Endoskopie und Bioimpedanz

Februar 15, 2011

Im Rahmen der „Langen Nacht der Wissenschaften“ habe wir erstmals Probanden gleichzeitig mit einem Endoskop und der Bioimpedanz untersucht. Unsere ersten Studien haben wir mit Röntgenuntersuchungen gemacht. Im Rahmen des Projektes ist auch noch eine weitere Evaluation des Messverfahrens mit radiologischen Untersuchungen geplant. Bei den radiologischen Untersuchungen können an Hand der Bilddaten exakte Werte gewonnen werden, die eine statistische Korrelation mit der Bioimpedanz ermöglichen. Dies ist mit einer Endoskopie nicht möglich. Dafür können in der Endoskopie die Änderungen des Raumes und einzelne anatomische Details besser wahrgenommen werden.

Das neu entwickelte Messgerät ist nun in der Lage, gleichzeitig Bioimpedanz und EMG über die gleichen Elektroden abzuleiten. Durch eine Änderung im Gerät können jetzt Probanden durch den Untersucher berührt werden. Während bei früheren Geräten es durch die Berührung des Probanden zu einem zusätzlichen Abfluß von elektrischen Strom kam, der das Messsignal veränderte. Dieser Fehler ist nun behoben. Diese Änderungen des Aufbaus machte eine Endoskopie erst möglich.

In den endoskopischen Untersuchungen kann man nun sehen, dass die Änderungen der Messkurven ein anatomisches Korrelat besitzen, also die Abläufe des pharyngealen Schlucks mit dem Messverfahren dargestellt werden können. Diese Einschränkung auf den pahryngealen Schluck ist wichtig, wir können keine Aussage über die Dinge machen, die im Mund stattfinden oder in der Speiseröhre. Allerdings ist der pharyngeale Vorgang von grosser Bedeutung, hier entscheidet es sich, ob der Schluck in die Speiseröhre oder in die Luftröhre gelangt.

In der vorgestellten Untersuchung befindet sich das Endoskop ungefähr in Höhe des Zäpfchens und verbleibt dort während dem Schluckvorgang. Auf den Bildern unten findet sich die Zunge, man sieht den Kehldeckel, oben ist die Rachenhinterwand bzw. die Wirbelsäule zu sehen.

Zu Beginn eines typischen Wasserschlucks sieht man, wie sich die Stimmbänder annähern und schliessen. Dieser Mechanismus, den man unwillkürlich als zusätzlichen Schutzmechanismus erwartet, kommt allerdings nur bei ca. der Hälfte aller Menschen vor. Gleichzeitig sieht man eine Aktivität im EMG. Bevor ein Schluck gestartet wird, wird er im Mund vorbereitet, nach dem Kauen bilden wir mit der Zungen eine Schüssel bevor wir den Schluck in den Pharynx entlassen. Diese Vorbereitung erfolgt durch die Zungen- und Mundbodenmuskulatur, was hier in einer Aktivität im EMG sichtbar wird.

Nun Beginnen wir die Zunge mit dem anhängenden Kehlkopf anzuheben. Der Raum zwischen Zunge und Rachen wir kleiner, was an der Änderung der Bioimpdanzkurve abzulesen ist. Das Prinzip der Bioimpedanz beruht darauf, das man elektrischen Strom durch Gewebe schickt, der an anderer Stelle gemessen wird. Dabei ist die Menge des Stroms, die durch das Gewebe hindurchtritt, von dem dazwischen liegenden Gewebe abhängig. Luft ist ein schlechter Leiter, wenn wir also Luft holen, haben wir eine schlechte Bioimpedanz. Mit dem Anheben der Zunge ist die Mundbodenmuskulatur aktiv, was an dem EMG-Signal abzulesen ist.

Es kommt nun zum Durchtritt von Wasser, dass mit blauer Farbe versetzt ist, damit man es besser sieht. Gleichzeitg wird der Kehlkopf weiter angehoben.

Den kompletten Verschluß des Pharynx kann man in der Endoskopie nicht sehen, durch die Verlegung des Endoskops kommt es zu einem „white out“. Sie ist in der Bioimpedanzkurve mit einem Minimum erkennbar. Daran anschließend kommt es zu einer Rückbewegung von Zunge und Kehlkopf. Der Kehlkdeckel, der sich passiv auf den Kehlkopfeingang gelegt hat, schnellt zurück. Die Bioimpedanzkurve steigt wieder an. Im EMG ist nur noch wenig Aktivität, das Zurücksinken des Kehlkopfes passiert passiv bzw. durch eine Muskulatur die mit dem EMG nicht erfasst wird.

Der Kehlkopf kehrt in seine Ausgangsposition zurück.

Zum Abschluß atmen wir aus, Speisereste, die sich in der Nähe des Kehlkopfes befinden, können auf diese Weise entfernt werden. Die Bioimpedanzkurve kehrt zurück.

Hier noch einmal der Film, der die Messung im Zusammenhang zeigt. Der erste Teil zeigt den tatsächlichen Zeitablauf eines solchen Schluckvorgangs, er dauert weniger als eine Sekunde (Wasserschluck und Bioimpedanz).

Die „Lange Nacht der Wissenschaften 2010“

Februar 2, 2011

Am 5. Juni fand die ‚Lange Nacht der Wissenschaft 2010‘ in Berlin und Potsdam statt. Für uns eine Gelegeheit, das neue Kooperationsprojekt „Bioimpedanz-geregelte Schluckneuroprothese -BigDysPro-“ vorzustellen.  Ein einführender Vortrag vermittelte dem Publikum einen Einblick in die grundlegende Idee des Projektes. In den nächsten Jahren wollen wir eine implantierbare Schluckprothese entwickeln, die es Patienten mit Schluckstörungen ermöglichen soll, über die Bioimpedanzableitung und gleichgeschalteter elektrischer Stimulation sicherer zu schlucken und Aspirationen zu veringern bzw. zu verhindern. Zudem soll es möglich sein, über eine gezielte elektrische Stimulation, im Falle einer Aspiration, einen Hustenstoß oder ein Räuspern auszulösen. Die Ableitung der Bioimpedanz (BI) bietet des Weiteren die Möglichkeit ein nicht-invasives Diagnostikintrument zu entwicklen, dass es Therapeuten ermöglichen soll, den Schluckvorgang objektiv beurteilen zu können.

Dafür wird über festgelegte transkutan aufgeklebte Elektroden sowohl eine EMG- als auch eine Bioimpedanzableitung vorgenehmen. Das EMG gibt uns die elektrische Muskelaktivität während des Schluckvorganges wieder. Die Ableitung der Bioimpedanz (BI) zeigt die Veränderung des elektrischen Widerstandes am Hals während des Schluckvorganges. Von Interesse sind hierbei die äußeren Muskeln des Kehlkopfes, die für dessen Hebung verantwortlich sind.

Für ein besseres Verständnis der Veränderungen in der Bioimpedanz haben wir zeitgleich zu der EMG- und BI-Ableitung eine fiberoptisch-endoskopische Schluckuntersuchung (FEES) durchgeführt und aufgenommen. In der anschließenden Präsentation der Untersuchungsergebnisse war es uns möglich eine Korrelation zwischen dem Bild der FEES und der Bioimpedanzableitung zu zeigen. Der eigentliche Schluck zeigt sich in der FEES mit dem sog. ‚white out‘. Die Bioimpedanzkurve sinkt bei der Hebung des Kehlkopfes ab und zeigt beim Schluck eine ausgeprägte Aktionsspitze (‚peak‘) im negativen Bereich. Die Bewegung des Kehlkopfes in seine Ausgangsposition zeigt sich in der BI-Ableitung durch einen Anstieg der Kurve auf ein annäherndes Ausgangsniveau. Wir haben den Messverlauf in einem Video zusammen gestellt (Wasserschluck und Bioimpedanz).

Mit der Präsentation des Projektes bei der ‚Langen Nacht der Wissenschaften‘ konnten wir zeigen, wo wir mit unserem Projekt stehen, noch ganz am Anfang, und was wir in den nächsten Jahren erreichen wollen, eine implantierbare Schluckprothese.