Transkranielle Pulsstimulation (TPS) – Was sind Stoßwellen?

Stoßwellen im Einsatz zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen

Was sind Stosswellen ? - TPS - Transkranielle Pulsstimulation - Alzheimer DeutschlandStoßwellen werden in der Medizin seit über 40 Jahren eingesetzt. Vor allem als Standard zur Zertrümmerung von Nierensteinen und als Mittel der Wahl bei orthopädischen Erkrankungen etabliert, ist der Terminus „Stoßwellentherapie“ – und hier vor allem die extrakorporale Stoßwellentherapie (EWST) – weithin bekannt. Die Einsatzgebiete in der Urologie (z. B. bei erektiler Dysfunktion) und in der Kardiologie (z. B. bei Angina pectoris) hingegen sind allgemein noch nicht sehr 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 noch viel Unwissenheit. Was also sind Stoßwellen genau, wie funktionieren sie, wie wirken sie auf den menschlichen Organismus und was ist der Unterschied zum oft zitierten Ultraschall, der in Bezug auf die TPS immer wieder genannt wird? Diese Fragen wollen wir auch im Hinblick auf die Transkranielle Pulsstimulation (TPS)  in einer kurzen Übersicht beantworten.

Stoßwellen in der Medizin: Präzise formulierte Schallwellen als starke und / oder sanfte Reparaturmechanismen ohne Skalpell.

Stoßwellen sind  Schallwellen, die das gesamte Spektrum vom nicht hörbaren Infraschall über den Hörschall bis hin zum wiederum nicht hörbaren Ultraschall umfassen. Doch allgemein formuliert, sind Stoßwellen  schlicht und 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.

Extrakorporale Stoßwellenlithotripsie - ESWL - Alzheimer-Demenz DeutschlandZur 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 (also 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. 

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? Pulse haben keine kontinuierliche Schwingung.

Im Zusammenhang mit der Transkraniellen Pulsstimulation (TPS) wird mitunter auch von einer Ultraschall-Therapie gesprochen. Sie rein als solche zu bezeichnen, ist aber terminologisch falsch. Wie bereits zuvor erwähnt, enthalten Stoßwellen bzw. Schallwellen neben den hörbaren Frequenzen wie Schall auch unhörbare Frequenzen wie etwa Töne, die wir nicht mit unseren Ohren wahrnehmen können und Ultraschall, den wir auch nicht sehen, hören oder fühlen können. 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 und eine geringere Eindringtiefe in das Gewebe als eine Stoßwelle. Ultraschall agiert in periodischen Schwingungen mit schmaler Bandbreite und würde bei gleicher Energieabgabe im Vergleich zur Stoßwelle das Gehirn erhitzen.

Stoßwellen zeichnen sich demgegenüber durch einen einzigen, überwiegend positiven Druckpuls aus, dem ein vergleichweise geringer negativer Zugpuls folgt. Dieser Puls bewegt sich in einer Frequenzbandbreite von einigen kHz (Kilohertz) bis hin zu mehr als 10 MHz (Megahertz).  Fazit: Stoßwellen und Ultraschall-Wellen sind zwar verwandt, aber nicht identisch und die Transkranielle Pulsstimulation (TPS) ist eine Stoßwellentherapie.

Typischer Verlauf einer Stoßwelle - TPS Pulsstimulation - Alzheimer Deutschland

Typischer Puls einer Stoßwelle

Typisches Ultraschallsignal - TPS-Pulsstimulation - Alzheimer-Demenz Deutschland

Typisches Ultraschallsignal

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 zur Förderung der Durchlässigkeit der Zellmembranen für den Transport von Nährstoffen und den Abtransport von Abfallstoffen;
  • es kommt zu einer Ausschüttung von Neurotransmittern wie dem VEGF, zur Verbesserung der Durchblutung in den Kapillaren und die Neubildung von Kapillaren selbst, der Botenstoffe NGF, BDNF, GDNF für die Ernährung, Reifung der Neuroplastizität und der Reperatur von Nervengewebe sowie zur Erhöhung der Botenstoffe Serotonin und Dopamin;
  • weiterhin wird auch Stickoxid (NO) freigesetzt, das ebenfalls den Blutfluß in den Kapillaren erhöht und die wichtigste Energiequelle für all die hier beschriebenen Prozesse gilt. Die Stickoxid-Konzentration spielt deshalb bei neuro-degenerativen bzw. bei neuro-regenerativen Prozessen eine entscheidende Rolle;
  • die Stoßwellen fördern die Produktion, Differenzierung und Wanderung von adulten (nicht etwa embryonalen) Stammzellen;
  • bereits abgestorbenes Gehirngewebe regeneriert sich bei Alzheimer-Demenz-Patienten zumindest teilweise;
  • 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 Mechanotransduktion 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 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, ohne zu belasten. 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):

https://www.alzheimer-deutschland.de/ueber-tps/tps-literatur-und-studien

Literatur zu den Wirkmechanismen von Stoßwellen allgemein – Ein Auszug:

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TPS - Wichtigste Fakten zur TPS - Alzheimer-Demenz
Ambulante Behandlung
Keine Rasur der Kopfhaut
Kein begleitendes kognitives Training erforderlich
Bisher wurden über 10.000 Behandlungssitzungen mit der TPS durchgeführt
30 Minuten pro Therapie-Sitzung
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