Die Hirnrezeptorszintigraphie, eine essenzielle Methode der Nuklearmedizin, ermöglicht die Visualisierung der Neurotransmitter-Transmission im Zentralnervensystem (ZNS). Diese Technik ist besonders wertvoll bei der Diagnose von neurologischen Störungen, die mit Veränderungen in der synaptischen Aktivität einhergehen.

Die Zellen des zentralen Nervensystems (ZNS) sind mit Axonen (langen Zellausläufern) ausgestattet, über die Informationen/Reize als elektrische Potentiale weitergeleitet werden können. Die Verbindungsstellen zwischen den Nervenzellen können von elektrischen Ladungen jedoch nicht einfach passiert werden, sodass der elektrische Reiz in einen biochemischen umgewandelt werden muss. Dieses geschieht an der Synapse (Zell-Zell-Kontakt mit Funktion der Erregungsübertragung), wo die ankommende Erregung einer Zelle zur Neurotransmitterfreisetzung in den synaptischen Spalt führt. Der Neurotransmitter diffundiert durch den synaptischen Spalt und bindet an spezifische Rezeptoren der postsynaptischen (nachgeschalteten) Nervenzelle, wodurch diese erregt wird. Der Reiz kann in dieser Zelle wieder elektrisch weitergeleitet werden oder ggf. andere Zellreaktionen auslösen.

Es existieren verschiedene zentralnervöse Erkrankungen, die mit Störungen der korrekten Informationsübertragung an Synapsen einhergehen (z. B. Morbus Parkinson). Unterschiedliche Aktionsphasen des Neurotransmitters wie seine Bildung, spezifische Rezeptorinteraktion oder Wiederaufnahme können beeinträchtigt sein, sodass eine Übererregung oder Untererregung der nachgeschalteten Nervenzelle resultiert.

Das Prinzip der nuklearmedizinischen Untersuchung beruht darauf, dass die synaptische Neurotransmission mit radioaktiv markierten Rezeptorliganden (Bindungspartner der Rezeptoren) sichtbar gemacht wird. Je nach Indikation wird der für das Transmittersystem passende Ligand verwendet, intravenös appliziert (verabreicht) und anschließend seine Anreicherung mithilfe der ausgestrahlten Radioaktivität gemessen. 

Beurteilbare Strukturen

• Basalganglien (Gruppe von Kerngebieten des Großhirnmarklager)
  • Dopaminerge Aktivität: Diese ist zentral für die Diagnose und Differenzierung von Parkinson-Syndromen und anderen Bewegungsstörungen. Die Basalganglien sind Schlüsselstrukturen in der Bewegungskoordination, und ihre dopaminerge Dysfunktion ist ein Hauptmerkmal bei Parkinson.
  • Tracer-Anwendung: [123I]FP-CIT und [18F]FDOPA sind häufig verwendete Tracer, um die Integrität des dopaminergen Systems zu beurteilen.
• Zerebraler Kortex (Großhirnrinde)
  • Glutamaterge und GABAerge Systeme: Wichtig für die Bewertung von Epilepsie, da Veränderungen in diesen Systemen zu epileptogenen Foci führen können.
  • Tracer-Anwendung: [123I]Iomazenil ist ein Benzodiazepin-Rezeptor-Antagonist, der zur Darstellung von GABA-Rezeptoren verwendet wird und Veränderungen in der Rezeptordichte oder -funktion aufzeigen kann.
• Limbisches System (Funktionseinheit des Gehirns, die der Verarbeitung von Emotionen und der Entstehung von Triebverhalten dient)
  • Affektive Störungen und Demenz: Tracer, die an spezifische Serotonin- oder Dopamin-Rezeptoren binden, können zur Untersuchung von Depressionen und Demenzerkrankungen eingesetzt werden.
  • Tracer-Anwendung: [18F]FDG wird häufig zur Beurteilung des Glukosemetabolismus in diesen Bereichen verwendet, was indirekt auf die neuronale Aktivität und Gesundheit schließen lässt.
• Hypothalamus (Teil des Zwischenhirns) und Hypophyse (Hirnanhangsdrüse)
  • Endokrine Störungen: Hier kann die Szintigraphie hilfreich sein, um die Funktion und die mögliche pathologische Aktivität dieser tief im Gehirn gelegenen Strukturen zu beurteilen.
  • Tracer-Anwendung: Spezifische Tracer für neuronale Rezeptoren oder die Durchblutung können verwendet werden, um diese Regionen zu untersuchen.
• Synapsen
  • Neurotransmitter-Transport und -Funktion: Die Fähigkeit, Neurotransmitter-Wechselwirkungen zu beobachten, bietet Einblicke in eine Vielzahl von psychiatrischen und neurologischen Störungen.
  • Tracer-Anwendung: Verschiedene markierte Neurotransmitter oder deren Analoga können die Funktionalität und die Integrität synaptischer Übertragungen darstellen.

Klinische Relevanz der beurteilbaren Strukturen

Die Hirnrezeptorszintigraphie liefert wertvolle Informationen über die funktionale Integrität der Neurotransmittersysteme im Gehirn. Diese Daten sind entscheidend für die Früherkennung, Diagnose und Behandlungsplanung von neurodegenerativen Krankheiten, Bewegungsstörungen und psychischen Erkrankungen. Die präzise Lokalisierung und Quantifizierung von Rezeptorbindungsstellen ermöglicht eine zielgerichtete Therapie, insbesondere bei Erkrankungen, bei denen pharmakologische Interventionen direkt an spezifischen Neurotransmitter-Systemen ansetzen.

Indikationen (Anwendungsgebiete)

Die Darstellung von Hirnrezeptoren lässt eine Aussage über die korrekte Funktion der Neurotransmission zu. Funktionelle Störungen können somit bereits sehr frühzeitig festgestellt werden, zum Teil vor Auftreten morphologischer Veränderungen oder sogar klinischer Symptomatik. Die Hirnrezeptorszintigraphie kann eingesetzt werden bei (Verdacht auf):

1. Basalganglienerkrankungen: Morbus Parkinson, Parkinson-Syndrome, Morbus Wilson, Chorea Huntington, Tremorsyndrome.
   • Erkrankungen der Basalganglien führen zu Störungen des Bewegungsablaufs. Abhängig von Lokalisation und Art der Schädigungen dominiert eine unterschiedliche klinische Symptomatik: Rigor (erhöhter Muskeltonus), Tremor (Zittern), Akinese (hochgradige Bewegungsarmut) oder überschießende Bewegungen (typisch für Chorea Huntington).
   • Die Trias aus Rigor, Tremor und Akinese ist ein typischer Symptomenkomplex, der als Parkinsonismus bezeichnet wird. Ursächlich ist meist der Morbus Parkinson, es können aber auch andere neurodegenerative Erkrankungen eine Rolle spielen. Je nach Ursache sind verschiedene Basalganglienanteile betroffen.
   • Die Hirnrezeptorszintigraphie ermöglicht, z. B. durch Darstellung des dopaminergen Systems (Synapsen, in denen Dopamin als Neurotransmitter verwendet wird), die Lokalisation der Basalganglienstörung zu bestimmen und erlaubt somit eine Differentialdiagnostik der Bewegungsstörungen.
2. Epilepsie (Krampfleiden): Es werden radioaktiv markierte Benzodiazepin-Rezeptor-Antagonisten eingesetzt, die eine verminderte Rezeptorbindung im anfallsauslösenden Herd aufweisen, sodass dieser in seiner Lokalisation nachgewiesen werden kann. Dieses wird zum Teil durch einen lokalen Nervenzellverlust erklärt.

Kontraindikationen (Gegenanzeigen)

Relative Kontraindikationen

• Laktationsphase (Stillphase) – das Stillen muss für 48 Stunden unterbrochen werden, um eine Gefährdung des Kindes zu verhindern.
• Wiederholungsuntersuchung – innerhalb von drei Monaten sollte aufgrund der Strahlenbelastung keine Wiederholung einer Szintigraphie durchgeführt werden.

Absolute Kontraindikationen

• Gravidität (Schwangerschaft)

Vor der Untersuchung

Je nach untersuchtem Neurotransmittersystem ist auf ein rechtzeitiges Absetzen ggf. eingenommener Medikamente zu achten. So müssen beispielsweise die bei Morbus Parkinson verwendeten Dopaminrezeptorantagonisten möglichst eine Woche vor Durchführung der Hirnrezeptorszintigraphie abgesetzt werden, damit eine unverfälschte Beurteilung der Dopaminrezeptoren möglich ist.

Das Verfahren

• Das Radiopharmakon (Tracer) wird dem Patienten intravenös appliziert. Es werden meist radioaktiv markierte Rezeptorantagonisten (binden an den Rezeptor und hemmen ihn) verwendet, die eine höhere Affinität zu den Rezeptoren aufweisen und im Gegensatz zu den natürlichen Liganden (Rezeptorbindungspartnern) langsamer abgebaut werden. Des Weiteren ist beim Radiopharmakon eine ausreichende Lipophilie (Fettlöslichkeit) Voraussetzung, um die Blut-Hirn-Schranke überwinden zu können.
• Nach der Applikation sollte eine genügende Verteilungszeit des Tracers beachtet werden. Nach der Passage der Blut-Hirn-Schranke kommt es bei den meisten Rezeptorliganden zunächst zu einer perfusionsabhängigen (durchblutungsabhängigen) Anreicherung, die für die Untersuchung jedoch irrelevant ist. Zwischen Applikation und Messung beträgt der Zeitabstand daher oft einige Stunden.
• Prinzipiell stehen radioaktiv markierte Liganden für nahezu alle Transmittersysteme zur Verfügung und werden teilweise für Forschungszwecke eingesetzt. Klinisch relevant sind vor allem Dopamin-Rezeptor-Antagonisten ([18F]FDOPA, [123I]FP-CIT) sowie Benzodiazepin-Rezeptor-Antagonisten ([123I]Iomazenil)
• Die messbare Anreicherungsintensität ist abhängig von der regionalen Dichte und Affinität der vorhandenen Neurorezeptoren, die wiederum mit der Art und Ausprägung der Erkrankung korreliert.
  
• Die Erfassung der Radioaktivität erfolgt mithilfe von SPECT-Systemen (Single Photon Emission Computed Tomography) mit dem Vorteil der 

Mögliche Befunde

• Normalbefund: Gleichmäßige und symmetrische Verteilung der Neurotransmitter-Aktivität entsprechend dem normalen Gehirnmetabolismus.
• Pathologischer Befund: Lokalisierte Abnahmen oder Erhöhungen der Tracer-Anreicherung, die auf neurologische Erkrankungen oder Störungen hinweisen können.

Nach der Untersuchung

• Überwachung auf mögliche sofortige Reaktionen auf das Radiopharmakon.
• Empfehlung, zur Förderung der Ausscheidung des Radiopharmakons und zur Reduktion der Strahlenexposition ausreichend Flüssigkeit zu sich zu nehmen.

Mögliche Komplikationen

• Bei der intravenösen Applikation des Radiopharmakons kann es zu lokalen Gefäß- und Nervenläsionen (Verletzungen) kommen.
• Die Strahlenbelastung durch das verwendete Radionuklid ist eher als gering einzustufen. Trotzdem ist das theoretische Risiko eines strahleninduzierten Spätmalignoms erhöht, sodass eine Nutzen-Risiko-Abwägung erfolgen sollte.

Literatur

1. Hermann HJ: Nuklearmedizin. Elsevier Verlag 2004
2. Schober O: Nuklearmedizin: Basiswissen und klinische Anwendung. Schattauer Verlag 2007
3. Golenhofen K: Basislehrbuch Physiologie. Elsevier Verlag 2006
4. Trepel M: Neuroanatomie – Struktur und Funktion. Elsevier Verlag 2004