Blut-Hirn-Schranke

Die Blut-Hirn-Schranke ist die Bezeichnung für das System zweier Mechanismen, die im Dienst des Stoffaustauschs zwischen Blut und Hirngewebe bzw.zwischen Blut und Zerebrospinalflüssigkeit (Blut-Liquor-Schranke) die Schutzfunktion einer Barriere ausüben, die verhindert, dass bestimmte chemische Stoffe, vor allem Gifte aber auch Medikamente, bestimmte Mineralstoffe und Hormone, in die Nervenzellen von Gehirn und Rückenmark übertreten können. Man kann sich die Blut-Hirn-Schranke als eine Membran vorstellen, die nur bestimmte Substanzen passieren lässt. Die Blut-Hirn-Schranke kann von fettlöslichen Stoffen gut passiert werden.

Wissenschaftler haben übrigens bei Mäusen entdeckt, dass die Darmbakterien eines Muttertiers die Durchlässigkeit für bestimmte Antikörper ins Gehirn beeinflussen können. Ohne mütterliche Darmbakterien wird diese Barriere, die bei Embryos im Mutterleib entsteht und das zentrale Nervensystem etwa vor Giftstoffen, Krankheitserregern oder Antikörpern schützt, durchlässig. Die Blut-Hirn-Schranke sorgt als Barriere dafür, dass das Gehirn vor Krankheitserregern und Giftstoffen geschützt wird, und besteht aus eng angeordneten Endothelzellen, die durch Tight Junctions, also enge Nähte aus Membranproteinen, verbunden werden. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der mütterlichen Mikroben im frühen Leben und dass Darmbakterien ein integrierter Bestandteil der Körperphysiologie sind, sodass anzunehmen ist, dass die Ernährung der Mutter während der Schwangerschaft nicht nur die Entstehung der Darmbakterien beeinflusst, sondern sich auch auf die Bildung der Blut-Hirn-Schranke des Embryos auswirkt.

Hochauflösende Gehirnscans liefern übrigens konkrete Hinweise darauf, dass die Blut-Hirn-Schranke mit dem Alter durchlässiger wird, sodass diese also nicht mehr das Eindringen schädlicher Substanzen aus dem Blut ins Gehirn vollständig verhindern kann, was möglicherweise auch die Entstehung von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimerdemenz begünstig. Man untersuchte die Gehirne von Probanden verschiedener Altersgruppen im Magnetresonanztomografen (Zlokovic, 2008)) und stellte fest, dass die schützende Trennwand vor allem im Bereich des Hippocampus ihre Aufgabe immer schlechter erfüllt, je älter die Versuchsteilnehmer waren. Am deutlichsten zeigte sich die abnehmende Blut-Hirn-Schranke im Vergleich zu Altersgenossen bei Probanden, die bereits an einer milden Demenz litten, denn bei diesen Versuchsteilnehmern fand man auch in der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit höhere Werte jener Proteine, die sonst nur im Blut vorkommen und ebenfalls auf eine reduzierte Schutzbarriere zwischen Blutkreislauf und Zentralnervensystem hindeuten. Beim Vergleich von Menschen mit frühem Alzheimer mit gesunden Kontrollpersonen zeigte sich, dass die Undichtheiten bei Alzheimer-Patienten deutlich größer sind als bei der Kontrollgruppe. Diese waren in einer Untersuchung von Backes et al. (2016) über das ganze Großhirn verteilt, und die Patienten verfügten auch über einen deutlich höheren Prozentsatz an Lecks in der grauen Substanz. Zusätzlich zeigten sich auch geringe Veränderungen der Blut-Hirn-Schranke in der weißen Substanz, was bedeutet, dass das Gehirn seine schützende Funktion verloren hat, dass die Stabilität der Gehirnzellen gestört ist und dass das Umfeld, in dem Nervenzellen interagieren, schlecht koordiniert wird, was zu Funktionsstörungen führen kann. Tatsächlich konnt man dabei einen Zusammenhang zwischen dem Ausmaß der Beeinträchtigung der Blut-Hirn-Schranke und dem Rückgang der geistigen Leistungsfähigkeit nachweisen.

Nanopartikel, Feinstaub vorwiegend aus Abgasen und Industrieprozessen, aber auch aus Kopiergeräten und Laserdruckern, sind Objekte mit einer Größe zwischen 1 und 100 Nanometer. Sie sind so klein, dass sie nur mit speziellen Mikroskopen zu erkennen sind und können, wenn sie in den menschlichen Körper gelangen, sowohl positive als auch negative Wirkungen entfalten. Seit neuestem weiß man, dass manche Nanopartikel auch das Nervengewebe schädigen können. So vermutet man, dass Nanopartikel aus Dieselruß Effekte auf das zentrale Nervensystem haben könnten. In den Körper gelangen können Nanopartikel entweder direkt über die Nase, über die Lunge oder den Magen-Darm-Trakt ins Blut, wobei sie etwa aus der Nasenschleimhaut über die Nerven oder durch die Lunge über das Blutund durch die Blut-Hirn-Schranke ins Gehirn transportiert werden können. Allerdings weiß man auf Grund fehlender Untersuchungen nicht, ob dabei Konzentrationen im Gehirn erreicht werden können, die für den Menschen relevant sind.

Literatur

Backes,  Walter H., et al. (2016). Blood-Brain Barrier Leakage in Patients with Early Alzheimer Disease. Radiology, May.
Braniste, V. (2014). The gut microbiota influences blood-brain barrier permeability in mice. Science translational medicine, 6. DOI: 10.1126/scitranslmed.3009759.
Zlokovic, B.V. (2008). Blood-brain barrier in health and chronic neurodegenerative disorders. Neuron, 57, 178-201.





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