Über- und Unterdrainage in der Hydrocephalus Therapie

Der Hydrocephalus hat viele verschiedene Erscheinungsformen und Ursachen. Obwohl das Krankheitsbild schon seit der Antike bekannt ist, sind die meisten dieser Ursachen „nicht besonders gut verstanden“, wie man in der Wissenschaft sagt - oder sogar gänzlich unbekannt. Und Ursachen, die man nicht kennt oder nicht versteht, kann man auch nur schwer bekämpfen. Dabei ist diese Erkrankung gar nicht so selten und kann jede Altersgruppe treffen.

Bis auf den heutigen Tag werden bei einem Hydrocephalus nur die Symptome behandelt, indem der für die Patient*innen gefährliche Überdruck im Schädel mittels eines Ventils reduziert und in eine andere geeignete Körperhöhle (z.B. häufig den Bauchraum) abgeleitet wird.

Vielleicht ist es ein hilfreiches Bild, den Shunt mit einem Pferd zu vergleichen, das vor ein Auto mit Motordefekt gespannt wird. Obwohl über die Ursache des Motorschadens nichts Genaues bekannt ist, bewegt sich das Auto wieder - wenn auch etwas langsamer - und kann durchaus das ursprünglich geplante Ziel erreichen. Ob eine gerissene Benzinleitung, ein geplatzter Motorblock oder eine defekte Zündkerze ursächlich waren, ist dabei ganz egal. Die Methode funktioniert erst einmal fast immer. Man muss nur ein paar neue Regeln einhalten: z.B. dem Pferd regelmäßig Futter geben oder Ruhezeiten für das Pferd einhalten. UND: Es können nun plötzlich ganz neue, andere Dinge schief gehen. Das Pferd kann auf holperiger Piste einfach los galoppieren und das Auto in eine falsche Richtung oder sogar in den Graben ziehen. Der Fahrer, der vorher nur sein Auto kennen musste, muss nun auch das Pferd antreiben können und verstehen lernen.

Übertragen wir dieses Bild nun auf die Shunttherapie: Ein Shunt funktioniert zwar, aber es müssen nun neue Aspekte berücksichtigt werden. Zum Beispiel:

• Ein Shunt kann mit der Zeit verstopfen und bis heute kann man selten mehr dagegen tun, als einen neuen zu implantieren.
• Auch Nebeneffekte wie das sogenannte „Siphoning“ müssen bedacht werden: Aufgrund der physikalischen Gesetze ergibt sich in stehender Position zwischen Kopf und Bauchraum ein hoher Sog (oder negativer Druck) in den Ventrikeln, weil die Flüssigkeit im Katheter durch die Gravitation nach unten gezogen wird. Dieser Sog ist für das Gehirn genauso gefährlich wie der ursprüngliche Überdruck (Hydrocephalus), 

(Ausführliche Informationen zu diesem Phänomen bietet dieser Artikel: "Grundkurs Fluidmechanik oder von Bechern, Flaschen und Menschen?")

Die Unterdrainage, aber mehr noch die besonders gefährliche Überdrainage sind auf das Engste mit der normalen physikalischen Funktion des Shunts verbunden. Es handelt sich hierbei nicht um eine z.B. durch Unachtsamkeit oder Unverständnis herbeigeführte „Fehlfunktion“, sondern vielmehr um eine zwangsläufige Folge der künstlichen, unphysiologischen Verbindung zwischen normalerweise getrennten Körperhöhlen durch den Shunt.

Bei der heute nach wie vor häufigen Implantation eines einzelnen verstellbaren Differenzdruckventiles ist entweder eine Überdrainage oder eine Unterdrainage praktisch unvermeidbar und die behandelnden Ärzt*innen können nur durch geschickte Einstellung des Ventils einen unter Umständen „klinisch-akzeptablen“ Kompromiss zwischen beiden herbeiführen. Wirklich zu vermeiden ist insbesondere die Überdrainage und ihre mitunter dramatischen Folgen für die Patient*innen nur durch die zusätzliche Implantation eines Ventils, das in der Lage ist, diesen physikalischen Kräften entgegen zu wirken, wie im Folgenden gezeigt werden soll.

Unterdrainage bedeutet, dass zu wenig Liquor durch den Shunt abgeführt wird. Der pathologische Überdruck in den Ventrikeln kehrt quasi zurück oder wird nur unzureichend abgebaut. Die ursprünglichen Symptome des Hydrocephalus treten dann teilweise oder vollständig erneut auf: Kopfschmerzen, Schwindel und Übelkeit. Bei Kindern treten ggf. zusätzlich eine Veränderung des Blickes (Sonnenuntergangsphänomen, Stauungspapille) und ein langsames Anwachsen des Kopfumfanges auf. Bei NPH-Patienten sind die Leit-Symptome Inkontinenz, demenzartige Verwirrung und die typische kleinschrittige Gangstörung. Diese äußerlich sichtbaren Symptome sind dabei permanent: vor allem treten sie unabhängig davon auf, ob der Patient steht oder liegt.

Das kritische Problem bei der Überdrainage ist nicht primär der niedrige, intraventrikuläre Druck, sondern die Tatsache, dass durch die Dehnung des Hirngewebes die Bildung von Hygromen und Hämatomen, d.h. flüssigkeits- und blutgefüllten Hohlräumen vor allem zwischen Hirn-Oberfläche und Schädel gefördert wird. Das Gehirn ist über die fein-strukturierte sogenannte „Spinngewebshaut“ (Arachnoidea) und die Dura-Mater fest mit dem Schädel verbunden und kann sich normalerweise nicht von diesem lösen. Entsteht nun ein zu großer Sog nach innen - also von der Schädelwand weg -  ist es zuerst diese feine Haut und die in ihr verlaufenden dünnen Brückenvenen, die reißen und einbluten. Es können aber auch große venöse Sinusgefäße in der Dura oder Arterien verletzt werden. Durch die Überdrainage werden fast ausschließlich sogenannte "Subdurale Hämatome" (SDH) hervorgerufen und diese können sogar chronisch werden. Laborexperimente belegen eindrucksvoll wie ein typischer hydrostatischer Sog in den Ventrikeln von ca. - 30 cmH₂O an den fixierten äußeren Hirnhäuten Kräfte von mehreren hundert Gramm (Gewichtsäquivalent) hervorrufen kann.

Ein anderes durch die Überdrainage induziertes und ebenso gravierendes Problem ist das sogenannte Schlitzventrikelsyndrom (SVS). Durch das sog-induzierte Zusammenziehen der Ventrikel können die feinen Öffnungen des Ventrikelkatheters (VK) verschlossen werden. Der Liquor kann dann nicht mehr abgeführt werden und die Ventrikel weiten sich wieder. Wird der Sog danach erneut wirksam, beginnt der Prozess von vorne. Diese periodische, mit starken Spannungen verbundene Kontraktion und Expansion der Ventrikel kann das Gewebe bereits schädigen. Wächst dann noch Gewebe in die kleinen Katheterlöcher ein, kann dies bei der nachfolgenden Ventrikelexpansion zu weiteren Geweberissen und Blutungen führen. Wenn der Ventrikelkatheter dabei irreversibel verstopft wird, bleiben die Ventrikel eng und eine Shunt-Revision wird unvermeidlich. Rolf Gruber hat diese Phase des SVS bereits 1987 folgendermaßen beschrieben:
„Bei der Shuntrevision lässt sich der fixierte Ventrikelkatheter nur mühsam entfernen, sein Lumen ist durch inkarzerierte Gewebspfröpfe in den Ostien komplett oder partiell verlegt. Sie bestehen aus vaskularisierter Neuroglia, Plexusanteilen und Blutkoageln. Ependymzellen werden nur an den abgerissenen Gewebsfragmenten außerhalb, jedoch nie innerhalb des Katheters gefunden.“³ 

Viele Autor*innen gehen bis heute davon aus, dass diese nachweislichen Verletzungen des Ependyms durch chronische Überdrainge (d.h. nicht nur bei Kindern) zu einer dauerhaften Versteifung/Verhärtung der Ventrikelwände und einer damit einhergehenden erniedrigten Hirncompliance führen („stiff ventricles“). Für diese Hypothese spricht, dass die Ventrikel nach einer Wiederherstellung physiologischer, d.h. „normaler“ Druckverhältnisse nicht unbedingt zu ihrer ursprünglichen Ventrikelweite zurückkehren.^4-6 Untersuchungen des Beitrages pathologischer Zellveränderungen zu dieser mutmaßlichen Ventrikelversteifung haben jedoch bisher keine endgültige Klarheit schaffen können.^7-9 
 

In den letzten Jahren scheinen lumboperitoneale Shunts immer beliebter zu werden, da hier Schädel und Gehirn nicht verletzt werden müssen. Beim LP Shunt wird der Liquor vom Spinalkanal, der direkt mit den Ventrikeln verbunden ist, zwischen dem dritten und fünften Lendenwirbelkörper (LWK) ins Peritoneum abgeleitet. Bis heute wird in der Literatur manchmal die Ansicht vertreten, beim LP Shunt spiele der hydrostatische Sog keine bedeutende Rolle und die Gefahr einer Überdrainage sei hier deutlich kleiner.¹⁵ Diese vollkommen falsche und irreführende Aussage entsteht wahrscheinlich durch den Umstand, dass beim LP Shunt Liquorquelle (Spinalkanal) und Drainageort (Peritoneum) nicht übereinander, sondern „scheinbar auf gleicher Höhe“ liegen: der Shunt-Katheter zwischen Punktionsort und Bauchraum liegt ja tatsächlich im Mittel horizontal, so dass die hydrostatische Höhe h = 0 zu sein scheint.

Außer vorliegenden Indizien und Plausibilitätsüberlegungen ist es in den letzten Jahrzehnten noch nicht gelungen, die Über- oder Unterlegenheit eines bestimmten Ventiltyps zweifelsfrei nachzuweisen. Die normalerweise geradezu dahinrasende naturwissenschaftliche Erkenntnis scheint hier langsam wie eine Schnecke zu kriechen. Neben vielen anderen gewichtigen Gründen hat dies sicherlich auch damit zu tun, dass die menschliche Physiologie äußert kompliziert ist und sich belastbare statistische Aussagen meist nur mit massivem Aufwand gewinnen lassen. 

Dennoch kann und soll für die Gravitationsventile an dieser Stelle bereits gesagt werden, dass ihre effektive Wirksamkeit bei der Vermeidung von Überdrainage in der wissenschaftlichen Literatur sehr gut belegt ist, und dies für jede Altersgruppe. Die folgende Liste an jüngeren Studien ist dabei nur als Auswahl zu verstehen: 

• Al-Hakim et al. Experience in shunt management on revision-free survival in infants with myelomeningocele. (2017)¹⁷
• Gebert et al. Long-term survival rates of gravity-assisted, adjustable differential pressure valves in infants with hydrocephalus. (2016)¹⁸
• Xinxing L, et al. Using individualized opening pressure to determine the optimal setting of an adjustable proGAV shunt in treatment of hydrocephalus in infants. (2015)¹⁹
• Suchorska et al. Optimized surgical treatment for normal pressure hydrocephalus: comparison between gravitational and differential pressure valves. (2015)²⁰
• Kehler et al. PROSAIKA: a prospective multicenter registry with the first programmable gravitational device for hydrocephalus shunting. (2015)²¹
• Malem et al. An investigation into the clinical impacts of lowering shunt opening pressure in idiopathic normal pressure hydrocephalus: A case series. (2015)¹⁴
• Thomale et al. Shunt survival rates by using the adjustable differential pressure valve combined with a gravitational unit (proGAV) in pediatric neurosurgery. (2013)²²
• Lemcke et al. Safety and efficacy of gravitational shunt valves in patients with idiopathic normal pressure hydrocephalus: a pragmatic, randomised, open label, multicentre trial (SVASONA). (2013)²³
• Gebert et al. Adjustments in gravitational valves for the treatment of childhood hydrocephalus: a retrospective survey. (2013)²⁴
• Freimann et al. Patients benefit from low-pressure settings enabled by gravitational valves in normal pressure hydrocephalus.(2013)²⁵

Ein Ergebnis der SVASONA Studie – einer Klasse 1 Studie - ist, dass eine Überdrainage bei jedem dritten Patienten mit Gravitationsventilen vermieden werden kann.²³ Zwar ist in dieser Studie die Überdrainage-Rate „in der Kontrollgruppe“ (d.h. in der Gruppe, in der keine Gravitations-Ventile implantiert wurden) deutlich höher als in anderen Studien²⁶, aber nichts desto trotz die entsprechende Rate in der Therapiegruppe (mit Gravitations-Ventilen) auch auffällig klein. Dass dies für viele Therapiegruppen mit Gravitations-Ventilen gilt, hat gerade Alfred Aschoff, ein bei Neurochirurgen bekannter Hydrocephalus-Experte, in seinem Lehrbuch-Kapitel über Shunt-Ventile angemerkt.²⁷

In diesem reichhaltigen Text hat Aschoff auch die sogenannten „Überlebenskurven“ (oder auch Kaplan-Meier-Kurven) für verschiedene Ventile „übereinander gelegt“, um sie direkt zu vergleichen. „Überlebenskurven“ sind in der Shunttherapie weit verbreitet, denn sie zeigen graphisch, wie viele (in Prozent) der anfänglich implantierten Ventile nach einer bestimmten Zeit noch „überlebt“ haben, d.h. weiterhin fehlerfrei arbeiten. Die übrigen wurden revidiert, d.h. wegen einer Fehlfunktion oder Komplikation operativ entfernt. Eine wichtige, unter Umständen irreversible Komplikation ist eben auch die hier diskutierte Überdrainage, die somit zu einer verkürzten Lebens/Funktionszeit des Ventiles beiträgt. Andere wichtige Gründe für ein Shuntversagen sind Infektionen, Verstopfungen und mechanische Fehlfunktionen, wie Bruch des Ventils oder Abreißen des Katheters. In den von Aschoff miteinander verglichenen Überlebenskurven stammen die oberen Kurven alle aus Studien mit Gravitations-Ventilen: im Unterschied zu den herkömmlichen Vergleichsventilen, bei denen nach 2 Jahren nur noch ca. 50-60% fehlerfrei arbeiten, sind bei den Gravitations-Ventilen nach derselben Zeit noch ca. 80% vorhanden.²⁷

Die von Aschoff gefolgerte „Überlegenheit der Gravitations-Ventile“ hat sich ebenfalls in den offiziellen Leitlinien für die „Diagnostik und Therapie des Normaldruckhydrozephalus“ niedergeschlagen, die von der Deutschen Gesellschaft für Neurologie periodisch herausgegeben werden. Dort heißt es unter der Rubrik „Wichtige Empfehlungen“:

„Wenn zur Behandlung des iNPH ein ventrikuloperitonealer Shunt gelegt wird, sollte ein gravitationsabhängiges Ventil implantiert werden. Differenzialdruckventile mit verstellbarem und insbesondere mit nichtverstellbarem Ventilöffnungsdruck führen bei gleichem klinischem Effekt signifikant häufiger zu Überdrainage-Komplikationen“.

• Hydrozephalus wird symptomatisch mit Shunts behandelt, die den Liquor ableiten. Da Shunts eine unnatürliche Verbindung zwischen Körperhöhlen herstellen, sind Über- und Unterdrainage nach wie vor häufige und unvermeidbare physische Nebenwirkungen.
• Eine Unterdrainage tritt auf, wenn zu wenig Liquor durch den Shunt abfließt, was zu anhaltend hohem Ventrikeldruck, vergrößerten Ventrikeln und einem Wiederauftreten der Hydrozephalus-Symptome führt; sie ist in der Regel auf einen hohen Ventilwiderstand oder eine Verstopfung zurückzuführen und erfordert möglicherweise eine Ventilanpassung oder -revision.
• Eine Überdrainage wird hauptsächlich durch die schwerkraftbedingte hydrostatische Saugwirkung im Stehen verursacht, da das Gewicht der Flüssigkeitssäule im Shunt den Liquor nach unten „absaugt“, was zu einem möglichen Kollaps der Ventrikel und einer Belastung des Hirngewebes führen kann. Die Symptome bessern sich im Liegen, da die Saugeffekte auf Null sinken.
• Ein einfaches Differenzdruckventil kann nicht sowohl die Sogwirkung im Stehen als auch den Differenzdruck im Liegen adäquat ausgleichen, was bedeutet, dass es je nach Einstellung unweigerlich zu einer Unterdrainage in der einen Position oder zu einer Überdrainage in der anderen führt.
• LP-Shunts sind derselben gravitationsbedingten Sogwirkung ausgesetzt wie VP-Shunts, da sich im Stehen die gesamte spinale Liquorsäule über dem Bauchraum befindet.
• Gravitationsventile sorgen für einen von der Körperhaltung abhängigen Widerstand und werden durch klinische Studien gut gestützt, die weniger Komplikationen durch Überdrainage und bessere Langzeitüberlebensraten im Vergleich zu herkömmlichen Differenzdruckventilen zeigen.