ZIP - FreiDok - Albert-Ludwigs

Aus der Sektion für Neuroradiologie
(Ärztlicher Leiter: Prof. Dr. med. M. Schumacher)
der Neurochirurgischen Universitätsklinik
der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau
MR-Zisterno-Myelographie
Realisierbarkeit,
mit intrathekalem
Toxizität
Gadolinium
und diagnostische
in-vitro, im Tiermodell
und in ersten klinischen
Anwendungen
INAUGURAL – DISSERTATION
zur
Erlangung des Medizinischen Doktorgrades
der Medizinischen Fakultät
der Albert-Ludwigs-Universität
Freiburg i. Br.
Vorgelegt 2003
von Nils Andreas Krämer
geboren in Ulm
vorgelegt 2003
- BOPTA.
Vorteile
Dekan:
Prof. Dr. med. J. Zentner
1. Gutachter:
Prof. Dr. med. M. Schumacher
2. Gutachter:
PD Dr. med. S. Rauer
Jahr der Promotion
2004
In Dankbarkeit meinen Eltern gewidmet.
Inhaltsverzeichnis
1.
Einleitung
1.1 Fragestellungen
2.
Grundlagen der Anatomie, Untersuchungsmethoden
8
und
Kontrastmittel
2.1 Der Liquor cerebrospinalis und der Subarachnoidalraum
9
2.2 pathologische Veränderungen des Subarachnoidalraumes
10
2.3 Diagnostik des Subarachnoidalraumes
11
2.4 Kernspintomographie
12
2.4.1
Physikalische Prinzipien der MRT
13
2.4.2
Vorteile der MRT gegenüber der Computertomographie
15
2.5 Kontrastmittel für die Kernspintomographie
2.5.1
Überblick
16
2.5.2
Wirkungsweise von paramagnetischen MR-Kontrastmitteln
16
2.6. Gadobenat-Dimeglumin (Gd-BOPTA)
19
2.7 Sicherheit und Toxizität von MR-Kontastmitteln und von
3.
Gd-BOPTA im Besonderen
21
2.8 Bildgebung mit Gd-BOPTA
24
Experimentelle
Untersuchungen
3.1. Überblick
26
3.2 Vorversuche
27
3.3 Kontrastmittel
28
3.4 Kernspintomographen
28
3.5 Kontrollsubstanz
28
3.6 Tiere und Tierhaltung
29
3.7 Anästhesie
29
3.8 Punktion der Cisterna magna
30
3.9 Kernspintomographische Diagnostik
31
3.9.1 Untersuchung zur intrathekalen Verteilung des Kontrastmittels 32
3.9.2 Experimentelle Veränderungen des Subarachnoidalraumes
4.
3.9.2.1
Fistel
33
3.9.2.2
Stenose
33
3.10 Bestimmung der Zellzahl und Proteinkonzentration
34
3.11 Sektion und Histologie
35
Ergebnisse
4.1 Vorversuche
37
4.2 Tierexperimenteller Teil
5.
6.
4.2.1 Allgemeines
38
4.2.2 Liquoruntersuchung
38
4.3 Histologische Untersuchung
41
4.4 Diagnostik
43
4.5 Diagnostik der experimentellen intrathekalen Veränderungen
45
Diskussion
48
5.1 In-vitro-Versuch
49
5.2 Tierexperimenteller Teil
51
5.2.1 Toxizitätsprüfung
51
5.2.2 Diagnostik
55
Erste klinische Erfahrungen
60
6.1 Fallbeschreibungen
60
6.2
6.1.1
Fall 1
60
6.1.2
Fall 2
62
Diskussion der klinischen Fälle
66
7.
Schlussfolgerungen
69
8.
Zusammenfassung
71
9.
Literaturverzeichnis
72
10
Danksagung
81
11
Curriculum Vitae
82
7
1
Einleitung
Die vorliegende Studie untersucht die intrathekale Anwendung des Kontrastmittels
Gadobenate-Dimeglumine (Gd-BOPTA).
Die Kernspintomographie oder Magnetresonanztomographie (MRT) hat in den letzten
Jahren in der neuroradiologischen Diagnostik eine nicht mehr wegzudenkende Stellung
erreicht. Dies liegt neben dem Fehlen ionisierender Strahlung auch an der guten
Differenzierung von Weichteilen und deren störungsfreier Darstellung in unmittelbarer
Nachbarschaft zu knöchernen Strukturen. Um weitere Informationen über das zu
untersuchende pathologische Gewebe zu erhalten, ist die Anwendung intravenös
applizierter Kontrastmittel in der MRT zur klinischen Routine geworden.
Mit Hilfe bestimmter kernspintomographischer Messtechniken lassen sich gezielt die
natürlichen Unterschiede zwischen Liquor (engl.: Cerebrospinal Fluid (CSF)) und Gehirn
oder Rückenmark ohne die Zugabe von Kontrastmittel hervorheben und untersuchen. Diese
MR-Myelographie genannte Technik ermöglicht im Gegensatz zur konventionellen
Myelographie, bei der Röntgenkontrastmittel in den Subarachnoidalraum injiziert wird, eine
nicht-invasive Untersuchung des Liquorraumes36. Vor diesem Hintergrund erscheint die
intrathekale Applikation von MR-Kontrastmittel nur von geringem Nutzem zu sein.
Dennoch könnte aus verschiedenen Gründen eine Injektion des Kontrastmittels in den
Subarachnoidalraum gerechtfertigt sein: Zahlreiche zerebrale oder spinale Läsionen lassen
sich wegen natürlicher Ähnlichkeiten in ihrem Signalverhalten mit dem umgebenden Liquor
nur unzureichend abgrenzen26. Liquorpulsationen und die für eine MR-Myelographie
verwendeten Sequenzen können zu verschiedenen Artefakten und unklaren Darstellungen
des Subarachnoidalraumes führen30,36. Subarachnoidale Fisteln mit Austritt von Liquor und
Einengungen des Liquorsystems sind mit röntgenologischen Verfahren und durch die
konventionelle, nicht kontrastmittelverstärkte MR-Myelographie teilweise auch nur
begrenzt darstellbar36,103.
8
Eine Änderung des Signalverhaltens des CSF durch intrathekale Kontrastmittelgabe könnte
daher die Diagnostik von subarachnoidalen und extraduralen Veränderungen verbessern.
MR-Kontrastmittel
wurden
intrathekal
bisher
nur
in
wenigen
Studien
verwendet36,40,42,44,92,97,107,109. Das in der vorliegenden Studie untersuchte Gd-BOPTA kam
bisher nicht zum Einsatz. Bei intrathekaler Applikation des Kontrastmittels ergeben sich
spezifische Probleme, die im Folgenden dargestellt werden.
1.1
Fragestellungen
Die vorliegende Studie versucht durch kernspintomographische Messungen an in-vitro
Modellen sowie Untersuchungen von Tieren einige dieser Fragestellungen zu beantworten:
1.
Welche Konzentrationen Gd-BOPTA sind für die Kontrastierung des
Subarachnoidalraumes sinnvoll?
2.
Kommt es bei intrathekaler Anwendungen von Gd-BOPTA in überhöhten oder
diagnostischen Konzentrationen zu nachweisbaren toxischen Veränderungen?
3.
Kann durch intrathekalen Einsatz des Kontrastmittels eine verbesserte
Darstellbarkeit der anatomischen Verhältnisse des Liquorsystems erreicht werden?
4.
Lassen sich pathologische Veränderungen wie Fisteln oder Stenosen durch
intrathekale Applikation von Gd-BOPTA eindeutiger diagnostizieren als ohne
Kontrastmittel?
9
2
Grundlagen der Anatomie, Untersuchungsmethoden
und Kontrastmittel
2.1
Der Liquor cerebrospinalis und der Subarachnoidalraum
"Der ganze Raum zwischen der Dura mater und dem Rückenmark ist immer ausgefüllt ...
durch Wasser..." stellte bereits 1764 Domenico Contugno, der 'neapolitanische
Hippokrates' fest. Der Franzose Francois Jean Magendie (1783-1855) führte um 1825 den
Begriff des "liquide cephalo-arachidien" ein, aus dem später der heutige Begriff des „Liquor
cerebrospinalis“ wurde. Als 1891 Heinrich Qunicke (1842-1922) erstmals erfolgreich eine
Lumbalpunktion durchführte, war auch die direkte Untersuchung des Liquors möglich.
Von den Plexus choroidei in den Seitenventrikeln und dem Velum Medullare des IV.Ventrikels werden täglich etwa 500 ml Liquor durch Filtration und aktive Beteiligung des
Epithels gebildet. Von dort verteilt sich dieser in den vier Ventrikeln, dem inneren
Liquorraum, und entleert sich aus dem IV.-Ventrikel durch die beiden Aperturae laterales
(Luschkae)
und
die
unpaare
Apertura
mediana
(Magendi)
in
die
Cisterna
cerebellomedullaris. Der sich im äußeren Liquorraum befindliche Liquor verlässt diesen zum
größten Teil durch Diffusion in die Sinus über die sogenannten Arachnoidalzotten
(Granulationes arachnoideae, Pacchioni), so dass sich ungefähr 160 ml Liquor im gesamten
Liquorsystem befinden.
Der äußere Liquorraum wird von einem Membransystem, den Meningen, gebildet
(Abbildung 1). Die derbe Dura mater bildet die äußere Pachymenix. Die weiche innen
liegende Leptomenix besteht aus der dem zentralen Nervensystem (ZNS) unmittelbar
anliegenden Pia mater und der Arachnoidea, die der Dura anhaftet und so den Hohlraum für
den Liquor, den Subarachnoidalraum schafft87.
10
Dura mater
Sinus sagitalis
superior
Granulationes
arachnoideae
Granulationes
Liquorgefüllter
arachnoideae
Arachnoidea
Subarachnoidalraum
Arachnoidea
Sinus sagitalis
superior
Pia mater
Dura mater
Plexus in den
Seitenventrikeln
Plexus im
4. Ventrikel
Dura mater
Kleinhirn
Arachnoidea
Subarachnoidalraum mit
Trabekeln
Pia mater
Arterie
Hirnrinde
Weiße Substanz
Abbildung 1:
2.2
Anatomische Darstellung des Subarachnoidalraumes (modifiziert nach39)
Pathologische
Veränderungen
des
Subarachnoidalraumes
Aufgrund der räumlichen Dichte zu anderen Geweben, insbesondere zum ZNS und der
knöchernen Kalotte sowie dem Spinalkanal, ist der Subarachnoidalraum in seiner Struktur
und der Dynamik des Liquors an pathologischen Veränderungen wie beispielsweise bei
kongenitalen Fehlbildungen, Traumata, Infektionen oder Neoplasien beteiligt.
Diese Änderungen machen eine detaillierte Darstellung der Liquorräume und des
Liquorflußes zur Beschreibung von Raumforderungen, Stenosen, mit dem Liquorraum
kommunizierender
oder
isolierter
Arachnoidalzysten,
sowie
die
nichtphysiologischer Austrittsstellen (engl. Leaks) oder Fisteln nötig79,82,103.
Detektion
11
2.3
Diagnostik
des
Subarachnoidalraumes
Auch wenn bereits 1906 Hans Christian Jacobaeus erstmals Patienten Luft in den
Subarachnoidalraum injizierte41
und
mit dieser Methode
in
3
Fällen
spinale
Raumforderungen diagnostizieren konnte, wird allgemein der Beginn der Myelographie
Walter E. Dandy (1886 –1946) zugeschrieben. 1918 führte er die ersten Versuche dieser
„Pneumenzephalographie“ genannte Technik durch18. Hierbei erfolgte ein Austausch von
einem Teil des Liquors gegen Luft, die als ‚negatives’ Kontrastmittel fungierte. Lange Zeit
war diese Methode Standard in der Radiologischen Diagnostik des Subarachnoidalraumes9.
Die häufig nur unzureichende Aussagekraft der so erzeugten Bilder führte zu intensiver
Suche nach Substanzen, mit denen sich ein positiver Kontrast im Subarachnoidalraum
darstellen ließ.
Als erste konventionelle Myelographie mit intrathekalem Kontrastmittel werden die
Versuche von Jean A. Sicard89 1921 angesehen. Dieser verwendete das ölige Kontrastmittel
Lipiodol, welches von ihm eigentlich extradural zur Behandlung von ischiokruralen
Schmerzen injiziert wurde und das bei einer versehentlichen Injektion in den
Subarachnoidalraum keine Nebenwirkungen verursachte. Nachdem 1934 erstmalig eine
lumbale Bandscheibenprotrusion nachgewiesen werden konnte61, konzentrierte sich die
Diagnostik auf den lumbosakralen Teil des Spinalkanals. Lipiodol und andere ölige
Kontrastmittel stellten jedoch wegen ihrer geringen intrathekalen Verteilung Wurzeltaschen
nur unzureichend dar, so dass eine genaue Abgrenzung der Nervenscheiden nicht eindeutig
möglich war. Zusätzlich kam es durch die hohe Viskosität und die hydrophoben
Eigenschaften zu schweren spät auftretenden Nebenwirkungen wie Arachnoiditiden oder
Okklusionshydrocephali57.
Aus diesen Gründen wurden nach weitere Kontrastmitteln geforscht, die sowohl eine
bessere Verträglichkeit als auch eine bessere Detailerkennbarkeit besitzen.
12
Die seit Beginn der 30er Jahre entwickelten wasserlöslichen Kontrastmittel stellten zwar
den Subarachnoidalraum deutlicher dar, konnten jedoch wegen neurotoxischer Effekte nur
beschränkt eingesetzt werden9,57,70.
Mit der weiteren Entwicklung von nichtionischen, wasserlöslichen Kontrastmittel konnte
jedoch eine deutlich bessere Verträglichkeit sowie eine verbesserte Darstellung des
Liquorraumes erzielt werden, so dass die Technik der Pneumenzephalographie106 verlassen
wurde.
Während die ersten zur Myelographie verwendeten Kontrastmittel sich noch durch ein
hohes Maß an Nebenwirkungen auszeichneten, sind die aktuell benutzten Kontrastmittel
hinsichtlich ihrer Neurotoxizität und zerebralen oder spinalen Nebenwirkungen als relativ
sicher einzuschätzen91.
Durch Verbindung der Myelographie mit der Technik der Computertomographie konnte
eine weitere Steigerung der Aussagekraft und Detailerkennbarkeit erzielt werden74.
2.4
Kernspintomographie
Einen
weiteren
Pfeiler
in
der
radiologischen
Diagnostik
stellt
die
Magnetresonanztomographie dar. Dieses diagnostische Verfahren hat sich in den letzten 15
Jahren zu
einer weit
verbreiteten Untersuchungsmethode
entwickelt,
so
dass
Myelographien häufig nicht mehr vonnöten sind.
Obwohl die ersten Beschreibungen der Resonanz von Atomkernen im magnetischen Feld
bereits vor über 70 Jahren ((1932) durch Cornelius Gorter (1907-1980)) erfolgten, dauerte
es noch weitere vier Jahrzehnte bis aus den ersten Versuchen die Möglichkeit zur
Erzeugung klinisch relevanter Bilder wurde. Der Grundstein wurde 1973 durch Paul C.
Lauterburs Vorschlag gelegt, durch Gradienten im magnetischen Feld eine ortsabhängige
Kodierung zu schaffen55. Nachdem 1977 die ersten Bilder an Menschen mit dieser neuen
Technik
erzeugt
worden
waren2,17,37,
gelangte
in
den
folgenden
Kernspintomographie als Routinediagnostik in den klinischen Alltag.
Jahren
die
13
2.4.1
Physikalische Prinzipien der MRT
6-8,35,38
Die Magnetresonanztomographie macht sich den Spin und das damit verbundene Verhalten
von Atomkernen im Magnetfeld zunutze Der Spin ist neben Masse und Ladung eine
weitere elementare Eigenschaft der Atomkerne, welche in der klassischen Physik kein
direktes Äquivalent besitzt.
Innerhalb eines Atomkernes haben die Spins die Tendenz sich paarweise anzuordnen. Dies
führt dazu, dass hauptsächlich Kerne mit einer ungeraden Anzahl an Protonen und
Neutronen einen von Null verschiedenen Spin besitzen. Zusätzlich zu dem Spin besitzen
Atomkerne einen sogenannten Bahndrehimpuls. Beide Größen werden zu einem
Gesamtdrehimpuls oder „Kernspin“ zusammengefasst.
Durch diesen Kernspin wird ein magnetisches Moment erzeugt, durch welches die
Kernspins beeinflusst, aber auch „beobachtet“ bzw. gemessen werden können.
Ein äußeres magnetisches Feld führt zur Ausrichtung der Spins parallel und antiparallel der
Feldachse. Natürliche Asymmetrien führen dazu, dass der Anteil der Spins, die entgegen der
Feldrichtung ausgerichtet sind und einen geringeren Energiezustand haben, größer ist. Dieser
Anteil nimmt mit der äußeren Feldstärke zu und ist der für die Messungen relevante Anteil
der Spins.
Zusätzlich zu dieser Ausrichtung „präzipieren“, oder vereinfacht kreiseln, die Kernespins
um eine Achse entlang der äußeren magnetischen Feldachse. Dieses Präzipieren geschieht
mit einer bestimmten Frequenz, der Lamor-Frequenz (nach dem irischen Physiker Sir
Joseph Larmor (1857-1942)99).
Durch Einstrahlen eines elektromagnetischen Feldes senkrecht zu dem statischen
Magnetfeld lässt sich auf die Kerne Energie übertragen und so die Orientierung der Spins
ändern.
Die
Frequenz
dieses
elektromagnetischen
Präzessionsfrequenz der anzuregenden Kerne.
Impulses
entspricht
der
14
Die von den Kernen aufgenommene Energie wird in Abhängigkeit von verschiedenen
Einflüssen wieder abgegeben. Das Ausmaß der Energieabgabe wird nach einer bestimmten
Zeit gemessen und zur Bilderrechnung verwendet.
Die aufgenommene Energie wird zum einen orthogonal zum statischen Magnetfeld und zum
anderen parallel zu diesem abgegeben. Ein Energieverlust erfolgt durch die Abnahme der
Quermagnetisierung. Dieser wird durch Unterschiede in der Präzessionsfrequenz
verursacht, welche durch Wechselwirkung der Spins
untereinander, „Spin-Spin-
Interaktionen“, und Unregelmäßigkeiten des elektrommagnetischen Feldes in der lokalen
Umgebung der Kerne zustande kommen. Diese unterschiedlichen Präzessionsfrequenzen
führen im Laufe der Zeit zu zunehmenden Phasenunterschieden der präzipierenden,
kreiselnden Spins und damit zur Abnahme des magnetischen Gesamtvektors orthogonal
zum äußeren statischen Magnetfeld.
Eine weitere Form der Energieabgabe der angeregten Spins erfolgt parallel zur Achse des
statischen magnetischen Feldes. Diese wird Längs- oder „Spin-Gitter-Relaxation“ genannt.
Da die Energiedifferenzen zwischen dem angeregten Zustand und dem energetisch
günstigeren Niveau extrem gering sind, würde ein unbeeinflusster Übergang von dem
höheren in den tieferen Zustand sehr lange dauern. Natürliche Bewegungen von geladenen
Teilchen (Brownsche Molekülbewegung, Diffusion etc.) in der unmittelbaren Umgebung
bewirken eine zusätzliche Energiezufuhr auf die angeregten Kerne. Dies führt zu einer
beschleunigten Zunahme der Längsmagnetisierung.
Die Werte T1 und T2 sind gewebespezifische Zeitkonstanten. Sie geben an, nach welcher
Zeit die Längs- bzw. die Quermagnetisierung wieder einen bestimmten Anteil des
Ausgangswertes erreicht hat.
Signale des wiederaufgerichteten Momentes entlang der äußeren Feldachse werden bei so
genannten T1 gewichteten Sequenzen für die Bilderstellung herangezogen, bei T2
gewichteten Sequenzen spielt die Energieabgabe durch die Präzessionsunterschiede die
entscheidende Rolle.
15
Obwohl grundsätzlich jeder Kern mit einem von Null verschiedenen Spin für
magnetresonanztomographische Untersuchungen geeignet ist, wird in der medizinischen
Bildgebung fast ausschließlich der Kern des Wasserstoffatoms, das Proton, verwendet.
Dieser aus zwei Gründen am bedeutendsten: Zum einen kommt er im menschlichen Körper
mit Abstand am häufigsten vor. Zum anderen besitzt er Eigenschaften, die sein
magnetisches Moment relativ groß machen. Da dieses auch die eigentliche Komponente ist,
die in der MRT gemessen wird, führt ein großes magnetisches Moment auch zu einem
höheren Empfangssignal.
Durch individuelle Wahl des elektromagnetischer Impuls für die Anregung der Kerne und
der Zeitabstände, nach welchen dieser Impuls stattfindet oder nach welchen die Messung
des Signals erfolgt, ist es möglich für die Bilderzeugung unterschiedliche Eigenschaften des
Gewebes hervorzuheben. Die entsprechenden Impuls-Messungs-Abfolgen werden zumeist
als „...-gewichtete Sequenz“ bezeichnet.
2.4.2
Vorteile der MRT gegenüber der CT
Die kernspintomographische Bilderzeugung hat gegenüber der Computertomographie
entscheidende Vorteile:
Für die Erzielung unterschiedlicher Signale zur Differenzierung der Gewebe ist keine
ionisierende Strahlung erforderlich, die für den Patienten potentiell schädlich ist. Da der
menschliche
Körper
auch
nahezu
kein
Hindernis
für
die
Ausbreitung
der
elektromagnetischen Felder, aus welchen die Bildberechnung erfolgt, darstellt, ist eine
beliebige räumliche Orientierung der Schnittführung möglich. Da dieses Verfahren auch nicht
auf Signalabschwächung wie bei den Röntgentechniken beruht, sondern sich andere
Eigenschaften der Gewebe (z.B. Protonendichte, Gewebeeigenschaften T1 oder T2,
Diffusion) zunutze macht, ist eine Differenzierung der weichen Gewebe nach verschiedenen
Kriterien möglich und benachbarte Strukturen mit stark unterschiedlicher Röntgendichte
können ohne das Auftreten von röntgentypischen Artefakten dargestellt werden.
Insbesondere dieser zuletzt genannte Vorteil der MRT gegenüber der Coputertomographie
16
ist in der Neuroradiologie bei der Beurteilung von pathologischen Prozessen des zentralen
Nervensystems mit seiner Nähe zu den knöchernen Strukturen des Schädels und der
Wirbelsäule von großer Bedeutung.
2.5
Kontrastmittel
2.5.1
für
die
Kernspintomographie
Überblick
Bereits in den vierziger Jahren entdeckten Forscher, dass Eisen-Nitrat die Eigenschaften der
Wasserstoffionen im Magnetfeld beeinflusste4. Doch erst die oben erwähnten Erfolge mit
der Erzeugung von MR-Bildern an Menschen führten zu einer weiteren intensiven
Forschung nach Stoffen mit ähnlichen Eigenschaften. Bei diesen Substanzen handelte es sich
bei allen um magnetische oder paramagnetische Substanzen.
Das zur Gruppe der Lanthanoiden gehörende Element Gadolinium (chemische Abkürzung:
Gd; Ordnungszahl 64) hat durch seinen starken Paramagnetismus Eigenschaften, die es als
Kontrastmittel geeignet machen.
Als freies Ion jedoch wirkt Gadolinium toxisch auf Leber, Milz und Knochenmark12,105.
Eingebunden in ein komplexes Molekül mit hoher Bindungskonstante, verringert sich seine
Giftigkeit deutlich (LD50 30 bis 100mal geringer)104. Aus diesem Grunde richtete sich
Anfang der 80er Jahre das Interesse auf gadoliniumhaltige Komplexe als mögliche
paramagnetische Kontrastmittel11,12,104, da in ihnen das Verhältnis der freien zu den
gebundenen Gadoliniumionen äußerst gering ist22.
2.5.2
Wirkungsweise
von
paramagnetischen
Kontrastmitteln
Paramagnetische Elemente zeichnen sich durch mindestens ein unpaares Elektron aus, durch
welches bei Gegenwart eines äußeren magnetischen Feldes ein magnetisches Moment
erzeugt wird. Dieses ist um ein Vielfaches stärker als das magnetische Moment der
17
Wasserstoffkerne. Da Gadolinium sieben dieser unpaaren Elektronen auf seiner äußeren
Hülle enthält, ist das von ihm erzeugte magnetische Moment sehr groß47,80.
Durch dieses lokale magnetische Moment beeinflusst es die Relaxation (1/T1 bzw. 1/T2)
der Protonen in seiner näheren Umgebung47,81 und ändert im wesentlichen über zwei
Mechanismen die Signalintensität des Gewebes.
Durch vermehrte mikroskopische Inhomogenität des magnetischen Feldes, die der
paramagnetische Komplex hervorruft, werden die Protonen schneller ‚desynchronisiert’
bzw. aus der Phase gebracht (in der englischsprachigen Literatur wird dieses Phänomen oft
mit dem Begriff "dephasing" beschrieben.). Das Resultat dieser Dephasierung ist eine
verstärkte Querrelaxation und damit eine Verkürzung der T2.
Ein anderer Effekt liegt der Kontrastmittelwirkung auf T1 zugrunde. Durch molekulare
Bewegung (Diffusion, Rotation etc. – in der Literatur als “tumbling rate” bezeichnet) des
Kontrastmittels wird zusätzlich zu den bereits bestehenden lokalen Feldänderungen ein
weiterer Einfluss auf die Wasserstoffkerne ausgeübt. Diese Feldänderung, deren natürliche
Frequenz jenseits der Larmor-Frequenz der Protonen liegt, führt durch die zusätzliche
Energieübertragung auf die angeregten Kerne, zu einer Erhöhung der Relaxation bzw. zu
Verkürzung der T135,47,64,80.
Der Effekt des Kontrastmittels auf T1 ist in normalem Gewebe deutlich stärker ausgeprägt.
Aus diesem Grund werden diese Kontrastmittel auch als positive oder T1-relaxierenden
Kontrastmittel bezeichnet.
Eine Verkürzung der T1 führt zu einer Erhöhung der Signalintensität, wohingegen eine
Verringerung der T2 eine Schwächung des Signals bewirkt. Diese Phänomene können auf
T1- bzw. T2-gewichteten Bildern beobachtet werden.
Sind die Kontrastmittelkonzentrationen hoch, kommt es auch auf T1-gewichteten Bildern
zu einem Signalverlust, der durch Eigenschaften der Sequenzen und der Technik der
Messung erklärt werden kann.
18
Das bedeutet, dass neben den primären Eigenschaften des Kontrastmittels auch die
Konzentration des Kontrastmittels und die Sequenz-Parameter entscheidenden Einfluss
haben. Dies ist ein deutlicher Unterschied zu Röntgenkontrastmitteln, bei denen eine
Erhöhung der Konzentration stets mit vermehrter Strahlenundurchlässigkeit und damit
stärkerer Kontrastierung einhergeht.
Die Relaxivität des Kontrastmittels ist auch noch von der Feldstärke des äußeren, statischen
Magnetfeldes abhängig, da dieses Feld jedoch während der Messung unbeeinflusst bleibt, ist
dies für die klinische Anwendung von geringer Bedeutung35,80.
Der Gadolinium-(III)-Komplex Gd-DTPA (Gadopentetat) wurde 1988 unter dem Namen
Magnevist® (Schering AG, Berlin) als erstes MR-Kontrastmittel zugelassen32.
Mittlerweile sind eine ganze Reihe von gadoliniumhaltigen Kontrastmitteln entwickelt
worden. Davon sind gegenwärtig fünf bedeutende auf dem Markt erhältlich.
Wirkstoff
Gadobenat
Gadopentetat
Gadoterat
Gadoteridol
Gadodiamide
Abkürzung
Gd-BOPTA
Gd-DTPA
Gd-DOTA
Gd-HP-DO3A
Gd-DTPA-BMA
Handelsname
MultiHance
Magnevist
Dotarem
ProHance
Omniscan
Bracco SpA,
Schering AG,
Guerbet, Paris,
Bracco SpA,
Nycomed, Oslo,
Mailand, Italien
Berlin
Frankreich
Mailand, Italien
Norwegen
Hersteller
Tabelle 1.:
Übersicht
zu
den
momentan
kommerziell
erhältlichen
paramagnetischen
Kontrastmitteln22,100.
Bei diesen handelt es sich um chemische Komplexe mit teils sehr unterschiedlicher
chemischer Struktur und physikalischen Eigenschaften22,100. Sie zeichnen sich jedoch alle
durch eine hohe Stabilität aus. Dies bedeutet, dass sehr wenig freie, toxische GadoliniumIonen in der Lösung vorhanden sind. Einheitlich sind bei dieser Gruppe von Substanzen
auch der Wirkmechanismus der Kontrastierung und ihre Pharmakokinetik46.
Sie gehören alle in die Gruppe
der „extrazellulären' Kontrastmittel“
(in der
englischsprachigen Literatur als „extracellular fluid (ECF) contrast agents“ bezeichnet). Dies
19
bedeutet, sie diffundieren frei im extrazellulären Raum, gelangen aber nicht in Gewebe mit
undurchlässigen Gefäßendothelien, wie dem ZNS mit der Blut-Hirn-Schranke5,20. Ebenso
verteilen sie sich, wie die konventionellen jodhaltigen Röntgenkontrastmittel, rasch vom
intra- in den extravasalen Raum und werden auch schnell über die Nieren durch passive
glomeruläre Filtration ausgeschieden46.
Da sich diese Studie mit Gd-BOPTA beschäftigt, wird auf dessen Eigenschaften, die sich
auch zum Teil von denen der anderen Kontrastmittel unterscheiden, besonders eingegangen.
2.6
Gadobenat-Dimeglumin
(Gd-BOPTA)
BOPTA
Meglumin
Abbildung 2:
Strukturformel des linearen Chelators BOPTA und der Lösungssubstanz Meglumin.
Die für manche chemischen Eigenschaften bedeutsame Benzylgruppe ist
rot
dargestellt.
Gd-BOPTA ist, wie die anderen MR-Kontrastmittel auch, ein Chelat-Komplex mit einem
3-wertigen Gadolinium-Ion als zentrales Atom. BOPTA bildet den eigentlichen, ionischen,
linearen Chelator (Abbildung 2)101. Zusätzlich zu dem Gadoliniumkomplex dient Meglumin
(Abbildung 2) als salzbildendes und pH-stabilisierendes Mittel. So dass Gadobenat-
20
Dimeglumin in seiner kommerziellen Darreichungsform als 0,5 molare sterile, klare und
farblose Lösung mit einem pH von 6,5-7,5 ohne weitere Bindemittel vorliegt22.
BOPTA2- ist in seiner Struktur dem Gadopentetat-Ion (DTPA2-) mit Ausnahme der
Benzyloximethylgruppe (rot dargestellt in Abbildung 2) identisch. Trotz
dieser
hydrophoben Gruppe ist BOPTA2- wegen seiner elektrischen Ladungen ein sehr
hydrophiles Molekül. Diese lipophile Struktur jedoch ist für einen Teil der besonderen
Charakteristika von Gd-BOPTA verantwortlich.
Gd-BOPTA wird im Gegensatz zu anderen MR-Kontrastmitteln nicht nur über den Urin,
sondern auch zu 2-5% biliär ausgeschieden95. Dies geschieht über aktive Aufnahme durch
Hepatozyten über unspezifische Transporter (cMOAT, caniculäre multiorganspezifische
Anionen-Transporter)24,59. Bei anderen Spezies ist der Anteil, der über die Leber
ausgeschieden wird, zum Teil noch wesentlich höher (Ratten ca. 50%, Kaninchen ca.
25%23). Es findet keine Verstoffwechselung oder Abbau des Gd-BOPTA statt, so dass es
den Körper unverändert renal und biliär verlässt59,94.
Eine andere Eigenschaft, die auf die hydrophobe Gruppe zurückzuführen ist, ist die erhöhte
T1-Relaxivität. Diese ist unter bestimmten Bedingungen verglichen mit der anderen
gadoliniumbasierten MR-Kontrastmitteln deutlich erhöht.
Befindet sich Gd-BOPTA in einer Lösung die Makromoleküle enthält, wie beispielsweise
Plasma, führt dies zu einer gesteigerten Relaxitivität der Protonen und zwar je stärker, je
höher die Proteinkonzentration in der Lösung ist
14,46
. In Wasser sind die Werte der
Relaxivität von Gd-BOPTA und anderen MR-Kontrastmitteln nahezu identisch22.
Der Grund für dieses Phänomen liegt in einer schwachen Interaktion von Gd-BOPTA mit
Serumproteinen über die erwähnte lipophile Benzylgruppe. Obwohl diese Wechselwirkung
nur sehr gering ist und mit traditionellen Methoden nicht messbar ist13, führt sie dazu, dass
sich die Eigenbewegungen des Gd-BOPTA-Moleküls, die oben erwähnte „tumbling rate“,
verlangsamt. Die Geschwindigkeit dieser Eigenbewegung liegt so etwas näher an der
Resonanzfrequenz der Wasserstoffkerne, der Larmor-Frequenz. Dadurch erhöht sich die
Energieübertragung auf die Protonen, und es kommt zu einer verstärkten Verkürzung von
21
T1. Auf T2 hat diese Besonderheit von Gd-BOPTA keine klinisch relevanten
Auswirkungen. Die so erreichte höhere Relaxivität ermöglicht den Einsatz des MRKontrastmittels in geringeren Konzentrationen13,22,23,35,80.
2 . 7 Sicherheit
und Toxizität
von MR-Kontastmitteln
und v o n
Gd-BOPTA im Besonderen
Eine verbesserte Kontrastierung durch Gd-BOPTA wäre nur von geringem Nutzen, wäre
die Verträglichkeit des Kontrastmittels nicht ebenso so gut wie die vergleichbarer MRKontrastmittel. Die hohe Stabilität des Gd-BOPTA
und seine schnelle, nicht-
verstoffechselte Ausscheidung23 aus dem Körper, lassen jedoch auf eine ebenso gute
Verträglichkeit wie die anderer MR-Kontrastmittel hoffen.
Gd-BOPTA wurde an ersten Tiermodellen bereits auf seine Toxizität getestet59,63,98. In
seiner Pharmakodynamik verhält sich Gd-BOPTA wie für ein ECF-Kontrastmedium
charakteristisch. Gadobenat lagert sich nicht in Geweben an und wird unverstoffwechselt
ausgeschieden. Die billiäre und renal Ausscheidung erfolgt bei verschiedenen Spezies in
unterschiedlichem Maße. In Bezug auf Mutagenität, Fertilität und Entwicklung konnte kein
Einfluss des Gd-BOPTA festgestellt werden. Die ermittelten Werte der LD50 an Mäusen
und Ratten lagen um das 79 bis 92-fache höher als die übliche Dosierung von ECFKontrastmitteln (0.1 mmol/kg Körpergewicht (KG))63.
Die für die erhöhte Relaxivität verantwortliche Interaktion mit Serumproteinen ist zu
gering, um mit üblichen pharmakologischen Verfahren nachgewiesen werden zu können59.
Von besonderem Interesse für die Verträglichkeit von Gd-BOPTA ist die Wirkung des
Kontrastmittels auf das ZNS, sowohl bei intravenöser Gabe, als auch bei intrazisternaler
Applikation98.
Intravenöse Gabe von bis zu 1,0 mmol/kg KG Gd-BOPTA verursachte bei Ratten weder
Verhaltensstörungen, noch ließ sich eine ED50 („Effective Dose“; Dosis bei der sich in 50%
22
der Fälle ein positives Ergebnis einstellt) ermitteln. Es konnte bis auf leichte, nicht
signifikante Verlangsamungen im EEG keine Änderungen festgestellt werden.
Eine intrazisternale (i.ci.) Gabe jedoch führte bereits bei 0,03 mmol/kg KG zu Problemen
der Koordination. Bei 0,1 mmol/kg KG i.ci. verstarb eines der Tiere unter Krämpfen, bei
0,3 mmol/kg KG krampften drei der zehn Tiere und verstarben. Bei den verabreichten
Mengen handelte es sich um ein Vielfaches diagnostisch sinnvoller Konzentrationen, da das
Volumen des Liquorraumes auch wesentlich kleiner ist, als der Blutkreislauf und der übrige
extrazelluläre Raum. Als ED50 von Gd-BOPTA wurde 0,018 mmol/kg KG ermittelt.
Dagegen lag die ED50 von Gadopentetat-(Gd-DTPA) bei 0,038 mmol/kg KG98. Jedoch
verursachten beiden Substanzen bei einer Gabe von 0,025 mmol/kg KG keine direkten
Nebenwirkungen wie beispielsweise Schwindel. Die leichten EEG-Änderungen waren bei
Gd-DTPA weniger ausgeprägt, als bei Gadobenat, es waren jedoch keine epileptogene
Aktivitäten zu beobachten98.
Tiere mit gestörter Blut-Hirn-Schranke zeigte nach Gabe von Kontrastmittel eine
Verringerung der EEG-Amplituden. Dies trat allerdings auch bei Tieren auf, die statt des
Kontrastmittels hyperosmolares Mannitol erhalten hatten98.
In weiteren Tierstudien konnte gezeigt werden, dass Gadobenat nach direkter Injektion in
das Gehirn weder zu einer Änderung der Dopamin-Konzentration52 führte noch den
Glucosestoffwechsel53 beeinflusste. Auch hohe Dosen von Gd-BOPTA führten bei Tieren
mit unterbrochener Blut-Hirnschranke weder zu signifikanten Änderung der abgeleiteten
visuellevozierten Potentiale51 noch zu epileptogener Aktivität oder spezifischen EEGVeränderungen51.
Erste vorklinische Studien sowohl an gesunden Freiwilligen94,102, als auch in weiteren
Tierstudien101, zeigten Gd-BOPTA bereits als sichere Substanz. In einer frühen Phase I
Studie wurden Dosen von 0,05 – 0,4 mmol/kg KG gut vertragen. Bei 7 von 39 Freiwilligen
(18%) wurden Nebenwirkungen berichtet, verglichen mit 2 von 14 (14%) die ein Placebo
erhielten94. In der selben Studie, in der auch 157 Patienten das Kontrastmittel erhielten,
wurden 11 milde Nebenwirkungen (7%) dokumentiert94.
23
Diese positiven Ergebnisse konnten in weiteren Phase II Studien bestätigt werden. Es zeigte
sich, dass Gd-BOPTA in Bezug auf Sicherheit sehr ähnlich den anderen momentan
erhältlichen MR-Kontrastmitteln ist:
Bei 360 Patienten, die in einer Studie mit Dosen bis zu 0,2 mmol/kg KG getestet wurden,
kam es in nur 26 Fällen (7,2 %) zu klinischen Nebenwirkungen73. Die am häufigsten
berichteten Nebenwirkungen waren schwache bis mittelstarke Empfindungen an der
Einstichstelle (schmerzende, warme, prickelnde Empfindungen; 10 Patienten (2,8 %)),
Kopfschmerzen und Erbrechen (jeweils vier Patienten (1,1 %)). Alle anderen klinischen
Nebenwirkungen traten mit einer Häufigkeit von unter 1 % auf: Bei jeweils zwei Patienten
(0,5 %) kam es zu folgenden Reaktionen: Schwindel, Mundtrockenheit, Tachykardie und
allergische Hautreaktionen.
Eine weitere 120 Patienten beinhaltende Studie77 führte zu ähnlichen Ergebnissen: Bei 12
(10 %) Patienten traten zeitlich begrenzte Nebenwirkungen auf, die sich in ihrer Häufigkeit
und Ausprägung der zuvor genannten glichen.
Eine vergleichende Untersuchung von Gd-BOPTA und Gadodiamide in verschiedenen
Konzentrationen an 205 Patienten mit zerebralen Läsionen zeigte bei beiden
Kontrastmitteln eine sehr ähnliche Nebenwirkungshäufigkeit75.
Die Ergebnisse dieser Studien sind hinsichtlich der Inzidenz und Qualität der
Nebenwirkungen mit den Studien anderer MR-Kontrastmittel vergleichbar: In einer
Untersuchung wurden 410 Patienten mit Gd-DTPA getestet. Dabei kam es in 31 Fällen
(7,6 %) zu unerwünschten Reaktionen. Auch bei einer Studie zu Gadoteridol an 411
Patienten waren die Ergebnisse sehr ähnlich: 29 Personen (7,1 %) zeigte Nebenwirkungen,
die alle unkritisch verliefen76.
Die bisher umfassendsten Datensammlungen liegen zu Gd-DTPA, welches auch als erstes
MR-Kontrastmittel eingeführt wurde, vor: Die Häufigkeit von Nebenwirkungen bei der
Gabe von Gd-DTPA gegenüber einem Placebo (0,9 % Kochsalzlösung) war in einer Studie
mit 21,7
% zu 21,4
% nahezu identisch78. In einer weiteren über 13.000 Patienten
umfassenden Studie, traten bei 1,47 % (198) der Teilnehmer Nebenwirkungen auf; ohne
24
leichtes Wärmegefühl an der Einstichstelle beliefen sich die Ereignisse auf 1,15 % (155)68.
Nebenwirkungen bei Patienten mit bekannten Allergien waren um den Faktor 3,7 erhöht.
Dieser Anstieg ist vergleichbar mit der Zunahme der Häufigkeit bei der Anwendung von
nicht-ionischen Röntgenkontrastmittel bei Allergikern. Allerdings ist die Inzidenz von
Nebenwirkungen bei Patienten mit bekannten Allergien nach Röntgen-Kontrastmittelgabe
mit 6,85 % deutlich höher als die Inzidenz nach Gabe von Gd-DTPA (2,6 %)45. Die
Häufigkeit der allergischen Reaktionen bei MR-Kontrastmitteln war sogar um mehr als den
Faktor 8 geringer als bei iodhaltigen Röntgenkontrastmitteln, wobei die Qualität der
Nebenwirkung bei beiden Kontrastmittelarten sehr ähnlich war45,65,66.
In einer Datensammlung, die auf freiwilliger Angabe von unerwünschten Wirkungen beruhte
und die mehr als 5 Millionen Applikationen von Gd-DTPA beinhaltete, wurde von 1.234
Fällen (<0.03 %) berichtet65. Wie in den anderen Studien auch waren die unerwünschten
Reaktionen überwiegend mild, vorübergehend und bedurften keiner Behandlung. Es gab
keine Unterschiede in der Inzidenz in Bezug auf Geschlecht, Alter oder die erhaltene Dosis.
Den größten Anteil der Nebenwirkungen stellten dabei subjektive Empfindungen dar. Doch
auch allergische Reaktionen wie Urtikaria, Schleimhautschwellung und Erbrechen bis hin zu
Glottisödem (15) und anaphylaktischen Schock (13) traten auf. Es wurden 16 Todesfälle
dokumentiert, von denen 15 nicht im Zusammenhang mit dem Kontrastmittel standen65.
2.8
Bildgebung mit Gd-BOPTA
Zu den häufigsten Anwendungen paramagnetischer Kontrastmittel zählt die Bildgebung des
ZNS. Wie andere MR-Kontrastmittel ist Gd-BOPTA in der Lage Areale mit HirnSchranken-Störungen zu
kontrastieren46.
Die oben beschriebene Interaktion
mit
Serumproteinen, die bei zerebralen Läsionen durch die defekte Blut-Hirn-Schranke nach
extravasal gelangen, scheint für eine stärkere Kontrastierung und bessere Abgrenzbarkeit der
betroffenen Areale bei gleicher Menge Kontrastmittel ursächlich zu sein14,16. Auch in
anderen kernspintomographischen Anwendungen wirkt sich die beschriebene Interaktion
mit Proteinen positiv aus: Gd-BOPTA zeigte bei intravenöser Gabe Verbesserungen in der
25
Diagnostik, die mit der höheren T1-Relaxivität von Gadobenate erklärt werden. In der MRAngiographie zeigte sich eine zeitlich verlängerte Darstellung kleinerer Gefäße33,48.
In
der
klinischen
Diagnostik
werden
bei
intravenöser
0,05 mmol/kg KG bis zu 0,3 mmol/kg KG verwendet.
Applikation
zwischen
26
3
Experimentelle
Untersuchungen
Die im Folgenden dargestellten Untersuchungen befassen sich mit dem biologischen
Verhalten des Kontrastmittels Gadobenat-Dimeglumin (Gd-BOPTA) bei intrathekaler
Gabe, mit seiner Verwendbarkeit für die MR-Myelographie und den damit erreichbaren
diagnostischen Vorteilen.
3.1
Übersicht
Für die Bestimmung der Konzentration, welche in T1-gewichteten Sequenzen den besten
Kontrast liefert, wurden in-vitro Vorversuche durchgeführt.
Der tierexperimentelle Teil der Studie diente der Untersuchung anderer Studienziele. Dieser
Teil beinhaltete insgesamt 25 New-Zealand-White –Kaninchen (NZW)*. Die Gliederung
des Versuchaufbaus und Verwendung der Tiere ist in Diagramm 1 aufgelistet.
Aus der Gesamtzahl der Tiere wurden zwei Gruppen aus jeweils 3 Tieren bestehend
deutlich überhöhte Konzentrationen des Kontrastmittels (50 µmol bzw. 80 µmol)
verabreicht. Diesen entsprechend gab es zwei Kontrollgruppen mit ebenfalls je 3
Kaninchen, die mit einer Substanz vergleichbarer Osmolalität (Mannitol 20%) untersucht
wurden. Eine weitere Gruppe aus ebenfalls 3 Tieren erhielt Gd-BOPTA in geringen,
diagnostisch ausreichenden, in den Vorversuchen ermittelte Konzentrationen (3 µmol).
Jeweils ein Tier aus jeder Gruppe wurde nach 3, 7 bzw. 28 Tagen sakrifiziert. Die
histologische Untersuchung des ZNS wurde an mit Hämatoxilin-Eosin gefärbten
Parafinschnitten durchgeführt. Der Liquor wurde zum einen vor Injektion des
Kontrastmittels als auch unmittelbar vor Sektion auf Gesamteiweiß und Leukozyten
untersucht.
*
Die Untersuchungen erfolgten mit Sondergenehmigung für Tierversuche, Aktenzeichen 35-9185.81/1/423,
Registrier-Nummer G 99/59.
27
Zur Beurteilung der Darstellbarkeit von pathologischen Veränderungen wurde bei 2
Kaninchen eine Fistel herbeigeführt und bei ebenfalls 2 Tieren eine Stenose des
Rückenmarkskanals manuell erzeugt. Diese Tiere erhielten ebenfalls 3 µmol Gd-BOPTA
intrathekal.
Bei vier Tieren wurde durch wiederholte Punktion im Abstand von drei Tagen geprüft, ob
Veränderungen der Liquorparameter auf die Punktion als solches oder auf die Gabe des
Kontrastmittels zurückführbar sind.
Drei Tiere verstarben vor bzw. unmittelbar nach Beginn des Versuches an Nebenwirkungen
der Narkose, so dass sie nicht in die Auswertung eingeschlossen werden konnten.
Alle Tiere wurden suboccipital punktiert und sowohl vor als auch nach Verabreichung des
Kontrastmittels oder der Kontrollsubstanz kernspintomographisch untersucht.
25 New Zealand
White Rabbits
(NZW)
Kontrollgruppe
mit
20 % Mannitol
6 Tiere
0,17 ml
3 Tiere
0,35 ml
3 Tiere
Gd-BOPTA
in geringer Dosis
6 Tiere
50 µmol
(17 µmol/ml CSF)
Gd-BOPTA
in geringer Dosis
3 µmol (ca. 1 µmol/ml CSF)
7 Tiere
3 Tiere
ohne künstliche
Veränderungen der
Liquorräume
3 Tiere
80 µmol
(27 µmol/ml CSF)
künstlicher
Liquor-Fistel
3 Tiere
2 Tiere
Kontrollgruppe
wiederholte
Punktionen
4 Tiere
Punktion
im Abstand von
3 Tagen
4 Tiere
Stenose des
Spinalkanals
2 Tiere
Diagramm 1:
3.2
Schematische Darstellung der tierexperimentellen Versuchsanordnung
Vorversuche
Um bei intrathekaler Gabe bereits Eckwerte zu haben, welche Kontrastmittelkonzentration
bei Verwendung der geplanten MR-Sequenzen eine optimale Verstärkung des Signals liefert,
wurden Verdünnungsreihen erstellt und kernspintomographisch untersucht. Gd–BOPTA
28
wurde in Kochsalzlösung sowie in künstlichem Liquor (engl.: artificial CSF (aCSF))
untersucht. Die Konzentrationen lagen zwischen 0,05 µmol Gd–BOPTA /ml bis 20 µmol
/ml. Als Anhaltspunkt für die Größenordnung galt hierbei die bekannte Konzentration des
Kontrastmittels im gesamten extrazellulären Raum bei intravenöser Gabe beim Menschen.
Jeweils 20 ml jeder Verdünnung wurden in Plastikspritzen (20ml, B.Braun) aufgezogen, im
M RT platziert und mit T1- und T2- gewichteten Sequenzen untersucht. Es wurden
dieselben Sequenzen verwendet, die auch für die Untersuchung der Tiere angewandt wurden
(Tabelle 2).
3.3
Das
Kontrastmittel
verwendete Gadobenate-Dimeglumine wurde
aus
handelsüblichen Ampullen
„MultiHance 0.5M“ (Byk-Gulden, Konstanz) entnommen. Um die zum Teil sehr kleinen
Mengen Gd-BOPTA zu erzielen, wurde das Kontrastmittel in physiologischer
Kochsalzlösung entsprechend verdünnt.
3.4
Kernspintomographen
Die 14 Tiere, die Kontrastmittel erhielten, sowie die in-vitro-Versuchsreihen wurden in
einem 1,5 Tesla Tomographen („Vision“, Siemens, Erlangen; Gradienten: 25 mT / m) unter
Verwendung einer aktiven Extremitätenspule untersucht.
Die 6 Kontrolltiere wurden mit einem 1,2 Tesla MRT (Siemens, „Sonata“) untersucht. Zur
Messungen diente eine aktive Kopf-Spule.
3.5
Kontrollsubstanz
Als Kontrollsubstantz zu Gd-BOPTA wurde zwanzigprozentige Mannitlösung („Mannitol
20%“ B. Braun Melsungen AG) verwendet. Hiervon wurden 0,17 ml bzw. 0,35 ml als
äquiosmolale Dosis zu 50 bzw. 80 µmol Gd-BOPTA appliziert.
29
3.6
Tiere und Tierhaltung
In die tierexperimentelle Untersuchung wurden 25 männliche Kaninchen der Rasse NewZealand-White mit einem Körpergewicht von 2,6-4,8 kg eingebunden. Bezogen wurden die
Kaninchen von der Versuchstierzuchtanstalt Charles-River WIGA GmbH (Sandhofer Weg
7; 97633 Sulzfeld). Über die gesamte Dauer der Untersuchungen waren die Tiere in den
Ställen des Forschungsbaues des Universitätsklinikums Freiburg untergebracht. Die Tiere
wurden in Einzelkäfigen gehalten und mit standardisiertem Trockenfutter sowie Wasser
gefüttert. Sie standen unter permanenter tierärztlicher und tierpflegerischer Betreuung. Es
wurden keinerlei besondere Maßnahmen, weder generell noch unmittelbar vor oder nach den
Versuchen, bezüglich der Ernährung, der Unterbringung oder des Tag-Nacht-Rhythmus
vorgenommen.
Der Auswahl der Spezies Kaninchen als Model für diese experimentellen Untersuchungen
lagen folgende Überlegungen zugrunde:
Die relativ geringe Größe der Tiere erlaubt zum einen eine gute Positionierung der
Kaninchen innerhalb des Tomographen. Zum anderen sind die Tiere groß genug, um relativ
unproblematisch Zugang zum Subarachnoidalraum durch Punktion zu erhalten. Ebenso ist
die Größe des Kaninchen-ZNS auch für die histologische Untersuchung von geeigneter
Größe. Ein weiteres Argument für die Verwendung von Kaninchen ist auch die
Vergleichbarkeit mit anderen Toxizitäts- und MR-Myelographie-Studien13,40,44,98, bei denen
zumeist ebenfalls NZW-Kaninchen verwendet wurden.
3.7
Anästhesie
Sämtliche Eingriffe wurden gemäß den Vorgaben der Sondergenehmigung für Tierversuche
(siehe oben) unter Allgemeinanästhesie vorgenommen. Die Tiere wurden mit einer
Kurznarkose (vergleiche:60), bestehend aus jeweils einem Drittel „Ketamin 10%“
(Wirkstoff:
Ketaminhydrochlorid, Essex Tierarznei), „Rompun
2%“
(Wirkstoff:
Xylazinhydrochlorid, Bayer AG) und physiologische Kochsalzlösung (NaCl 0,9%),
betäubt. 2,5 bis 3,5 ml dieser Mischung wurden in die Muskulatur der hinteren Extremität
30
injiziert und leitete die Narkose ein. Zur Beurteilung der Narkosetiefe dienten sowohl die
Reaktionen des Tieres auf Berührung der Schnurrhaare als auch Parameter wie
Muskelkonus, Atmung, Augen- und sonstige willkürliche Bewegungen. Bedarfsweise
wurde diese Narkose mit einer weiteren Narkotikagabe verlängert. Bei 19 Tieren wurde die
Narkose mit einer weiteren i.m. Injektion von 1 bis 2 ml verlängert. 4 Tiere erhielten in
regelmäßigen Abständen 0,5ml des Narkotikagemisches über eine Braunüle („Vasofix
Braunüle 22 G”; B. Braun Melsungen AG)in der Ohrvene (Vena auricularis). Die gesamte
Menge des verwendeten Narkotikagemisches je Tier lag zwischen 3 und 7 ml. Zur
Narkoseausleitung wurden keine besonderen Maßnahmen getroffen.
3.8
Punktion der Cisterna magna
Die Punktion des Subarachnoidalraumes erfolgte in allen Fällen suboccipital. Nach Rasur
und gründlicher Desinfektion des Nackenbereiches wurde bei stark gebeugtem Kopf
zunächst die Protuberantia occipitalis externa aufgesucht. Der Einstich erfolgte ungefähr
einen Zentimeter caudal hiervon. Mit der Kanüle konnte so die Occipitalschuppe als harter
Widerstand ausgemacht werden. Durch vorsichtige Bewegung der Nadel nach caudal,
konnte der Rand des Knochens ertastet werden. Hier stellte sich die Dura als weniger harter
Widerstand dar.
Mit
durchstechen
der
Hirnhaut
wurde
darauf
die
Cisterna
cerebellomedullaris punktiert 49 (Abbildung 3).
Der austretende Liquor wurde mit einer 1 ml - Tuberkulinspitze („Omnifix-solo”, B. Braun
Melsungen AG) aspiriert. Es wurden zwischen 0,1 und 0,5 ml Liquor gewonnen. Die
Kontrolltiere und die Tiere, die hohe Konzentrationen erhielten sowie die Tiere mit einer
Stenosierung des
zervikalen
Rückenmarkkanals
wurden
mit
einem
21
Gauge
Venenpunktionsbesteck („Venofix G 21“, 0,8 mm Durchmesser; B. Braun Melsungen AG)
punktiert. Die Suboccipitalpunktion der drei Tiere, die mit niedrigen Dosen Gd-BOPTA
behandelt wurden, fand mit einer 22 Gauge Braunüle („Vasofix Braunüle 22 G”, 0,61 mm
Innendurchmesser, 25 mm Stichlänge; B. Braun Melsungen AG) statt. Der aus Plastik
bestehende Teil der Verweilkanüle verblieb während der M RT-Messungen in der Cisterna
31
magna.
Dies
erlaubte
dynamische
M RT-Untersuchungen
unter
langsamer
Kontrastmittelinjektion.
Punktionsnadel in der
Cisterna cerebellomedullaris
Punktionsnadel
Daumen
Protuberantia
occipitalis
Atlas
Kleinhirn
Medulla
oblongata
Cisterna cerebellomedullaris
Abbildung 3: Schematische
Darstellung
(modifiziert nach
3.9
der
suboccipitalen
Punktion
der
Cisterna
magna
49
).
Kernspintomographische
Diagnostik
7 Kaninchen mit Kontrastmittel in diagnostische Konzentrationen (3 µmol) wurden
innerhalb der Spule im M RT in Bauchlage gelagert. So war es möglich eine Verweilkanüle
während der Messungen in der Cisterna magna zu belassen, um die Verteilung des
Kontrastmittels und die künstlichen Veränderungen zu untersuchen. Bei den restlichen
Tieren erfolgte die Lagerung auf dem Rücken.
Die narkotisierten Tiere wurden vor und nach Injektion des Kontrastmittels bzw. der
Kontrollsubstanz mit folgenden Sequenzen kernspintomographisch untersucht (Tabelle 2):
32
TR
TE
TA
AC
SL
FoV
T1
400
14
2:24 min
4
2
112 x 128
T2
3500
120
2:09 min
3
5
112 x 128
koronar
Flair
800
110
2:00 min
1
5
160 x 256
koronar
T2*
608
15
1:52 min
2
5
112 x 128
transvers
MPRage
9,7
4,0
5:58 min
2
1
128 x 128
koronar
CISS3D
12,3
5,9
5:21 min
3
1
128 x 128
-
11
4,2
3,23 sec
1
1
128 x 128
transvers.
TurboFLASH
Tabelle 2:
Ausrichtung
Übersicht zu den verwendeten MR-Sequenzen: TR – „time to repitition“ [ms], TE –
„time to echo“ [ms], TA – „time of aquisition“ (Dauer der Sequenz), AC – Anzahl
der Aquisitionen, SL – Schichtdicke [mm], FoV – „Field of View“ [mm] (Größe des
untersuchten Ausschnittes).
3 . 9 . 1 Untersuchung
zur
intrathekalen
Verteilung
des
Kontrastmittels
Um die intrathekale Verteilung des Kontrastmittels während langsamer Injektion zu
untersuchen, wurde wie oben beschrieben eine 22 Gauge Braunüle in die Cisterna
cerebellomedullaris platziert. Durch diese wurden 3 µmol Gd-BOPTA in 0,4 ml
physiologischer Kochsalzlösung injiziert. Die manuelle Injektion wurde mit möglichst
gleichmäßiger Flussrate über einen Zeitraum von ungefähr einer Minute durchgeführt.
Während dieser Injektion wurden mit schnellen T1-gewichteten Sequenzen („TurboFLASH“-Sequenzen, Tabelle 2) sagittale Bilder des Kopf-Halsbereiches erzeugt.
33
3.9.2
3.9.2.1
Künstliche
CSF-
Veränderungen
des
Subarachnoidalraumes
Fisteln
Um eine künstliche Austrittsstelle für den Liquor zu schaffen, wurde die Cisterna magna
bei zwei Tieren jeweils mit einer 16 Gauge Braunüle („Vasofix Braunüle 16 G”, B. Braun
Melsungen AG) punktiert. Zum einen diente nach Entfernung der metallischen
Führungskanüle das Lumen des Plastikschlauches zum Nachweis einer kleinen kanikulären
Struktur. Nach vollständiger Entfernung der Braunüle wurde Liquor, der aus der durch die
relativ dicke Nadel
erzeugten
Läsion
austrat,
versucht
kernspintomographisch
nachzuweisen. Hierzu wurden die gleichen Sequenzen wie in den initialen nativen
Messungen verwendet.
3.9.2.2
Stenose
Durch Einbringen einer 16 Gauge Braunüle („Vasofix Braunüle 16 G”, B. Braun Melsungen
AG) in den dorsalen Epiduralraum tangential zum zervikalen Myelon, konnte eine lokale
Kompression des Subarachnoidalraumes von dorsal erreicht werden. Der Einstich und die
Lage-Kontrolle der Braunüle erfolgten unter Röntgen-Durchleuchtung. Der Stichkanal
verlief transversal auf Höhe zwischen dem 2. und 3. Halswirbel (Abbildung 4). Nach
Lagerung der Tiere im M RT wurde zur Vermeidung von Artefakten die metallische
Führungskanüle entfernt, der Plastikanteil verblieb in-situ.
34
pa
Abbildung 4:
lateral
Unter Durchleuchtung wurde
tangential zum zervikalen
eine 16 Gauge Braunüle
(Pfeile)
extradural,
Myelon eingebracht. Hierdurch wurde eine lokale
Kompression des zervikalen Spinalkanals in Höhe von C2/C3 erzeugt.
Röntgenologische
Kontrolle
der
korekten
Braunülenposition
im
posterior-
anterioren Strahlengang (links) und in Seitaufnahme (rechts).
3 . 1 0 Bestimmung
der
Zellzahl
und
Proteinkonzentration
Um die Menge der im Liquor enthaltenen Zellen zu bestimmen, wurden diese zunächst
eingefärbt. Hierzu wurden 100 µl Liquor mit 10 µl Methylviolett vermischt. Nach
Inkubation für 4 Minuten konnte die Zellzahl durch auszählen in einer RosenthalZählkammer bestimmt werden.
Für die Bestimmung Gesamt-Eiweiß-Konzentration wurde der Liquor mit einer
Tischzentrifuge für ungefähr eine Minute abzentrifugiert. Von dem Überstand wurden
200µl mit 1ml Trichloressigsäure versetzt und anschließend photometrisch untersucht
(Dr.Lange Spektralphotometer LS500; λ= 380; 415; 450 nm).
35
3 . 1 1 Sektion und Histologie
Nach Ablauf von 3, 7 bzw. 28 Tagen wurden die Versuchstiere getötet. Hierzu wurden die
Kaninchen zunächst kurz narkotisiert. Anschließend wurde 10 ml bzw. 1,8 g Phenobarbitol
intracardial injiziert. Der Tod trat innerhalb weniger Sekunden ein. Als Todeszeichen galten
neben Kreislaufstillstand auch das Fehlen von Pupillenreaktionen und fehlender
Muskeltonus.
Für die Entnahme des ZNS wurden die Muskeln, Wirbelbögen sowie die Kalotte von dorsal
entfernt. Das Rückenmark konnte mitsamt Dura mater dargestellt werden. Ein vollständiger
Zugang zum Kleinhirn war nicht in allen Fällen möglich. Nach Durchtrennung der spinalen
Nervenwurzeln und der frontalen olfaktorischen Fasern konnte das ZNS als Ganzes
entnommen und in Formalin 4% fixiert werden.
Für die Vorbereitung zur Parafineinbettung wurde das formalinfixierte Kaninchen ZNS an
drei Stellen in 2-3 mm dünne Scheiben geschnitten. Von Interesse waren hierbei ein
koronarer transventrikulärer Schnitt durch das Großhirn, ein axialer Schnitt durch
Hirnstamm und Kleinhirn und ein axialer Schnitt durch das thorakolumbale Rückenmark
(Abbildung 5).
5 cm
RM
KH
Abbildung 5:
GH
Fotografie eines Kaninchen ZNS. Die histologischen Untersuchungen wurden an
einem koronaren transventrikulären Schnitt durch das Großhirn
(GH), einem
axialen Schnitt durch Hirnstamm und Kleinhirn (KH) und einem axialen Schnitt
durch das thorakale Rückenmark (RM) durchgeführt.
36
Nach Entwässerung und Einbettung der Gewebeteile in Parafin wurden die Gewebeteile mit
einem Mikrotom in 3 bis 5 µm dünne Scheiben geschnitten. Die Parafinscheiben wurden
zuerst in einem kalten Wasserbad entfaltet, anschließend in warmem Wasser geglättet und
auf einem Objektträger positioniert. Durch Erhitzen auf 80°C wurden die Schnitte auf den
Objektträgern fixiert. Im Anschluss wurden die Gewebeschnitte mit Hämatoxilin-Eosin
angefärbt .
37
4
Ergebnisse
4.1
Vorversuche
Die in-vitro Versuche zur Ermittlung der optimalen Konzentration von Gd-BOPTA im
Liquor zeigten bei 1 µmol Gd-BOPTA
pro Mililiter Flüssigkeit die stärkste
Signalanhebung. Diese Konzentration stellte sowohl in dem in dieser Studie verwandten
aCSF als auch in physiologische Kochsalzlösung die stärkste Kontrastierung dar. Ab einer
Konzentration 0,05 µmol /ml, der geringsten untersuchten Verdünnung, kam es zu einer nur
leichten Kontrastierung. Im Bereich von 0,1 µmol/ml bis 10 µmol /ml war ein deutliches
Enhancement in T1-Gewichtung erkennbar. In der einzigen untersuchten Konzentration
>10 µmol/ml kam es zu einem Verlust des Signals in T1-gewichteten Sequenzen.
Die T2 gewichteten Bilder zeigten bis zu einer Konzentration von 2,0 µmol Gd-BOPTA
/ml Flüssigkeit ein nahezu konstantes hyperintenses Signal. Bei 5 µmol /ml konnte noch ein
schwaches Signal gemessen werden. Konzentrationen höher als 5 µmol / ml zeigten einen
nahezu vollständigen Verlust des T2-Signals (Abbildung 6).
T1
Konzentration 0.05
in µmol/ml
0.1
0.2
0.5
1.0
2.0
5.0
10.0
20.0
T2
Abbildung 6:
Optimale Kontrastierung der Flüssigkeiten bei 1 µmol Gd-BOPTA pro Milliliter.
Konzentrationen >10 µmol/ml führen in T1 gewichteten Sequenzen zu einem
Signalverlust,
während
ca. 5 µmol/ml auftritt.
in
T2
gewichteten
Sequenzen
ein
solcher
ab
38
4.2
Tierexperimenteller
Teil
4.2.1 Allgemeines
Von den 25 New Zealand White Rabbits verstarben vier vor Abschluß des Versuches an
Komplikationen der Narkose, so dass diese Tier nicht in die Auswertung mit
eingeschlossen werden konnten. Die Narkose verlief bei den restlichen 21 Tieren
komplikationslos.
Die Punktion der Cisterna magna war in jedem der Fälle möglich, so dass jeweils 0,05 bis
0,7 ml Liquor gewonnen werden konnten. Wegen Blutbeimengung und Verunreinigung oder
wegen zu geringer Mengen Liquor, war die Bestimmung der Liquorparameter in 3 von 30
Fällen nicht möglich.
Die Liquorentnahme und -untersuchung fand nur bei den Tieren statt, die mehrfach
punktiert wurden, und bei denen, die Gadobenat Dimeglumine erhielten und nicht mit einer
Fistel oder Stenose behandelt waren.
4.2.2 L i q u o r u n t e r s u c h u n g
Die mit niedrigen Konzentrationen (3 µmol) Gd-BOPTA behandelten Tiere zeigten in
einem Fall nach 7 Tagen einen Anstieg von 2 auf 11 Zellen (Tabelle 3.2). Sowohl nach 3 als
auch nach 28 Tagen war keine Erhöhung der Zellzahlen oder des Eiweißes feststellbar.
Die Kaninchen, die hohe Konzentrationen Gd-BOPTA erhalten hatten, zeigten nach 3
Tagen einen deutlichen Anstieg der im Liquor gemessenen Zellen
und
der
Eiweißkonzentration; von 2 auf 11 Zellen und von 193 mg auf 592 mg Eiweiß pro Liter
Liquor nach einer Gabe von 50µmol Gd-BOPTA, sowie von 3 auf 97 Zellen und 209 auf
931 mg Eiweiß pro Liter Liquor nach 80 µmol Gd-BOPTA (Tabelle 3.1).
39
Menge
Gd-BOPTA
Untersuchungszeitraum
nach
80 µmol
50 µmol
50 µmol
50 µmol
3 Tage
7 Tage
28 Tage
3 Tage
7 Tage
28 Tage
3
5
2
2
1
1
209
141
388
193
141
182
klar
klar
gering blutig
klar
klar
Klar
97
10
nicht
11
Liquor nicht
Liquor nicht
verwertbar
verwertbar
zu geringe
stark blutig
Punktion
Zellzahl
Proteinkonzentration
in
80 µmol 80 µmol
mg/l
optische
Zellzahl
Beurteilung
post
mortem
bestimmbar
Proteinkonzentration
in
mg/l
post
optische
931
370
1289
592
gering
klar
blutig
klar
mortem
Beurteilung
Menge
blutig
Tabelle 3.1:
Übersicht
zu den Liquorparametern,
die bei den Tieren
mit
überhöhten
Kontrastmittelkonzentrationen bestimmt wurden.
Menge
Gd-BOPTA
Untersuchungszeitraum
nach
Proteinkonzentration
Beurteil-ung
post
mortem
Proteinkonzentration
mg/l
post
optische
des
3 Tage
7 Tage
28 Tage
3
2
2
1518
312
196
blutig
klar
klar
1
11
4
278
328
320
klar
klar
klar
Liquors
Zellzahl
in
3 µmol
mg/l
optische
des
3 µmol
Punktion
Zellzahl
in
3 µmol
mortem
Beurteilung
Liquors
Tabelle 3.2:
Übersicht zu den Liquorparametern,
die bei den Tieren
mit diagnostisch
sinnvollen Kontrastmittelkonzentrationen bestimmt wurden.
Bei den Tieren, bei denen wiederholt im Abstand von 3 Tagen Liquor punktiert wurden,
zeigte sich ebenfalls eine Anstieg der untersuchten Parameter. Dies trat unabhängig davon
auf, ob Kontrastmittel verabreicht wurde, oder nur eine „diagnostische“ Punktion erfolgte.
40
So stieg hier die durchschnittliche Zellzahl von 3 auf 43 Zellen nach drei Tagen und auf
durchschnittlich 50 Zellen nach weiteren drei Tagen. Eines der Tiere hatte Gd-BOPTA in
diagnostischer Konzentration (3 µmol) an Tag 3, während der zweiten Punktion, erhalten.
Hierbei
zeigte
sich
kein
Unterschied
in
den
untersuchten
Werten.
Die
Eiweißkonzentrationen lagen in vergleichbaren Größenordnungen und variierten zum Teil
um bis zu 50%.
Wiederholte Punktion; Zellzahlen
60
51
Anzahl der Zelllen pro Liter Liquor
50
48
46
42
39
40
NZW 1
NZW 2
30
NZW 3
NZW 4, 3µ KM nach 3 Tagen
20
10
0
0
3
1
4
0
0
0
0
3
6
Tage
Diagramm 2:
Zellzahlen nach wiederholter zisternaler Punktion.
„NZW 1 bis 4" geben die Tiere an, bei denen wiederholt Liquor punktiert worden
war. Nach initial geringen Zellzahlen zeigte sich nach 3 Tagen ein deutlicher
Anstieg der Leukotyten im Liquor. Nach weiteren 3 Tagen steigerten sich die
beobachteten Zellzahlen nur noch geringfügig.
Die Werte „0“ zeigen an, dass entweder nicht ausreichend Liquor gewonnen
werden konnte oder das Tier im Laufe des Versuches verstorben war.
Die Diagramme 2 und 3 zeigen die gemessenen Zellzahlen und die Proteinkonzentrationen
im Verlauf von 6 Tagen. „NZW 2“ verstarb zu Beginn dieses Versuchsabschnittes,
„NZW 1“ nach der 2. Punktion. Eine ausreichende Liquorgewinnung war im Rahmen der
ersten Punktion nicht möglich. Bereits nach 3 Tagen kam es bei allen Tieren zu einem
41
deutlichen Anstieg der Zellzahlen, der jedoch auch durch eine weitere Punktion und
intrathekale Gabe des Kontrastmittels nicht verstärkt wurde.
Wiederholte Punktion, Gesamt-Eiweiß
800
680
700
628
582
Gesamt-EW in mg / L
600
502
500
NZW 1
400
NZW 2
375
343
326
NZW 3
321
NZW 4, 3µ KM nach 3 Tagen
300
200
100
0
0
0
3
6
Tage
Diagramm 3:
4.3
Proteinkonzentration in mg/l nach wiederholter zisternaler Punktion.
Histologische
Untersuchung
Die histologische Untersuchungen des Großhirns, des Hirnstammes und Kleinhirns, sowie
des thorako-lumbalen Rückenmarkes zeigte keine auffälligen Veränderungen. Es konnten
keine nekrotischen Areale oder inflammatorische Prozesse identifiziert werden. Anhand der
histologischen Präparate war keine Unterscheidung zwischen der Kontrollgruppe und den
Tieren, die Gd-BOPTA erhalten hatten, möglich.
Keines der Tiere zeigte unmittelbar nach der Kontrastmittelapplikation oder im Laufe des
weiteren Beobachtungszeitraumes neurologische Symptome, Ausfallerscheinungen oder
andere Auffälligkeiten.
Abbildung 7 zeigt Hämatoxilin-Eosin gefärbte histologische Schnitte durch das Großhirn,
Kleinhirn sowie das thorakale Rückenmark eines Kaninchens.
42
a)
koronar
1 cm
b)
axial
1 cm
c)
axial
5 mm
Abbildung 7: Hämatoxilin-Eosin gefärbte histologische Parafinschnitte durch das Großhirn (a),
das Kleinhirn und Hirnstamm (b) sowie das Rückenmark (c) eines Kaninchens.
43
4.4
Diagnostik
Nach intrathekaler Gabe von 3, 50 oder 80 µmol Gd-BOPTA trat bei allen Tieren eine
deutliche Kontrastierung des Liquors auf. Bei keiner der untersuchten Mengen
Kontrastmittel kam es zu Artefakten durch überhöhte Kontrastmittelkonzentrationen. Es
erfolgte eine gleichmäßige Verteilung des Gd-BOPTA innerhalb der äußeren Liquorräume.
Die anfängliche Verteilung konnte durch die verwendeten schnellen T1 gewichtete
Sequenzen (Turbo-FLASH) innerhalb der ersten Minuten demonstriert werden. Es zeigte
sich hierbei eine zügige Verteilung zunächst entlang der Schädelbasis und in den zervikalen
Spinalkanal (Abbildung 8).
0s
7s
14s
21s
28s
2min
Abbildung 8:
Langsame zisternale Injektion von 3 µmol Gd-BOPTA ermöglichte die Darstellung
der Verteilung des Kontrastmittels innerhalb des Subarachnoidalraumes mit Hilfe
schneller sagittaler Turbo-FLASH-Sequenzen.
44
Im Laufe der Untersuchung konnte auch eine Kontrastierung des Ventrikelsystems
beobachtet werden.
Durch den kontrastierten Liquor sind auf T1 gewichteten Bildern auch kleinste anatomische
Details wie beispielsweise Ventrikel, Aquaeduct oder einzelne Nervenwureltaschen
abgrenzbar (Abbildung 9).
a)
b)
c)
d)
10 mm
Abbildung 9:
Gute
Erkennbarkeit
von
kleinen
anatomischen
Strukturen:
Deutliche
Abgrenzbarkeit der Seitenventrikel mit Vorder und Hinterhorn (Pfeile in a und b),
des dritten Ventrikels (Pfeilspitzen in a, b und c), des Aquaeducts und des IV.
Ventrikels (Pfeil in c) sowie einzelner Nervenwurzelscheiden (Pfeile in d)
Ein Übertritt von Gd-BOPTA in das Hirnparenchym konnte weder in frühen
Untersuchungen bis ungefähr 2 bis 3 Stunden, noch bis zu 12 Stunden nach Applikation
des Kontrastmittels dargestellt werden.
45
12 Stunden nach Kontrastmittelinstillition konnte kein Gd-BOPTA in Strukturen des ZNS,
dem Liquor oder anderen angrenzenden Geweben nachgewiesen werden. Ein versehentlich
intra-/intermuskuläres
injiziertes
Kontrastmitteldepot
war
nach
12
Stunden
kernspintomographisch nicht mehr identifizierbar (Abbildung 10).
Abbildung 10:
T1-gewichtete Sequenzen bei sagittaler Schnittführung zeigen eine deutliche
Kontrastierung des Subarachnoidalraumes (Pfeilspitze) wenige Minuten nach K M Injektion (3 µmol Gd-BOPTA) (links) und eines nuchalen Kontrastmitteldepots
(Pfeil). Auf dem rechten Bild
zeigt sich eine vollständige
Resorption des
Gd-BOPTA nach 12 Stunden.
4.5
Diagnostik
der
Veränderungen
künstlichen
intrathekalen
cm
Die künstlich erzeugte Stenose konnte in beiden Fällen als kleine Aussparung des
kontrastierten Liquors innerhalb des dorsalen zervikalen Subarachnoidalraum auf T1
gewichteten Sequenzen ausgemacht werden. Die Schichten unmittelbar kranial und kaudal
der Stenose zeigten ein zirkuläres kontrastmittelverstärktes Enhancement des Liquors
(Abbildung 11). Die dorsal liegende Plastikkanüle stellte sich als signallose Struktur dar. Die
46
Stenose ließ sich sowohl in axialen Schichten als auch mit Hilfe der Rekonstrunktion des
MPRage-Datensatzes exakt lokalisieren.
a)
b)
c)
Abbildung 11:
MPR-Rekonstruktion mit Darstellung des zervikalen
Rückenmarkskanals nach
intrathekaler Gabe von 3 µmol Gd-BOPTA. Die experimentelle Stenosierung
(Pfeile in a und b) stellt sich in sagittaler (a) und axialer (b) Schnittführung
deutlich dar.
Unterhalb des eingeengten Segmentes zeigte
kontrastmittelverstärktes
Enhancement im
normal
weiten
sich
zirkuläres
zervikalen
Sub-
arachnoidalraum(c).
Sowohl die MPR-Rekonstruktionen als auch die sagittalen und axialen T1-gewichtetten
Sequenzen stellten das Lumen der liquorgefüllten Braunülen, die als iatrogene Fisteln
dienten, dar. Nach Entfernung der Braunüle ermöglichten die MPR-Rekonstruktionen und
T1-gewichtete Aufnahmen die Lokalisation der Punktionsstelle, die durch austretenden
Liquor eindeutig zuordbar waren (Abbildung 12). In T2 gewichteten axialen Sequenzen
sowie der verwendeten CISS3D ließen sich der austretende Liquor und der Stichkanal zwar
vermuten, jedoch nicht zweifelsfrei lokalisieren (Abbildung 12).
47
Abbildung 12:
Auf der T1-gewichteten Aufnahme (links) ist der Austritt von kontrastiertem Liquor und die
Lokalisation der Fistel deutlich dargestellt. Auf der T2 gewichteten Aufnahme (rechts) lassen
sich der extradurale Liquor und die Austrittsstelle nicht eindeutig abgrenzen.
48
5
Diskussion
Veränderungen des Subarachnoidalraumes können durch pathologische Prozesse im
liquorführenden System selbst, aber auch durch Veränderungen in angrenzenden Geweben
hervorgerufen werden.
Die genaue Darstellung dieser Veränderungen lassen meist Rückschlüsse auf die primäre
Pathologie zu. Seit über 80 Jahren werden für eine verbesserte Darstellung des
Liquorsystems verschiedene Substanzen mit zu Wasser deutlich unterschiedlicher
Röntgendichte in den SAR injiziert9,10. Die Verbesserung dieser Röntgentechnik bestand
vornehmlich in der Entwicklung verträglicherer Kontrastmittel und in der Kombination mit
der ebenfalls auf Absorption der Röntgenstrahlen beruhenden Computertomographie. Die
große Erfahrung und die gut erforschte Sicherheit der zur Anwendung kommenden Mittel
sowie die einfach durchzuführende und relativ kostengünstige Untersuchungstechnik sind
Vorteile der klassischen und CT-Myelographie gegenüber anderen diagnostischen
Methoden.
Die heute angewendeten Techniken in der Diagnostik des Liquorraumes bestehen neben der
konventionellen Myelographie und nachfolgender Computertomographie vor allem in der
Anwendung der Magnetresonanztomographie.
Im Gegensatz zu den auf der Schwächung von Röntgenstrahlen beruhenden Techniken,
erlaubt die MRT eine deutlichere Darstellung von Weichteilstrukturen. Bei der so
genannten MR-Myelographie kann mit Hilfe bestimmter kernspintomographischer
Sequenzparameter auch ohne die Anwendung von Kontrastmittel eine Hervorhebung des
Liquors erzielt werden. Die so erzeugten Informationen dieser Bilder sind jedoch in vielen
Fällen nicht aussagekräftiger als die in der klassischen oder CT-Myelographie gewonnenen
Informationen36, für die Beurteilung dynamischer Prozesse, etwa von Liquorfluß bei
Stenosierung des Subarachnoidalraumes oder kommunizierender Hohlräume, sogar
nachteilig. Das Auftreten von Pulsationsartefakten in der MR-Myelographie kann zu einer
weiteren Einschränkung der Beurteilbarkeit führen30,36. Zusätzlich ist die Darstellung
49
mancher Strukturen in den für die MR-Myelographie benötigten Sequenzen teils nicht so
deutlich möglich wie bei der Verwendung anderer Sequenztypen.
Um diese Mängel auszugleichen ist die intrathekale Applikation eines paramagnetischen
Kontrastmittels eine nahe liegende Möglichkeit. Diese war jedoch anders als bei der Routine
MRT-Diagnostik
prenchymatöser
Erkrankungen
mit
intravenöser
Gabe
von
paramagnetischen Kontrastmitteln nicht Standard.
Neben guter Kontrastierung und verbesserter Darstellung von anatomischen Strukturen, ist
die Verträglichkeit der intrathekal applizierten Substanz entscheidend.
Die paramagnetischen, gadoliniumhaltigen Kontrastmittel für die MRT sind in ihren
chemischen Eigenschaften, in ihrer Pharmakokinetik
und der signalanhebenden
Wirkungsweise sehr ähnlich64,80,86,100. Auch die Verträglichkeiten bei intravenöser
Anwendung hat sich in verschiedenen Untersuchungen als vergleichbar und relativ
untoxisch erwiesen68,73,77. Das in dieser Studie verwendete Gd-BOPTA zeichnet sich
zusätzlich durch besondere Eigenschaften aus. Zum einen kommt es durch die oben
beschriebene Interaktion mit Makromolekülen, wie sie in proteinhaltigen Flüssigkeiten
vorhanden sind, zu einer Steigerung der Relaxivität und damit zu einer erhöhten
Signalgebung in T1-gewichteten Sequenzen13,22. Diese Eigenschaft führte bereits in anderen
Studien zu einer verbesserten Diagnostik pathologischer Prozesse und anatomischer
Strukturen14,16,33,48,77. Außerdem wird Gd-BOPTA nicht wie die anderen gadoliniumhaltigen
Kontrastmittel ausschließlich über die Nieren ausgeschieden, sondern zu einem geringen
Teil auch über die Leber eliminiert25,59,94. Insbesondere die Steigerung der Relaxivität war für
die Verwendung von Gadobenat-Dimeglumine Ausschlag gebend.
5.1
In-vitro
Versuche
Da bei paramagnetischen Kontrastmitteln anders als bei Röntgenkontrastmitteln eine
Erhöhung der Stoffmenge nicht zwangsläufig zu einer erhöhten Signalintensität führt, ist die
Konzentration des Kontrastmittels für die Bildgebung von entscheidender Bedeutung.
50
In der klinischen Diagnostik werden 0,05 bis 0,3 µmol 0,5 molares Gd-BOPTA pro
Kilogramm Körpergewicht intravenös appliziert. Gd-BOPTA verteilt sich wie die anderen
gadoliniumhaltige Kontrastmittel zunächst intravasal und diffundiert schnell in den
extrazellulären Raum, so dass diese auch in der englischsprachigen Literatur als „extra
cellular fluid contrast media“ (ECF-CM) bezeichnet21 werden. Diese Werte dienten als
Orientierung für die zu untersuchenden Konzentrationen in den durchgeführten in-vitro
Messungen. Es wurden daher Konzentrationen zwischen 0,05 und 20 µmol/ml getestet.
Dabei zeigte sich eine deutliche Signalanhebung zwischen 0,1 und 10 µmol/ml mit einem
Maximum an Signalintensität bei 1 µmol/ml in den verwendeten T1 gewichteten Sequenzen.
Diese Konzentration entspricht ungefähr der im extrazellulären Raum bei intravenöser
Injektion von 0,1 mmol Gd-BOPTA pro kg Körpergewicht, einer Menge Kontrastmittel,
die in der klinischen Diagnostik angewendet wird. In T2 gewichteten Sequenzen konnte bis
zu einer Konzentration von 2 µmol/ml ein hyperintenses Signal gemessen werden. Der
Effekt des Kontrastmittels auf die Verkürzung der T2 ist durch die oben beschriebene
zunehmende
Inhomogenität
des
lokalen
Magnetfeldes
und
Einstellungen
der
Sequenzparameter abhängig. Der Abfall der Signalintensität in T1 gewichteten Sequenzen
trotz steigender Konzentrationen und zunehmender Verkürzung der T1 ist mit
messtechnischen und sequenzspezifischen Bedingungen zu erklären. Die Messung des T1
Signals findet aus Gründen der Messtechnik ebenfalls in orthogonaler Ausrichtung der
Spins statt, da nur so ein Strom, ein Signal, in der Messspule induziert werden kann. Um
eine Messung in der Spule registrieren zu können, ist mindestens eine Präzipation der Spins
notwendig. Da jedoch der Einfluss des paramagnetischen Gadolinium sehr groß ist, kommt
es bereits vor der eigentlichen Registrierung des Signals zu einem so starken „dephasing“,
dem Effekt der für den Verlust der Querrelaxierung verantwortlich ist, dass ein suffizientes
Signal nicht mehr registriert werden kann.
Die Aufhebung des T1-Signals ist von besonderer Bedeutung, da diese Sequenzen diejenigen
sind, in denen das Kontrastmittel seine eigentliche Signalanhebung zeigt.
Die große Vielfältigkeit an Einstellungsmöglichkeiten der Sequenzcharakteristika sowohl in
T1- als auch in T2-gewichteten Sequenzen würde es ermöglichen, den größtmöglichen
Kontrast und die auftretenden Auslöschungsphänomene bei anderen Konzentrationen zu
51
beobachten. Die verwendeten Sequenzen jedoch wurden in erster Linie unter klinischen
Gesichtspunkten
gewählt, bei denen mehr
auf
unterschiedlichste
diagnostische
Gesichtspunkte und nicht auf ein Maximum an Kontrastmittelsensitivität oder an T2Intensität Wert gelegt wird. Die relativ geringen Unterschiede zwischen einem Maximum an
Signalintensität in T1 und einer Auslöschung in T2- bzw. bei etwas höheren
Konzentrationen sogar in T1-gewichteten Sequenzen zeigt, dass genaue Kenntnis über die
zu verabreichende Menge von entscheidender Bedeutung für die Kontrastierung ist. Dies
gilt insbesondere, wenn das Kontrastmittel in einem relativ kleinen Volumen wie dem
Subarachnoidalraum
verdünnt
wird.
Das
in
den
in-vitro-Meßreihen
ermittelte
Konzentrationsmaximum lag sowohl in physiologischer Kochsalzlösung als auch in
„artificial CSF“ bei 1 µmol/ml. Jedoch enthält aCSF im Gegensatz zu menschlichem Liquor
einen etwas geringeren Anteil an Makromolekülen. Da steigende Proteinkonzentration zu
einer weiteren Verkürzung der Längsrelaxationszeit führen14,
könnte
die ideale
Konzentration im Liquor zusätzlich noch etwas geringer sein als die in-vitro gemessenen
Werte.
5.2
Tierexperimenteller
Teil
Der tierexperimentelle Teil der Studie befasste sich mit der Verträglichkeit des Gd-BOPTA
gegenüber dem zentralen Nervensystem, mit dem Verteilungsverhalten des Kontrastmittels
innerhalb des Subarachnoidalraumes sowie mit der Möglichkeit einer verbesserten
Diagnostik von anatomischen und pathologischen Strukturen.
5.2.1 Toxizitätsprüfung
Wie oben beschrieben, konnten gadoliniumhaltige MR-Kontrastmittel bei intravenöser
Gabe ihre gute Verträglichkeit in zahlreichen Studien bestätigen34,45,65,67,78. Ebenso zeigte
Gd-BOPTA bei intravenöser Anwendung ein vergleichbares Profil an Nebenwirkungen
sowohl in der Häufigkeit des Auftretens als auch in der Art der beschriebenen
Reaktionen73,77,94,102.
52
Wegen geringer Regeneriebarkeit und Anfälligkeit durch äußere Faktoren gehört das ZNS im
Organismus zu den empfindlichsten Strukturen gegenüber der Einwirkung von Giftstoffen.
Einen bedingten Schutz bietet die Blut-Hirn-Schranke, die jedoch bei vielen pathologischen
Prozessen des ZNS ebenfalls betroffen ist und damit nicht mehr ihren eigentlichen
Funktionen nachkommt und einen ungehinderten Übertritt von Stoffen aus dem Blut ins
ZNS zulässt. Dennoch konnte in Versuchen, bei denen eine künstliche Störung der BlutHirn-Schranke herbeigeführt worden war, keine spezifischen toxischen Reaktionen durch
Gd-BOPTA hervorgerufen werden51,54. Sogar direkte Injektionen von Gd-BOPTA in das
Gehirn führten weder zu signifikanten Änderungen der Stoffwechselprodukte Glucose und
Dopamin52,53 noch zu nachweisbaren EEG-Veränderungen51.
Auch die intrathekale Gabe von Kontrastmitteln stellt wegen des unmittelbaren Kontaktes
zu empfindlichen neuronalen Strukturen besondere Anforderungen an das verwendete
Kontrastmittel. In einer Tierstudie an Ratten, bei welcher Gd-BOPTA auch intrazisternal
injiziert wurde, wurde das neurotoxische Potential98 untersucht. Hierbei zeigten sich
Störungen der Koordination bei einer ED50-Konzentration von 0,018 mmol/kg KG
98
.
Diese Konzentration entspricht in der vorliegenden Studie ungefähr der Maximaldosis von
80 µmol Gd-BOPTA, also dem etwa 30 fachen der als diagnostisch optimal ermittelten
Konzentration, unter der derartige klinische Nebenwirkungen nicht beobachtet wurden.
Die Untersuchungen des bei der Punktion vor Injektion des Kontrastmittels und vor der
Sektion gewonnenen Liquors zeigten in manchen Fällen eine Erhöhung der untersuchten
Parameter. So zeigte sich 3 Tage nach zisternaler Injektion von 50 und 80 µmol GdBOPTA ein Anstieg der im Liquor enthaltenen Leukozyten von 2 auf 11 (50µmol) und von
3 auf 97 (80 µmol). Die Werte für den gesamten Proteinanteil im Liquor stiegen von 193
bzw. von 209 mg/l auf 592 mg/l für 50µmol und auf 931 mg/l bei 80 µmol Gd-BOPTA. In
Punktionen nach 7 oder 28 Tagen konnten keine signifikanten Steigerungen der
Liquorparameter gemessen werden. Da bei einigen Punktionen nur unzureichende Menge an
Material gewonnen werden konnten oder manche der Proben durch Blut teils stark
verunreinigt waren, konnte eine exakte Analyse der Liquorparameter nicht in allen Fällen
durchgeführt werden (Tabelle 3).
53
Der Versuchsteil, in welchem vier Kaninchen dreimal im Abstand von 3 Tagen wiederholt
punktiert wurden, konnte zeigen, dass die Punktion und die damit verbundene
Traumatisierung und nicht die Injektion des Kontrastmittels für die erhöhten Liquorwerte
verantwortlich zu seien scheint. Es zeigte sich eine Zunahme an Zellen nach bereits einer
Punktion, ein Phänomen, das auch nach Lumbalpunktion von Patienten bekannt ist. Die
zweite Punktion führte zu keiner weiteren Vermehrung der Leukozyten im Liquor
(Diagramm 2). Ein signifikanter Anstieg der Gesamteiweiß-Menge (Diagramm 3) konnte in
keiner
der
durchgeführten
Messungen
nachgewiesen
werden.
Die
gemessenen
Proteinkonzentrationen lagen in einigen Fällen nach 3 oder 6 Tagen unter denen bei der
ersten Punktion ermittelten Konzentrationen. In vier von acht ermittelbaren Werten lagen
die Eiweißkonzentrationen mit 502 bis 680 mg/l (Tabelle 3.1) im selben Bereich wie die
Menge Eiweiß, die nach 50 µmol Gd-BOPTA als erhöht eingeschätzt wurde. Zudem liegen
diese Konzentrationen nur geringfügig über denen, die in der Literatur mit 160 bis 660 mg/l
CSF (MW 330 mg/l; SD 100 mg/l) als Normalwerte für Kaninchenliquor angegeben
werden50. Diese Beobachtungen lassen den Schluss zu, dass es sich bei dem Anstieg der
gemessenen Parameter nicht um ein toxisches Geschehen sondern um eine physiologische
Reaktion auf die Traumatisierung des Subarachnoidalraumes handelt. Diese lässt sich auch
mit den Erfahrungen nach diagnostischen Liquorpunktionen vereinbaren, bei denen es
ebenfalls reaktiv zu einer vermehrten Anzahl an Zellen im Subarachnoidalraum kommen
kann.
Ein Übertritt des Kontrastmittels in neuronales Parenchym und eine damit verbundene
Signalanhebung des ZNS wurde im Laufe der Versuche und bis zu 12 Stunden nach
Injektion kernspintomographisch nicht beobachtet. Dies steht im Gegensatz zu
Beobachtungen, die nach intrazisternaler Injektion verschiedener MR-Kontrastmittel1,44
gemacht wurden. Bei Versuchen mit intrathekalem Gd-DTPA kam es nach Injektion von
Kontrastmittel in den Subarachnoidalraum von Kaninchen zu einer zunehmenden graduellen
Diffusion des Kontrastmittels in sämtliche neuronale Strukturen, welche bereits nach 45
Minuten eine sehr deutliches Enhancement des Hirnparenchyms zeigte, das sich während
des späteren Beobachtungszeitraumes verstärkte. Vergleichbare Kontrastanreicherung des
Hirnparenchyms durch Diffusion des Gd-DTPA in das ZNS konnte auch nach
54
intrathekaler Applikation von Gd-DTPA bei Rhesusaffen27 und in ersten Anwendungen an
Menschen109 beobachtet werden.
In anderen Versuchen konnte gezeigt werden, dass für kleine, wasserlösliche Teilchen keine
nennenswerte Barriere zwischen ZNS und Liquor in Bereichen der Pia mater und des
Ependyms
besteht108.
Diese undichte „Hirn-Liquor-Schranke“
ist
aus
lockeren
intrazellulären Verbindungen aufgebaut, welche eine passive Diffusion von Teilchen in
interstitelle Gewebsflüssigkeit erlauben5,20. Dieses als „sink action“ beschriebene Phänomen
spielt bei intrathekaler Anwendung mancher Röntgenkontrastmittel ebenfalls eine
Rolle28,108.
Da Gd-BOPTA sich von Gd-DTPA nur durch die bereits erwähnte Benzlygruppe
unterscheidet, scheint dieser hydrophobe Molekülanteil für die fehlende Diffusion des
Kontrastmittels durch die Hirn-Liquor-Schranke verantwortlich zu sein.
In den durchgeführten histologischen Untersuchungen konnten keine pathologischen
Veränderungen nachgewiesen werden. Diese Beobachtung könnte sich auch mit der nicht
vorhandenen Penetration von Gd-BOPTA ins ZNS erklären lassen. Kleinste lymphozytäre
Reaktionen lassen sich jedoch zumeist nur mittels immunhistochemischer Färbungen
darstellen. Da entsprechende parafingängige Antikörper für die Spezies Kaninchen jedoch
nicht erhältlich sind, konnten diese Spezialuntersuchung nicht durchgeführt werden.
Im Gegensatz zu den vorliegenden Untersuchungen konnte an Ratten gezeigt werden, dass
24 Stunden nach intraventrikulärer Instillation von 10 bis 30 µmol Gd-DTPA (20 – 60 µL)
ein scharf begrenzter Verlust an Oligodendrozyten und Astroglia und Störungen der
Myelinscheiden auftratt. Nach fünf Tagen konnte eine Zunahme an Mikroglia bzw.
Makrophagen verbunden mit einer Hypertrophie kleiner Gefäße und dem Auftreten kleiner
Granulome beobachtet werden. Nach 42 Tagen stellten sich diese initial 5 µm großen
Läsionen als 50 µm messende Herde noch deutlicher dar. Die Areale, in welchen es zu
Ausbildung dieser toxischen Reaktionen kam, waren zumeist symmetrisch und im
Hirnstamm sowie dem Thalamus lokalisiert. Spinale Läsionen traten bereits nach 5 Tagen
auf. Alle diese pathologischen Reaktionen konnten lichtmikroskopisch mit HämatoxilinEosin gefärbten Parafinschnitten nachgewiesen werden71,72.
55
Möglicherweise sind diese toxischen Reaktionen bei der Gabe von Gd-DTPA auf das
Eindringen des Kontrastmittels in das ZNS zurückzuführen. Das andere biologische
Verhalten, insbesondere die fehlende Penetration des untersuchten Gd-BOPTA’s ins ZNS,
könnte daher auch erklären, dass keine toxischen Reaktionen nachgewiesen werden konnten.
Die in
dieser
Studie
verwendeten
histologischen
Untersuchungsmethoden
und
Beobachtungszeiträume waren den oben genannten Tierstudien71,72 sehr ähnlich, so dass
davon auszugehen ist, dass vergleichbare pathologische Veränderungen hätten ebenso
erkannt werden müssen.
5.2.2
Diagnostik
Neben der Verträglichkeit des Kontrastmittels war ein weiterer Schwerpunkt dieser Studie
die Untersuchung, ob durch intrathekales Gadolinium die Diagnostik verbessert werden
kann.
Beurteilt wurden hierbei die Verteilung des Kontrastmittels im Subarachnoidalraum, die
Darstellbarkeit von anatomischen Strukturen und die Diagnostik von pathologischen
Veränderungen.
Nach zisternaler Injektion des Kontrastmittels konnte ein gleichmäßiges Enhancement im
oberen Spinalkanal und dem äußeren Liquorsystems des Schädels beobachtet werden. Die
gleichmäßige, zügige Verteilung von 3 µmol Kontrastmittel wurde durch schnelle T1gewichtete Turbo-FLASH Sequenzen deutlich gemacht. Hier verteilte sich das
Kontrastmittel unmittelbar nach Injektion in die Cisterna magna insbesondere im oberen
zerviko-thorakalen Spinalkanal sowie entlang der Schädelbasis. Im weiteren Verlauf
kontrastierte sich auch der übrige Subarachnoidalraum des Spinalkanals (Abbildung 8).
Während der Untersuchungen kam es zu einem Übertritt des Kontrastmittels in die inneren
Liquorräume, so dass eine Signalanhebung durch Gd-BOPTA auch dort sichtbar wurde.
Obwohl es im Bereich der Einstichstelle auch bei der Gabe von 3 µmol Kontrastmittel zu
höheren Konzentrationen kommen musste, wurden hierbei keinerlei Artefakte in T1 oder
56
T2 gewichteten Sequenzen festgestellt, so dass die gewählte Konzentration als optimal zu
werten ist.
Auch höhere Dosen Gd-BOPTA (50 bzw. 80 µmol) führten in den verwendeten Sequenzen
nicht zu Artefakten durch erhöhte Konzentrationen, ungleicher Verteilung oder
Sedimentation des Kontrastmittels. Solche Sedimentationsartefakte wurden bereits in
anderen kernspintomographischen Studien beschrieben109 und sind von der Anwendung
intrathekaler Röntgenkontrastmittel in der Myelographie bekannt. In den später
durchgeführten
ersten
klinischen
Anwendungen
(siehe
unten),
wurden
Sedimentationsartefakte ebenfalls beobachtet.
Dass in dieser Tierstudie keine derartigen Artefakte beobachtet werden konnten, könnte
durch die geringe Größe des Subarachnoidalraumes von Kaninchen verursacht sein: Die
geringen Abmessungen lassen die Sedimentationszone ebenfalls sehr klein erscheinen, so
dass diese sich kernspintomographisch nicht sicher abgrenzbar darstellt. Eine mögliche
weitere Erklärung könnte die räumliche Enge an der Injektionsstelle sein. Durch die für diese
Volumina relativ schnelle Injektion – insbesondere bei Gabe der höheren Dosen GdBOPTA, bei denen keine Messungen während der Injektion vorgenommen wurden –
könnte es durch das direkte Auftreffen des Kontrastmittels auf intrathekale Strukturen zu
starken Turbulenzen und zu einer besonders starken Durchmischung des Kontrastmittels
mit dem Liquor gekommen sein. Die räumliche Enge verhindert somit das Auftreten von
überhöhten Kontrastmittelkonzentrationen, die für Artefakte notwendig wären. Eine
Ursache für das Fehlen von Sedimentationsartefakten bei der Gabe von Gd-BOPTA in
geringer Dosis (3 µmol) liegt vermutlich auch darin, dass vor Injektion die äußerst geringe
Menge Kontrastmittel in physiologischer Kochsalzlösung verdünnt wurde. Mit 3 µmol auf
0,4 ml NaCL 0,9% entspricht dies einer Konzentration von 7,5 µmol Gd-BOPTA pro
Milliliter. Dies ist eine Konzentration, bei welcher in den in-vitro-Messungen keine
Auslöschungsphänomene in T1-gewichteten Sequenzen beobachtet wurden. Aus diesem
Gründen wäre auch das Auftreten solcher Artefakte bei intrathekaler Anwendung
überraschend gewesen.
57
Die Gabe von 3 µmol Gd-BOPTA erlaubte eine gute Darstellung kleinster anatomischer
Strukturen (Abbildung 9). Auch wenn ähnlich große Strukturen mittels bestimmter T2gewichteter Sequenzen dargestellt werden können, ist die kontrastverstärkte Abbildung von
kleinen anatomische Details von Bedeutung, da sie zeigen, dass das Kontrastmittel sich
nicht nur gut mit dem Liquor vermischt, sondern sich auch homogen in Ausbuchtungen
hinein verteilt und dort für eine ausreichende Signalverstärkung sorgt. Einschränkend beim
Vergleich der in dieser Studie verwendeten T1- und T2-gewichteten Schichtaufnahmen ist
allerdings, dass wegen der unterschiedlichen Sequenzeigenschaften ein direkter Vergleich
nicht objektiv möglich.
Die künstliche Liquorfistel konnte auf kontrastverstärkten T1-gewichteten Sequenzen
deutlich dargestellt und abgegrenzt werden. Im Gegensatz hierzu kam es auf T2gewichteten Sequenzen nur zu einer leichten liquorähnlichen Signalanhebung im
retrospinalen Muskelgewebe (Abbildung 12). Diese geringe Signalanhebung lässt sich zwar
mit dem extraduralen Liquor in Beziehung setzen, könnte jedoch auch nur durch eine leichte
Ödembildung durch die Traumatisierung des Gewebes bei der Erzeugung der Fistel bedingt
sein. Zudem kontrastiert dieser Befund nur wenig zum übrigen Gewebe und ist nicht
beweisend für Liquoraustritt. Auf den T1-gewichteten Bildern zeigt die Anwesenheit des
Kontrastmittels den austretenden Liquor. Trotz der sehr geringen Menge Gd-BOPTA, die
sich außerhalb des Subarachnoidalraumes befand, ließ sich durch die starke Signalanhebung
des Kontrastmittels die Anwesenheit des extraduralen Liquors nachweisen und die exakte
Austrittsstelle lokalisieren (Abbildung 12).
Pathologischer Liquorverlust kann spontan, traumatisch oder als Komplikation nach
Eingriffen mit Eröffnung der Meningen auftreten3 und eine neurochirurgische Indikation
darstellen85. Da diese Fisteln durch Rhino- oder Otoliquorhoe zu chronischem
Liquorverlust führen können, die mit unterschiedlich starken
Symptomen
wie
Kopfschmerzen, Sehstörungen und Meningismus einhergehen82 und eine Eintrittspforte für
Meningitiden sein können, ist die genaue Diagnostik für das weitere therapeutische
Vorgehen notwendig85. Die Lokalisation der CSF-Lecks, insbesondere in der Phase in der
kein Liquoraustritt stattfindet, ist jedoch nicht in jedem Falle eindeutig möglich103.
58
In einer tierexperimentellen Studie mit traumatisch erzeugten nasoethmoidalen Fisteln
konnte der Liquoraustritt nach intrathekaler Gabe von Gd-DTPA in 2 von 4 Fällen
kernspintomographisch diagnostiziert werden40.
An verschiedenen Patienten gelang es durch Kontrastierung des Liquors mit Gd-DTPA in
verschiedenen Fällen und Studien spontane und post-operative Liquoraustrittsstellen zu
diagnostizieren90,107.
Diese ersten klinischen Erfahrungen mit dem intrathekalen Einsatz von paramagnetischen
Kontrastmitteln wurden alle mit Gd-DTPA durchgeführt90,97,107,109. Dieses Kontrastmittel
ist jedoch in seinem Verhalten im Subarachnoidalraum, wie oben beschrieben,
unterschiedlich zu Gd-BOPTA, so dass die Ergebnisse dieser Studien nicht ohne weiteres
übertragbar sind. Die Diffusion des Kontrastmittels Gd-DTPA könnte die Beurteilbarkeit
der
anatomischen
Verhältnisse
beeinträchtigen
und
auch
für
mögliche
Unverträglichkeitsreaktionen des ZNS verantwortlich sein. Diesbezüglich wäre GdBOPTA, das in den vorliegenden Versuchen untersucht wurde, in jedem Falle dem
Kontrastmittel Gd-DTPA vorzuziehen.
Intrakranielle Prozesse und raumfordernde oder degenerative Veränderungen im Spinalkanal
machen sich in vielen Fällen durch Verengungen und Störungen des liquorführenden
Systems bemerkbar. Die Diagnostik des Ausmaßes solcher Stenosen und eine
Durchgängigkeitsprüfung der Engstellen kann mit zahlreichen Schwierigkeiten verbunden
sein. Das Ausmaß der Stenosierung insbesondere ihre Quantifizierung sind in der MRT mit
den gängigen Sequenzen ungenau29,43,79 und durch subarachnoidales Kontrastmittel zu
optimieren.
Die in dieser Studie experimentell erzeugte Stenosierung des zervikalen Rückenmarkskanals
konnte nach Applikation von 3 µmol Gd-BOPTA exakt dargestellt und lokalisiert werden
(Abbildung 11). Die Stenose zeigte sich als Unterbrechung des zirkulär das Myelon
umschließenden kontrastierten Liquors. Eine Bildschicht (1 mm) kaudal der Stenose
entsprach wieder der normalen zirkulären Signalanhebung des CSF durch intrathekales
Kontrastmittel. Da die Herstellung der Stenose selbst relativ problematisch war und daher
auch die Stenose in ihren Abmessungen und dem Grad der Einengung nur sehr ungenau war,
59
ist eine standardisierte Wiederholung dieses Versuchsteils nur begrenzt möglich. Die
Beobachtungen lassen jedoch den Schluss zu, dass trotz der Enge der Liquorfluss eine
ausreichende Verteilung des Kontrastmittels im Rückenmarkskanal gewährleistete.
Da bei höhergradigen Stenosierungen es zu einer extremen Reduzierung des Liquuorflusses
in diesem Bereich kommt, findet auch der Übertritt von Kontrastmittel in das hinter der
Stenose liegende Kompartiment nur sehr zögerlich statt. Dies wird ausgeglichen durch die
hohe signalverstärkende Wirkung paramagnetischer Substanzen auch in kleinste Mengen, so
dass trotz des geringen Flusses eine Darstellung der Einengung und des distalen Raumes
möglich ist. Zusätzlich lässt sich in kernspintomographischen Sequenzen eine exzellente
räumliche Auflösungen erzielen, die nicht durch benachbarte knöcherne Strukturen in ihrer
Beurteilbarkeit beeinträchtigt oder artefiziell verändert werden.
60
6
Erste
klinische
Erfahrungen
Nachdem intrathekales Gd-BOPTA sich im Tierversuch als gut verträglich und in der
Diagnostik als viel versprechend präsentiert hatte, konnte das Kontrastmittel bereits in
zwei ersten klinischen Fällen erfolgreich angewendet werden.
Erste klinische intrathekale Anwendungen von paramagnetischen MR-Kontrastmitteln
wurden bereits wie oben beschrieben mit Gd-DTPA vorgenommen90,97,107. Die intrathekale
Anwendung von Gd-BOPTA ist bis heute jedoch noch nicht beschrieben.
6.1
6.1.1
Fallbeschreibungen
Fall 1
Eine 58 jährige Patientin, die an einer Arachnoidalzyste im Bereich des Sakrum verbunden
mit langjähriger Inkontinenzsymptomatik litt, wurde nach intrathekaler Applikation von
Gd-BOPTA kernspintomographisch untersucht. Diese Untersuchungsmethode wurde
wegen einer Allergie auf jodhaltige Kontrastmittel und der daher nicht möglichen
Untersuchung mit röntgenologischen Verfahren gewählt. Nach Instillation von 1 ml
Multihance®, welches 500 µmol Gd-BOPTA entspricht, wurde die lumbosakrale
Wirbelsäule im CT und MRT unmittelbar und 3 Stunden nach Kontrastmittelgabe in
Bauch- und in Rückenlage untersucht. Für die kernspintomographischen Untersuchungen
wurden sagittale T1 gewichtete, axiale und koronare T1- und T2 gewichtete sowie MPR3D
(„multi planar reformatting“) Sequenzen verwendet.
In den unmittelbar nach KM-Instillation durchgeführten MR-Aufnahmen zeigte sich eine
deutliche Sedimentation des Kontrastmittels (Abbildung 13),
die auch in der
Computertomographie
des
dargestellt
wurde.
Dieses
Absinken
hochviskösen
Kontrastmittels war unabhängig von der Lage des Patienten (Abbildung 13). In den initialen
Untersuchungen trat ein Signalverlust in T1Sedimentationszone auf (Abbildung 13).
und
in T2
nur
innerhalb der
61
a)
b)
Abbildung 13:
c)
Unmittelbar nach intrathekaler Kontratmittelapplikation von 1 ml Multihance (500
µmol Gd-BOPTA) zeigten sich sowohl in T1- (a und b) als auch in T2-gewichteten
(c) Sequenzen eine deutlich sichtbare Sedimentation des Kontrastmittels. Diese
trat sowohl in Rücken- (a) als auch in Bauchlage (b) auf.
Nachdem die Patientin aufgefordert worden war durch regelmäßiges Umdrehen im Bett für
eine gute Durchmischung des Kontrastmittels im Liquorraum zu sorgen, zeigten die späten
Aufnahmen nach 3 Stunden ein gleichmäßig gutes Enhancement des Liquors in T1gewichteten Sequenzen (Abbildung 14). Während in T2 gewichteten Sequenzen der
Subarachnoidalraum einem Signalverlust aufwies (Abbildung 14).
Der
Nachweis einer Kommunikation mit dem Subarachnoidalraum war
durch
Kontrastierung der sakralen Zyste möglich. Die sakrale Zyste zeigte erhebliche Artefakte,
die durch Sedimentation erklärbar sind. Diese lassen sich zum einen aus der Wahl einer zu
großen Menge Gd-BOPTA, als auch an dem fehlenden oder zu geringen Liquorfluß
innerhalb der Zyste, der eine Durchmischung von Kontrastmittel und Liquor verhindert,
erklären.
62
a)
b)
c)
T1
T2
T1
Abbildung 14: 3 Stunden nach Kontrastmittelgabe zeigte sich in T1-gewichteten Sequenzen (a und
c) ein deutliches Enhancement im Subarachnoidalraum (Pfeile). In T2-gewichteten
Sequenzen blieb der Signalverlust
(Pfeilspitze
in
c)
zeigte
bestehen (Pfeil
neben Gebieten mit
in b). Die sakrale
starker
Kontrastierung
Zyste
auch
Sedimentationsartefakte mit Signalauslöschung.
6.1.2
Fall 2
Es handelte sich um einen 19 jährigen Patienten, der an einem Marfan Syndrom litt. Bei
dem jungen Mann waren initial schwere frontal lokalisierte Kopfschmerzen und Schwindel
aufgetreten, denen später Nackenschmerzen folgten. Die Beschwerden traten in aufrechter
Position wie Stehen und Sitzen auf und besserten sich im Liegen nach einigen Minuten.
Neurologische Untersuchungen sowie Blutuntersuchungen ergaben keinen pathologischen
Befund. Bei der Lumbalpunktion fand sich ein nicht messbar geringer Liquordruck, so dass
die
Verdachtsdiagnose
eines
Liquorunterdruck-Syndroms
(spontane
intrakranielle
Hypotension (SIH)) geäußert wurde.
Um diese Verdachtsdiagnose zu bestätigen wurde eine CT-Untersuchung des Schädels
durchgeführt. Hierbei konnten keine pathologischen Veränderungen die auf verringerten
63
intracraniellen Druck hinweisen wie beispielsweise Abnahme der Ventrikelweite oder
Erweiterung venöser Plexus beobachtet werden.
Kernspintomographische Untersuchungen mit verschiedenen T1 und T2 gewichteten
Sequenzen zeigten durale Ektasien im Bereich der Lendenwirbelkörper 3-5.
Weiterhin wurden zystische Veränderungen der Wurzeltaschen („Tarlov-Zysten“) S2 und
S3 (Abbildung 15) sowie eine dorsale extradurale liquorintense Flüssigkeitsansammlung
zwischen LWK 5 und S1 festgestellt (Abbildung 15). Die konventionelle Myelographie und
die post-myelographische hoch auflösende Computertomographie zeigte neben den
Dysplasien des lumbosakralen Subarachnoidalraumes ein extradurales abgekapseltes
Kompartiment, das mit kontrastiertem Liquor gefüllt war (Abbildung 15). Ein Nachweis
eines CSF-Lecks war mit diesen Untersuchungsmethoden jedoch nicht möglich.
a)
b)
c)
Abbildung 15: T2-gewichtete MR-Messungen stellen den retrospinalen Liquor (Pfeil in a) sowie
die Tarlov-Zysten (Pfeile in b) deutlich dar.
In konventioneller Myelographie zeigte sich auch eine Kontrastmittelaufnahme in
extraspinale
Kompartimente
Subarachnoidalraum
und
(Pfeile
dem
in
c).
extraduralen
Eine
Liquor
Verbindung
ließ
sich
zwischen
in
diesen
Untersuchungen nicht nachweisen.
Die genaue Kenntnis über das Vorhandensein von Liquorfisteln ist für einen eventuell
anstehenden operativen Eingriff unbedingt erforderlich, so dass eine MR-Untersuchung mit
intrathekalem
Gd-BOPTA
durchgeführt
wurde.
Um
Sedimentationseffekte
und
Auslöschungsphänomene, wie sie im ersten klinischen Fall aufgetreten waren, zu
64
minimieren, wurde die Kontrastmittelmenge auf 0,3 ml „Multihance® 0,5M“ (150 µmol
Gd-BOPTA) begrenzt und mit 10 ml 0,9% Kochsalzlösung vermischt und anschließend
lumbal injiziert. Diese Kontrastmittelmenge entspräche bei einer ungefähren Menge von
150 ml Liquor einer Konzentration von 1 µmol/ml. Diese Konzentration hatte sich in den
diskutierten in-vitro Versuchen als optimal zur Kontrastierung des Liquors präsentiert. Der
Patient wurde 45 Minuten, 3 und 6 Stunden nach intrathekaler Kontrastmittelninjektion in
einem 1,5 Tesla MRT („Vision“, Siemens, Erlangen) mittels axialer und koronarer T1- und
T2-gewichteter Sequenzen untersucht.
In den ersten Messungen nach 45 Minuten zeigte sich eine deutliche Kontrastierung des
Liquors in T1-gewichteten Sequenzen (Abbildung 16). Gleichzeitig kam es in den frühen
Messungen zu einem Verlust des T2-Signals. In T1-gewichteten Sequenzen zeigte sich in
diesen
frühen
Untersuchungen
ein
eindeutiges
Enhancement
der
extraduralen
Liquoranreicherung (Abbildung 16), welche mit einem kleinen nachweisbaren Kanal mit
dem Subarachnoidalraum in Verbindung stand (Abbildung 16). Außerdem konnten weitere
durale Austrittsstellen des Liquors eindeutig lokalisiert werden.
3 Stunden nach intrathekaler Applikation zeigte sich in T2-gewichteten Sequenzen wieder
ein hyperintenses Liquorsignal. In den T1-gewichteten Untersuchungen war der Liquor
weiterhin kontrastiert und es zeigte sich eine Ausbreitung entlang der retroperitonealen
Muskulatur (Abbildung 16). Nach 6 Stunden konnte weiterhin ein Enhancement des
Subarachnoidalraumes,
nicht
jedoch
die
retroperitonealen
CSF-Ansammlungen
nachgewiesen werden (Abbildung 16).
Es traten weder während noch nach diesen Untersuchungen Nebenwirkungen auf das
intrathekale Kontrastmittel auf.
Aufgrund der multifokalen Austrittsstellen wurde von einem neurochirurgischen Eingriff
Abstand genommen und die Therapie auf sechswöchige Bettruhe beschränkt.
85
65
a)
b)
c)
d)
e)
Abbildung 16: Bereits 45 Minuten (a) nach intrathekaler Gabe von 150 µmol Gd-BOPTA zeigte
sich auf T1-gewichteten Bildern ein deutliches Enhancement des Liquors sowie der
retrospinalen
CSF-Ansammlung,
die
über
eine
kleine
Struktur
mit
dem
Subarachnoidalraum kommunizierte (Pfeil in a).
Nach 3 Stunden (b, c und d) zeigten T1-gewichtete Sequenzen kontrastierten Liquor
auch im Retroperitoneum (Pfeile in b) sowie Liquorstraßen (Pfeile in c und d)
entlang der lokalen Strukturen.
Nach 6 Stunden (e) wurde
Kontrastierung
auf T1-gewichteten
des Subarachnoidalraums
Bildern
weiterhin
eine gute
beobachtet. Der retrospinale
konnte jedoch nicht mehr nachgewiesen werden.
Liquor
66
6.2
Diskussion der klinischen Fälle
Unsere ersten klinischen Annwendungen von Gd-BOPTA im Subarachnoidalraum zeigen,
dass es sich bei dieser Technik um eine diagnostisch sinnvolle Alternative zu bislang
üblichen Verfahren handelt.
Die beobachteten Auslöschungsphänomene lassen sich mit den hohen Konzentrationen des
Gd-BOPTA im Liquor erklären, wie sie bereits in den in-vitro Konzentrationsreihen
definiert werden konnten. Der Verlust des T1-Siganls in der Sedimentationsschicht zeigt,
dass die Konzentrationen in diesem Bereich vor vollständiger Durchmischung des
Kontrastmittels mit dem Liquor über 10 bis 20 µmol Gd-BOPTA pro ml CSF liegt. Nach
Durchmischung zeigte sich in T1-gewichteten Sequenzen im gesamten untersuchten
Liquorraum ein deutliches Enhancement. In T2-gewichteten Sequenzen kam es jedoch auch
nach Durchmischung zu einem vollständigen Signalverlust. Diese Beobachtung zeigt, dass
die Konzentration des Gd-BOPTA zu diesem Zeitpunkt bei über 2 µmol/ml jedoch unter
10 bis 20 µmol/ml lag.
Dies kann durch folgende theoretische Überlegung erklärt werden: Bei einem ungefähren
gesamten Liquorvolumen von 150 ml
87
liegt die Konzentration des Kontrastmittels
rechnerisch bei ungefähr 3,3 µmol/ml Liquor und damit über der Konzentration, bei der es
auf T2-gewichteten Sequenzen zu Signalauslöschungen gekommen war.
Auch wenn es in dieser Untersuchung möglich war, die sakrale Zyste eindeutig zu
diagnostizieren, sollte zur Vermeidung solcher Sedimentationszonen eine vorherige
Mischung mit physiologischer Kochsalzlösung erfolgen. Eine Auslöschung des regulären
T2 Signals kann durch eine geringere Gesamtmenge Kontrastmittel verhindert werden, wie
dies im geschilderten zweiten Fall erfolgte. Hier war die Menge Kontrastmittel so gewählt,
dass Artefakte vermieden werden konnten. Der Verlust des T2-Signals in den initialen
kernspintomographischen
Messungen
zeigt
jedoch,
dass
die
gewählte
Menge
Kontrastmittel auch in diesem klinischen Fall noch zu hoch gewählt war.
In Fall 2 konnte die Untersuchung mit intrathekalem Gd-BOPTA die Verdachtsdiagnose
einer SIH bestätigen. Dieses Krankheitsbild ist definiert durch das Auftreten eines abnormal
67
niedrigen
intrakraniellen
Druckes
verbunden
mit
typischen
Symptomen
orthostatischem Kopfschmerz, Schwindel, Übelkeit und Nackensteifigkeit
wie
56
, die durch
aufrechte Position getriggert werden und sich in der Wagerechten bessern. Das Einsetzen
der Symptomatik kann spontan oder subakut auftreten. Die häufigste Ursache für das
Auftreten dieser Symptome und für einen verminderten Liquordruck ist die iatrogene
Liquorpunktion56. Für das Auftreten der „Spontanen intrakraniellen Hypotension“ sind in
den meisten Fällen spontane CSF-Fisteln verantwortlich84.
Eine unmittelbare Ursache für das Zustandekommen spontaner CSF-Lecks lässt sich in den
meisten Fällen nicht eruieren. Minimaltraumen82,83 und eine generelle strukturelle Schwäche
der meningealen Fasern scheinen ursächlich für das SIH zu sein84,88. Eine Assoziation mit
Erkrankungen des Bindegewebsapparates wie dem Marfan Syndrom ist in der Literatur
beschrieben19,62,88.
Ein Marfan-Syndrom war bei dem hier beschriebenen Patienten bekannt. Die in den
Untersuchungen diagnostizierten duralen Ektasien gelten als sehr spzifische Zeichen eines
solchen Syndroms (Prävalenz >90%)
31,69
. Auch die Lokalisation im Lumbalkanal ist in
verschiedenen Studien als charakteristisch beschrieben worden62,96. Diese Beobachtung ist
mit dem erhöhten hydrostatischen Druck des Liquors in diesem Bereich auf das
minderwertige Gewebe zu erklären, wodurch es an diesen Stellen zur Ausbildung der
Ektasien kommt.
Die als charakteristisch beschriebenen radiologischen Veränderungen eines chronischen
Liquorverlustes (SIH’s15,56,58,93)
wie
diffuses
meningeales
Enhancement,
kaudale
Verlagerung des Hirnstamms - in der englischsprachigen Literatur als „sagging“
,durchhängen, sacken, bezeichnet - Zusammenfallen des Durasackes und Erweiterungen der
epiduralen venösen Plexus konnten in unseren Untersuchungen nicht beobachtet werden. Es
stellten sich lediglich epidurale Flüssigkeitsansammlungen als direkte Zeichen des
Liquoraustritts dar.
Wenn auch in der post-myelographischen CT- und der nativen MR- Untersuchung
Anzeichen für CSF-Fisteln gesehen wurden, konnten erst nach intrathekaler Applikation
des Gd-BOPTA die duralen Defekte eindeutig lokalisiert werden. Die exakte Darstellung
68
multipler duraler Defekte waren für die weiteren therapeutischen Überlegungen Auschlag
gebend, so dass von einer operativen Behandlung Abstand genommen wurde.
Das große diagnostische Potential von paramagnetischen Kontrastmitteln bei intrathekalem
Einsatz ermöglicht kleinste Strukturen, wie zum Beispiel Liquorfisteln, exakt zu
lokalisieren, was einen enormen Fortschritt in der Behandlungsstrategie insbesondere bei
der präoperativen Planung bedeutet.
Ebenso ist das Fehlen von unerwünschten Reaktionen wie in diesen ersten klinischen
Anwendungen eine
weitere
Applikationen von Gd-BOPTA.
Voraussetzung
für
weitere
zukünftige
intrathekale
69
7
Schlussfolgerungen
Die geschilderten Untersuchungen zeigen, dass für die optimale Kontrastierung des Liquors
mit nur sehr geringe Konzentrationen von Gd-BOPTA (1 µmol/ml) benötigt werden.
Bei der intrathekalen Anwendung von Gd-BOPTA scheint es sich um eine sichere und
nicht-toxische Untersuchungsmethode des Subarachnoidalraumes zu handeln:
Auch
bei
vielfach
überhöhten
Konzentrationen
des
Kontrastmittels
konnten
tierexperimentell keine signifikanten toxischen Reaktionen beobachtet werden. Bei den
beobachteten Erhöhungen der untersuchten Liquorparameter handelt es sich um Reaktionen
auf die Traumatisierung des Subarachnoidalraumes durch die Punktion selbst und nicht um
toxisch bedingte Reaktionen.
Im Gegensatz zu Gd-DTPA, bei dem es laut Literatur nach intrathekaler Applikation im
Laufe der Untersuchungen zu einer Penetration des Kontrastmittels in das Hirnparenchym
kam27,44,109, konnte im MRT eine solche Diffusion bei dem Gebrauch von Gd-BOPTA
nicht beobachtet werden. Dieses erklärt auch des Fehlen von histologischen Veränderungen
bei unseren Versuchstieren, wie sie bei Untersuchungen mit Gd-DTPA bei ähnlichen
Konzentrationen und Versuchszeiträumen festgestellt wurden71,72. Da sich die beiden
Kontrastmittel nur durch eine Benzylgruppe unterscheiden, scheint diese für das
unterschiedliche Verhalten verantwortlich zu sein.
Die
demonstrierte
rasche
Verteilung
des
Kontrastmittels
innerhalb
des
Subarachnoidalraumes und die gute Detailerkennbarkeit sind zusätzliche Faktoren, die GdBOPTA für den intrathekalen diagnostischen Einsatz geeignet erscheinen lassen.
Die Fähigkeit in kleinsten Mengen ein deutliches Enhancement zu erzielen, führte sowohl
im tierexperimentellen Studienteil als auch in ersten klinischen Anwendungen zu
diagnostischen Resultaten, die ohne intrathekales Gd-BOPTA nicht hätten erzielt werden
können. Dies belegt den eigenständigen Wert dieser Untersuchungsmethode als spezielles
kernspintomographisches Verfahren für besondere Fragestellungen in Ergänzung zur
konventionellen MRT und CT-Myelographie.
70
Dies zeigt auch, dass es sich bei der Kontrastierung des Subarachoidalraumes mit
Gd-BOPTA nicht nur um eine diagnostische Alternative zur konventionellen Myelographie
handelt,
sondern
dass
diese
Anwendung
sowohl
röntgenologischen
als
auch
kernspintomographischen Standardverfahren bei besonderen Fragestellungen überlegen sein
kann.
71
8
Zusammenfassung
Die vorliegende Studie befasst sich mit dem intrathekalen Verhalten und der diagnostischen
Einsetzbarkeit des Kontrastmittels Gadobenate-Dimeglumine (Gd-BOPTA).
Nach in-vitro-Bestimmung der optimalen Konzentrationen in NaCl 0,9% und künstlichem
Liquor, erfolgte eine tierexperimentelle Studie an 25 Kaninchen. Hierbei wurden jeweils 3
Tieren Gd-BOPTA in verschiedenen Mengen (3, 50 und 80 µmol) durch zisternale
Punktion appliziert. Mannitol 20% diehnte bei 6 Tieren als equiosmolale Kontrollsubstanz.
Alle Tiere wurden anschließend kernspintomographisch untersucht und nach 3, 7 oder 28
Tagen seziert. Vor Gabe des Kontrastmittels und bei Ende des Versuches wurde
Proteinkonzentrationen und Leukozytenzahlen im Liquor bestimmt. Das ZNS wurde an
unterschiedlichen Lokalisationen histologisch auf toxische Reaktionen hin untersucht. Ein
Übertritt des Gd-BOPTA in neuronale Strukturen wurde kernspintomographisch und
histologisch nicht beobachtet. Die Beurteilung der Verteilung des Kontrastmittels innerhalb
des Subarachnoidalraumes erfolgte mittels
dynamischer Untersuchungen während
Kontrastmittelapplikation. Die Nachweisbarkeit von pathologischen Veränderungen wie
Stenosen und Liquorfisteln wurde an 4 Tieren getestet. Um zu differenzieren, ob sich
mögliche Änderungen der Liquorparameter auf das Kontrastmittel oder die Punktion selbst
zurückführen lassen, wurden 4 Kontrolltiere ohne Kontrastmittelaplikation jeweils im
Abstand von 3 Tagen punktiert und der gewonnene Liquor untersucht. Es konnten keine
toxischen Reaktionen auf das Kontrastmittel beobachtet werden. Die Erhöhung von
Zellzahlen und Proteinkonzentrationen im Liquor ließ sich auf die Punktion selbst und die
damit verbundene Traumatisierung des Subarachnoidalraumes zurückführen. Es zeigte sich
eine gute intrathekale Verteilung des Kontrastmittels. Kleinste anatomische Details stellten
sich deutlich dar. Experimentell erzeugte Stenosen und durale Fisteln wurden exakt
diagnostiziert.
In ersten klinischen Anwendungen an zwei Patienten war es möglich nach intrathekaler
Applikation die pathologischen Verhältnisse detailliert und nebenwirkungsfrei darzustellen.
Gd-BOPTA
scheint
eine
Alternative
zu
röntgenologischen
und
nativ
kernspintomographischen Verfahren zu sein. Möglicherweise ist es diesen bei besonderen
Fragestellungen sogar überlegen.
72
9
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81
10
Danksagung
Meinem Doktorvater Herrn Prof. Dr. med. M. Schumacher danke ich für die freundliche
Überlassung dieses interessanten, aktuellen Themas, für sein Interesse am Werdegang dieser
Arbeit und die schnelle Korrektur.
Mein besonderer Dank gilt Herrn Dr. med. A. Berlis, der mir bei der Bearbeitung dieser
Studie stets hilfreich, motivierend und fachkundig zur Seite stand.
Herrn PD Dr. med. Rauer danke ich für die freundliche Bereitschaft zur Zweitbegutachtung.
Folgenden Personen, die am Erfolg dieser Studie maßgeblich beteiligt waren, möchte ich
ebenfalls danken:
-
Herrn Dr. med. H. Miosczka und Herrn Dr. med. R. Kubalek für die Mitwirkung an
den ersten Tierexperimenten.
-
Herrn PD Dr. med. A. Pagenstecher (Abteilung Neuropathologie; Uniklinikum
Freiburg) für die Unterstützung bei der Erstellung und Beurteilung der histologischen
Schnitte.
-
Der Firma Altana (Byk Gulden, Konstanz), die die Arbeit großzügig finanziell
gefördert hat.
-
Herrn Dr. med. vet. H. Roth (Tierhygienisches Institut; Uniklinikum Freiburg), der
für die Pflege und veterinärmedizinische Betreuung der Tiere verantwortlich war.
-
Frau U. Raule und den anderen Mitarbeitern des Liquorlabors für die Hilfe bei den
laborchemischen Untersuchungen.
-
Herrn V. Kiselev, Ph.D. für geduldige Erklärungen zu Grundlagen der MR-Physik.
Ferner möchte ich sämtlichen Mitarbeitern der Abteilung Neuroradiologie für das
sympathische Umfeld, in dem ich diese Studie durchführen durfte, danken.
Nicht zuletzt möchte ich meinen Dank auch allen anderen aussprechen, die mich bei diesem
Vorhaben in irgendeiner Form unterstützt haben.
82
11
Curriculum Vitae
persönliche Daten:
Nils Andreas Krämer
geb. 19. Januar 1976 in Ulm
Eltern:
Dr. med. Wolf Krämer
Dr. med. Eva-Maria Krämer,
geb. Hackenbroch
Geschwister:
Anne Krämer
Schulische Ausbildung
1995
Abitur; Humboldt - Gymnasium, Ulm
08/1995 - 09/1996
Zivildienst im chirurgischen OP der Uniklinik Ulm
Universitäre Ausbildung
10/1996 - 09/1999
Studium der Humanmedizin, Universität Hamburg
09/1998
Ärztliche Vorprüfung
08/1999
1. Abschnitt der Ärztlichen Prüfung
10/1999 - 06/2003
Studium der Humanmedizin, Albert-Ludwigs-Universität, Freiburg
04/2002
2. Abschnitt der Ärztlichen Prüfung
05.2002 - 02.2003
Praktisches Jahr an der Uniklinik Freiburg und am Hammersmith
Hospital, Imperial College London, UK im Wahlfach Radiologie
08.05.2003
3. Abschnitt der Ärztlichen Prüfung
Famulaturen
in den Fächern Endokrinologie, Kradiologie und Radiologie
83
Wis senschaftl iche Tätigkeit
11/1998 - 03/1999
Molekularbiologische Forschung am Zentrum für molekulare
Neurobiologie Hamburg (ZMNH)
04/2000 – 2003
Experimentelle Dissertation: Prof. Dr. M. Schumacher; Sektion
Neuroradiologie; Promotion in der Sektion Neuroradiologie an der
Albert-Ludwigs-Universität, Freiburg
10/2001
Präsentation erster Daten: Contrast Media Research (CMR) 2001
05/2002
Poster - Deutschen Röntgengesellschaft (DRG), Wiesbaden.
08/2002
Poster - Symposium Neuroradiologicum, Paris.
08/2002
Publikation in Academic Radiology: Kramer, N., A. Berlis, et al.
(2002). "Intrathecal gadolinium-enhanced MR-cisternography:
depiction of the subarachnoidal space and evaluation of gadobenatdimeglumin-(Gd-BOPTA, "Multihance") toxicity in an animal
model and a clinical case."
12.08. – 25.11.2002
Radiologische Forschung am Hammersmith Hospital, Imperial
College, London zum Themengebiet „ Microbubble-UltrasoundContrast-Media“; Case Report: „Microbubble ultrasound
demonstrates a traumatic liver laceration.”, eingereicht bei American
Journal of Roentgenology.
08-09/ 2003
Poster („Intrathekales Gadolinium-BOPTA präsentiert multiple
Liquorfisteln bei einem Patienten mit Marfan Syndrom.”) und
Vortrag („MR-Zisternographie mit intrathekalem Gadobenate (GdBOPTA): Darstellung des anatomischen und pathologischen
Subarachnoidalraumes sowie Ermittlung der Neurotoxizität im
Tiermodell”) auf dem Kongress der Deutschen
Neuroradiologischen Gesellschaft 2003 in Lübeck sowie auf dem
Kongress der European Society of Neuroradiology 2003 in Istanbul