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Kortikale Streudepolarisierung (CSD)

Streudepolarisierung (SD) ist eine allgemeine Bezeichnung für alle Wellen eines abrupten, fast vollständigen Zusammenbruchs von neuronalen transmembranen Ionengradienten, die zytotoxische Ödeme hervorrufen und sich mit ca. 3 mm/Min. durch die graue Hirnmasse bewegen. Das SD-Kontinuum ist ein Spektrum, das von kurzfristiger SD in metabolisch intaktem Gewebe über SD von mittlerer Dauer bis hin zu letaler SD in stark ischämischem Gewebe reicht. Und dieses gesamte SD-Spektrum können Menschen erleiden: von der eher harmlosen Migräneaura über den Schlaganfall bis hin zum Kreislaufstillstand. Das bedeutet, dass es entlang dieses Kontinuums Überschneidungen, aber auch große Abweichungen bei den mechanischen Aspekten von SD gibt. SD leitet zum Beispiel entweder vorübergehende Hyperperfusion ein, auf die in normalem Gewebe unbeständig eine milde Blutarmut folgt (normale neurovaskuläre Reaktion), oder schwere Hypoperfusion (umgekehrte neurovaskuläre Reaktion = streuende Ischämie), auf die in Gewebe mit einem Risiko für progressive Schädigung unbeständig eine Hyperämie folgt.1Dreier, J. P. (2011). “The role of spreading depression, spreading depolarization and spreading ischemia in neurological disease.” Nat. Med 17(4): 439-447.

Echtzeit-Bildgebung

Perimed war das erste Unternehmen, das laserbasierte Bildgebung der Mikrozirkulation auf den Markt gebracht hat, und ist seit über 40 Jahren weltweit führend darin, diese Techniken zu perfektionieren.

Das PeriCam PSI wird verwendet, um hämodynamische Veränderungen nach einem Nadelstich oder der Anwendung hochkonzentrierter Kaliumlauge aufzuzeichnen ((2), (3), (4)). Das Instrument erstellt zweidimensionale Kartierungen des kortikalen Hirnblutflusses mit sehr hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Man kann Regionen von Interesse definieren (Kreise), in denen der zerebrale Blutfluss im Zeitverlauf quantifiziert wird.

PeriCam PSI kann bis zu 100 Bilder pro Sekunde aufnehmen. So werden schnelle, dynamische Veränderungen wie der Puls des Herzschlags in hoher Bildqualität erkennbar.

Kortikale Streudepolarisierung (CSD) - imaged using PeriCam PSI

Streudepolarisierung, dargestellt mit dem PeriCam PSI. Die absolute Perfusion (obere Reihe) lässt sich visualisieren und quantifizieren und anhand des speziell entwickelten Differenzbildmodus (untere Reihe) lässt sich die von der SD-Welle ausgelöste Perfusionsveränderung auf spektakuläre Weise nachverfolgen.

Laser-Speckle-Bildgebung von nadelinduzierter kortikaler Streudepolarisierung.

Nadelinduzierte kortikale Streudepolarisierung im Differenzbildmodus.

Referenzen:

  1. Dreier, J. P. (2011). “The role of spreading depression, spreading depolarization and spreading ischemia in neurological disease.” Nat. Med 17(4): 439-447.
  2. The antagonism of prostaglandin FP receptors inhibits the evolution of spreading depolarization in an experimental model of global forebrain ischemia. Dániel P. Varga, Írisz Szabó, Viktória É. Varga, Ákos Menhyárt, Orsolya M. Tóth, Mihály Kozma, Armand R. Bálint, István A. Krizbai, Ferenc Bari, Eszter Farkas. 2020, Neurobiology of Disease, Vol. 137, p. 104780.
  3. Na+/K+-ATPase α isoform deficiency results in distinct spreading depolarization phenotypes. Clemens Reiffurth, Mesbah Alam, Mahdi Zahedi-Khorasani, Sebastian Major and Jens P Dreier. 3, 2019, Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism, Vol. 40, pp. 622-638.
  4. Systemic administration of l-kynurenine sulfate induces cerebral hypoperfusion transients in adult C57Bl/6 mice. Dániel Péter Varga, Ákos Menyhárt, Tamás Puskás, Ferenc Bari, Eszter Farkas, Zsolt Kis, László Vécsei, József Toldi, Levente Gellért. 2017, Microvascular Research, Vol. 114, pp. 19-25.

Fallbeispiel:

Centrum für Schlaganfallforschung Berlin, Charité Universitätsklinik, Berlin

Prof. Dr. med. Jens P. Dreier Charité Universiätsklinik Berlin, Deutschland Centrum für Schlaganfallforschung Berlin

Die umgekehrte neurovaskuläre Reaktion auf SD wird beobachtet als streuendes Perfusionsdefizit, das eine Verlängerung der SD verursacht (Dreier 2011). Die Laser Speckle Contrast Analysis (LASCA oder LSCI) ist eine ideale Methode zur Unterscheidung zwischen der normalen (Abb. 1) und der umgekehrten neurovaskulären Reaktion auf SD (Abb. 2), da sie die Perfusionsveränderungen räumlich und zeitlich darstellt. Sie lässt sich einfach mit verschiedenen elektrophysiologischen Messmethoden kombinieren, um z. B. SD oder weitere Variablen wie den Sauerstoffpartialdruck des Gewebes zu ermitteln.

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