Transkranielle Photobiomodulation zur Behandlung von Demenz und Alzheimer-Krankheit

Ergebnisse der jüngsten Studien, die Rolle des glymphatischen Systems und andere Mechanismen

Unterm Strich

Die transkranielle PBM ist ein neuer und sehr vielversprechender Ansatz zur Behandlung von Demenz und insbesondere der häufigsten Form der Alzheimer-Krankheit. Eine Überprüfung präklinischer und klinischer Studien sowie zusätzlicher Humanstudien ergab durchweg signifikante positive klinische Ergebnisse. Auch das Pflegepersonal kann von der verbesserten Unabhängigkeit der Patienten profitieren. Dieser Artikel enthält kurze Zusammenfassungen einiger dieser Studien. Er befasst sich auch mit den zugrundeliegenden Wirkmechanismen und erklärt insbesondere, wie PBM die Funktion des glymphatischen Systems und damit den Abbau von Beta-Amyloid-Protein-Aggregationen, die ein pathologisches Merkmal der Alzheimer-Krankheit sind, verbessern kann.

Einleitung: Kurze Fakten über Demenz und die Alzheimer-Krankheit

In meinem letzten Beitrag habe ich die wichtigsten Mechanismen der transkraniellen Photobiomodulationstherapie zusammengefasst. Lassen Sie uns nun einen tieferen Blick auf eine ihrer bekanntesten Anwendungen werfen: Demenz und Alzheimer-Krankheit.

Die WHO schätzt, dass im Jahr 2020 weltweit mehr als 55 Millionen Menschen an Demenz erkrankt sein werden. Jährlich treten mehr als 10 Millionen neue Fälle auf, was einem neuen Fall alle drei Sekunden entspricht und bis 2030 zu schätzungsweise 78 Millionen und bis 2050 zu 139 Millionen Fällen führen wird [1].

Demenz selbst ist keine spezifische Krankheit, sondern eher ein Oberbegriff, der eine Vielzahl von Symptomen umfasst, wie z. B

- nachlassendes Gedächtnis,

- nachlassen des Denkvermögens, der Urteilskraft und der Denkfähigkeiten

- veränderungen im Verhalten und in der Fähigkeit, Sprache zu verwenden

- verminderte Aufmerksamkeit und Konzentration.

Die soziale Belastung durch Demenz wird noch deutlicher, wenn wir bedenken, dass die Krankheit nicht nur die Patienten selbst betrifft, sondern auch viele Menschen in ihrem sozialen Umfeld.

Der Begriff Alzheimer-Krankheit wird oft als Synonym für Demenz verwendet, obwohl er eigentlich nur eine bestimmte Form der Demenz beschreibt. Sie ist jedoch die häufigste Form und macht 60-70 % aller Demenzfälle aus [1]. Im Vergleich zu anderen Demenztypen zeichnet sie sich durch zwei spezifische Merkmale aus: Die Anhäufung von Beta-Amyloid-Plaques und die Verknäuelung des Tau-Proteins.

Die derzeitigen Demenz- und Alzheimer-Behandlungen konzentrieren sich auf die Verbesserung von Symptomen wie Gedächtnisverlust und Denkstörungen, können aber den zugrunde liegenden Verfall und das Absterben von Gehirnzellen nicht aufhalten und somit auch nicht das Fortschreiten der Krankheit.

Vor diesem Hintergrund liegt es auf der Hand, dass zusätzliche Maßnahmen dringend erforderlich sind, um eine der größten gesundheitlichen Herausforderungen der Gesellschaft zu bewältigen. Die transkranielle Photobiomodulation ist genau das, eine vielversprechende neue Intervention zur Behandlung von Demenz im Allgemeinen und der Alzheimer-Krankheit im Besonderen. Werfen wir einen Blick auf die Studien, die es bereits gibt.

Überblick über präklinische und klinische PBM-Studien zur Demenz (2021)

In einer 2021 im "Journal of Alzheimer's Disease" veröffentlichten Übersichtsarbeit werden 36 veröffentlichte Artikel überprüft, von denen neun an Zellkulturen, siebzehn an Tieren und zehn am Menschen durchgeführt wurden. Bemerkenswert ist, dass alle diese Studien zu positiven klinischen Ergebnissen führten. Darüber hinaus wurde hervorgehoben, dass die Intervention frei von Nebenwirkungen und "bemerkenswert" einfach in der Anwendung ist [2].

Weitere Studien am Menschen seit 2021

Seit 2021 sind weitere Humanstudien veröffentlicht worden.

Eine Studie in "Aging and Disease" [3] verglich die Wirkung einer tPBM-Therapie, die zweimal täglich für 6 Minuten während acht Wochen verabreicht wurde, mit einer Scheintherapie mit einem Scheingerät. Bereits nach sieben Tagen berichteten die Patienten der Studiengruppe über eine verbesserte Schlafqualität. Nach zwei bis drei Wochen berichteten die Patienten der Studiengruppe über weniger Angstzustände, eine bessere Stimmung, mehr Energie und bessere kognitive Funktionen sowie einen positiveren Tagesablauf. Diese Ergebnisse können als signifikante klinische Wirkungen angesehen werden und zeigen, dass schnell Ergebnisse erzielt werden können, wenn die Behandlung mit hoher Frequenz durchgeführt wird. Erwähnenswert ist, dass die täglichen Interventionen bequem in den Wohnungen der älteren Patienten durchgeführt wurden, ohne dass über Nebenwirkungen berichtet wurde.

Eine in der Zeitschrift Photobiomodulation, photomedicine, and laser surgery" veröffentlichte randomisierte klinische Studie mit 32 Demenzpatienten ergab, dass sich die kognitiven Funktionen der Patienten, die mit tPBM behandelt wurden, im Vergleich zu einer Kontrollgruppe signifikant verbesserten (gemessen mit dem Minimental State Examination und dem Clinical Dementia Rating Test) [4]. Die verbesserten kognitiven Funktionen gingen mit einer verbesserten Lebensqualität und einer größeren Unabhängigkeit im täglichen Leben einher, wodurch auch die pflegenden Angehörigen entlastet wurden.

Eine doppelblinde, randomisierte Studie mit 53 Alzheimer-Patienten berichtete über die Auswirkungen von 40 tPBM-Behandlungen innerhalb von acht Wochen, wobei jede Behandlung 25 Minuten dauerte. Neben verbesserten allgemeinen kognitiven Funktionen zeigten die Patienten der Studiengruppe insbesondere geringere Zeiten für die Ausführung von Aufgaben, längere Aufmerksamkeitsspannen und - bemerkenswerterweise - eine hohe Therapietreue (92,5 % der Patienten waren in der Lage, die Therapie wie geplant durchzuführen) [5]. Dies unterstreicht die Durchführbarkeit des Ansatzes für Alzheimer-Patienten, die nicht automatisch für alle Behandlungen gegeben ist.

Zwei weitere Humanstudien untersuchten unter EEG-Validierung speziell die Auswirkungen von tPBM auf neuronale Oszillationen und in der Folge die Auswirkungen auf Demenz und Alzheimer [6,7]. Im Folgenden erfahren Sie mehr über die Beweggründe für diesen Ansatz.

Wie wirkt die tPBM auf Demenz/Alzheimer-Krankheit? Ein tieferer Einblick in das glymphatische System

In meinem letzten Beitrag habe ich erklärt, wie die tPBM im Allgemeinen funktionieren kann, und wir können dieses Wissen auf unser Verständnis dafür übertragen, wie einige der typischen Merkmale von Demenz und Alzheimer durch PBM behandelt werden können. Dazu gehören

- beeinträchtigung der Hirngefäße,

- neuroinflammation,

- beeinträchtigung der mitochondrialen Funktion,

- oxidative Schäden,

- sowie den Verlust von Dendriten, Synapsen und Neuronen [8].

Spezifische pathologische Merkmale der Alzheimer-Krankheit sind das Auftreten von neurofibrillären Knäueln und abnormale Mengen an Beta-Amyloid-Proteinansammlungen, die neurotoxisch sind und die Zellfunktion stören. Dies führt letztlich zu Gedächtnisverlust und kognitivem Abbau.

Während das Beta-Amyloid-Protein natürlich vorkommt und auch bei gesunden Menschen zu finden ist, scheinen seine abnormal hohen Konzentrationen den Ausbruch der Alzheimer-Krankheit zu verursachen. In einem gesunden Gehirn entfernt das glymphatische System genügend Beta-Amyloid-Protein aus dem Körper. Bei Alzheimer-Patienten scheint das glymphatische System nicht mehr in der Lage zu sein, das Protein in ausreichendem Maße zu beseitigen.

Hier möchte ich näher darauf eingehen, wie die tPBM dazu beitragen kann, das Beta-Amyloid-Protein über das glymphatische System (das Lymphsystem des Gehirns) abzubauen. Das "g" bezieht sich auf die "Gliazellen", die Stützzellen des Nervensystems).

Zur Erläuterung der Funktionsweise des glymphatischen Systems ist folgendes zu sagen: Zerebrospinalflüssigkeit fließt durch die perivaskulären Räume, die die Arterien umgeben. Von dort wird sie über ein Wasserkanalprotein namens Aquaporin-4 in den Interstitialraum des Gehirns weitergeleitet, wo sie alle möglichen Stoffwechselabfallprodukte aufnimmt, um das Gehirn von Stoffen zu befreien, die die Homöostase beeinträchtigen könnten. Aus dem interstitiellen Bereich wird es dann in den perivaskulären Raum um die Venen geschoben. Der gesamte Prozess wird durch arterielle Pulsationen angetrieben. Die Flüssigkeit verlässt dann das Gehirn über eine Reihe von Lymphgefäßen in den Hirnhäuten und wird in die zervikalen Lymphknoten abgeleitet [9].

Laut einer kürzlich erschienenen Übersichtsarbeit [10] gibt es vier Mechanismen, durch die PBM die natürliche Funktion des glymphatischen Systems verbessern und dadurch zu einem verbesserten Abtransport von Beta-Amyloid-Protein führen kann:

- Die PBM kann den Fluss des Liquors stimulieren, indem sie die Struktur der Wassermoleküle verändert, die Flüssigkeit weniger viskos macht und sie freier fließen lässt.

- PBM kann Proteinaggregationen (insbesondere Beta-Amyloid-Aggregationen) abbauen.

- PBM kann die Durchlässigkeit der Aquaporin-4-Wasserkanäle erhöhen, so dass mehr Flüssigkeit durch das Gehirn fließen kann.

- PBM kann die Lymphgefäße erweitern, vermutlich aufgrund der Freisetzung von Stickstoffmonoxid als Folge der Photonenabsorption in der Cytochrom-c-Oxidase.

In Übereinstimmung mit diesen vorgeschlagenen Mechanismen haben drei Studien an Mäusen in Alzheimer-Mausmodellen bereits gezeigt, dass PBM den Abbau von Beta-Amyloid aus dem Gehirn stimuliert [11-13]. In der nachstehenden Literatur können Sie noch tiefer eintauchen.

Welche anderen Mechanismen könnten noch im Spiel sein?

Neben der Bedeutung des glymphatischen Systems konzentriert sich die Forschung auch auf die Verbindung zwischen Photobiomodulation und neuronalen Oszillationen. Es gibt inzwischen stichhaltige Beweise dafür, dass die Anwendung verschiedener Wellenlängen die oszillatorische Aktivität in Neuronen erheblich verändern kann [14]. Demenz und Alzheimer-Krankheit werden häufig mit dysrhythmischen Gamma-Wellen in Verbindung gebracht [15]. Dementsprechend können Behandlungsparameter, die die Gamma-Amplituden erhöhen, in solchen Fällen wirksame Interventionen sein. In der Tat konnte 810 nm-Licht, das mit 40 Hz gepulst wurde, in einer in Nature veröffentlichten Pilotstudie am Menschen bereits erfolgreich die Gamma-Wellen erhöhen [16].

Eine kurze Zusammenfassung und ein Ausblick

Die bisher veröffentlichten Studienergebnisse sind durchweg positiv und zeigen nicht nur positive Auswirkungen für die Patienten selbst, sondern lassen auch vermuten, dass das Pflegepersonal von der verbesserten Unabhängigkeit der Patienten profitieren kann. Allerdings sind die Ergebnisse durch die relativ kleinen Stichprobengrößen begrenzt, und es ist noch nicht klar, welche Stadien des Krankheitsverlaufs wirksam behandelt werden können. Weitere Forschungsarbeiten sind bereits im Gange, und ich persönlich glaube, dass sich diese Behandlung in den nächsten Jahren zur Standardbehandlung von Demenz- und Alzheimer-Patienten entwickeln wird.

Haftungsausschluss

Ich bin kein Mediziner und die obigen Ausführungen sind nicht als medizinischer Rat gedacht, sondern geben lediglich mein persönliches Verständnis des Themas wieder.

Literatur

[1] https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/dementia

[2] Salehpour, F., Khademi, M., & Hamblin, M. R. (2021). Photobiomodulationstherapie bei Demenz: A Systematic Review of Pre-Clinical and Clinical Studies. Journal of Alzheimer's Disease : JAD, 83(4), 1431-1452.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33935090/

[3] Nizamutdinov, D., Qi, X., Berman, M. H., Dougal, G., Dayawansa, S., Wu, E., Yi, S. S., Stevens, A. B., & Huang, J. H. (2021). Transkranielle Nahinfrarot-Lichtstimulationen verbessern die Kognition bei Patienten mit Demenz. Aging and Disease, 12(4), 954-963.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8219492/

[4] Kheradmand, A., Donboli, S., Tanjani, P. T., Farhadinasab, A., Tabeie, F., Qutbi, M., & Kordmir, T. (2022). Therapeutische Auswirkungen der Low-Level-Lasertherapie auf die kognitiven Symptome von Patienten mit Demenz: Eine doppelblinde, randomisierte klinische Studie. Photobiomodulation, Photomedizin, und Laserchirurgie, 40(9), 632-638.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36126290/

[5] Blivet, G., Relano-Gines, A., Wachtel, M., & Touchon, J. (2022). Eine randomisierte, doppelblinde und scheinkontrollierte Studie über eine innovative Photobiomodulationstherapie für das Gehirn und den Darm: Sicherheit und Patienten-Compliance. Journal of Alzheimer's Disease : JAD, 90(2), 811-822.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36189591/

[6] Spera, V., Sitnikova, T., Ward, M. J., Farzam, P., Hughes, J., Gazecki, S., Bui, E., Maiello, M., De Taboada, L., Hamblin, M. R., Franceschini, M. A., & Cassano, P. (2021). Pilotstudie über dosisabhängige Effekte der transkraniellen Photobiomodulation auf elektrische Hirnschwingungen: Ein potenzielles therapeutisches Ziel bei der Alzheimer-Krankheit. Journal of Alzheimer's Disease : JAD, 83(4), 1481-1498.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34092636/

[7] Vrankic, M., Vlahinić, S., Šverko, Z., & Markovinović, I. (2022). EEG-validierte Photobiomodulationsbehandlung von Demenz - Fallstudie. Sensors (Basel, Schweiz), 22(19), 7555.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36236654/

[8] Bathini, M., Raghushaker, C. R., & Mahato, K. K. (2022). Die molekularen Wirkmechanismen der Photobiomodulation gegen neurodegenerative Erkrankungen: A Systematic Review. Zelluläre und molekulare Neurobiologie, 42(4), 955-971.

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[9] Valverde, A., Hamilton, C., Moro, C., Billeres, M., Magistretti, P., & Mitrofanis, J. (2023). Lichter in der Nacht: Verbessert die Photobiomodulation den Schlaf? Neural regeneration research, 18(3), 474-477.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36018149/#:~:text=Wir%20schlagen%20vor,dass%20transkranielle%20nächtliche,die%20Qualität%20ihres%20Schlafs.

[10} Salehpour, F., Khademi, M., Bragin, D. E., & DiDuro, J. O. (2022). Photobiomodulationstherapie und das glymphatische System: Promising Applications for Augmenting the Brain Lymphatic Drainage System. Internationale Zeitschrift für Molekularwissenschaften, 23(6), 2975.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8950470/

[11] Zinchenko, Ekaterina & Klimova, Maria & Mamedova, Aysel & Agranovich, Ilana & Blokhina, Inna & Antonova, Tatiana & Terskov, Andrey & Shirokov, Alexander & Navolokin, Nikita & Morgun, A. & Osipova, Elena & Boytsova, Elizaveta & Yu, Tingting & Zhu, Dan & Kurths, Juergen & Semyachkina-Glushkovskaya, Oxana. (2020). Photostimulation der Extravasation von Beta-Amyloid durch das Modell der Blut-Hirn-Schranke. Elektronik. 9. 1056. 10.3390/electronics9061056.

https://www.researchgate.net/publication/342526465_Photostimulation_of_Extravasation_of_Beta-Amyloid_through_the_Model_of_Blood-Brain_Barrier/citation/download

[12] Semyachkina-Glushkovskaya O., Klimova M., Iskra T., Bragin D., Abdurashitov A., Dubrovsky A., Khorovodov A., Terskov A., Blokhina I., Lezhnev N., et al. Transcranial Photobiomodulation of Clearance of Beta-Amyloid from the Mouse Brain: Auswirkungen auf die meningeale Lymphdrainage und die Blutsauerstoffsättigung des Gehirns. Adv. Exp. Med. Biol. 2021;1269:57-61. doi: 10.1007/978-3-030-48238-1_9.

[13] Zinchenko E., Navolokin N., Shirokov A., Khlebtsov B., Dubrovsky A., Saranceva E., Abdurashitov A., Khorovodov A., Terskov A., Mamedova A., et al. Pilot study of transcranial photobiomodulation of lymphatic clearance of beta-amyloid from the mouse brain: Bahnbrechende Strategien für die nicht-pharmakologische Therapie der Alzheimer-Krankheit. Biomed. Opt. Express. 2019;10:4003-4017. doi: 10.1364/BOE.10.004003.

[14] Liebert, A., Capon, W., Pang, V., Vila, D., Bicknell, B., McLachlan, C., & Kiat, H. (2023). Photophysikalische Mechanismen der Photobiomodulationstherapie als Präzisionsmedizin. Biomedicines, 11(2), 237.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36830774/

[15] Mably, A.J.; Colgin, L.L. Gamma-Oszillationen bei kognitiven Störungen. Curr. Opin. Neurobiol. 2018, 52, 182-187.

[16] Zomorrodi, R., Loheswaran, G., Pushparaj, A. et al. Pulsed Near Infrared Transcranial and Intranasal Photobiomodulation Significantly Modulates Neural Oscillations: a pilot exploratory study. Sci Rep 9, 6309 (2019).

https://www.nature.com/articles/s41598-019-42693-x#citeas