Das Klinikum

Hirnstimulation verändert den Stoffwechsel

Stimulation des Vagusnervs beeinflusst den Magen - aktuell publiziert in Brain Stimulation

Körpereigene Signale spielen eine wesentliche Rolle bei der Steuerung unseres Energiehaushalts. Wenn wir beispielsweise etwas essen, helfen uns Empfindungen wie Geruch und Geschmack bei der Vorbereitung der passenden Verdauung der Nahrung. Signale aus dem Magen liefern dabei eine wichtige Rückmeldung an das Gehirn, die wir als Sättigung empfinden. Das können zum Beispiel der Nährwert des Essens oder die Ausdehnung des Magens durch das Volumen des Inhalts sein. Der Vagusnerv spielt bei dieser Kommunikation zwischen Gehirn und Körper eine zentrale Rolle und kann mit einer elektrischen Stimulation am Ohr gezielt angeregt werden. Wissenschaftler am Uniklinikum Tübingen konnten jetzt zeigen, dass man die Aktivität des Magens über eine Hirnstimulation ausgehend vom Vagusnerv beeinflussen kann.

Die Studie

Viele grundlegende Prozesse des Körpers wie die Nahrungsaufnahme werden über Regionen im Hirnstamm mit gesteuert. Um eine experimentelle Steuerung dieser Vorgänge bei gesunden Personen nachzuweisen, wurde bei den Studienteilnehmern der Vagusnerv gezielt stimuliert.

Während die Stimulation des Vagusnervs über ein implantiertes Gerät bereits seit längerem bei der Behandlung von therapie-resistenter Depression eingesetzt wird, gibt es erst seit einigen Jahren Geräte, die es möglich machen den Vagusnerv von außen über die Haut zu stimulieren. Für diese Stimulation wird eine Elektrode so am Ohr platziert, dass ein geringer Stromfluss bereits genügt, um einen Ast des Vagusnervs anzuregen. Dieser Ast des Vagusnervs verläuft bis in den Hirnstamm. 

Geprüft wurde bei gesunden Erwachsenen die Wirkung der Vagusnerv-Stimulation auf den Energiestoffwechsel.
 Der Energiestoffwechsel wurde für die Studie durch zwei unterschiedliche Methoden untersucht: Zum einen durch indirekte Kalorimetrie, die es ermöglicht, den Grundumsatz an Energie festzustellen. Der Grundumsatz drückt aus, wie viele „Kalorien“ wir am Tag verbrennen und kann genutzt werden, um den eigenen Energiebedarf exakt zu bestimmen. Zum zweiten wurde ein Elektrogastrogramm gemessen, um die Aktivität des Magens zu untersuchen. Zur Unterstützung der Verdauung zieht sich der Magen in einer bestimmten Frequenz zusammen, die von Schrittmacherzellen des Magen-Darm-Trakts vorgegeben wird. Muss Nahrung verdaut werden, so steigt die Frequenz und damit auch die Bewegung des Verdauungstrakts. Wird die Verdauung nicht benötigt, so sinkt die Frequenz wieder, um Ressourcen für andere Prozesse freizugeben. Die Aktivität der Schrittmacherzellen erzeugt wiederum an der Haut geringe elektrische Signale, die mit auf der Haut aufgeklebten Elektroden gemessen werden können, ähnlich wie bei einem EKG die Herztätigkeit mittels Elektroden aufgezeichnet wird.

Um die Auswirkungen der Vagusnerv-Stimulation zu prüfen, wurden alle Teilnehmer an zwei aufeinanderfolgenden Tagen untersucht. An beiden Tagen wurde vor dem Beginn der Stimulation der aktuelle Zustand des Energiestoffwechsels bestimmt. Weiterhin wurde zuvor zufällig festgelegt, an welchem der beiden Tage die Teilnehmer eine Stimulation am Vagusnerv erhalten und wann eine andere Region am Ohr stimuliert wurde, die den Vagusnerv nicht beeinflusst. Die Stimulation folgte im Anschluss an die Messung des Ausgangszustands, um die Veränderungen durch die Stimulation direkt zu messen und sie zwischen Untersuchungstagen vergleichen zu können. 

Ergebnis

Als Folge der Vagusnerv-Stimulation wurde eine deutliche Verlangsamung der Schrittmacherzellen des Magens beobachtet, was zu einer langsameren Verdauung führen sollte. Auf den Grundumsatz hatte die Stimulation keine akute Auswirkung. Die Ergebnisse zeigen, dass man die Aktivität des Magen über eine Hirnstimulation ausgehend vom Ohr beeinflussen kann, wohingegen der Grundumsatz an Energie vermutlich erst über einen längeren Zeitraum und in Wechselwirkung mit der Verdauung verändert werden kann. 

Ausblick

Die Ergebnisse weisen auf das große Potenzial der Methode der Vagusnerv-Stimulation hin. Die Schaltstelle zwischen Körper und Gehirn ist wichtig für unsere Gesundheit, da Veränderungen in der Wahrnehmung von körpereigenen Signalen häufig ein Merkmal von psychischen Störungen wie Depressionen oder Essstörungen sind. In der Zukunft könnte es denkbar sein, mit einem Stimulationsgerät körpereigene Signale „vorzutäuschen“, beispielsweise, um dem Körper bei leerem Magen zu signalisieren, dass Nahrung vorhanden ist. Oder – bei Depressionen – durch diese körpereigene Stellschraube die Motivation und die Stimmung zu verbessern. Diese Nachahmung von körpereigenen Signalen könnte folglich bei der Behandlung von Erkrankungen wie Depression und Essstörungen helfen, da diese in den Symptomen auch oft eine enge Verknüpfung aus Ernährung, Energiestoffwechsel und Stimmung zeigen. Dr. Kroemer, Studienleiter im Forschungsbereich Translationale Psychiatrie der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie am Uniklinikum Tübingen: „Unser Ziel ist es, zu verstehen, wie man dieses Tor zum motivationalen System des Gehirns für mögliche Therapien am besten nutzbar machen kann.“

Probanden gesucht

Weitere Studien sind geplant, u.a. für Untersuchungen mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (Kernspin) zu den Veränderungen im Gehirn in Folge der Stimulation und dem Einfluss auf den Magen. Teilnehmer, die unter Depressionen und/oder Essstörungen leiden und gesunde Teilnehmer (u.a. als Vergleichsgruppe für die Studien mit Patienten) können sich melden unter 07071/29-62496 oder neuromadlab@klinikum.uni-tuebingen.de. Weitere Informationen gibt es auch unter www.neuromadlab.com 

Titel der Originalpublikation
Non-invasive stimulation of vagal afferents reduces gastric frequency
 Autoren: Vanessa Teckentrup, Sandra Neubert, João C.P. Santiago, Manfred Hallschmid, Martin Walter, Nils B. Kroemer
Brain Stimulation, 01.03.2020
https://doi.org/10.1016/j.brs.2019.12.018