Die Bedeutung der Amobarbital-induzierten EEG- Veränderungen bei den verschiedenen Formen des selektiven Temporallappen-Amobarbital-Testes

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1 Die Bedeutung der Amobarbital-induzierten EEG- Veränderungen bei den verschiedenen Formen des selektiven Temporallappen-Amobarbital-Testes n S. G. Müller a, A. Valavanis b, A. Buck c, Y. Yonekawa d, H. G. Wieser a a Neurologische Klinik b Institut für Neuroradiologie c Nuklearmedizinische Klinik d Neurochirurgische Klinik Universitätsspital Zürich Kongressbeitrag Summary Müller SG, Valavanis A, Buck A, Yonekawa Y, Wieser HG. [The significance of the amobarbital induced EEG patterns during different forms of selective temporal lobe amobarbital tests.] Schweiz Arch Neurol Psychiatr 1998;149:83 8. The electroencephalographical changes observed in three different types of selective temporal lobe amobarbital tests were studied during 44 tests in 40 patients. A so-called balloon-occlusion test was performed 19 times, a selective catheterization of the anterior choroidal artery 20 times and a catheterization of the peduncular segment of the posterior cerebral artery 5 times. The EEG changes were monitored with intracranial electrodes and scalp-electrodes whenever possible or, when not, with scalp-electrodes only. A delta increase ipsilateral to the side of the injection was observed in the majority of tests.an increase in epileptiform activity is the second frequent pattern. Seldom an ipsilateral reduction of epileptiform activity or no change at all were observed. A clear ipsilateral delta increase, an increase in epileptiform activity and a decrease of epileptiform activity in the intracranial recordings are signs that the target structures are inactivated. A slight delta increase or no change at all do not indicate an inactivation. Only the combined monitoring with intracranial and scalp-electrodes together allows for a correct interpretation of the EEG changes. Keywords: amobarbital; memory; temporal lobe; selective temporal lobe amobarbital memory tests; EEG pattern Korrespondenz: Prof. Dr. med. H. G. Wieser, Abteilung für Epileptologie und Elektroenzephalographie, Neurologische Klinik, Universitätsspital Zürich, Frauenklinikstrasse 26, CH-8091 Zürich hgwepi@neurol.unizh.ch Zusammenfassung Die elektroenzephalographischen Veränderungen bei drei verschiedenen Formen von selektiven Temporallappen-Amobarbital-Tests wurden während insgesamt 44 Tests bei 40 Patienten untersucht. 19mal wurde ein sogenannter Ballon-Okklusions- Test, 20mal eine selektive Katheterisierung der A. choroidea anterior und 5mal eine selektive Katheterisierung des pedunkulären Segmentes der A. cerebri posterior vorgenommen. Wenn immer möglich, wurden intrakranielle Elektroden zusammen mit Oberflächen-Elektroden verwendet, ansonsten nur Oberflächen-Elektroden. Am häufigsten wurde eine Zunahme der Delta-Aktivität ipsilateral zur Injektionsseite beobachtet. Das zweithäufigste Reaktionsmuster war eine Zunahme der epileptiformen Aktivität (Aktivierungsphänomen), während eine Reduktion der epileptiformen Aktivität (Spike-Reduktion) oder gar keine EEG-Veränderung nur selten beobachtet wurden. Eine deutliche Delta-Zunahme, ein Aktivierungsphänomen oder eine Spike-Reduktion in den intrakraniellen Elektroden zeigen an, dass die Zielstrukturen inaktiviert wurden. Eine geringe Delta-Zunahme oder eine fehlende EEG-Veränderung spricht gegen eine Inaktivierung der Zielstrukturen. Eine sichere Aussage darüber, ob die Zielstrukturen ausgeschaltet wurden, ist aber nur möglich, wenn Oberflächen- und intrakranielle Ableitungen zusammen verwendet werden. Schlüsselwörter: Amobarbital; Gedächtnis; Temporallappen; selektive Temporallappen-Amobarbital-Untersuchungen; EEG-Muster Einleitung Der intracarotidale Amobarbital-Test (IAT) wurde von Juhn Wada [1] ursprünglich zur Lateralisation der Sprachdominanz entwickelt und dafür schon bald beinahe routinemässig in der prä- 83

2 operativen Abklärung von Patienten mit therapierefraktärer Epilepsie eingesetzt. Aufgrund der Erfahrungen von Scoville [2, 3] nahm man damals an, dass bei unilateralen Temporallappenresektionen keine wesentlichen postoperativen Gedächtnisdefizite auftreten sollten. Die Notwendigkeit, die funktionelle Integrität des verbleibenden Temporallappens präoperativ zu überprüfen, wurde aber 1957 offensichtlich, als Penfield [4] über 2 Patienten berichtete, die bei normalen präoperativen Gedächtnisleistungen nach einer unilateralen Temporallappenresektion infolge einer zuvor nicht erkannten bilateralen Pathologie im Temporallappenbereich schwere Gedächtnisdefizite entwickelt hatten. Der IAT, der den Operationseffekt bis zu einem gewissen Grad reversibel simuliert, schien für diese Fragestellung die geeignete Methode zu sein. Das neuropsychologische Testprozedere während des klassischen IAT wurde daher in der Folge modifiziert, so dass auch eine Vorhersage über allfällige postoperative Gedächtnisdefizite ermöglicht wurde [5]. Heute werden verschiedene Abarten dieses modifizierten IAT in nahezu allen grösseren Epilepsiezentren routinemässig in der prächirurgischen Abklärungsphase verwendet. Trotz seiner weiten Verbreitung ist jedoch die Eignung dieses Testes gerade für die Gedächtnisevaluation umstritten, da die Hippocampusformation und der Gyrus parahippocampalis beim IAT nur in etwa 30% [6, 7] tatsächlich vom Amobarbital perfundiert (und somit sicher inaktiviert) werden. Hippocampus und Gyrus parahippocampalis sind aber für die Gedächtnisleistung relevante Strukturen. Diese Einschränkungen des IAT und die Entwicklung neuerer, mikrochirurgischer Operationstechniken, wie der selektiven Amygdala-Hippokampektomie (SAHE), für Patienten mit Temporallappenepilepsie (TLE) [8] führten daher schliesslich auch zur Entwicklung von verfeinerten bzw. selektiveren Formen des Temporallappen-(TL)-Amobarbital-Tests, wie der selektiven Katheterisation der A. choroidea anterior, des Ballon-Okklusions-Testes [9] und der selektiven Katheterisation der A. cerebri posterior [10]. Wie bei dem klassischen IAT werden auch bei den selektiven Varianten die Veränderungen im Elektroenzephalogramm (EEG) herangezogen, um zu entscheiden, ob die Zielstrukturen durch das Amobarbital erreicht und somit auch tatsächlich ausgeschaltet wurden. Die vorliegende Arbeit untersucht die bei 44 selektiven TL-Amobarbital-Tests beobachteten EEG-Veränderungen und beurteilt sie hinsichtlich Inaktivierung der Zielstrukturen. Patienten und Methoden 44 selektive TL-Amobarbital-Tests wurden im Zeitraum von Oktober 1986 bis September 1993 bei insgesamt 40 Patienten durchgeführt. Der sogenannte Ballon-Okklusions-Test wurde 19mal angewendet. Bei dieser selektiven Variante wird zuerst ein Toleranztest durchgeführt. Dabei wird die A. carotis interna (ICA) ipsilateral zur Injektionsseite durch Druck auf die A. carotis communis manuell komprimiert und somit die Versorgung der ipsilateralen Strukturen durch die kontralaterale ICA angiographisch, klinisch und elektrophysiologisch (Auftreten von Delta-Wellen) geprüft. Dann wird die ICA distal des Abganges der A. choroidea anterior (ACHA) durch einen Ballon an der Spitze eines speziellen Katheters verschlossen und das Amobarbital in das okkludierte Gefäss injiziert. Aufgrund der Okklusion kommt es zur Umverteilung des Barbiturates in die A. choroidea anterior, die A. ophthalmica und die A. communicans posterior. In 20 Fällen wurde die ACHA mittels eines speziellen, steuerbaren Katheters direkt katheterisiert und das Amobarbital dadurch selektiv in die ACHA injiziert. Der selektive posteriore Test, bei dem ein Katheter in das pedunkuläre Segment der A. cerebri posterior vorgeschoben und dann das Amobarbital in diesen Gefässabschnitt injiziert wird, wurde 5mal durchgeführt. Die mittlere Amobarbitaldosis bei den Ballon-Okklusions-Tests und den selektiven Katheterisationen der ACHA betrug 83,3 mg ( mg) und bei den posterioren Tests 72,5 mg (62,5 87,5 mg). 43 der EEG-Aufzeichnungen waren für die Auswertung noch vorhanden. Bei 23 Patienten wurde während des Tests nur das Oberflächen-EEG aufgezeichnet, bei 3 wurden ausschliesslich bilateral implantierte 4-Kontakt- Foramen-ovale (FO)-Elektroden für die EEG- Aufzeichnungen verwendet, bei 15 bilateral implantierte FO-Elektroden (2 mit unipolaren, 13 mit 4-Kontakt-Elektroden) mit simultaner Oberflächenableitung, bei einem bilateral implantierte FO-Elektroden und subdurale Strip-Elektroden und bei einem weiteren wurden Tiefenelektroden verwendet. Die EEG-Aufzeichnungen wurden einer visuellen Analyse unterzogen und aufgrund der Art der durch die Amobarbitalinjektion hervorgerufenen Veränderung in verschiedene Gruppen eingeteilt.die Einteilung erfolgte bei Patienten mit FO- und simultaner Skalp-Ableitung aufgrund der in den FO-Elektroden beobachteten Veränderungen, bei Patienten mit Skalp- oder intrakranieller Ableitung allein aufgrund der in dieser Ableitung beobachteten Veränderungen. Die Mortalität und Morbidität in dieser Serie betrug 0%. 84

3 Tabelle 1 Tabelle 2 Resultate Vier verschiedene Reaktionsmuster konnten beobachtet werden (Tab. 1). EEG-Muster ipsilateral kontralateral Delta-Zunahme Aktivierungsphänome 6 1 Spike-Reduktion 3 0 keine Veränderung 5 0 Die Zahlen beziehen sich auf die Anzahl der Untersuchungen. Ipsilateral: ipsilateral zur Seite der Injektion. Kontralateral: kontralateral zur Seite der Injektion. EEG-Muster EEG-Muster Anzahl in FO-Elektroden in Oberflächen- Patienten Elektroden Delta-Zunahme Delta-Zunahme 7/4 Aktivierungs- Delta-Zunahme 4/3 phänomen Spike-Reduktion Delta-Zunahme 1/0 keine Veränderung Delta-Zunahme 3/3 Anzahl Patienten: X/Y, X-Patienten weisen das Muster in den FO-Elektroden auf, davon zeigen Y-Patienten eine Delta- Zunahme in den Oberflächen-Elektroden. Delta-Zunahme 25 Patienten zeigten eine deutliche Delta-Zunahme, d. h. eine etwas höhergespannte, Delta-dominante Veränderung der Grundaktivität ipsilateral zur injizierten Seite. Die mittlere Dauer der Veränderung betrug 183,72 ± 161,63 s und die mittlere Amobarbitaldosis 83,14 ± 18,65 mg. Bei 16 dieser Patienten liess sich auch eine Zunahme der unterlagerten Delta-Aktivität kontralateral zur Injektionsseite beobachten, die jedoch weniger deutlich war und kürzer andauerte. Vier weitere Patienten (insgesamt 6 Tests, 2 Patienten mit je einem anterioren und einem posterioren Test) wiesen lediglich eine fragliche Zunahme der unterlagerten Delta-Aktivität auf, d.h. eine leicht vermehrte Einstreuung von Delta-Aktivität im Vergleich zur Aktivität unmittelbar vor der Injektion. Die mittlere Dauer der EEG-Veränderung in dieser Gruppe betrug etwa 46,40 ± 45,81 s und die mittlere Amobarbitalmenge 72,75 ± 18,83 mg. Aktivierungsphänomen Dieses Muster, d. h. eine Zunahme der epileptiformen Aktivität, wurde nur bei Patienten mit FO-Elektroden beobachtet. Die mittlere Dauer der EEG-Veränderung betrug 244,83 ± 223,83 s, die mittlere Amobarbitaldosis in dieser Gruppe lag bei 87,5 ± 15,8 mg. Nur ein Patient mit einem posterioren selektiven TL-Amobarbital-Test zeigte auch auf der Gegenseite vermehrte epileptiforme Aktivität; bei den anderen war das Aktivierungsphänomen auf die ipsilaterale Seite beschränkt. Spike-Reduktion Drei Patienten wiesen eine Spike-Reduktion, d.h. eine Abnahme der epileptiformen Aktivität durch das Amobarbital auf. Zwei dieser 3 zeigten zudem noch eine Zunahme der unterlagerten Delta-Aktivität, eine Patientin eine sichere, die andere eine fragliche; beide werden daher auch in diesen Gruppen aufgeführt. Nur in einem Fall trat die Spike-Reduktion isoliert, d.h. ohne weitere EEG- Veränderungen, nur auf der Seite der Injektion nach 87,5 mg Amobarbital für 111 s auf. Keine Veränderung Bei 5 Tests konnte nach der Amobarbitalinjektion keine Veränderung gegenüber der unmittelbar vor der Injektion beobachteten Aktivität festgestellt werden. Die mittlere Amobarbitaldosis in dieser Gruppe betrug 92,5 ± 16,7 mg. Bei insgesamt 15 Tests wurden während des selektiven Amobarbitaltests sowohl Oberflächenals auch intrakranielle Elektroden verwendet. Die Tabelle 2 gibt eine Übersicht,welche der Amobarbital-induzierten Reaktionsmuster in den intrakraniellen Ableitungen mit einer Zunahme der Delta-Aktivität in den Oberflächen-Elektroden assoziiert waren. 7 Tests zeigten in der Oberflächenableitung ipsilateral eine Delta-Zunahme, 3 dieser 7 auch kontralateral. 3 der 7 sind Ballontests, 4 Kathetertests (1 PCA, 3 ACHA). Die Latenzzeit bis zum Auftreten der Veränderung der Aktivität ipsilateral zur Seite der Injektion in der Oberflächen-EEG-Ableitung unterscheidet sich mit 8,71 s ± 6,5 s nur unwesentlich von der in den FO-Elektroden-Ableitungen mit 6,56 s ± 4,3 s Bei einem der Tests, einem Ballon-Okklusions- Test, setzt die Reaktion in der Skalp-EEG-Ableitung sogar früher ein als in der FO-Elektroden- Ableitung. Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass es trotz bestandenem Toleranztest zu einer Unterversorgung im Verorgungsgebiet der A. cerebri media gekommen ist, die dann ihrerseits zu dem etwas verzögerten Aktivierungsphänomen in den FO-Elektroden infolge einer Enthemmung 85

4 des epileptogenen Fokus in den mesio-temporobasalen Strukturen geführt hat. Bezüglich Dauer der Veränderung ist festzustellen, dass die Delta- Zunahme in der FO-Ableitung im Mittel 213,2 s ± 180,1 s lang nachzuweisen ist, die Veränderung in der Oberflächen-Ableitung jedoch nur 165,7 s ± 122,1 s. Die eigentlichen Zielstrukturen sind somit in der Regel länger inaktiviert, als dies aufgrund der Veränderungen in den Oberflächen- Ableitungen den Anschein hat. Diskussion Die Aufzeichnung eines EEG während der selektiven TL-Amobarbital-Tests erlaubt einerseits, den Zustand des Patienten während des Tests zu überwachen und eventuelle, mit der Testleistung interferierende Anfälle zu erfassen. Andererseits helfen die während und nach der Amobarbitalinjektion beobachteten EEG-Veränderungen aber auch bei der Beurteilung, inwieweit die Zielstrukturen durch die Injektion tatsächlich ausgeschaltet wurden. Das EEG-Reaktionsmuster, das in diesem Kollektiv am häufigsten beobachtet wurde, ist die Zunahme der unterlagerten Delta-Aktivität, kurz Delta-Zunahme genannt, ipsilateral zur Injektionsseite. Das Auftreten langsamer Aktivität im Delta-Subdelta-Bereich nach einer intraarteriellen Amobarbitalinjektion wird auch von anderen Autoren beschrieben [11 13] und entspricht den «Polyphasic waves» von Hufnagel et al. [14]. Bei vielen Patienten dieses Kollektives, die im Test eine Delta-Zunahme zeigten, wurde allerdings nur eine Oberflächen- und keine FO-Ableitung durchgeführt. Eine Delta-Zunahme in der Oberfläche geht zwar häufig auch mit einer Delta-Zunahme in den intrakraniellen Ableitungen einher, kann aber auch mesial-temporal mit einem Aktivierungsphänomen oder einer nach der Injektion unveränderten Aktivität assoziiert sein. Abbildung 1 SPECT-Aufnahme bei selektivem TL-Amobarbital-Gedächtnistest. Amobarbital wurde mit HMPAO zusammen selektiv in die linke A. choroidea anterior (ACHA) injiziert und stellt sich im Gebiet der Capsula interna dar. In der linken FO-Elektrode wurde ein deutliches Aktivierungsphänomen mit Phasenumkehr über dem vorderen Anteil der Hippocampusformation beobachtet. Obere Reihe: 18 F-FDG-Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Mittlere Reihe: HMPAO-Single-Photon-Emissions-Tomographie (SPECT), selective HMPAO-Injektion in die ACHA (nur arteriell). Untere Reihe: HMPAO-SPECT mit zusätzlicher intravenöser HMPAO-Injektion [siehe auch ref. 18]. 86

5 Liegt der epileptische Focus vollständig innerhalb des amobarbitalperfundierten Gewebes, so ist anzunehmen, dass er vollständig ausgeschaltet wird. Wenn vor der Injektion interiktuale epileptiforme Entladungen vorhanden waren, sollten diese durch das Barbiturat in der Frequenz deutlich abnehmen oder gar vollständig sistieren, während die Hintergrundsaktivität eine Delta- Zunahme zeigt. Eine derartige Veränderung der Grundaktivität, d.h. eine sogenannte Spike-Reduktion, konnte bei zwei Patienten beobachtet werden. Bei einem dritten Patienten trat die Spike-Reduktion isoliert auf, was eventuell auf die zugrundeliegende Pathologie in diesem Fall ein Hamartom zurückzuführen ist. Das Aktivierungsphänomen wurde in dieser Serie nur mit intrakraniellen Ableitungen erfasst. Das Zustandekommen eines solchen Reaktionsmusters kann auf zwei verschiedene Arten erklärt werden. Zum Teil wird dem Amobarbital selbst von einigen Autoren [15, 16] eine direkt aktivierende Wirkung auf den Focus zugeschrieben. Eine alternative Erklärung wurde von Coceani et al. [17] vorgeschlagen. Nach Meinung dieser Autoren ist die vermehrte Epileptogenese auf eine Enthemmung des primär epileptogenen Focus durch die Betäubung von umliegenden Strukturen, die einen hemmenden Einfluss auf den Herd ausüben, zurückzuführen.der SPECT-Befund in Abbildung 1 unterstützt diese Hypothese. Bei dieser Patientin wurde bei einer selektiven Katheterisierung der rechten ACHA eine Co-Injektion von Amobarbital zusammen mit HMPAO vorgenommen. Das SPECT zeigt das Tracer/Amobarbital-Gemisch im Bereiche der Capsula interna und die Patientin wies entsprechend diesem Befund klinisch eine linksseitige, armbetonte Hemiparese auf. In den FO-Elektroden fand sich ein deutliches Aktivierungsphänomen mit epileptiformen Potentialen mit Phasenumkehr über den vorderen Kontakten, d.h. in den vorderen Anteilen der Hippocampusformation. Welcher dieser Mechanismen auch immer für die Entstehung dieses EEG-Musters verantwortlich ist, es ist auf jeden Fall davon auszugehen, dass es durch die vermehrten epileptiformen Entladungen zu einer ähnlich effizienten funktionellen Beeinträchtigung wie bei einer Delta-Zunahme kommt, was bei der Beurteilung der Testleistungen berücksichtigt werden muss. Die Reaktionsmuster Aktivierungsphänomen, Spike-Reduktion und die Delta-Zunahme letzteres jedoch nur, wenn es in den intrakraniellen Ableitungen beobachtet wurde sind somit als sichere EEG-Veränderungen zu betrachten. «Sicher» bedeutet in diesem Fall, die Zielregion wurde entweder direkt durch das Amobarbital betäubt oder durch eine vermehrte Epileptogenese in ihrer Funktion behindert. Die «fragliche Delta-Zunahme» und die «fehlende EEG-Veränderung» sind hingegen als unsichere EEG-Veränderungen einzustufen. Insbesondere wenn sie in den intrakraniellen Ableitungen beobachtet werden und in den Oberflächen-Ableitungen mit einer deutlichen Delta-Zunahme einhergehen, sind sie eher als Zeichen dafür zu werten, dass das Amobarbital nicht in die ACHA, sondern grösstenteils in die ICA/A. cerebri media gelangt ist. Aus diesen Beobachtungen lässt sich folgern, dass auch bei den selektiven TL-Amobarbital-Tests nur dann eine sichere Aussage über die Inaktivierung der Zielstrukturen möglich ist,wenn Oberflächen- mit intrakraniellen Elektroden zusammen verwendet werden. Wenn für das Monitoring nur Oberflächen-Elektroden zur Verfügung stehen, so muss das Amobarbital zusammen mit einem radioaktiven Tracer, z.b. HMPAO, injiziert und die Verteilung mittels SPECT kontrolliert werden [18]. Literatur 1 Wada JA. A new method for determination of the side of cerebral speech dominance: a preliminary report on the intracarotid injection of sodium amytal in man. Igaku Seibutsugaku (Medicine and Biology) 1949;4: Scoville WB. The limbic lobe in man. J Neurosurg 1954;11: Scoville WB, Milner B. Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions. J Neurol Neurosurg Psychiatr 1957;20: Penfield W, Milner B. Memory deficit produced by bilateral lesions in the hippocampal zone. Arch Neurol Psychiatr 1958;79: Milner B, Branch C, Rasmussen T. Study of short-term memory after intracarotid injection of sodium amytal. Trans Am Neurol Assoc 1962;87: Jeffery PJ, Monsein LH, Szabo Z, Hart J, Fisher RS, Lesser RP, et al. Mapping the distribution of amobarbital sodium in the intracarotid Wada test by use of Tc-99m HMPAO with SPECT. Radiology 1991;178: Hart J, Lewis PJ, Lesser RP, Fisher RS, Monsein LH, Schwerdt P, et al. Anatomic correlates of memory from intracarotid amobarbital injections with technetium Tc 99m hexamethylpropylenamine oxime SPECT. Arch Neurol 1993;50: Wieser HG, Yasargil MG. Selective amygdalohippocampectomy as a surgical treatment of mesiobasal limbic epilepsy. Surg Neurol 1982;17: Wieser HG, Landis T, Valavanis A. Selective amytal memory tests: correlation with postoperative results. Epilepsia 1989;30:

6 10 Jack CR, Nichols DA, Sharbrough FW, Marsh WR, Petersen RC. Selective posterior cerebral artery amytal test for evaluation of memory function before surgery for temporal lobe seizure. Radiology 1988;168: Werman R, Anderson PJ, Christoff N. Electroencephalographic changes with intracarotid megimide and amytal in man. Electroencephal Clin Neurophysiol 1959;11: Rovit RL, Gloor P, Rasmussen T. Intracarotid amobarbital in epileptic patients. A new diagnostic tool in clinical electroencephalography. Arch Neurol 1961;4: Terzian H. Behavorial and EEG effects of intracarotid amytal injection. Acta Neurochir 1964;12: Hufnagel A, Elger CE, Böker DK, Linke DB, Kurthen M, Solymosi L. Activation of the epileptic focus during the intracarotid amobarbital test. Electroencephal Clin Neurophysiol 1990;5(6): Aasly J, Blom S, Silfvenius H, Zetterlund B. Effects of amobarbital and methohexital on epileptic activity in mesial temporal structures in epileptic patients. An EEG study with depth electrodes. Acta Neurol Scand 1984;70: Aasly J, Silfvenius H, Zetterlund B. Barbiturate effects on EEG abnormalitiy in complex partial epilepsy. J Neurol 1989;236: Coceani F, Libman I, Gloor P. The effect of intracarotidal amobarbital injections upon experimentally induced epileptiform activity. Electroencephal Clin Neurophysiol 1966;20: Wieser HG, Müller S, Schiess R, Khan N, Regard M, Landis T, et al. The anterior and posterior selective temporal lobe amobarbital tests: angiographic, clinical, electroencephalographic, PET, SPECT findings and memory performance. Brain Cogn 1997;33: