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Ist eine therapeutische Nervenblockade mit elektrischen Strömen möglich ?
Kurt Ammer
Institut für Physikalische Medizin und Rehabilitation, Hanuschkrankenhaus, Wien
In dieser Ausgabe der ÖZPMR findet sich eine Über- sichtsarbeit (1) eines amerikanischen Kollegen, der seit Jahren für eine durch Elektrostimulation verursachten Sympathikusblockade argumentiert (2-6). Nach eige- ner Angabe hat Dr Schwartz wesentliche Anregungen für seine Arbeit vom österreichischen Neurochirurgen F Jenkner erhalten, der ebenfalls die elektrische Ner- venblockade propagiert hatte (7-12). Jenkner war auch wesentlich am Impuls-Design des Impulsstroms IG50/70 beteiligt, der als österreichische Elektrothe- rapie-Spezialität fast ausschließlich in Geräten der Fir- ma Schuhfried zu finden ist. Die von Jenkner postu- lierten Wirkmechanismen einer elektrischen Nerven- blockade haben dazu geführt, dass er nach einem mono- polaren gepulsten Strom gesucht hat, der einen Leitungsblock erzielen soll. Die IG50/70 besteht aus kurzen, 0,1msec dauernden Einzelimpulsen anschwel- lender und abschwellender Amplitude, die in Gruppen von 50msec angeordnet sind. Die Pausen zwischen den Impulspaketen beträgt 70msec (7).Die von Jen- kner angegebenen Merkmale eines wirksamen TENS- Stroms sind in Tabelle 1 dargestellt (12).
Einfluss der Polarität
Jenkner berichtete, dass symmetrische bipolare Impul- se in der Schmerztherapie eine nur geringe Sofortwir- kung hätten, die 3 Monate nach der Therapie weit- gehend wieder verschwunden ist (12). Asymmetrische
bipolare Impulse hatten eine etwas bessere Akut- und Dauereffekte. Die Effekte monopolarer Ströme waren deutlich ausgeprägter, besonders wenn der Strom als amplitudenmodulierter Burst konfiguriert war. Die Akutwirkung trat bei monopolaren Strömen (35- 54%
der Fälle) etwa doppelt so häufig auf wie bei bipolaren Stromformen (72 bis 88% der Fälle). Die Schmerz- dämpfung 3 Monate nach Therapie war bei bipolaren Strömen in 5 bis 10% vorhanden, während monopola- re Ströme eine Erfolgsquote in 67 bis 84% aufwiesen.
Legt man elektrischen Strom an eine Nervenfaser, wird das Membranpotential an der Kathode vermin- dert, und bei ausreichender Depolarisation eine Erre- gung ausgelöst. An der Anode hingegen werden die Fasern hyperpolarisiert und damit die Schwelle für die Auslösung eines Aktionspotentials erhöht.. Dies kann bis zur Blockade der Fortleitung von Aktionspotentia- len führen (Anodenblock). Die Anode möglichst nahe an den zu stimulierenden Nerv zu bringen, spekuliert offensichtlich mit der Auslösung eines Anodenblocks, um am Nerven die Fortleitung von Erregung zu unter- binden.
Stellatumblockade
Jenkner interpretierte die beobachtete Schmerzreduk- tion nach Elektrotherapie als Ausdruck einer elek- trisch induzierten Nervenblockade. Der Autor argu- Editorial
Tabelle 1
Merkmale wirksamer TENS_Ströme (nach 12)
Parameter Ausprägung
Einzelimpuls Monopolarer Rechteckimpuls
Impulsdauer Kürzer als 0,2 ms (=200 µs), optimal 100 µs Impulsfrequenz
20-50 (optimal 35 /s), in Gruppen zu 7 Einzelimpulsen angeordnet,
5 Impulsgruppen pro Sekunde, an- und abschwellende Amplitude der Einzelimpulse (amplitudenmodulierter burst)
Stromstärke Bis 30m A (eventuell auch mehr) Ladung /Einzelimpuls 2-254 µCoulomb
Anodengröße Klein (d.h. hohe Stromdichte)
mentierte, dass sowohl somatische als auch sympathi- sche Nervenfasern von dieser Blockade betroffen sind, wobei die Beeinflussung sympathischer Fasern durch Veränderungen der Perfusion erfasst werden könnten.
Tatsächlich hat Jenkner Behandlungseffekte im Be- reich der Halswirbelsäule mittels Rheographie doku- mentiert (13). Bei der elektrischen Stellatum-Blockade (14) hatte Jenkner auch klinisch ein gering ausgepräg- tes Horner-Syndrom beobachtet. Mitarbeiter der Or- thopädischen Universitätsklinik Aachen haben ver- sucht, die Effekte mit diadynamischen Strömen, Inter- ferenz- und Impulsströmen zu wiederholen, konnte jedoch weder ein Horner-Syndrom auslösen noch eine Erwärmung an der homolateralen Hand oder eine Ver- änderung der Schweizproduktion objektivieren (15).
Mayr hat die Temperaturveränderungen während der Stellatum-Durchströmung mit dem diadaynamischen Strom diphase fixe (DF) im Vergleich zu einer Pseudo- behandlung mittels Infrarotthermographie dokumen- tiert. Die postulierte Erwärmung der homolateralen Hand konnte nicht gefunden werden. Überraschen- derweise kam es jedoch an der kontralateralen Hand zu einer kurzdauernden Erwärmung um 0,5°K, an beiden Unterarmen war jedoch über den Beobachtungszeit- raum von 35 Minuten eine geringe Abkühlung um 0,4°
K zu beobachten. Damit steht die Reproduzierbarkeit der von Jenkner berichteten Blockade des sympathi- schen Ganglion stellatum nach wie vor aus.
Einfluss der Pulsfrequenz
Casale und Mitarbeiter haben an gesunden Probanden den Effekt einer Behandlung des N.medianus mit bi- polaren Rechteckimpulsen einer Frequenz von 120Hz mittels Strain -Gauge Plethysmographie und compu- tergestützter Infrarotthermographie untersucht (17).
Sie fanden nach der Therapie eine Verminderung des der Amplitude des Pulsvolumens am Zeigefinger der behandelten Seite sowie eine durchschnittliche Tem- peraturminderung der Hand um 1 Grad. Die Autoren schlossen aus ihren Ergebnissen auf eine durch die Elektrostimulation bedingte Aktivierung des Sympa- thikus.
In einer früheren Studie wurde der Einfluss einer ein- maligen Behandlung mit unterschiedlichen nieder-und mittelfrequenten Strömen auf die motorische und sensible Nervenleitgeschwindigkeit des N.medianus untersucht (18). Die Hauttemperatur am Zeigefinger wurde mittels eines Infrarotradiometers bestimmt. An 8 gesunden Probanden wurden jeweils einmalig mit Impulsgalvanisation 30/50, Impulsgalvanisation 50/70, sowie mit den stereodynamischen Ströme Sedat 200 endogen, Sedat 200 exogen und Vegetat 1 endogen in
randomisierter Reihenfolge im cross over Design be- handelt.
Nach Therapie kam es nach allen Stromformen mit Ausnahme von Impulsgalvanisation 50/70 zu einer Absenkung der Hauttemperatur an der behandelten und an der nicht behandelten Hand. Eine signifikante Änderung der motorischen Nervenleitgeschwindig- keit der therapierten Seite war nach Impulsgalvansation 50/70 ,und eine signifikante Abnahme der sensiblen Nervenleitgeschwindigkeit an der nicht behandelten Seite nach Impulsgalvanisation 30/50 zu beobachten.
Die distale Latenz nahm im signifikanten Ausmaß nach Impulsgalvanisation 30/50, Sedat 200 endogen und Sedat 200 exogen zu. Schließlich war nach Sedat endogen auch eine signifikante Zunahme der Sum- menpotentialamplitude zu beobachten.
Veränderungen der motorischen Nervenleitgeschwin- digkeit bei gesunden Probanden wurden auch nach Behandlung mit konstanter Galvanisation (19 ) berich- tet. Die Ursache der verlangsamten Nervenleitgeschwin- digkeit nach einer Quergalvanisation des Beins über die gesamte Beinlänge und hoher Stromdichte, ist un- klar (Polarisierungseffekt). Nach einer einmaligen Be- handlung mit Hochvoltimpulsen einer Frequenz von 12Hz wurde eine Verlangsamung der sensiblen Ner- venleitgeschwindigkeit gefunden (20), während die The- rapie mit 1, 20 und 60 Impulsen/sec die Seitendiffe- renz der sensiblen Nervenleitgeschwindigkeit nicht signifikant beeinflussen konnte.
Im Tierexperiment haben Ignelzi und Nyquist (21) mit Einzelfaserableitung aus A-beta und A-gamma Fa- sern eines freigelegten Hautnerven gezeigt, dass nach einer Behandlung mit TENS-Strömen einer Frequenz zwischen 180 und 200 70% der untersuchten Nerven- faser veränderte Erregbarkeitsparameter boten. Diese veränderte Erregbarkeit der Nerven konnte bis zu 30 Minuten nachweisbar bleiben, bevor sich die Stimulie- rungsfähigkeit wie vor der Behandlung wieder herge- stellt hatte.
Klinische Ergebnisse der Nervenblockade nach Jenkner
Beim Vergleich der Wirksamkeit einer lokalen Behand- lung mit Dreieckströmen (IG30) und der elektrischen Blockade des 6 Halsnerven bzw. des N. Suprascapula- ris bei Patienten mit schmerzhafter Schulterperiar- thropathie konnte kein signifikanter Unterschied zwi- schen diesen drei Therapievarianten gefunden werden (22).
Auch Elektrotherapie akuter Herpes zoster Erkran- kungen (23,24) geht konzeptionell auf Jenkners Anre-
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ÖZPMR, Österr. Z. Phys. Med .Rehabil 16/1 (2006)
13 gungen zur Elektrodenlage und Polung monopolarer
Ströme zurück. Die retrospektiven Ergebnisse aus ei- genen großen Fallserien hat Jenkner wiederholt be- richtet (7, 11, 13).
Elektroporation
Dr. Schwartz argumentiert in seiner Übersicht, dass beim der richtigen Auswahl der Stimulationsparameter eine elektrische Sympathikusblockade möglich ist: Die erste dafür notwendige Wirkkomponente ist eine Elektroporation. Unter diesem Begriff versteht man das Phänomen, dass in Zellen unter bestimmten elek- tromagnetischen Feldbedingungen eine Porenbildung in der Zellmembran auftreten kann. Diese Methode wurde ursprunglich für den Austausch von Makromo- lekülen durch Membranen isolierter Zellen und Zell- kulturen entwickelt (25). Inzwischen wird sie auch für die Medikamenteneinbringung am Lebenden einge- setzt und ein Therapiegerät für die Elektro-Chemo- therapie ist in Erprobung (26). Die kombinierte An- wendung von Iontophorese und Electropration wurde berichtet (27). Der Elektroporation wurde auch eine Rolle im Zusammenbruch des kapazitiven Wider- stands bei Applikation von intensiven Spannungsim- pulsen zugeschrieben (28).
Welche Bedeutung nun diese durch moderate bis star- ke Spannungsimpulse bedinget vorübergehende Po- renbildung in Geweben für die Blockade sympathi- scher Nervenfasern besitz bleibt unklar. Zumindest kann die Hornschicht der Haut,. welche den primären und deutlichsten elektrischen Widerstand darstellt, et- was besser überwunden werden. Damit ist möglicher- weise ein suffizientere Reizung von Nerven möglich.
Spannungsabhängige Membrankanäle
Die Bedeutung von Ionen-Kanälen in der Membran erregbaren Zellen für die Auslösung und Modifikation des Aktionspotentials ist groß (29). Die Natriumkanä- le liegen in unterschiedlichen Zuständen vor und wer- den vor allem während der Depolarisation in ihrer Funktion bestimmt. Unterschiedliche Kaliumkanäle sind vor allem für die Repolarisationsgeschwindigkeit und die Ausbildung von Nachpotentialen verantwort- lich. Schließlich haben auch Kalzium-Kanäle eine Rol- le in der Erregungsbildung.
Der Na- Kanal ist ein Glycoprotein mit einem Mole- kulargewicht von etwa 300000. Die elektrischen Grö- ßen, die an diesen Kanälen beobachtet werden, sind bekannt. Ebenso weiß man, dass bestimmte Medika- mente und Toxine diese Natriumkanäle hemmen kön- nen (30). An bekanntesten sind wohl die Lokalan-
ästhetika, die neben den Natriumkanäle auch Kalium und Kalziumkanäle modifizieren.
Eine direkte Beeinflussung der spannungsabhängigen Membrankanäle durch elektromagnetische Felder bleibt vorerst spekulativ. Vor allem die erhöhte Syntheselei- stung von Knorpel- und Knochenzellen, die einem pulsierenden elektromagmnetischen Feld ausgesetzt waren, wurden mit einer Modifikation von Kalzium- Kanälen erklärt (31). Auch eine Modellbildung, welche die elektrischen Verhältnisse an Zellmembranen von lebenden elektrisch erregbaren Organsystemen dar- stellt, ist faktisch wegen der Vielzahl der beteiligten Zellen und Strukturen unmöglich.
Direkter Effekt an der erregbaren Membran oder Interaktion von neuronalen Systemen
Schließlich scheint das Konzept einer elektrischen Nervenblockade all zu sehr auf die Genese der Blo- ckade auf Grund molekularer Veränderungen foku- siert zu sein. Die Tatsache, einer Schmerzdämpfung durch externe Elektrotherapie ist unbestritten. Die mögliche Aktivierung des komplizierten endogenen Schmerzhemmsystems durch Elektrostimulation ist akzeptiert (32) und Vorstellungen, welche Strukturen etwa bei der Rückenmarksstimulation aktiviert wer- den, sind gut entwickelt (33). Schließlich ist auch das autonome Nervensystem nicht obligat an der Ent- wicklung chronischer Schmerzen beteiligt, sodass auch Kriterien zu fordern sind, zu welchem Zeitpunkt eine elektrische Sympathikusblockade indiziert ist. Mit Si- cherheit trifft das auf die von Dr. Schwartz gegebene Indikationsliste nicht zu.
Literatur
1. Schwartz RG. Electric Sympathetic Block . ÖZPMR, Ös- terr Z.Phys Med Rehabil 2006, 16(1): 3-10
2. Schwartz R. Electric sympathetic block: methods of mea- surement and a study assessing its effectiveness. Adv Ther 1990;7(5):289-291
3. Schwartz R. Electric sympathetic block: a review of elec- trotherapy physics. Adv Ther 1991;8(1):1-5.
4. Schwartz R. Electric Sympathetic Block. J Neurol Orthop Med Surg 1991;12:129-131
5. Schwartz RG Electric sympathetic block: current theroe- tical concepts and clinical results J Back and Musculoskele- tal Rehab 1998;10: 31-46 .
6. Schwartz R. Electric Sympathetic Block For The Treat- ment of Pain. Electricity And Magnetism in Biology and Medicine. New York: Kluwer Academic/Plenum Publis- hers, 1999:911-3.
7. Jenkner FL. Schmerzbehandlung durch transdermale Reizstrombehandlung. Wien Klin Wochenschr 1977, 89:
125-131
Editorial
8. Jenkner FL. Die elektrische Blockade von sympathischen und somatischen Nerven von der Haut aus. Wien Klin Wo- chenschr 1980, 92, 233-239
9. Jenkner FL. Transdermale Elektrostimulation. Z Phys Med 1981, 10(1): 25-29
10. Jenkner FL, Schuhfried F. Transdermal transcutaneous electric nerve stimulation for pain: the search for an optimal waveform. Appl Neurophysiol. 1981;44(5-6):330-7 11. Jenkner FL. Nervenblockaden auf pharmakologischem und auf elektrischem Weg. Springer-Verlag, Wien-New York, 1983
12. Jenkner FL. Schmerzbehandlung mit TENS. In: Stacher A, Hrg, Ganzheitsmedizin und Schmerz, Dritter Wiener Dialog. Facultas, Wien, 1993, p.173-177
13. Jenkner FL Das Cervikalsyndrom Springer-Verlag, Wien- New York, 1983
14. Jenkner FL, Die Impulsgalvanisation des Ganglion Stel- latum- Elektrische Stellatumblockade. Wien Med Wo- chenschr 1977, 127, 59-62.
15. Frost R, Ney M. Untersuchungen zur Effektivität der Stellatum-Blockade durch elektrische Ströme- Z Phys Med 1982, 11(1): 69-71
16. Mayr H, Thür H., Ammer K. Electrical Stimulation of the Stellate Ganglia In: Ammer K., EFJ Ring (eds): The Thermal Image in Medicine and Biology, Uhlen Verlag, Wien, 1995, pp.206-209,
17. Casale R, Gibellini R, Bozzi M, Bonelli S. Changes in sympathetic activity during high frequency TENS. Acu- puncture& Electro-Therapeutic Res.Int J. 1985, 10: 169- 175
18. Ammer K., T.Schartelmüller, P.Melnizky Einfluß von nieder- und mittelfrequenten Strömen auf die Nervenleitge- schwindigkeit des N.medianus ÖZPMR: Österr Z Phys Med Rehabil 1999; 9(1): 8-13.
19. Trnavsky G. Die Wirkung der Galvanisation auf die ma- ximale motorische Nervenleitgeschwindigkeit. Z.Phys Med Baln Med Klim 1982; 11: 57-58.
20. Schartelmüller T, Ammer K. Decrease of antidromic sensory nerve conduction velocity after a single treatment with high voltage galvanic stimulation. Eur J Phys Med Re- habil 1992; 2:166.
21. Ignelzi RJ, Nyquist JK. Excitability changes in periphe- ral nerve fibers after repetitive electrical stimulation. J. Neu- rosurg 1979, 51; 824-833
22. Ammer K., FL.Jenkner Vergleichende Untersuchung zur Wirkung verschiedener Behandlungsmethoden bei der Periarthropathia humeroscapularis unter besonderer Be- rücksichtigung der elektrischen Nervenblockade in M.Ber- ger, F.Gerstenbrand, K.Lewit (Hrg.; Schmerzstudien 6:
Schmerz und Bewegungssystem, Gustav Fischer Stuttgart- New York, S.293-300, 1984
23. Hein L, K.Ammer, O.Rathkolb, N.Krcevsky Physikali- sche Behandlung herpetischer Erkrankungen. Bericht über eine Pilotstudie mit einer niederfrequenten Elektrotherapie Wr.Klin Wschrift 1987; 99: 149-153,
24. Ammer K., L.Hein, O.Rathkolb Hypothetische Wir- kungsmechanismen der Elektrotherapie von Herpeser- krankungen Dermatol Monatsschrift 1988,174: 531- 535.
25. Cross SE, Roberts MS. Physical Enhancement of Trans- dermal Drug Application: Is Delivery Technology Keeping up with Pharmaceutical Development ? Current Drug Deli- very 2004, 1:81-92
26..Kramar D, Miklavcic D, eds, Electroporation based Technologies and Treatments:Proceedings of the interna- tional scientific workshop and postgraduate course. Faculty of Electrical Engineering, Ljubljana, 2005
27. Bommannan, D., J. A. Tamada, L. Leung, Potts RO. . Effect of electroporation on transdermal iontophoretic de- livery of luteinizing hormone releasing hormone (LHRH) in vitro. Pharm. Res. 1994; 11:1809-1814
28. Chizmadzhev YA, Indenbom AV,. Kuzmin PI, . Gali- chenko SV, Weaver JC,. Potts RO. Electrical Properties of Skin at Moderate Voltages: Contribution of Appendageal Macropores Biophys J, 74 (2), 843-856.
29. Dudel J. Informationsvermittlung durch Elektrische Er- regung. In: Dchmidt RF, Thews G, Hrsg, Physiologie des Menschen, 25. Ausgabe, Springer, Berlin-Heidelberg, 1993, p. 20-44
30. Denac H, Mevissen M, Scholtysik G. Structure, function and pharmacology of voltage-gated sodium channels.Nau- nyn-Schmiedeberg’s Arch Pharmacol 2000, 362 :453–479 31.Ammer K. Möglichkeiten der Magnetfeldtherapie:
Theorie und Ergebnisse. ÖZPMR. Österr Z.Phys Med Re- habil 2004, 14(2): 55-61
32.Sandkühler J.the organization and function of endoge- nous antinociceptive systems.Progress in Neurobiology 1996.
49: 38-70
33. Holsheimer J. Which Neuronal Elements are Activated Directly by Spinal Cord Stimulation. Neuromudulation 2002, 5(1):25-31
Korrespondenzadresse des Autors OA Prof Dr Kurt Ammer PhD Institut für Physikalische Medizin und Rehabilitation Hanuschkrankenhaus, Heinrich Collinstr 30, 1140Wien Email: KAmmer1950@aol.com
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