alltag entwickelt werden, mit deren Hilfe zuverlässig die Schmerzausschaltung während Narkose gemessen werden kann.

Leitende Wissenschaftler: Carlo Jurth, Falk von Dincklage

Klinische Studien

Die exakte Dosierung von Medikamenten zur Ausschaltung des Bewusstseins und zur Schmerzausschaltung ist eine der wichtigsten Aufgaben des Anästhesisten während der Allgemeinanästhesie. Sowohl eine zu hohe Dosierung, als auch eine zu geringe Dosierung kann unerwünschte Folgen haben.

Im Rahmen von klinischen Studien untersuchen wir verschiedene Verfahren zur Messung der Tiefe von Bewusstlosigkeit und Schmerzausschaltung während Allgemeinanästhesie, welche bei der exakten Dosierung unterstützen können. Hierbei setzen wir neben etablierten EEG-Monitoren und experimentellen EEG-Parametern, den nozizeptiven Flexorenreflex, den Pupillen-Dilatationsreflex und mathematische PK/PD-Modelle ein.

Ziel der Studien ist zu vergleichen in wie weit die Verfahren in der Lage sind unzureichende Schmerzausschaltung und unzureichende Ausschaltung des Bewusstseins bei Patienten während Allgemeinanästhesie und während Sedierung auf der Intensivstation zu erkennen.

Ein weiteres Ziel der klinischen Studien ist zu untersuchen, in wie weit die Verfahren in der Lage sind, zum Ende einer Narkose den individuellen Schmerzmittelbedarf in der direkt anschließenden postoperativen Phase vorherzusagen und Zusammenhänge zwischen akuten postoperativen Schmerzen mit der Ausbildung von längerfristig bestehen bleibenden chronischen Schmerzen aufzudecken.

Leitende Wissenschaftler: Matthias Posch, Axel Jakuscheit, Falk von Dincklage

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