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Die Geschichte des Zungenmuskel-Trainings (ZMT®)

Hans-Werner Gessmann

Bereits zu Beginn der 70er Jahre untersuchten Sauerland und Mitchell [44,45] die atemsynchron-phasische tonische Aktivität des Musculus genioglossus elektromyographisch. Mit  Harper veröffentlichte Sauerland 1976 einen Artikel über die Bedeutung der Zunge und die elektromyographische Aktivität des M. genioglossus im Schlaf [46] sowie 1978 zur Rolle der Zunge bei Schlafapnoe [21]. Im selben Jahr konnten Remmers et al. den Zusammenhang zwischen pharyngealem Unterdruck und der Muskelaktivität speziell des M. genioglossus in Relation zur Schlafapnoe nachweisen [43]. Es folgten weitere Artikel im Zusammenhang dieses Themas von Guillemineault et al., Brouilette und Thach, Strohl et al., Mathew et al., Jeffries et al., Hudgel et al. und anderen [20,5,6,53,34,27,26].

Erstmalig wurde 1988 von Surrat et al. eine vergleichende Studie zur phasischen Aktivität der dilatierenden Muskeln der oberen Luftwege während der Einatmung bei Patienten mit obstruktivem Schlafapnoe-Syndrom und gesunden Kontrollpersonen durchgeführt [54]. Während bei den Kontrollpersonen so gut wie keine Muskelaktivität festgestellt werden konnte, war sie bei den OSAS-Patienten vorhanden, wenn nicht gar erhöht. Die Autoren beobachteten, dass junge, gesunde Personen mit einem geringen Widerstandslevel auch ein geringes Level phasischer Muskelaktivität, Patienten mit einem hohen Level an Luftwegswiderstandes hingegen ein weitaus höheres Level an Muskelaktivität aufwiesen. Suratt et al. nahmen daher einen kompensatorischen Prozess zur Erweiterung der Atemwege bei gefährdeter Atemwegs­frei­haltung oder drohender Atemwegs­ver­legung an [54].

Bezogen auf Suratt et al. schreiben Kryger et al. 1994 [29a]: ?Unter Umständen ist aber der Grad der Erweiterung ungenügend, um die Kräfte zu überwinden, die die Tendenz haben, die oberen Luftwege zu verengen. So ist es vernünftig, über eine externe Verstärkung der oberen Luftwegsdilatoren zu spekulieren, um während der Perioden der luminalen Verengung gegen die okkludierenden Kräfte wirksam zu sein. Auf dieser Linie liegt es, wenn Miki et al. demonstrierten, dass elektrische Anregung des musculus genioglossus mit einer Frequenz von etwa 50 Hz bei anästhesierten Hunden zu einer Reduzierung des oberen Luftwegswiderstands führte.?

Nachdem 1983 Gottfried et al. [17] und van de Graaff et al. 1984 [55] darüber berichtet hatten, dass elektrische Stimula-tion der hyoidalen Muskulatur bei anästhetisierten Hunden den Widerstand der oberen Luftwege reduziert, führten Miki et al. 1988 ebenfalls Untersuchungen zur Wirkung elektrischer Stimulation speziell des Musculus genioglossus bei anästhetisierten Hunden durch. Dabei konnten sie zeigen, dass bei einer Frequenz ab 50 Hz der obere Luftwegswiderstand am geringsten war und sich eine maximale Öffnung einstellte [37].

In einer kleinen Studie mit 6 OSAS-Patienten konnten dieseben 1989 demonstrieren, dass durch submentale elektrische Stimulation des Genioglossus mit 15 bis 40 Volt und 50 Hz während des Schlafes die durchschnittliche Häufigkeit von behindernden Apnoen von 29 auf 2 Ereignisse pro Schlafstunde abnahm [38]. Der Auslöser der elektrischen Stimulation war jeweils der fehlende tracheale Luftstrom über 5 Sekunden [29a]. Verglichen mit Kontrollnächten ohne elek­trische Stimulation konnten die Autoren wiederholbare signifikante Verbesserungen der nächtlichen Atmungsparameter feststellen.

[Der Apnoe-Index, Apnoe-Zeit / Gesamt-Schlafzeit, die längste Apnoe-Dauer, die Anzahl der Sauerstoffsättigungswerte unter 85% in Zeit/Stunden sanken signifikant. Die geringste arterielle Sauerstoffsättigung und die Dauer der Schlafphasen III und IV nahmen signifikant zu.] 

Submentale elektrische Stimulation des M. genioglossus während des Schlafes verringert diesen Ergebnissen zufolge das Auftreten von obstruktiven Apnoen. ?Eine statistisch, aber klinisch nicht bedeutsame Verkleinerung trat in der Häufigkeit von gemischten Apnoen und keine Veränderung bei der Anzahl der zentralen Apnoen auf? [29a]. Die Veröffentlichungen von MIKI et al. waren für eine Anzahl von Forschungsgruppen ausschlaggebend, die Freihaltung der oberen Luftwege durch elektrische Stimulation während des Schlafs zu untersuchen.

Während Miki et al. aufgrund ihrer Ergebnisse auch eine Verbesserung der Schlafstruktur (Zunahme der Schlafphasen III und IV) annahmen und keine Hinweise für Aufweckreaktionen (arousals) und damit Störungen der physiologischen Schlafarchitektur durch die elektrische Stimulation finden konnten, konnte eine weitere Forschungsgruppe diese Ergebnisse nicht bestätigen:

Edmonds et al. untersuchten 1992 die transkutane elektrische Stimulation (TES) bei acht Patienten mit OSA während des Schlafs, ohne eine Verbesserung der Schlafstruktur oder Qualität noch eine Verbesserung beim Apnoe-/Hypopnoe-Index bestätigen zu können [10].

Die submentale und transhyoidale TES während des Schlafs ermöglichte demnach keine Kontrolle über die nächtlichen Atmungsstörungen bei Patienten mit obstruktiver Schlafapnoe. 

Stimulationen, deren Intensität ausreichte, um Apnoephasen zu verhindern, führten zu Arousals. Die Autoren verwiesen auf kommende Studien, in denen spezifischere Stimulationstechniken genutzt werden könnten, um ein Wirken der Luftwegsdilatoren zur Prävention von oberen Atemwegsverlegungen bei Patienten mit OSAS evaluieren zu können (vgl. Edmonds et al. 1992, 1035).

Zu ähnlichen Ergebnissen kamen 1995 Guilleminault et al. [19] in einer Studie an 7 Patienten mit schwerwiegendem obstruktiven Schlafapnoe-Syndrom. Zumeist induzierten die Stimulationen alpha-EEG-Arousals, d.h. eine Verbesserung der schlafbezogenen Atmungsstörungen der 7 Patienten konnte ohne Aufweckreaktionen nicht erreicht werden.

Aus diesen Gründen schätzen Guillemineault et al. [19] und auch Broniatowski [4]  die Einsatzmöglichkeit von Elektrostimulation während des Schlafs als sehr kritisch ein (vgl. Wiltfang 1997, 163).

Schwartz et al. gelang es 1993 wiederum, durch Stimulation des M. genioglossus mittels einzelner, atemsynchroner elektrischer Impulse an 9 Patienten die Anzahl der pharyngealen Obstruktionen von im Mittel 66/h auf 9/h  zu reduzieren [49]. Bei einem weiteren Ansatz sollte der musculus genioglossus während der Inspiration durch zweipolige Elektroden stimuliert werden. Sehr vorläufige Ergebnisse, die drei Patienten betrafen, zeigten, dass der mittlere Apnoe-Index von ungefähr 70 auf 17 durch die Stimulation fiel.

Yoshida et al. [61] wiesen 1995 darauf hin, dass bei Schlafapnoe-Patienten während einer Apnoe am M. genioglossus signifikant geringere Amplituden gemessen werden, als dies bei gesunden Probanden der Fall ist.

Da die Aktivität des Genioglossus mit abnehmendem Druck im Pharynx im Sinne eines dilatierenden Kompensationsmechanismus zunimmt und der Ruhetonus des Muskels bei OSAS-Patienten bereits im Wachzustand höher ist als bei Gesunden, untersuchten Verse et al [56] 1999 die Möglichkeit, das Genio-glossus-EMG als Parameter der Früh- und Vordiagnostik der obstruktiven Schlafapnoe zu nutzen. Ihre Pilotstudie  mit 54 Patienten konnte die EMG-Ableitung des Genioglossus jedoch nicht hinreichend als dia­gnostischen Parameter ausweisen, bestätigte aber die Vermutungen von Suratt et al. [54], sowie die Ergebnisse von Horner [24,25] und Mezzanotte et al. [36,35], wonach der Ruhetonus des M. genio­glossus bei Patienten mit OSAS gegenüber Gesunden signifikant erhöht ist.

[Anhand des Genioglossus-EMG konnten Patienten mit einem AHI ³ 20 mit einer Sensitivität von 85,7%, einer Spezifität von 72,5% und Patienten mit einem AHI ³ 15 mit 82,4% und 75,7% vor einer polysomnogra­phi­schen Untersuchung richtig als OSAS-Patienten klassifiziert werden. Die Ergebnisse waren nicht statistisch signifikant [56].]

Die chinesische Arbeitsgruppe Yang H et al. [60] untersuchte 2000 die Auswirkungen submaxillarer transkutaner Elektrostimulation des Genioglossus auf unterschiedliche Bereiche des sich verengenden pharyngealen Lumens an 19 Patienten während des Schlafs. Die Autoren konnten beobachten, dass die elektrische Stimulation sich am günstigsten retroglossal, im Bereich der Zungenbasis, auswirkte: die klinischen Symptome verbesserten sich signifikant. Submaxillare Elektrostimulation während des Schlafs verbesserte demnach die obstruktive Atmungsstörung ohne auf die Schlafarchitektur störend Einfluss zu nehmen.

Auch durch die direkte Stimulation des Nervus Hypoglossus (s.o.) konnte der Atemwegswiderstand der oberen Luftwege reduziert werden. Verschiedene Arbeitsgruppen bemühten sich hier um Forschungsergebnisse und kamen im Groß zu einem positiven Ergebnis. Fairbanks und Fairbanks [11] berichteten 1993 von erfolgreicher Stimulation des Nervus hypoglossus. Schwartz et al. untersuchten im selben Jahr ebenfalls die Auswirkungen elektrischer Stimulation des Hypoglossus [49a]. Einer Studie von Hida et al. zufolge (1995) führte die Stimulation des Nervus hypoglossus zu einer erhöhten Stabilität und Weitung der oberen Luftwege bei anästhetisierten Hunden [22].

Bei fünf Patienten mit einer OSA und bei Patienten nach einer Halsoperation konnte de Backer [48a, 2001] zeigen, dass durch eine Stimulation des N. hypoglossus am Beginn einer Arousal die Atmungsparameter der Patienten verbessert werden. Auch durch eine Langzeitstimulation des N. hypoglossus mit einem implantierbaren durch den intrathorakalen Druck getriggerten Pulsgenerator (Medtronic Inspire), ließ sich bei Patienten mit milder bis mittelschwerer OSA, bei denen die Obstruktion am Zungengrund lokalisiert werden konnte und die nur selten zentrale Apnoen zeigten, ein totales Kollabieren vermeiden. De Backer gab den Hinweis [48a], die Gruppe, die von einer Stimulation des N. hypoglossus besonders profitieren kann,  ausführlicher zu definieren.

Verse und seine Mitarbeiter [57] verwiesen auch hier auf beobachtete alpha-Arousals  im EEG, die nennenswerte Beeinträchtigungen der Schlafarchitektur hervorriefen. Erst kürzlich entwickelte implantier­bare Sensoren, welche für ein Langzeitmonitoring der Atmung geeignet sind [16], versprechen möglicherweise  eine zukünftige Therapiemodalität für das obstruktive Schlafapnoe-Syndrom. ?In einer ersten Fallserie an 8 Schlaf-apnoikern wurde eine unilaterale Stimulation des N. Hypoglossus während der Inspiration durch­geführt. Die Autoren konnten zeigen, dass sich der Schweregrad der OSA über die gesamte Laufzeit der Studie senken ließ [48]? [57].

Im Unterschied zu den vorgestellten Arbeitsgruppen, welche die Elektrostimulation während des Schlafs durchführten und dabei teilweise die Initiierung von Weckreaktionen mit konsekutiver Schlaffragmentierung beobachten konnten, berichteten Wiltfang et al. 1997 erstmalig über eine Muskelstraffung durch tagsüber durch­geführte submandibuläre Elektrostimulation [59]. Ziel ihrer Untersuchung war es, ?eine Elektrostimulation mit extra- und intraoral applizierten Elektroden während des Tages durchzuführen, um somit durch den Trainingseffekt [...] eine Tonisierung und Kraftzunahme der suprahyoidalen Muskulatur zu erreichen? und auf diesem Wege den nächtlichen Kollaps mit Obstruktion der oberen Luftwege zu vermeiden (Wiltfang et al. 1997, 161). Damit wiesen Wiltfang et al. den Weg für eine therapeutische Maßnahme, die nicht symp­tomatisch ausgerichtet verfährt, sondern lösungsorientiert eine Beseitigung der pathophysiologischen Ursachen anstrebt.

Die Wirksamkeit der Elektrostimulation auf die Zungenkraft ließ sich durch entsprechende Messungen bei gesunden Probanden demon­strieren. Die Autoren stellten fest, dass ein tagsüber trainierter Muskel in der Lage sein kann, einen nächtlichen Kollaps der Zunge in den Hypopharynx mit konsekutiver Apnoe zu verhindern: Bei einem ersten Schlafapnoe-Patienten verbesserten sich nach Abschluss einer vierwöchigen Elektrostimulationsphase der Apnoe-/Hypopnoe-Index (AHI) von 13,2 auf 3,9, der Sauerstoffentsättigungsindex (SaO2) von 23 auf 2,8 und die minimale Sauerstoffsättigung von 75 auf 88%.

Angeregt durch diesen ersten Versuch von Wiltfang et al., einem Patienten mit obstruktiver Schlafapnoe durch eine tagsüber durchgeführte Stimulation der suprahyoidalen Muskulatur zu einer Verbesserung der Atmungsstörung zu verhelfen, hat unsere eigene Arbeitsgruppe am PIB Schlafmedizinischen Zentrum Duisburg 1998 ein mehrjähriges Forschungsvorhaben zum Zungenmuskel-Training begonnen. Erstmalig wurden damit umfangreiche empirische Studien zur Wirksamkeit tagsüber durchgeführter Elektrostimulation der suprahyoidalen Muskulatur eingeleitet und der Begriff des Zungenmuskel-Trainings (ZMT®) geprägt und etabliert. Wir konnten in dieser Auseinandersetzung zeigen, dass das ZMT® hervorragende Behandlungsergebnisse mit nachhaltiger Verbesserung der schlaf­bezogenen Atmungsparameter auch bei schwergradigem ob-struk­tiven Schlafapnoe-Syndrom ermöglichen kann.

Während und seit dieser mehrjährigen Forschungsreihe haben in jüngerer Zeit auch andere Arbeitsgruppen begonnen, die Wirksamkeit eines tagsüber durchgeführten Zungenmuskel-Trainings zu unter­suchen.

Verse [57] berichtet 2002 von einer ersten Pilotserie, in der ein Muskelstimulationsgerät von der eigenen Arbeitsgruppe bezüglich seiner Effektivität, Anwendbarkeit und Sicherheit an 15 Patienten (im Median 59,6 +-10,7 Jahre alt) mit unterschiedlich schwerer OSA geprüft wurde. Der Body-Mass-Index lag im Durchschnitt bei 29,3 ± 3,6 kg/m2. Es konnte eine statistisch nicht signifikante Senkung der Apnoe-Hypopnoe-Indizes von im Mittel 29,2 ± 12.5 vor der Behandlung auf 21,3 ± 11,3 nach der Behandlung erzielt werden. Bei zwei Patienten reduzierte sich der AHI um über 50% auf unter 10. Ausgezeichnete und statistisch hoch signifikante Verbesserungen zeigten sich in der subjektiven Bewertung des Schnarchens durch den Bettpartner. Trotz nicht signifikanter Verbesserungen des AHI in der Patientengruppe, zeigte eine Analyse der Ergebnisse, das Patienten mit leichtgradigem OSAS überdurchschnittlich von der Therapie profitierten. Derzeit untersucht die Arbeitsgruppe weitere Möglichkeiten, um den Behandlungserfolg zu verbessern.

Eine Forschungsgruppe der Klinik Ambrock, Hagen hat jüngst eine placebokontrollierte Doppelblind-Untersuchung zur Wirksamkeit des Zungenmuskel-Trainings unternommen. In einer Studie mit 57 Patienten (32 Verum- und 25 Placebo-Patienten) mit leicht bis mittelgradig ausgeprägtem OSAS konnten Randerath u.a. 2003 [42] über keine signifikanten Unterschiede im Apnoe-Hypopnoe-Index (AHI) und im Schlafprofil zwischen Verum- und Placebogruppe berichten, nachdem die Patienten tagsüber acht Wochen lang zweimal täglich für mindestens 20 Minuten Zungenmuskel-Training erhalten hatten. Erhebliche Verbesserungen in der Verumgruppe ergaben sich beim Schnarchen (Basisniveau 63,6 ± 23,1 Epochen/h, bei Stimulation 47,5 ± 31,2, p<0,05). Zudem fiel bei 6 Patienten der Verumgruppe der AHI signifikant um mehr als 50% auf unter 10/h (Basisniveau 18,4 ±3,9/h, mit Behandlung 6,4 ±2,7/h, p<0,05). Auch das Schnarchen verbesserte sich bei diesen Patienten erheblich um 58,7 ± 29,8% hinsichtlich der Zahl der Weckreaktionen, so dass eine erhebliche Verbesserung der Schlafatmungsstörung anzunehmen ist. Eine ausführliche Darstellung der Forschungsarbeit findet sich in der Zeitschrift Somnologie vom Februar 2004. [63]

Der Klinische Nutzen der elektrostimulierten Trainingstherapie der suprahyoidalen Muskulatur bei primärem Schnarchen wurde an der Universitäts HNO-Klinik Hamburg von M. Leßle und T. Grundmann 2004 geprüft.

?In einer klinischen Studie werden 30 männliche Patienten mit im Schlafapnoescreening gesichertem primären Schnarchen und einem BMI unter 30 einer Zungenmuskeltrainings­therapie mit einem Elektrostimulationsgerät zugeführt. Vor und nach Abschluss der Therapie wurden AHI, Schnarchphasen pro Stunde, Epworth- sleepiness-scale, Sebst-/ Fremdein­schätzung des Schnarchens anhand einer Visuellen Analogskala bestimmt und verglichen.?

11 von 30 Patienten profitierten von der Therapie durch deutliche Reduktion der Symptome (Reduktion der Schnarchphasen um mehr als 30% und/oder Reduktion in der Visuellen Analogskala um mehr als 30%). Diese Gruppe zeichnete sich durch bestimmte anatomische Merkmale, wie einen flachen Zungengrund, kurze Uvula und straffe Gaumenbögen, aus.

Für die Therapie des elektrostimulierten Zungenmuskeltrainings besteht bei bestimmten Vorraussetzungen eine klinische Indikation bei primärer Rhonchopathie. [62]

 

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[60]   Yang H, Meng XG, Zhu YZ, Li H, Deng AC, Shun LY: Clinical study of effects of submaxillary transcutaneous electrical stimulation of genioglossus on obstructive sleep apnea syndrome. Department of Otolaryngology, Xingqiao Hospital, Third Millitary Medical University, Chongqing 400037. Lin Chuang Er Bi Yan Hou Ke Za Zhi;14(6):250-2, Jun 2000.

[61]   Yoshida K.; Thumm J.; Siebert GK: Kau- und Zungenmuskelaktivität bei Schlafapnoikern und Schnarchern. Dtsch Zahnärztl Z 50, S. 387-389, 1995.

[62]   Leßle M., Grundmann T.: Klinischer Nutzen der elektrostimulierten Trainingstherapie der suprahyoidalen Muskulatur bei primärem Schnarchen. Thieme HNO Informationen, Stuttgart 2004

[63]   Randerath, W.; Galetke, W.; Domaski, U.; Weitkunat, R. Rühle, K.-H.: Zungenmuskeltraining durch Elektrostimulation in der Therapie des obstruktiven Schlafapnoesyndroms. Somnologie 8, 14-19, Blackwell Verlag, Berlin 2004

 

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