Normalerweise funktioniert unser Magen-Darm-System, ohne dass wir uns darüber bewusst Gedanken machen müssten. Dennoch ist es auf Impulse aus dem Gehirn angewiesen, die über den Vagusnerv und die Sakralnerven im Kreuzbein übertragen werden. Ist diese Verbindung gestört, können die Muskeln des Verdauungssystems nicht mehr richtig arbeiten. Bei manchen Patienten kommt es zu Lähmungen des Darms und in der Folge zu schwerer Verstopfung. Andere verlieren die Kontrolle über ihren Schließmuskel und können ihren Stuhl nicht mehr halten.
Impulse oder kontinuierliche Stimulation?
„Elektrostimulation kann dabei helfen, die gestörte Interaktion zwischen Darm und Gehirn wiederherzustellen“, erklären Bradley Barth und Warren Grill von der Duke University in North Carolina. „Die geeigneten Stimulationsmuster, um jede Erkrankung optimal zu behandeln, sind jedoch noch unbekannt. Beispielsweise kann die Aktivität der Sakralnerven die Darmmotilität sowohl erhöhen als auch verringern.“ Dennoch werden sowohl Stuhlinkontinenz als auch Verstopfung bisher auf die gleiche Weise behandelt, üblicherweise mit kontinuierlicher Stimulation. Zumindest bei Verstopfung ist allerdings bislang unklar, ob diese Therapie tatsächlich über den Placeboeffekt hinaus wirkt.
Barth und Grill haben sich deshalb auf die Suche nach geeigneteren Stimulationsmustern begeben. Dazu entwickelten sie zunächst ein Computermodell der Darmbewegungen. Zudem isolierten sie das Darmgewebe von Mäusen und testeten daran verschiedene Stimulationsmuster. Dabei zeigte sich, dass gezielt gesetzte Impulse die Darmbewegungen besser ankurbeln als eine kontinuierliche Stimulation. „Eine kontinuierliche Stimulation in einer Frequenz, die üblicherweise für klinische Behandlungen verwendet wird, löste zwar unmittelbar zu Beginn der Stimulation Kontraktionen aus, danach jedoch deutlich seltener“, berichten die Forschenden. Setzten sie dagegen nur einmal pro Minute einen fünfsekündigen elektrischen Impuls, reagierte der Darm nicht nur am Anfang, sondern auch bei den folgenden Impulsen mit Kontraktionen.
Versuche mit Imodium-Ratten
Um die Übertragbarkeit auf lebende Tiere zu testen, verabreichten Barth und Grill Ratten eine hohe Dosis des Medikaments Loperamid, dem Wirkstoff des Anti-Durchfallmittels Imodium, um ihren Darm zu lähmen und Verstopfung auszulösen. Anschließend behandelten sie die Tiere, indem sie ihre Sakralnerven auf verschiedene Weise stimulierten. Dabei bestätigten sich die zuvor gewonnenen Ergebnisse: Während kontinuierliche Stimulationen nur einen geringen Effekt hatten, sorgten einzelne Impulse dafür, dass sich die Verdauung der Ratten wieder normalisierte.
Eine Erklärung liegt laut Barth und Grill darin, dass auf die einzelnen Darmkontraktionen jeweils eine Refraktärzeit folgt, innerhalb derer auch eine erneute Stimulation keine weitere Kontraktion auslösen kann. Im Gegenteil kann eine Stimulation zum falschen Zeitpunkt die folgenden Kontraktionen sogar verzögern oder schwächen. Kommen die Impulse dagegen genau im richtigen Abstand, können sie ihre Wirkung optimal entfalten. Aus Sicht der Forschenden legen diese Ergebnisse die Grundlage für zukünftige klinische Studien, die testen, ob auch menschliche Patienten von einer Elektrostimulation mit einzelnen Impulsen profitieren können.
