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glymphatisches System


Während im menschlichen Körper das Lymphsystem dafür zuständig, jene Stoffe zu entsorgen, die dieser nicht mehr braucht und die ihm gefährlich werden können, endet dieses Entsorgungssystem an der dichten Grenze des Gehirns, der Blut-Hirn-Schranke. Zwar fließt auch im Gehirn etwas Zerebrospinalflüssigkeit, die auch Abfall ausspült, dies aber viel zu langsam und viel zu wenig. Nach neuesten Untersuchungen an lebenden Mäusegehirnen hat das Gehirn ein zweites Entsorgungssystem, das von Gliazellen gebildet wird und daher den Namen glymphatisches System erhielt.

Es ist bekannt, dass Liquor eine wichtige Rolle bei der Reinigung von Gehirngewebe spielt, indem es Abfallprodukte abtransportiert und Nährstoffe durch Diffusion in das Hirngewebe transportiert. Das glymphatische System verwirbelt den Liquor in jede Ecke des Gehirns extrem effizient, was man als Massenfluss oder Konvektion bezeichnet. Das glymphatische System arbeitet rasch, effizient und unter Hochdruck, wobei Wasserkanäle (Aquaporine) den Liquor durch das Gehirn transportieren. Innerhalb des glymphatischen Weges gelangt die Liquorflüssigkeit über periarterielle Räume ins Gehirn, über perivaskuläres astrozytäres Aquaporin-4 wird Liquor in das Interstitium abgegeben und fördert die perivenöse Drainage der Interstitialflüssigkeit, wobei man vermutet, dass Pharmaka das glymphatische System beeinflussen könnten. Das glymphatische System steuert auch die zerebrale Laktatkonzentration, denn der Hirnlaktatspiegel ist während des Wachzustandes höher als im Schlaf. Es ist nicht bekannt, warum die Erregung mit einem Anstieg des Laktats im Gehirn verbunden ist und warum Laktat innerhalb von Minuten nach dem Einschlafen abnimmt. Eine Studie zeigte, dass eine Störung des glymphatischen Systems zu einer Dysbalance im Laktatspiegel führt. Glukose, die nicht vollständig oxidiert wird, kann als Laktat über den glymphatischen Flüssigkeitstransport ausgeschieden werden.

Dieses glymphatische System ist im Schlaf etwa zehnmal aktiver als im Wachzustand. Dabei werden 95 Prozent des Gehirnmülls dann entsorgt, was dadurch wird, dass im Schlaf die Gehirnzellen um bis zu sechzig Prozent schrumpfen, was  Raum für die Abwasserkanäle schafft, durch die dann etwa toxische Proteine entsorgt werden, die hinter vielen Krankheiten des Gehirns stehen, etwa hinter Alzheimer. Ausreichender Schlaf ist daher offensichtlich nicht nur für das Einprägen von Informationen wichtig, sondern auch für das Entmüllen des Gehirns. In einer Langzeitstudie wurde nach Risikofaktoren der Alzheimer-Erkrankung gesucht, wobei Menschen mit Schlafstörungen eine höhere Inzidenz besitzen, an Alzheimer zu erkranken. Möglicherweise lösen Schlafstörungen eine Dysfunktion des glymphatischen Systems aus. Dass dieses System auch vorwiegend in der Nacht aktiv ist, könnte auch daran liegen, dass offenbar tagsüber die gesamte Energie für die mentalen Funktionen verbraucht wird, wodurch keine Energie für die Reinigung verbleibt.

Eine weitere Studie zeigte, dass die Funktion des glymphatischen Systems auch nach traumatischen Hirnverletzungen stark reduziert ist, sodass eine chronische Beeinträchtigung der Funktion des glymphatischen Systems nach Hirntraumata ein Schlüsselfaktor sein könnte, der den Beginn einer Neurodegeneration einleitet.

Möglicherweise könnte dieser Entsorgungsmechanismus auch eine Erklärung für das unterschiedliche Schlafbedürfnis verschiedener Lebewesen liefern, denn während Fledermäuse zwanzig Stunden am Tag ruhen, kommen Giraffen oder Elefanten mit drei bis vier Stunden aus.

Kurioses: In einem Magazin fand sich übrigens eine einschlägige Untersuchung unter dem anschaulichen Titel: Gehirnwäsche im Schlaf 😉

Meningealen Lymphgefäße an der Schädelbasis sorgten für den Abfluss der Stoffwechselprodukte im Gehirn

Nach einer neuen Studie (Ahn et al., 2019) werden Schadstoffe im Gehirn vor allem von Lymphgefäßen an der Schädelbasis abtransportiert. Deren Funktion scheint mit zunehmendem Alter abzunehmen, was könnte die Entstehung von Erkrankungen wie Alzheimer erklären. Die Lymphgefäße an der Schädelbasis waren bisher weitestgehend unerforscht, dies wurde nun an den meningealen Lymphgefäßen an der Schädelbasis von Mäusen untersucht. Mithilfe eines Farbstoffs und einer speziellen Mikroskopiertechnik konnte man die Strukturen der Gefäße im Detail sichtbar machen, wobei die basalen Lymphgefäße eine Reihe von Eigenschaften besitzen, die sowohl die Aufnahme als auch den Abfluss von Flüssigkeit erleichtern. So sind die Endothelzellen, aus denen die Wände der kapillarartig verzweigten Gefäße bestehen, nur lose miteinander verbunden und ermöglichen so die Aufnahme von Flüssigkeit, wobei es wie bei allen Lymphsystemen Präkollektoren gibt, die Flüssigkeit aus mehreren Lymphgefäßen sammeln und anschließend weitertransportieren. Diese Strukturen verfügen über Klappen, die einen Rückfluss verhindern und den kontinuierlichen Strom von Flüssigkeit in eine Richtung gewährleisten.

Literatur

Ahn, Ji Hoon, Cho, Hyunsoo, Kim, Jun-Hee, Kim, Shin Heun, Ham, Je-Seok, Park, Intae, Suh, Sang Heon, Hong, Seon Pyo, Song, Joo-Hye, Hong, Young-Kwon, Jeong, Yong, Park, Sung-Hong & Koh, Gou Young (2019). Meningeal lymphatic vessels at the skull base drain cerebrospinal fluid. Nature, doi:10.1038/s41586-019-1419-5.
Lulu Xie, Hongyi Kang, Qiwu Xu, Michael J. Chen,Yonghong Liao, Meenakshisundaram Thiyagarajan, John O’Donnell, Daniel J. Christensen, Charles Nicholson, Jeffrey J. Iliff, Takahiro Takano, Rashid Deane & Maiken Nedergaard (2013). Sleep Drives Metabolite Clearance from the Adult Brain. Science, 342, 373-377.
http://news.doccheck.com/de/202311/ist-alzheimer-ein-abflussproblem/ (18-03-20)


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