Einleitung
Die biologische Psychologie, auch bekannt als Neuropsychologie, untersucht die physiologischen, genetischen und entwicklungsbedingten Grundlagen des Verhaltens beim Menschen und bei Tieren. Ein zentraler Aspekt ist die Neurochemie, die sich mit chemischen Prozessen im Nervensystem befasst. Diese Prozesse sind eng mit psychischen Vorgängen und ihren Störungen verbunden. Der Liquor cerebrospinalis, auch Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit genannt, spielt dabei eine wichtige Rolle, da er Informationen über Gehirnfunktionen liefern und als Medium für die Messung von Substanzen dienen kann, die an psychischen Prozessen beteiligt sind.
Grundlagen der Neurochemie in der Biologischen Psychologie
Die Neurochemie ist eine Basisdisziplin für die Chemopsychologie und untersucht chemische Vorgänge im Nervensystem. Für die Psychologie sind vor allem solche chemischen Prozesse von Bedeutung, die psychischen Vorgängen und ihren Störungen zugrunde liegen, sie begleiten oder ihnen folgen. Die beteiligten Substanzen, ihre Vorläufer, Zwischenprodukte oder Abbauprodukte können beim Menschen über Körperflüssigkeiten wie Liquor, Blut oder Speichel gemessen werden. Beim Tier existieren weitaus bessere Möglichkeiten für solche Messungen. Eingriffsmöglichkeiten in diese Prozesse bestehen über psychische Variationen (z. B. psychosozialer Stress) oder somatische Variationen.
Die Rolle des Liquors im Zentralnervensystem
Der Liquor cerebrospinalis ist eine klare, farblose Flüssigkeit, die das Gehirn und das Rückenmark umgibt. Er hat mehrere wichtige Funktionen:
- Schutz: Er dient als Puffer und schützt das Gehirn vor Stößen und schnellen Bewegungen.
- Stoffwechsel: Er spielt eine Rolle beim Zellstoffwechsel und transportiert Nährstoffe zu den Gehirnzellen und Abfallprodukte von ihnen weg.
- In-vivo-Information: Er liefert Informationen über Gehirnfunktionen und ermöglicht die Diagnose neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen.
Zusammensetzung und Produktion des Liquors
Der Liquor hat eine niedrige Zellzahl (0-4 Zellen/μl) und einen niedrigen Proteingehalt (<0,2 % der normalen Gesamtproteinkonzentration des Blutes). Die Salzkonzentrationen sind vergleichbar mit denen des Blutes. Der Großteil der Proteine stammt aus dem Blut, ein kleinerer Teil kommt aus den Hirnzellen und den Leptomeningen.
Das Hauptvolumen des Liquors wird kontinuierlich in den Plexus choroidei der vier Ventrikel gebildet. Die hohe Konzentration einer apikalen Na-K-ATPase erhöht die Natriumkonzentration und erniedrigt die Kaliumkonzentration im Liquor. Zusammen mit dem luminalen Natrium/Bicarbonat-Kotransporter wird ein starker osmotischer Gradient aufgebaut. Dieser osmotische Gradient vom Blut zum Liquor ist die treibende Kraft für den Wasserstrom in den Liquor. Der Wasserstrom wird erleichtert durch das Wasserkanalprotein Aquaporin 1, das primär in der luminalen Membran lokalisiert ist.
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Liquorfluss und Dynamik
Der Liquor fließt von den Ventrikeln durch das Foramen Magendie und die beiden Foramina Luschkae in die basalen Zisternen. Im Zisternalraum teilt sich der Liquor in einen kortikalen und lumbalen Zweig des Subarachnoidalraums. Durch die Arachnoidalzotten in den Pacchioni-Granulationen wird der Liquor komplett, ohne Filtration, in das venöse Blut dräniert. Die treibende Kraft für den Liquorfluss ist die Druckdifferenz zwischen arteriellem und venösem Blut.
Das Gesamtvolumen des Liquors im Erwachsenen beträgt ca. 140 ml, einschließlich eines mittleren Ventrikelvolumens von 12-23 ml und 30 ml im spinalen Subarachnoidalraum. Dieses Volumen wird je nach Alter zwei- bis viermal täglich erneuert.
Die Blut-Liquor-Schranke
Neben der Blut-Hirn-Schranke existiert im zentralen Nervensystem (ZNS) auch eine Blut-Liquor-Schranke, die eine Barriere zwischen dem Nervenwasser und dem Blutsystem darstellt. Die pathologische Erhöhung der Serumproteinkonzentrationen im Liquor (sog. Blut-Liquor-Schrankenstörung) beruht ausschließlich auf einer pathologischen Verlangsamung des Liquorflusses mit gekoppelter nichtlinearer Erhöhung des Molekülstroms in den Liquor.
Aufbau der Blut-Hirn-Schranke
Die Blut-Hirn-Schranke setzt sich aus mehreren Schichten zusammen:
- Kapillarendothel: Die kleinsten Blutgefäße des Gehirns sind die Kapillaren, deren Endothelzellen über Tight Junctions miteinander verbunden sind, wodurch ein Übertritt von Substanzen über die Zwischenzellräume (= parazellulär) verhindert wird.
- Basalmembran: Sie besteht im Wesentlichen aus Kollagen und Polysaccharidkomplexen und dient dazu, die angrenzenden Zellverbände zu stabilisieren.
- Astrozyten: Sie bilden zwar keine undurchlässige Schranke, bewirken aber die Bildung der Tight Junctions zwischen den Endothelzellen und sind wichtig für die Ernährung der Nervenzellen.
Funktionen der Blut-Hirn-Schranke
Die Blut-Hirn-Schranke erfüllt im Wesentlichen drei Funktionen:
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- Sie muss giftige Substanzen und Krankheitserreger aus dem ZNS fernhalten.
- Sie muss die Versorgung des Gehirns mit wichtigen Nährstoffen gewährleisten.
- Sie muss das innere Milieu des zentralen Nervensystems aufrecht erhalten.
Störungen der Blut-Hirn-Schranke
Die Blut-Hirn-Schranke kann aus verschiedenen Gründen für Stoffe, die das ZNS nicht erreichen sollen, passierbar werden. Zu den Gründen zählen unter anderem Entzündungen des zentralen Nervensystems, beispielsweise im Rahmen der Erkrankung Multiple Sklerose oder bakteriellen Meningitiden (Hirnhautentzündungen). Aber auch Tumore können die Blut-Hirn-Schranke unterbrechen.
Liquordiagnostik in der Neurologie und Psychiatrie
Die Liquordiagnostik, d. h. die klinische Neurochemie, erlaubt es, eine diagnostische und wissenschaftliche Systematik aufzubauen. Die Grundlagen hierfür sind in den physiologischen und biophysikalischen Zusammenhängen des Liquors begründet. Die qualifizierte Liquordiagnostik stellt einen unersetzbaren Teil der Differenzialdiagnostik neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen dar.
Parameter der Liquordiagnostik
Die Liquordiagnostik benötigt grundsätzlich einen minimalen Satz an Parametern, die in jedem Liquor-Serum-Probenpaar durchgeführt werden sollen, um ein mögliches unerwartetes Ergebnis nicht zu verpassen. Zu den wichtigsten Parametern gehören:
- Zellzahl: Erhöhte Zellzahlen können auf Entzündungen oder Infektionen hinweisen.
- Proteingehalt: Erhöhte Proteinkonzentrationen können auf eine Störung der Blut-Liquor-Schranke hindeuten.
- Albuminquotient (QAlb): Er dient zur Beurteilung der Blut-Liquor-Schrankenfunktion und ist altersabhängig.
- Immunglobuline (IgG, IgA, IgM): Der Nachweis einer intrathekalen Immunglobulinsynthese kann auf entzündliche oder autoimmune Erkrankungen des ZNS hinweisen.
- Laktat: Erhöhte Laktatwerte können auf eine bakterielle Meningitis hindeuten.
Das Reiber-Diagramm
Das Liquor-Serum-Quotientendiagramm (Reiber-Diagramm) ist ein quantitatives Verfahren, um auf einen Blick Informationen über die individuelle Schrankenfunktion eines Patienten zusammen mit dem intrathekalen Immunglobulinmuster zu erhalten.
Interpretation von Liquorbefunden
Als Interpretationsgrundlagen dienen die Parameter des analytischen Grundprogramms. Dabei nimmt die Mustererkennung im Quotientendiagramm für die Analyse der intrathekalen Immunglobulinreaktionen einen besonderen Raum ein. Für die Differenzialdiagnose wichtige Kombinationen von Parametern sind krankheitsbezogen in Tab. 1 dargestellt.
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Liquorzytologie
Die Liquorzytologie ist methodisch und bezüglich der Interpretation sehr anspruchsvoll. Typisch für den ersten Fall wären Metastasen bei einem karzinoembryonales Antigen (CEA) synthetisierenden Tumor im ZNS, die nicht selten fernab des Liquorraums, z. B.
Liquor und Schlaf
Eine US-Studie hat gezeigt, dass bei Schlafmangel kurze Aufmerksamkeitsaussetzer auftreten, kurz bevor ein Schwall Liquor (zerebrospinale Flüssigkeit) das Gehirn verlässt - ein Prozess, der üblicherweise während des Schlafs stattfindet. Diese rhythmischen Veränderungen im Fluss der zerebrospinalen Flüssigkeit sind typisch für den Schlaf. Das sogenannte glymphatische System entsorgt auf diese Art "dreckigen" Liquor - eine Voraussetzung dafür, dass unser Hirn am nächsten Tag wieder voll einsatzfähig ist und effektiv arbeiten kann.
Das Glymphatische System und seine Bedeutung für die "Müllabfuhr" des Gehirns
Liquor beseitigt schädliche Stoffwechselprodukte: Den biologischen Mechanismus, der dahintersteckt, entdeckten US-Forschende um Maiken Nedergaard von der University of Rochester schon vor zwölf Jahren: Genauer gesagt stießen sie auf ein ganzes Drainagesystem im Kopf. Denn, so fand das Team heraus, die Flüssigkeit plätschert nicht ziellos zwischen den Hirnstrukturen umher, sie wird zielgerichtet hindurchgeschleust. Dabei durchspült sie auch die winzigen Spalten zwischen den Zellen.
Die dahinterstehenden Mechanismen tauften die Forschenden „glymphatisches System“, eine Wortneuschöpfung aus Glia (wie die nicht-neuronalen Zellen des Gehirns auch heißen) und Lymphe (der entsprechenden Flüssigkeit im Körper). Die Entdeckung der bis dahin völlig unbekannten Abläufe war damals eine Sensation.
Liquor-Strom durchquert Gehirn
Dabei, so die noch nicht belegte Hypothese, nimmt der Liquor auch schädliche Stoffwechselprodukte auf und transportiert sie durch das Hirn, bis sie schließlich in die Lymphbahnen geschleust und abtransportiert werden. Die Lymphe selbst kann das nicht übernehmen, denn sie ist durch die Blut-Hirn-Schranke vom Denkorgan getrennt.
Probleme bei der „Müllabfuhr“ und Alzheimer
Dieser Nachweis ist umso wichtiger, als das glymphatische System eine zentrale Rolle bei der Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer spielen könnte. Mit dem Liquor-Strom könnten im Normalfall auch schädliche Proteine wie Beta-Amyloid entsorgt werden, aus denen sich die typischen Alzheimer-Plaques zusammensetzen.
Das würde auch erklären, warum Menschen mit chronischen Schlafstörungen ein erhöhtes Risiko für Alzheimer haben. Tatsächlich hat man beobachtet, dass das glymphatische System normalerweise beim Schlafen besonders aktiv ist. Schlechter Schlaf könnte den Abtransport von Beta-Amyloid und anderen problematischen Molekülen behindern und so beispielsweise die Plaquebildung bei Alzheimer begünstigen.
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