Hersenactiviteit bij fecale opslag, stoelgang en fecale incontinentie: een fMRI-studie onder gezonde vrijwilligers, patiënten met fecale incontinentie en sacrale neuromodulatie

Fecale incontinentie wordt gedefinieerd als een verminderd vermogen om flatus
of defecatie te controleren. Het is een beschamende aandoening en kan zelfs
leiden tot sociale isolatie en een verminderde kwaliteit van leven. Er is een
grote spreiding in de prevalentie en incidentie van deze aandoening. Een
onderzoek onder huishoudens in de Verenigde Staten rapporteerde een prevalentie
van 7,1% van verschillende vormen van fecale incontinentie. Ouderen zijn vaker
aangedaan dan jongeren. Onderzoeken in verpleeg- en bejaardenhuizen rapporteren
cijfers van 10% oplopend tot 60%.
In tegenstelling tot de blaas is het rectum een zeer belangrijk tijdelijk
reservoir voor ontlasting dat wordt aangevoerd vanuit het colon. De verschillen
tussen het rectum en de blaas, in termen van opslag en verwijdering van
ontlasting/urine, is dat ontlasting terug kan naar het colon en dat een rijke
sensorische innervatie van het rectum ons een onderscheid laat maken tussen
flatus, vloeibare- en vaste ontlasting.
Gedurende deze fases verkeerd de externe anale kringspier in een tonische
contractie om continentie te waarborgen. Als het vullen van het rectum
toeneemt, zorgt sensorische feedback naar de hersenen voor het gevoel van
rectale vulling. Indien ontlasting kan plaatsvinden vindt er vrijwillige
relaxatie plaats van de externe anal sfincter en peristaltiek vanuit het colon
en rectum wordt geïnitieerd. Meestal vindt dit plaats door middel van een
toename van de abdominale druk, leidend tot relaxatie van de interne sfincter
en expulsie van de faeces. Indien ontlasting niet kan plaatsvinden, kan de
inhoud van het rectum zelfs terugkeren naar het colon.
De oorzaak van fecale incontinentie is niet bekend, maar verlies van controle
over de darmfunctie en obstipatie-klachten gaan vaak gepaard met aandoeningen
van het centrale zenuwstelsel. De centrale perceptie van vulling van het rectum
is van zeer groot belang voor normale ontlasting en fecale continentie.
Abnormale viscerale sensitiviteit wordt tegenwoordig erkend als een belangrijk
oorzaak in de ontwikkeling van fecale incontinentie en obstipatie. Dit
benadrukt nogmaals het belang van sensorische feedback naar het centrale
zenuwstelsel.
Voor de behandeling van fecale incontinentie zijn meerdere behandelignsopties
beschikbaar, afhankelijk van de patiënt en de oorzaak van de fecale
incontinentie, en allen met verschillende succes-percentages.
Behandelingsopties bestaan uit dieet aanpassingen, medicinale interventies,
bekkenbodem fysiotherapue en chirurgische interventies. In het verleden was de
meest succesvolle chirurgische behandeling het creëeren van een colostoma.
Sacrale neuromodulatie (SNM) is een veel belovende behandeling voor fecale
incontinentie en is toegespits op chronische electrische stimulatie van de
derde sacrale zenuwwortel. Deze techniek werd in 1995 geïntroduceerd door
Matzel et al om patiënten met fecale incontinentie te behandelen. Sindsdien
zijn er meerdere grote studies uitgevoerd welke een succespercentage van 74-86%
lieten zien.
Het mechanisme achter de werking van SNM voor fecale incontinentie is nog
steeds niet goed bekend, al is door meerdere studies het idee geopperd dat
sensorische feedback naar de hersenen van essentieel belang is. Hoewel in de
afgelopen jaren steeds meer kennis is vergaard over de centrale controle van de
blaas en de externe urethrale sfincter, is er veel minder kennis opgedaan over
de centrale darm-controle in mensen en dieren.
Onderzoeken met PET-scans hebben aangetoond dat er een toegenomen cerebrale
bloed-toevoer was in de pre- en postcentrale gyrus en thalamus in gezonde
vrijwilligers die rectale stimulatie ondergingen. Rectale stimulatie leidde tot
significant activatie in specifieke corticale en subcorticale hersengebieden.
Stimulatie van het anale kanaal leidde tot bijna dezelfde activatie, echter de
primaire somatosensorische cortex werd geactiveerd op een meer superieur
gelegen niveau. Recentelijk is aangetoond dat SNM specifieke cortical en
subcorticale gebieden moduleert in urinaire retentie en incontinentie. Een
ander interessant aspect van SNM is dat de hersenen zeer duidelijk plasticiteit
vertonen gedurende het beloop van SNM voor urinaire incontinentie: dit zou
kunnen verklaren waarom het optimale effect van neuromodulatie al na enkele
uren tot dagen wordt bereikt.

Het doel van de huidige studie is het identificeren van hersengebieden die
betrokken zijn bij het sensorische process van fecale urgency en hoe deze
gebieden worden beïnvloedt door sacral neuromodulatie.

Doel: Het analyseren van patronen in hersenactiviteit bij het gevoel van fecale
urgency in fecaal incontinente patiënten vergeleken met gezonde vrijwilligers.

In deze observationele cohorstudie gaan we hersenpatronen, gedefinieerd als
toename in BOLD-signaalintensiteit, vergelijken van een normale wens tot
defecatie versus patronen van fecale urgency in gezonde vrijwilligers en fecaal
incontinente patienten. Om deze patronen in hersenactiviteit goed te
bestuderen, zijn er bepaalde regio*s van interesse (ROI*s) gedefinieerd,
gebaseerd op eerdere studies. ROI*s zijn hersenstam, pre- en postcentrale
gyrus, thalamus, primaire somatosensorische cortex (S1), secundaire
somatosensorische cortex (S2), sensorische associatiecortex, anterior cingulate
cortex (ACC) en de insula.
Er zal een 7T fMRI van de hersenen gemaakt worden in beide studiegroepen om een
vergelijking tussen de groepen te maken. Patiënten zullen de normale
onderzoeken ondergaan om geschiktheid voor SNM te evalueren.
Een GI Solar manometrie zal gebruikt worden om rectale vulling na te bootsen.
Om hersenpatronen te bestuderen, zullen we een 7T MRI scanner (Brains Unlimited
bv) gebruiken. Gebruik van ballonverwijding om hersenpatronen te evalueren op
fMRI is eerder gedaan in andere studies. Bovendien hebben we een pilotstudie in
dit centrum gedaan, waarin we hebben aangetoond dat 1.5T fMR-beelden voldoende
zijn om verschillen in patronen te detecteren in specifieke hersengebieden,
zoals we aan de METC hebben gerapporteerd. We hebben voor het gevoel van
rectale vulling, eerste aandrang om naar de wc te gaan en maximum tolerabel
volume gekozen als onze primaire parameters, aangezien de meeste FI patienten
klagen over het niet hebben van normaal gevoel van rectale vulling.
Eén scanperiode duurt ongeveer 1.5 uur en bestaat uit meerdere scans:
1. baseline anatomische MRI met een lege, opblaasbare ballon in situ
2. meerdere fMRI-scans tijdens meerdere rectale vullingen met een door een
computer aangedreven ballonsysteem tot de drempel van rectale vulling, aandrang
om naar de wc te gaan en maximum tolerabel volume.

Om te garanderen dat we beelden maken van goede kwaliteit tijdens
ballonverwijding, hebben we een pilotstudie verricht in gezonde vrijwilligers,
gebruikmakend van hetzelfde protocol (METC 162001). Deze pilotstudie heeft
aangetoond dat veranderingen in hersenactiviteit tijdens ballonverwijding
aangetoond kunnen worden met een 1.5T fMRI met T&R headcoil. We weten dat fMRI
met veldsterkte van 7T nog betere beelden maakt.

Manometrieprotocol
Pijnmedicatie en alle medicatie waarvan bekend is dat deze gastro-intestinale
motiliteit kunnen verstoren worden gestopt 48 uur voor het onderzoek.

Proefperosnen wordt gevraagd ontlasting te hebben vóór het onderzoek.
Een polyethyleen balloon met maximum volume van 500 ml wordt verbonden met een
GI Solar-toestel, dat computeraangedreven werkt. De ballon is gefixeerd op een
siliconen catheter. Vóór en na ieder onderzoek wordt de ballon gecontroleerd op
lekkages. Proefpersonen worden op de linkerzij gelegd voor plaatsing van de
ballon.
De gesmeerde ballon wordt handmatig in het rectum geplaatst. Na juist plaatsing
van de ballon worden proefpersonen gedraaid en op hun rug gelegd.

Distensieprotocol
Eerst worden drie verschillende sensibiliteitsniveaus vastgesteld: (1) eerste
gevoel van opblazende ballon, (2) gevoel van eerste aandrang om naar de wc te
gaan, (3) maximaal tolerabel volume. Tijdens bepaling van deze
sensibiliteitsniveaus zal proefpersonen gevraagd worden verbaal te communiceren
als de niveaus bereikt zijn. Een lid van het onderzoeksteam zal naast de
proefpersoon staan, om te garanderen dat communicatie goed gaat. Proefpersonen
krijgen face-to-face instructies voordat de niveaus worden bepaald, en via de
intercom tijdens het onderzoek. Dit is een tweewegs-intercom, wat betekent dat
de proefpersoon ook tegen de onderzoeker kan praten.

Na bepaling van deze volumes zullen 4 clusters van 4 runs plaatsvinden. Eén run
omvat het volgende, in willekeurige volgorde:
• 20 seconde scannen op baseline (volume: 0 ml)
• Ballon opblazen tot volume waarop proefpersoon voor het eerste de ballon
voelde opblazen tijdens het vaststellen van sensibiliteitsniveaus; 12 seconden
scan.
• Ballon opblazen tot volume waarop de proefpersoon de eerste aandrang voelde
om naar de wc te gaan tijdens het vaststellen van sensibiliteitsniveaus; 12
seconden scan.
• Ballon opblazen tot maximum tolerabel volume; 12 seconden scan.
Tussen de runs zijn er geen pauzes. Tussen de clusters is er één minuut pauze,
waarin gecommuniceerd kan worden tussen onderzoeker en proefpersoon et vice
versa.
In het geval dat een proefpersoon onverdraaglijke pijn heeft (dubbelklik op het
trigger-mechanisme), zal de ballon direct leeglopen. De proefpersonen wordt
gevraagd een VAS-score in te vullen wat betreft het maximale discomfort dat ze
gehad hebben tijdens de scansessie.
Manometriemetingen zullen verricht worden door een getraind onderzoeker. Het
protocol dat gebruikt wordt in deze studie is een klinisch breed geaccepteerd
en gebruikt protocol.
De distensies zullen niet voorafgegaan worden door een waarschuwing (auditoir
of visueel), aangezien eerdere studies hersenactiviteit waarnamen gebaseerd op
anticipatie van de distensies.
Alle scans zullen op ongeveer hetzelfde tijdstip plaatsvinden, om effecten door
de circadiane klok te minimaliseren. Zowel gezonde vrijwilligers als fecaal
incontinente patienten zullen één scanperiode in de 7T fMRI ondergaan.

De potentiële risico*s van dit onderzoek voor de gezonde vrijwilligers zijn
gerelateerd aan het ondergaan van fMRI-scans. De meest frequente bijwerkingen
zijn ongemak door het magnetisch veld, duizeligheid en misselijkheid bij
bewegen na de scan, metalen smaak met misselijk bij bewegen, harde geluiden
tijdens de scan en een ongemakkelijke houding tijdens de scan. De ballon en
katheter die gebruikt worden voor het GI Solar-onderzoek (GI Solar staat in de
controleruimte) zijn gemaakt van plastic en latex waardoor deze niet
interfereren met het MRI-signaal of een risico vormen. Het is mogelijk dat
proefpersonen last hebben van duizeligheid of andere klachten die vanzelf
wegtrekken na de scan. Het wordt daarom benadrukt dat deelnemers iemand
meenemen ter ondersteuning voor de terugweg. De bijwerkingen die voorkomen
kunnen worden (harde geluiden en een oncomfortabele houding) worden zoveel
mogelijk voorkomen door oordoppen en comfortabele pads. De kans op het optreden
van mogelijke bijwerkingen weegt niet op tegen de informatie die gewonnen wordt
door dit onderzoek.
Een dokter en/of technicus is altijd aanwezig gedurende de scan om maximale
zorgt te leveren mocht er een bijwerking optreden.