Zusammenfassung Gehirn und zentrales Nervensystem KIT, Zusammenfassungen von Robotik

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Überblick Nervensystem — Überblick • Unterscheidung nach Lage • Zentrales Nervensystem (ZNS): Gehirn und Rückenmark • Peripheres Nervensystem (PNS): Außerhalb von Gehirn und Rückenmark • Autonomes Nervensystem (ANS): Steuerung lebenswichtiger Funktionen Autonomes Nervensystem — Unterteilung • Sympathisches Nervensystem (fight or flight): Bei Stressreizen→ Notfall- funktionen des Organismus werden aktiviert: ◦ Steigerung Puls + Blutdruck + Blutglukosespiegel (mehr Energie) ◦ Steigerung Aufmerksamkeitslevel + Schweißproduktion ◦ Vergrößerung Pupillen ◦ Erhöhung Muskeltonus (= Grundspannung der Muskel) • Parasympathisches Nervensystem (rest and digest): Stowechsel + Aufbau Körperreserven bei Erholung: ◦ Reduktion Herz-Pumpleistung ◦ Steigerung Darmaktivität Dermatom + Spinalnerv • Spinalnerv: Nerv, der zu einer bestimmten Seite und einem bestimmten Rückenmarksegment gehört (zw. 2 Wirbeln treten jeweils 2 Spinalnerven aus Wirbelkanal) • Dermatom: Hautbereich, der von den sensiblen Fasern einer Spinalnerven- wurzel autonom versorgt wird. Hirnnerven • Besondere Paar-Nerven mit Ursprung im Hirn (sta Rückenmark) • Nummerierung: römisch von oben nach unten (je nach Austrisstelle) Nerven • Kommunikationssystem des Körpers • Geben Impulse zwischen ZNS und Körperbereichen weiter • Bestehen aus vielen Neuronen • Ernährung + Sauerstoversorgung durch Blutgefäße • Aufbau: ◦ Nervenfaserbündel, umgeben von Bindegewebshülle ◦ Alle Bündel umgeben von weiterer Bindegewebshülle (hält alle zusammen) Motorik und Sensorik Übersicht Motorik • Motorik = Gesamtheit der Aktionen der Muskulatur • Sensomotorik: Zusammenhang zwischen Sinneseindrücken und Muskelak- tivität (Steuerungs- und Regelsysteme) • Psychomotorik: Zusammenhang zwischen geistig-seelischer Verfassung und Körperbefindlichkeiten (Gestik, Körperhaltung,. . . ) Übersicht Sensorik • Sensorik (in Technik) = Sensoren nutzen für Messung + Regulation von biolo- gischen/technischen Systemen • Üblicherweise: Verwendung von Einheitssignalen Muskulatur — Struktur • Motorische Endplae: überträgt elektrischen Nervenfaser-Reiz als chemis- chen Impuls an Muskelfaser (chemische Synapse, Neurotransmier Acetyl- cholin) • Muskel→Muskelfaser-Bündel→Muskelfaser→Muskelfibrille→ Sarkomer →Myosin- und Aktin-Filamente Muskulatur — zelluläre Grundlagen 1. ATP-beladene Myosinköpfchen über Troponin an Aktinfilament angedockt 2. ATP zerfällt zu ADP und P, Ca wird abgestoßen, ADP bleibt in Myosinköpfchen 3. Myosinköpfchen schlagen um→ Kontraktion 4. ADP wird abgegeben, Myosinköpfchen in Endstellung 5. Aktin-Myosinbindung wird gelöst, Myosinköpfchen durch ATP neu gespannt → ATP macht Myosinköpfchen “weich” Muskulatur — Kontraktion = Aktinfilamente bewegen sich zu Zentrum von dickstem Filament • Bewegung durch Klappbewegung Myosinköpfchen→ Ruderbewegung • ATP zur Lösung von Myosin und Aktin benötigt{ Totenstarre wenn keine Troponin = An Muskelkontraktion beteiligtes Strukturprotein • Tropomyosinfaden blockiert Myosinbindungsstelle • Muskelkontraktion→ Anstieg Ca2+-Konzentration→ Bindung Ca2+ an Tro- ponin → Troponinmoleküle bewegen Tropomyosinfaden → Kontaktstelle zwischen Aktin und Myosinköpfchen frei Motorcortex = abgrenzbarer Großhirnrinde-Bereich und funktionelles System • steuert willkürliche Bewegungen • Zusammenstellung komplexer Bewegungsabfolgen aus einfachen Mustern • Reizleitung Motorkortex→Rückenmark→Nerv (siehe motorische Endplae) • Primär-Motorische Rinde (M1): unmielbare Bewegungssteuerung (liegt überwiegend auf gyrus praecentralis) • Supplementär-Motorische Rinde (SMA): Erstellen Bewegungsabfolgen aus Bewegungs-Fundus + Vorbereitung willkürlicher (bewusst + unbewusst) Be- wegungen Somatosensorischer Cortex = abgrenzbarer Großhirnrinde-Bereich • zentrale Verarbeitung haptischer Wahrnehmungen (Tasten + Temperatur) • Mechanorezeptoren: Sinneszellen, die mech. Kräe in Signale wandeln • Berührungs- und Druckrezeptoren: ◦ Vater-Pacini-Körperchen: Mechanorezeptoren auf Haut, besonders gut bei Vibrationsempfindungen ◦ Merkelsche Scheiben: Mechanorezeptoren auf Haut, Druckrezeptoren ◦ Haarfollikelrezeptoren, . . . • Wärmerezeptoren: ◦ Krausesche Endkolben: Ermieln Temperatur auf Hauptoberfläche Somatotopie = Abbildung Körperregionen/-strukturen auf Nervenzellenareale im Gehirn • Homunculus: Modell neuronale Beziehung zwischen kortikalen Bereichen und Skelemuskeln/sensorischen Feldern → Benachbarte Körperregionen auf benachbarte Kortexgebiete abgebildet • Unterscheidung sensorischer und motorischer Cortex Nervenzelle — Aufbau • Soma: Zellkörper, enthält Zellkern + verschiedene Organellen (raues/glaes ER, Mitochondrien,. . . ) • Dendriten: Von Soma auswachsende, fein verästelte Zellfortsätze → Kontaktstellen für andere Zellen, Erregungsübertragung über Synapse • Axon: Zellfortsätze, entspringen Axonhügel, Weiterleitung Erregung an an- dere Zellen • Synaptischer Spalt: Zwischenraum zwischen präsynaptischer Membran- region (Präsynapse) und postsynaptischer/subsynaptischer Membranregion (Postsynapse) bei einer nachgeschalteten Zelle • Neurotransmier: Botenstoe an chemischen Synapsen für Erregungsüber- tragung (Transmission): Acetylcholin, Noradrenalin, Dopamin, Serotonin, . . . 1. Senderzelle schüet bei Erregung Neurotransmier präsynaptisch aus 2. Neurotransmier überbrücken synaptischen Spalt 3. Empfängerzellen-Rezeptoren empfangen postsynaptisch Neurotransmier Aktionspotential, Elektro-chemische Mechanismen • Zellmembran: ◦ Lipid-Doppelschicht, lipophile Seite innen, hydrophile Seite außen ◦ Proteine mit verschiedenen Funktionen in Lipid-Doppelschicht integriert (z.B. Ionenkanäle) • Ionenkonzentration unterschiedlich→ viele K+, wenige Na+ im Zellinneren • Ionenpumpe hält Konzentrationsgefälle aufrecht → Energiegewinnung durch ATP-Spaltung • Einige K+-Kanäle immer oen→ K+-Ionen diundieren aus Zelle heraus • Gleichzeitig wenige Na+-Kanäle oen→ kaum Na+-Ionen zum Ausgleich → Zellinneres verliert positive Ladungen, negative Spannung entsteht • Ruhepotential: Potentialdierenz bremst Ausstrom von K+ → Gleichgewichtszustand zwischen nach außen gerichteter Diusions- Tendenz und nach innen gerichteter elektrischer Anziehung der K+ • Depolarisation: ◦ Axon durch elektrischen Reiz leicht depolarisiert→ einige spannungsges- teuerte Na+-Poren önen sich ◦ Depolarisation erreicht Schwellwert → alle Na+-Kanäle oen, Anzahl durchlässiger K+-Poren zuerst gleich → Überschuss positiver Ladung im Inneren des Axons • Repolarisation: Na+-Poren schließen nach kurzer Zeit wieder, alle noch geschlossenen K+-Kanäle önen→ schneller K+-Ausstrom führt zu Rückkehr des Membranpotentials zu Ruhewert Nervenleitung 1. Reizung an bestimmter Stelle → Aktionspotential → Angrenzung positiver und negativer Ladungen ohne trennende Membran 2. Ausgleichsströme entstehen→Membranpotential benachbarter Stellen wird erniedrigt→ Schwellwert wird erreicht, Aktionspotential auch bei Nachbar 3. Signal wird weiterverbreitet Signalmodulation • Aktionspotential hat immer selbe Amplitudenform • Information codiert über Frequent + Dauer der Entstehung von Aktionspoten- tialen • Gewöhnung (Habituation): verminderte Neurotransmier-Ausschüung bei wiederholter Reizung • Sensibilisierung: erhöhte Ausschüung bei Wiederholung • Habituation + Sensibilisierung kurzfristig, langfristige Änderungen durch strukturelle Veränderung der Synapsenregion Synapse • Neurotransmier in Nervenzelle produziert, wandern zu Axon-Endköpfchen • Synapse: Umwandlung elektrisches in chemisches Signal 1. Aktionspotential→ Freisetzung Neurotransmier 2. Önung spannungsaktivierter Ca+-Kanäle→ Anstieg intrazelluläres Ca+ 3. Vesikel binden an präsynaptische Membran, Vesikel-Inhalt wird in synap- tischen Spalt freigesetzt • Chemische Botenstoe diundieren durch synaptischen Spalt zu angrenzen- den Zellen→ bewirken dort auch elektrischen Impuls • Informationsübertragung meist chemisch, gibt aber auch elektrische • Elektrische Synapse: Aktionspotential wird direkt auf nachfolgende Zelle über direkte Verbindungskanäle weitergeleitet (gap junctions) • Chemische Synapse: Unterscheidung zwischen exzitatorischen (ak- tivierende) und inhibitorischen (hemmende) Synapsen ◦ Eektorsynapsen: Enden an Drüsen/Muskelzellen ◦ Rezeptorsynapsen: Zwischen Nerven- und Sinneszellen ◦ Interneuronale Synapsen: Stellen Kontakt zwischen einzelnen Nervenzellen (vor allem im Gehirn) her Ganglion = Ansammlung von Nervenzellenkörpern→ Verdickung Nervenstrang • Kommt besonders im PNS vor • Prä-Ganglionär: Nervenfasern/Neuronen von vegetativem Nervensystem, ziehen von ZNS zu Ganglion • Post-Ganglionär: Nervenfasern/Neuronen von vegetativem Nervensystem, ziehen vom Ganglion zu Zielorgan Haut • Oberflächensensibilität: Empfindungen, die über Hautrezeptoren wahrgenommen werden (Mechano-, Thermo-, Schmerzrezeptoren) • Tiefensensibilität: Wahrnehmung bestimmter Reize aus Körperinnerem (Lage-, Kra-, Bewegungssinn) • Zwei-Punkt-Diskrimination: Fähigkeit, zwei taktile Reize räumlich unter- scheiden zu können (hoch z.B. an Lippe, gering z.B. am Hintern) Sinnesorgane Geruchssinn • Nase: Atmung (Reinigung + Filterung) + Geruchswahrnehmung • Geruchswahrnehmung: ◦ komplexer chemisch-neuraler Vorgang ◦ Riechschleimhaut: Lu scheidet Geruchsmoleküle an Rezeptormoleküle ab ◦ Auf einzelne Dustoe ansprechende Rezeptoren (>350 Rezeptortypen) bilden durch Riechköpfchen Matrixstruktur an Oberfläche der Riech- schleimhaut ◦ Vereinigung Dumolekül + Rezeptor→ Kaskade in Rezeptorzellen→ neu- ronale Signale über Riechnerv-Axone an Großhirn ◦ Olfaktorisches System hochkomplex, Verbindungen zu Hypothalamus (Nahrungsaufnahme + Sexualverhalten) und limbischem System (Instink- tverhalten + Gedächtnisleistungen) Geschmackssinn • 5 Grundqualitäten: 1. Süß: Zucker + Derivate, Aminosäuren, Peptide, Alkohole 2. Salzig: Speise- + Mineralsalze 3. Sauer: saure Lösungen, organische Säuren 4. Bier: Bierstoe, Alkaloide, Glycoside (Chinin, Wermut) 5. Umami: Glutaminsäure, Asparaginsäure ! Scharf kein Geschmack, sondern Schmerzsignal • Primärer gustatorischer Cortex (Inselcortex): für Geschmackswahrnehm- ung zuständige Hirnstruktur, mit anderen Sinneseindrücken (z.B. Tast- und Temperaturinformationen) aus Mundhöhle integriert • Sekundärer gustatorischer Cortex: in orbito-frontalem Cortex (überlappt mit sekundären olfaktorischem Cortex) Neurodiagnostik Diagnostik Unterscheidung invasive und nicht-invasive Diagnostik • Lumbalpunktion (Liquordiagnostik): Hohlnadel wird in Lumbalkanal auf Lendenhöhe eingeführt + Nervenwasser entnommen • Ultraschall • Elektrophysiologie • Positronen-Emmisions-Tomographie (PET, Radiologische Diagnostik): 1. Zerfall eines Radionuklids→ Positron entsteht 2. Positron trit auf Elektron→ Annihilation 3. Zwei Protonen entstehen (Gammastrahlung)→ Abstrahlung 4. Winkel 180° zwischen Gammastrahlen→ treen je auf Detektor Elektrophysiologie = Neurophysiologie-Teilbereich, befasst sich mit elektrochemischer Signalüber- tragung in Nervensystem • Klinische Elektrophysiologie: Neurologie-Teilbereich, Unterschiedliche Methoden zur Messung ganzer polysynaptischer zentraler Nervenbahnen + peripherer Nerven ◦ Methoden: Elektroenzephalographie (EEG), Messung evozierter Potenziale (somatosensorisch, motorisch, visuell, akustisch evoziert), Elektroneurogra- phie (ENG) mit Messung Nervenleitgeschwindigkeit (NLG), Elektromyogra- phie (EMG) Elektroenzephalographie (EEG) • Wegen CT + MRT nicht mehr häufig eingesetzt • Aufzeichnung Hirnströme als Maßeinheit elektrischer Hirnaktivität (5-100 µV) • Oberflächen-EEG: Messung mit auf Kopfhaut aufgebrachten Elektroden • Spannungsunterschiede zwischen Elektroden (= Hirnströme) auf Monitor wellenförmig sichtbar • Einteilung Hirnströme nach Frequenz in 3-4 Rhythmen • Frequenz schnell→ Person wach, Hirnaktivität normal • Frequenz langsam→ Schlafstadium oder krankhaer Befund • Alpha-Wellen (8-13 Hz): wach, entspannt • Beta-Wellen (14-30 Hz): Medikamente oder fehlende Entspannung • Gamma-Wellen (>30 Hz): Starke Konzentration • Theta-Wellen (4-7 Hz): bei Kindern/Jugendlichen normal • Delta-/Subdelta-Wellen (0.5-3 Hz): Tiefschlaf, Trance • Spiked/Sharp Waves: Epilepsie Nervenleitgeschwindigkeit (NLG) • Prinzip: 1. Kurzer elektrischer Impuls am Arm oder Beim→ Reizung Nerv 2. Nerv depolarisiert→Weiterleitung in beide Richtungen → Messung ausgelöste Spannungsänderung entlang Nerv • Berechnung: ◦ Nerv an zwei Orten stimulieren ◦ Reizantworten im Muskel messen ◦ Dierenz Leitungszeiten (Latenz, ms) und Reizorte (mm) bestimmen ◦ NLG = ∆mm/∆ms • Verwendung: Ort + Schwere von Nervenschaden ermieln, z.B. Polyneu- ropathie oder Nervenkompressionssyndrom (Karpaltunnelsyndrom) Elektromyographie (EMG) = elektrische Muskelaktivität messen durch Einstechen von dünner Nadelelek- trode in Muskel → Ableitung von Potentialschwankungen einzelner mo- torischer Einheiten durch konzentrische Nadelelektroden • Feststellbar, ob Muskel- oder Nerv-Erkrankung bei Muskelschwäche → Dierenzierung zwischen Myo- und Neuropathien • Intraoperativ: EMG als Monitoring von Rückenmarksfunktion bei Wirbel- säulenoperation oder Registrierung Hirnnervenfunktionen bei Hirnstamm- Operationen Evozierte Potentiale • Prinzip: 1. Sinnesreiz→ el. Potentialänderung in sensorischen Großhirnrinde-Arealen 2. Wesentlich kleinere Amplituden (schwer erfassbar) → Evozierte Aktivität = œ mehrere evozierte Potentiale • Somatosensorisch evozierte Potentiale (SSEP): Beurteilung zentrale so- matosensible Leitungsbahnen + peripherer, sensibler Nerven • Visuell evozierte Potentiale (VEP): Beurteilung Sehnerv und -bahn Sonographie (Ultraschall) • Ultraschall: Schall oberhalb des hörbaren Frequenzbereichs (20 kHz - 1GHz) • Sonographie (Echographie): Ultraschall als bildgebendes Verfahren für medi- zinische Untersuchung organisches Gewebe • Ultraschallgerät: Elektronik Schallerzeugung, Signalverarbeitung + -darstel- lung, Schnistellen für Monitor/Drucker/Speichermedien, auswechelbare Ul- traschallsonde (Schallkopf) • Schallkopf: ◦ Kristalle, die bei Wechselspannung mitschwingen (piezoelektrischer Eekt) ◦ Sendet Schwingungen→ unterschiedliche Reflektion d. Organe/Gewebe ◦ Impedanz: Wellen-Ausbreitung entgegenwirkender Widerstand ◦ Grauwert = Reflexionsstärke (hohe Reflexion an Grenzflächen zweier Stoe mit großem Impedanzunterschied) • Dopplereekt: Bestimmung Blutflussgeschwindigkeit→ reflektiertes Signal um Frequenz relativ zu ausgesandter verschoben (Dopplersonographie) Röntgen • Röntgendiagnostik: Körper mit kurzwelliger, unsichtbarer Strahlung durch- strahlen (Wellenlänge 0.01 - 10nm) • Durchleuchtung: Durchstrahltes Gewebe schwächt Strahlung ab→Darstel- lung mit fluoreszierendem Schirm/Bildverstärker • Radiographie: Sichtbar-machen auf Filmmaterial oder durch elektronische Sensoren (digitale Radiographie) • Erzeugung: Elektronen von Glühwendel (Kathode) beschleunigt, treen auf Anode→ Abbremsen, entstehung von Bremsstrahlung (= Röntgenstrahlung) + viel Wärme • Röntgenstrahlen-Absorption durch Gewebe dichteabhängig → keine Abbildung des Körperinneren möglich • Häufigste Indikation bei Verdacht auf Knochenbruch • Unterschiedliche Strahlenqualitäten (weich/hart), um unterschiedlich dichte Gewebe (Fe, Muskel, Knochen) zu durchdringen ◦ wenige kV auf Röntgenröhre{ weiche Strahlung ◦ 25-35kV (Mammographie), 38-120kV (Rest) ◦ weicher→ höhere Absorption→ höhere Strahlenbelastung ◦ weicher→ feinere Gewebeunterschiede sichtbar ◦ härter→ durchdringt mehr (>100kV durchdringt sogar Bleischürzen) ◦ härter→ weniger Kontrastunterschiede Natürliche Strahlenbelastung • Maßeinheit: Millisievert (mSv) • Äquivalentdosis: Dosisgröße für ionisierende Strahlung ◦ berücksichtigt übertragene Energiedosis ◦ berücksichtigt relative biologische Wirksamkeit (RBW) von Strahlenarten • Kosmische Strahlung: 0.3mSv/Jahr. Entsteht in äußerer Atmosphäre durch Kollision von Wassersto-Atomkernen und Lumolekülen • Terrestrische Strahlung: 0.4mSv/Jahr. Emiiert durch Radionuklide in Bö- den/Gesteinen der Erdkruste • Innere Strahlung: 1.4mSv/Jahr. Emiiert durch Zerfall natürlicher radioak- tiver Stoe, Aufnahme durch Essen, Trinken, Atmen • Hauptbelastung: Inhalation von Radon Künstliche Strahlenbelastung • Medizinische Anwendungen: 2.0mSv/Jahr • CT: einmalig 10-25mSv • Zigareen, Flugreisen,. . . • Militärische Radaranlagen: Größere Strahlenbelastung durch in Geräten erzeugte Röntgenstrahlung (nicht durch eigentliche Radar- Mikrowellenstrahlung!) Computertomographie (CT) = Computer-Auswertung vieler Röntgenaufnahmen aus versch. Richtungen • Spiralverfahren: Patient wird mit konstanter Geschwindigkeit entlang Längsachse durch Strahlenebene bewegt, während Strahlenquelle mit kon- stanter Winkelgeschwindigkeit rotiert • Herkömmliches Röntgen: Projektion von Volumen auf Fläche • CT: 3D-Rekonstruktion aus Einzelschnien Angiographie = mit Kontrastmiel gefüllte Blutgefäße durch Röntgenstrahlung darstellen • Phlebographie: Darstellung von arteriellen und venösen Blutgefäßen • Lymphographie: Darstellung von Lymphgefäßen • Exakte Darst. Gefäßarchitektur→ Aufspüren von Engstellen + Blutungen • Digitale Subtraktionsangiographie (DSA): 1. Leeraufnahme anfertigen 2. KM über Katheter in Gefäß spritzen 3. schnell hintereinander Aufnahmen machen 4. Leeraufnahme subtrahieren→ Störungen (zB Knochen) ausblenden • Informationsgewinn aus Hämodynamik (Blutbewegung) • Reine Diagnose zunehmend auch mit CT/Kernspintomographie • Interventionelle Radiologie: Angiographie zur Problembehandlung • Ballondilatation: Aufweitung Gefäßverengungen durch winzige Ballons • Stents: kleine Drahtkörbchen zur Gefäßwandabstützung • Coils: kleine Platinspiralen zur inneren Blutungsverschließung Magnetresonanzromographie (MRT) • Konzept: Atomkerne mit ungerader Protonen-/Neutronenzahl verfügen über Eigendrehimpuls (Spin)→ werden zu winzigen Magneten • Nutzung starker Magnetfelder und elektromagnetische Wechselfelder: 1. Resonante Anregung Atomkerne im Körper (meist H) 2. Induktion elektrischer Signale in Empfängerstromkreis • Nutzung von Wassersto-Spins→ besonders wasserhaltige Gewebe gut ab- bildbar (zB innere Organe, Rückenmark, Gehirn) • Unterscheidung nach Magnetfeldstärke: ◦ <0.5 Tesla: Permanentmagnete oder konventionelle Elektromagnete ◦ 1.5-3 Tesla: supraleitende Magnete • Relaxation: Nach Abschalten von hochfrequentem Wechselfeld richten sich Spins wieder zu normalem Magnetfeld aus → unterschiedliche Abklingzeit → unterschiedliche Signalstärken (= Helligkeiten) im Bild • Gefahr: durch magnetische Metalle am Körper • Auflösung: klinische Standardsysteme auf ca. 1mm begrenzt • Artefakte: Auslöschungs- und Verzerrungsartefakte ◦ lokale Magnetfeldinhomogenitäten ◦ Bewegungs- und Flussartefakte ◦ Funkstörungen + metallische Gegenstände • Untersuchungsmodalitäten ◦ Anatomische Bildgebung ◦ Diusionsbildgebung (Diusion von Wasser in Gewebe messen) ◦ Perfusionsbildgebung (Durchblutung darstellen + quantifizieren) ◦ Spektroskopie (Konzentration bestimmter Moleküle in Bereich) ◦ Funktionelle MRT (fMRT, Größen wie uB Blutfluss messen) ◦ Zelluläre Bildgebung Sonstiges Koloskopie: Darmspiegelung, Gastroskopie: Magenspiegelung Neurologische Krankheitsbilder Strategie • Anamnese: Erhebung Krankheitsgeschichte • Untersuchung: klinisch + neurologisch • Adaptive Diagnostik • Therapie + Planung • Nachuntersuchungen (follow-up) Übersicht neurologische Erkrankungen Unterscheidung zerebral (Großhirn betreend) + spinal (zur Wirbelsäule, zum Rückenmark gehörend) • Zirkulationsstörungen ◦ Infarkt: Gewebsuntergang (Nekrose) infolge einer Sauerstounterver- sorgung (Hypoxie) durch unzureichenden Blutzufluss (Ischämie) ◦ Infarzierung: Hypoxie durch Abluhindernis ◦ Thrombose: Bildung Blutgerinnsel (Thrombus) in Blutgefäß ◦ Blutung (Hämorraghie): Austreten von Blut aus beliebigem Bereich von Blutbahn/-kreislauf • Raumforderungen: Benigne + maligne Tumore, Blutungen • Infektionen: Bakteriell, Viral, durch Prionen (Proteine, die in normalen und pathogenen Konformationen vorliegen können), Parasitär (Protozonen (Urtiere), Würmer, Pilze), Autoimmunerkrankungen (zB multiple Sklerose) • Gefäßmissbildungen: ◦ Aneurysmen: Krankhae Gefäßaussackung ◦ Angiome: Tumorartige Gefäßneubildung oder Gefäßfehlbildung ◦ Kavernome: Hämangiom (= Gefäßmissbildung) • Epilepsien • Stowechselerkrankungen: Speicherkrankheiten, Vergiungen, . . . • Erkrankungen PNS • Myopathien (Muskelerkrankungen) • Neuropathien • Systemerkrankungen ZNS: ◦ Nukleäre Atrophien: Gewebe-Verkleinerungen ◦ Spinalparalyse ◦ Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) • Psychiatrische Störungen ◦ Schizophrenie, Psychose, Neurose, Angst ◦ Anpassungsstörungen, Persönlichkeitsstörungen Querschnittssyndrom = Schädigung Rückenmark in gesamtem Durchmesser → darunterliegende Spinalnerven funktionslos Epilepsie • Krankheitsbild: spontan auretende Krampfanfälle • Grund: Folge anfallsartiger (paroxysmaler) synchroner Entladungen von Neuronengruppen im Gehirn → plötzliche, unwillkürliche Verhaltens- oder Befindensstörungen • Diagnostik: Anamnese, Hirnstromkurve mit EEG, ggf Hirn-MRT • Therapie: Antikonvulsiva (krampfunterdrückende Medikamente) ◦ therapieresistent→ operative Methoden • Gelegenheitskrämpfe (Fieberkrämpfe): Haben 4-5% aller Menschen wenige Male im Leben • Fokale Anfälle: nur eine Hirnregion in einer Gehirnhäle betroen → Erkrankung geht von “Krankheitsherd” aus (Ausgangsstelle) • Aura: Sinneswahrnehmungen, die bei manchen Menschen kurz danach ein- treenden epileptischen Anfall ankündigen • Generalisierte Anfälle: Betrit gesamtes Hirn, Anfallsverlauf und Symp- tome zeigen keine anatomisch begrenzte Lokalisation • Absencen: Bewusstseinspausen (petit-mal) • Tonisch-klonische Anfälle: Anfall mit Bewusstseinsverlust, Sturz, Verkrampfung, rhythmische Zuckungen, Zungenbiss (grand-mal) • Astatische Anfälle: Sturzanfälle mit atoner Muskulatur (Erschlaung) • Status epilepticus: Anfallsserie (ggf lebensbedrohlich) Gehirntumore — Begriffe • Ossär: Knochen betreend • Neurogen: Nervensystem betreend • Vaskulär: Blutgefäße betreend • Intrasellär: Liegt in Sella (Teil von Schädelknochen), beinhaltet Drüse (Hirn- anhangsdrüse), die wichtige Botenstoe herstellt • Rezidiv: Wiederaureten einer Krankheit Gehirntumore — Gutartig • Definition: Basierend auf Morphologie/Histologie, Wachstumsverhalten (Zellteilungsindex, Verteilung in andere Gewebe (infiltrativ)), Lokalisation, Größe, ärztliche Einschätzung, klinische und statistische Ergebnisse • Hirneigene Tumore: ◦ Astrozytome: ursprünglich in Astrozyten (gehören zu ZNS-Stützgewebe) ◦ Gliom: Sammelbegri für einige ZNS-Hirntumoren, entstehen aus Gli- azellen (Stütz- und Nährgewebe von Nervenzellen), treten meist in Gehirn auf, aber auch in Rückenmark und Hirnnerven möglich ◦ Oligodendrogliome: Neuroepithelialer Tumor, geht vermutlich von Oligo- dendrozyten (Glia-Telltyp) aus ◦ Mischgliome/Oligoastrozytome: diuse Gliome, weisen Anteile von Oligo- dendrogliom und Astrozytom auf ◦ Ependymome • Meningeome, Hypophysenadenome, Neurinome, Hämangioblastome, Dys- plastome • Kraniopharyngeom: Ensteht durch Fehlbildung von Restgewebe bei Hirnan- hangsdrüse Fistel = pathologische oder künstlich angelegte rohrförmige Verbindung zwischen zwei Hohlorganen oder zwischen Organ und Körperoberfläche • Koagulation: Gerinnung durch Wärmeentwicklung • Dura: Äußerste Haut Anatomische Hauptrichtungen • dorsal: rückenseits, am Rücken gelegen • ventral: bauchseits, am Bauch gelegen • kranial: zum Schädel hin • kaudal: zum Schwanz (Gesäß) hin • proximal: zum Körperzentrum hin • distal: vom Körperzentrum entfernt • medial: in der Mie gelegen • lateral: seitlich Aneurysma • Ursachen (Pathologie): Embryonaler Gefäßwanddefekt, Gefäßteilungsstel- len, Exogene Faktoren, Entzündungen, Hämodynamik • Ruptur: Riss Gefäßwand durch Schwäche des Gefäßes, je nach Gefäßlage lebensbedrohlich • Subarachnoidalblutung (SAB): Freies Blut gelagt in mit Hirnflüssigkeit (liquor cerebrospinalis) gefüllten Subarachnoidalraum • Symptome innozenter Aneurysmen: Symptomlos, Warnblutungen, anfal- lartige Kopfschmerzen, Visusminderung (Sehschärfe), Schädigung von Nerven • Symptome ruptierter Aneurysmen: plötzlicher vernichtender Kopf- schmerz, Bewusstseinstrübung, Bewusstlosigkeit, Nackenschmerz, Nacken- steifheit, Steigung intrakranieller Druck (ICP), Abfall zerebraler Perfusions- druck Neurochirurgische Therapie Neurochirurgie • Gehirnchirurgie: Hirntumore, Gefäßmissbildungen, Aneurysmen, . . . • Wirbelsäulenchirurgie: Bandscheiben (Hals-, Brust- und Lendenwirbel- säule (HWS, BWS, LWS)), Verletzungen, Rückenmarktumore, Gefäßmissbil- dungen, . . . • Periphere Nervenchirurgie: Nervenengpass, Tumore, Verletzungen Strategie 1. Individuelle Beratung 2. Fallbezogene Aufklärung 3. Risikoabschätzung 4. Alternative Therapieoptionen 5. Zeitplanung 6. Operationsziel (Funktionenerhaltend?) Operationstechnische Hilfsmittel • Bildgebende Diagnostik • Computer-assistierte Chirurgie • Intraoperative Bildgebung, Elektrophysiologie und Dopplersonographie • Neuroendoskopie Operation — benigne Tumoren • Trepanation (Zugangsplanung) • Adäquate Tumor-Exposition (so klein wie möglich, so groß wie nötig) • Kosmetik und Funktion: Vermeidung Sinusönung (Nasennebenhölen), knöcherne Rekonstruktion Operation — Planung • Anatomisch geführte Zugänge • Kraniotomie: Önung des Schädels • Indirekter Zugang Operation — chirurgische Durchführung • Lagerung Patient: Kopf eingespannt, Haarschni (makro-, mikrochirurgisch) • Hautdesinfektion, steriles Abdecken • Hautschni, Darstellung Kaloe (Schädeldecke) • Kraniotomie (Schädelönung) • Erönung Hirnhaut • Auinden Läsion (Verletzung/Störung) • Tumorentfernung (Mechanisch, Ultraschall, Laser, bipolare Koagulation) Aneurysmen — Therapie • Clipping: Klammer aus Aneurysma-Hals ausestzen, um Blutzustrom in Aus- sackung vollständig zu unterbinden (oene Gehirnoperation) • Coiling: Platin-Spirale in Aneurysma platzieren→ füllt Aneurysma aus (minimalinvasive Operation, meist über Leistenarterie) Fehleranalyse Neuronavigation Hauptprobleme • Maschinenfehler • Strategische Fehler: menschengemachter Fehler (zB wenig Erfahrung) • Brain Shi: Gehirn verschiebt sich • Datenakquise: Inkompatibel, Datentransfer, Artefakte, image reconstruction • Registrierung: Wie Kopf positionieren? Wie möglichst fest? Wie den Halt nicht verlieren? • Marker-Probleme: ◦ Skin Marker: Können leicht abgezogen werden ◦ CT-Marker: besser ◦ Knochen-Marker: sehr exakt, aber invasiv ◦ Tooth Splints: wiederholbar, akkurat, nicht-invasiv, aber teuer • Interoperatives Data Refreshing: mobile CT, . . . • Interoperativer Workflow: Displays, Instrumente, . . . • Education, Simulation, Training: ◦ Präoperative Planung ◦ Mikrochirurgische Anatomie ◦ Ansätze, Trajektorienplanung ◦ unbloody training, Operationssimulierung Navigationsgeführte Operation — Workflow 1. Datenakquise 2. Simulation + Planung 3. Registrierung 4. Navigation 5. Fehlerquellen