Einführung
Das Gehirn ist ein hochaktives Organ, das rund um die Uhr arbeitet und dabei eine erhebliche Menge an Stoffwechselprodukten und Toxinen produziert. Um eine optimale Funktion zu gewährleisten, verfügt das Gehirn über spezielle Reinigungsmechanismen, die diese Abfallstoffe effizient abtransportieren. Schlaf spielt dabei eine zentrale Rolle, aber auch andere Methoden können die Gehirnreinigung unterstützen. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Aspekte der Gehirnreinigung, von den zugrundeliegenden Mechanismen bis hin zu praktischen Tipps für den Alltag.
Das Glymphatische System: Die Müllabfuhr des Gehirns
Bis vor Kurzem glaubten Forscher, dass das Gehirn kein eigenes Lymphsystem zur Reinigung besitzt. Über ein Jahrhundert lang nahm man an, der Fluss des Liquors, der Hirnflüssigkeit, übernehme diese Funktion. Der Haken an dieser These: Dieser Vorgang wäre viel zu langsam, um eine effektive Müllabfuhr zu bilden. Erst 2012 entdeckten Forscher um die dänische Neurowissenschaftlerin Maiken Nedergaard vom University of Rochester Medical Center, dass das Gehirn ein eigenes Abfallentsorgungssystem besitzt - ähnlich dem Lymphsystem im restlichen Körper. Sie nannten es das "glymphatische System". Der Name setzt sich aus „Glia“ und „lymphatisch“ zusammen, da Gliazellen darin eine wichtige Rolle spielen.
Das glymphatische System ist ein fließendes Durchlaufsystem zum Abtransport von überflüssigen und schädlichen Stoffen, bei dem auch der Liquor eine wichtige Rolle spielt. Im Rahmen der Abfallentsorgung fließt der Liquor durch verschiedene Räume im Gehirn. Dazu gehören winzige Kanäle, die parallel zu den Blutgefäßen verlaufen. Sie befinden sich zwischen den Blutgefäßen und dem umgebenden Gewebe. Anschließend tritt die Hirnflüssigkeit in das Hirngewebe ein. Hier kommen die Gliazellen, genauer Astrozyten, ins Spiel. Diese Hirnzellen besitzen wasserleitende Kanäle in ihren Endfüßchen. Durch diese Kanäle wird der Liquor in die Zellzwischenräume des Hirngewebes verteilt, also in den Bereich, der nicht von Blutgefäßen, Nervenfasern oder Zellen eingenommen wird. Das Entscheidende ist nun: Während die Hirnflüssigkeit durch das Hirngewebe fließt, nimmt sie Abfälle auf, die durch den Zellstoffwechsel entstehen. Wie schon die Originalstudien von Maiken Nedergaard und ihren Kollegen 2012 deutlich machten, gehört dazu Beta-Amyloid. Dieses Eiweiß genießt einen schlechten Ruf. Denn die Ansammlung und Ablagerung des Proteins wird mit der Entstehung der Alzheimer-Erkrankung in Verbindung gebracht. Schließlich wird der Liquor samt Abfallstoffen entlang der Venen wieder abtransportiert.
Klappt der Abtransport von Stoffen wie Beta-Amyloid nicht gut, könnte das möglicherweise die Entstehung von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer begünstigen.
Die Rolle des Schlafs bei der Gehirnreinigung
Wie wichtig guter Schlaf ist, fällt uns in der Regel dann auf, wenn er uns fehlt. War die Nacht mal wieder viel zu kurz, schlägt das nicht nur auf die Stimmung. Meist sind wir dann geistig nicht voll auf der Höhe. Den genauen Grund dafür kennt die Wissenschaft nicht. Eine der Funktionen von Schlaf könnte darin liegen, dass das Gehirn währenddessen den eigenen Haushalt auf Vordermann bringt. Wie Maiken Nedergard 2013 in einer Studie an Mäusen belegen konnte, wird offenbar im Zuge des Schlummers am meisten Müll abtransportiert. Der Zwischenraum zwischen den Zellen im Gehirngewebe nahm während des Schlafs durch Schrumpfung der Zellkörper um bis zu 60 Prozent zu. Verantwortlich dafür ist unter anderem Noradrenalin, ein Botenstoff, der das Wachheitsniveau reguliert. Er scheint gleichzeitig die Größe des Zellzwischenraums zu steuern. Noradrenalin-vermittelte Signale verändern offenbar das Zellvolumen und verkleinern dadurch den Raum zwischen den Hirnzellen. Hemmten Nedergaard und ihre Kollegen diese Signale medikamentös, vergrößerte sich der Zwischenraum zwischen den Zellen. Das führte zu einer effizienteren Beseitigung von Abfallprodukten ähnlich wie im Schlaf.
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Der naheliegende Vorteil von größeren Zellzwischenräumen während des Schlafs: Durch mehr Platz zwischen den Zellen kann die Hirnflüssigkeit besser zirkulieren und die Abfallstoffe effizienter abtransportieren. Tatsächlich wurde Beta-Amyloid in der Untersuchung von Nedergaard aus den Gehirnen schlafender Mäuse doppelt so schnell beseitigt wie bei wachen Mäusen. Ein weiterer Vorteil: Der Schlaf ermöglicht es dem glymphatischen System, intensiver zu arbeiten. Denn die Energie, die im Gehirn sonst für kognitive und andere Leistungen draufgeht, steht dann für die Reinigung des Gehirns zur Verfügung. In einer Untersuchung von 2019 kam Nedergaard zu dem Ergebnis, dass vor allem im Tiefschlaf die Abfallentsorgung auf Hochtouren läuft: „Schlaf ist entscheidend für die Funktion des Abfallbeseitigungssystems des Gehirns“, sagt sie in einer Pressemitteilung.
Kontroverse Forschungsergebnisse
Allerdings stellte kürzlich eine Studie infrage, ob Schlaf wirklich dazu dient, die Abfallentsorgung zu unterstützen. Nick Franks, Professor für Biophysik und Anästhesie am Imperial College London, und seine Kollegen kamen genau zu dem gegenteiligen Ergebnis: Stoffe im Gehirn von Mäusen wurden während des Schlafs nicht etwa stärker beseitigt - der Abtransport war sogar deutlich vermindert. "Die Idee, Schlaf könne das Gehirn von Stoffwechselprodukten befreien, war verlockend", sagt Nick Franks. Aber die Daten, die dies untermauern sollten, seien meist indirekt gewesen. "Man hat gemessen, wie schnell bestimmte Nachweismoleküle in das Gehirn gelangten. Und hat dies als Ersatz für das, was hinausging, angesehen.“ Seine eigenen Daten seien direkter. Tatsächlich hatten die Wissenschaftler um Franks Markermoleküle ins Gehirn injiziert und gemessen, wie schnell sie wieder austraten. Schlaf und Narkosemittel hemmten die Ausscheidung. "Daher ist es unwahrscheinlich, dass die Ausscheidung von Stoffwechselprodukten der Hauptgrund dafür ist, dass wir schlafen müssen." Ob im Schlaf wirklich der Großputz stattfindet, ist also nicht ganz klar. Dafür häufen sich die Belege, dass das Gehirn tatsächlich über eine eigene Putzkolonne verfügt.
Schlafstörungen und das Risiko von Krankheiten
Forschende vermuten, dass Schlafstörungen und Schlafentzug das Risiko für Krankheiten erhöhen können. Vielleicht besteht dabei auch ein Zusammenhang zu dem Abfallentsorgungsprogramm des Gehirns. Neuere Erkenntnisse deuten darauf hin, dass das glymphatische System bei einigen Erkrankungen des Gehirns gestört sein und zu diesen beitragen kann.
Ein gestörter Schlafrhythmus könnte dazu führen, dass das glymphatische System weniger gut arbeitet - zum Beispiel bei Personen, die im Schichtdienst arbeiten. Bewegungsmangel scheint ebenfalls ein möglicher Einflussfaktor zu sein. Forschende halten es sogar für möglich, dass Störungen des glymphatischen Systems im Gehirn zur Entstehung von Krankheiten wie Migräne, Epilepsien oder Schlafstörungen (Insomnien) führen können.
Hinweise darauf, dass eine solche Störung möglicherweise die Entstehung der Alzheimer-Krankheit begünstigen könnte, gibt es bereits aus Tierversuchen. Denn zu den Abfallprodukten, die das glymphatische System entsorgt, gehören Beta-Amyloid-Proteine. Diese lagern sich bei der Alzheimer-Krankheit gehäuft im Gehirn ab und stören dadurch die Kommunikation der Nervenzellen. Im Laufe der Jahre sterben dann viele Nervenzellen ab, was die Gehirn- und Gedächtnisfunktion stark beeinträchtigt. Die Tatsache, dass Alzheimer-Patienten bereits unter Schlafstörungen leiden, lange bevor die Krankheit bei ihnen ausbricht, könnte die Vermutung bestätigen, dass der Schlafentzug und der damit verbundene gestörte Abtransport von Beta-Amyloiden zu der Entstehung von Alzheimer beitragen. Gesunder Schlaf und ein gesundes Gehirn sind also eng miteinander verbunden.
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Schlaf und Kopfschmerzen
Schlaf und Kopfschmerz stehen in einem engen Zusammenhang. Laut Erhebung einer Arbeitsgruppe aus Madrid klagt etwa die Hälfte der Patient:innen mit Spannungskopfschmerz oder Migräne zugleich über starke Schlafstörungen, in der Forschung werden gemeinsame Entstehungsursachen von Kopfschmerz und Schlafproblemen diskutiert. Wie entscheidend gutes Schlafen für die Prävention sowohl von Spannungskopfschmerz als auch von Migräne ist, haben wir bereits in früheren Beiträgen beschrieben.
Im Vorfeld einer Attacke, besonders bei Migräne mit Aura, kommt es zur Ausbreitung einer Nerven-Erregungswelle im Gehirn der Patient:innen. Man hat festgestellt, dass es während dieses Zustands zu einem mehrminütigen Verschluss der perivaskulären Räume kommen kann. Das könnte dazu führen, dass die Bewegung der Hirnflüssigkeit, die für den Abfluss von Schadstoffen sorgen soll, zum Erliegen kommt. Toxische Stoffe werden dann nicht mehr abgeführt, und zwar für einen Zeitraum, der auf den ersten Blick nicht ewig aussehen mag, aber für empfindliche neuronale Systeme gefährlich lang ist.
Eine aktuelle Studie von 2024 aus Taiwan hat sich aufwändiger bildgebender Verfahren bedient, um die Bedeutung des glymphatischen Systems für Migräne und Medikamentenübergebrauchskopfschmerz besser zu verstehen. Die Forschenden untersuchten die Strukturen und Funktionen des glymphatischen Systems und der ableitenden lymphatischen Gefäße im Bereich der Meningen, wo der glymphatische Reinigungsfluss ins Lymphsystem des Körpers mündet. So konnte bei Patient:innen mit chronischer Migräne tatsächlich eine verminderte Funktionalität des glymphatischen und meningealen lymphatischen Systems nachgewiesen werden. Bei chronischer Migräne war die Beeinträchtigung stärker als bei episodischer Migräne, am ausgeprägtesten war der Befund bei Betroffenen, die zusätzlich zu ihrer chronischen Migräne einen Medikamentenübergebrauchskopfschmerz entwickelt hatten. Außerdem ließ sich feststellen, dass mit den Beeinträchtigungen noch weitere klinische Parameter korrelierten, so zum Beispiel die Intensität der Kopfschmerzen, der Grad der migränebedingten Behinderung und die Einschränkung der Schlafqualität.
Aus diesen aktuellen Erkenntnissen ergeben sich wieder völlig neue Fragen. Man könnte etwa untersuchen, ob durch die Behandlung von Schlafstörungen das glymphatische System stabilisiert werden kann und sich dadurch zum Beispiel auch Kopfschmerzen verhindern lassen. Möglicherweise ergeben sich auch noch weitere therapeutische Ansätze, die sich grundsätzlich positiv auf die Hirnreinigung auswirken.
Weitere Methoden zur Förderung der Gehirnreinigung
Neben ausreichend Schlaf gibt es weitere Ansätze, die die Gehirnreinigung unterstützen können:
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- Bewegung: Bewegungsmangel scheint ein möglicher Einflussfaktor für die Beeinträchtigung des glymphatischen Systems zu sein. Regelmäßige körperliche Aktivität kann die Durchblutung des Gehirns fördern und somit den Abtransport von Abfallstoffen unterstützen.
- Ernährung: Eine ausgewogene Ernährung mit viel Gemüse, Obst und gesunden Fetten kann die Gesundheit des Gehirns fördern und die Bildung von schädlichen Stoffwechselprodukten reduzieren.
- Stressmanagement: Chronischer Stress kann die Funktion des glymphatischen Systems beeinträchtigen. Entspannungstechniken wie Meditation, Yoga oder Atemübungen können helfen, Stress abzubauen und die Gehirnreinigung zu unterstützen.
- Meditation und Qi Gong: Aus der östlichen Kultur sind viele überlieferte Methoden bekannt, durch die man eine höhere Konzentrationsfähigkeit erreichen kann. Die Meditation ist eine der bekanntesten. In völliger Ruhe versunken übt man, sich nur auf eine Sache wie beispielsweise den Atem, zu fokussieren. Eine Meditation in Bewegung ist Qi Gong. Diese östliche Bewegungskunst bietet ebenfalls die Möglichkeit des Fokussieren der Energie und sich in Aufmerksamkeit zu üben. Um zu lernen, ganz bewusst und koordiniert, Bewegungen auszuführen, müssen wir uns konzentrieren. Es geht darum zu spüren wie die einzelnen Körperteile sich bewegen. Was machen die Hände und Füße? Wo ist mehr Gewicht? Auf dem linken oder rechten Fuß? Spüre ich wie ich in den Bauch hinein atme und beim Ausatme wieder loslasse.
Schichtarbeit und ihre Auswirkungen auf die Gehirnreinigung
In vielen Berufen ist Schicht- und Nachtarbeit Alltag. Polizei, Krankenhäuser, Feuerwehr, Transportwesen - sowohl der öffentliche als auch der private Sektor sind darauf angewiesen, dass Menschen abseits der üblichen Zeiten arbeiten. Solche Arbeit gegen den natürlichen Rhythmus ist eine Herausforderung für den Organismus und kann mit gesundheitlichen Risiken einhergehen. Nach Angaben des Statistischen Bundesamtes arbeiteten im Jahre 2023 etwa 15 % der Erwerbstätigen in Deutschland zumindest gelegentlich im Schichtsystem. Davon entfielen 9 % auf Nachtarbeit zwischen 23 und 6 Uhr.
Die sogenannte „innere Uhr“ des Menschen regelt seinen natürlichen Biorhythmus: Fein abgestimmte Vorgänge in unserem Organismus sorgen dafür, dass sich der Wechsel zwischen Tag und Nacht, der in der Umwelt Tag für Tag stattfindet, auf unsere Aktivität auswirkt und unseren Schlaf steuert. Die Tageszeit erkennt der Körper über die Lichtintensität der Sonnenstrahlen, daran beteiligt ist ein Sehfarbstoff in der Netzhaut des Auges, das sogenannte Melanopsin. Dieses nimmt die Veränderungen der Lichtintensität sehr genau wahr und leitet die gewonnenen Informationen über den Sehnerv an unser Gehirn weiter. Hier wird der 24-Stunden-Rhythmus gesteuert und die innere Uhr gegebenenfalls etwas nach vorn oder hinten korrigiert. Außerdem spielen bestimmte Gehirndrüsen eine Rolle, die im Tagesverlauf verschiedene Hormone ausschütten, die ebenfalls tagesperiodisch auf zahlreiche Funktionen und Zustände unseres Körpers wirken. All diese Vorgänge erzeugen in einem komplizierten Zusammenspiel den Tagesrhythmus des Menschen und beeinflussen beispielsweise die Muskelspannung, die Körpertemperatur, den Hormonspiegel im Blut oder auch die Sensitivität der Sinnesorgane und Nervenbahnen.
Die shift work disorder ist ein vielgestaltiges Erkrankungsbild mit starken körperlichen und emotional-seelischen Komponenten. Die bedeutendste Störung sind Schlafstörungen und eine insgesamt gegenüber Tagarbeitenden verminderte Schlafdauer. Hinzu kommen Störungen im Magen-Darm-Bereich, die langfristig auch zu entzündlichen Erkrankungen des Verdauungstraktes führen können. Auch Herz-Kreislauf-Probleme sind Teil des Krankheitsbildes. Im mentalen Bereich findet man häufig depressive Störungen und Angststörungen, aber auch erhöhte Reizbarkeit, Konzentrationsschwäche und Nervosität. Laut einer Auswertung von 29 Erhebungen zum Thema schätzte eine norwegische Forschungsgruppe, dass mehr als jede:r vierte Schichtarbeitende (26,5%) von der Erkrankung betroffen ist.
Für die Migräne zeigen Untersuchungen mit mehr als 4.500 Teilnehmenden, dass Nachtarbeit das Risiko für Attacken deutlich erhöht. Insbesondere die Anzahl von Nachtschichten pro Monat scheint entscheidend dafür zu sein, wie stark sich die Anzahl der Migräneattacken erhöhen kann. Die Autor:innen beschreiben die Effekte als nachweisbar in allen untersuchten Beschäftigtengruppen, unabhängig vom Geschlecht der Betroffenen und der Art ihrer Tätigkeit. Besonders stark vom Risiko für Kopfschmerz als Folge der Arbeit im Schichtbetrieb betroffen sind nach übereinstimmender Darstellung mehrerer Studien Mitarbeitende im Pflegesektor. Bezogen auf Migräne fand man - wie auch in der nicht von Schichtarbeit betroffenen Bevölkerung - beträchtliche Unterschiede zwischen männlichen und weiblichen Beschäftigten: Letztere hatten ein doppelt so hohes Risiko für Migränekopfschmerz wie ihre männlichen Kollegen.
Tipps für Schichtarbeiter zur Förderung der Gehirnreinigung
Wenn es für die Betroffenen nicht möglich ist, das Arbeiten im Schichtbetrieb, in der Nacht oder am Wochenende zu vermeiden, empfehlen Expert:innen, die Nachtarbeit auf maximal drei Nachtschichten hintereinander zu begrenzen. Diese sollten dann vorwärts wechseln, also etwa: Früh - Früh - Spät - Spät - Nacht. Danach sollte eine Ruhezeit von mindestens 24 Stunden eingehalten werden, besser sind sogar zwei bis drei arbeitsfreie Tage. Auch bei Spätschichten sollten nicht mehr als drei am Stück absolviert werden.
Bei Menschen, die Schichtarbeit nachgehen, stellt vor allem unregelmäßiges Schlafverhalten ein großes Problem dar. Ein zentraler Tipp ist deshalb, darauf zu achten, dass der Schlaf-Wach-Rhythmus zumindest bei Wechseln von Früh- in Spätschichten und umgekehrt so konstant wie möglich bleibt. So kann es helfen, in der ersten Nachthälfte für sehr helle Beleuchtung zu sorgen, z. B. durch Tageslichtlampen. Dies verschiebt das Einsetzen der Müdigkeit nach hinten. Darüber hinaus sollten, falls möglich, während der Nachschicht kurze, etwa halbstündige Schlafpausen eingelegt werden. In der zweiten Hälfte einer Nachtschicht sowie in der Spätschicht sollte kein Koffein mehr konsumiert und die Beleuchtung sollte so weit wie möglich reduziert werden. Grelle Sonne auf dem morgendlichen Heimweg ist ebenfalls kontraproduktiv. Expert:innen empfehlen daher, bei großer Helligkeit auf dem Heimweg eine Sonnenbrille zu tragen.
Grundsätzlich ist es für Menschen, die im Schichtbetrieb arbeiten, wichtig, auch über wechselnde Schichten hinweg regelmäßig zu essen. Dabei sind als warme Hauptmahlzeit Gerichte mit magerem Fleisch und Fisch sowie kohlenhydratreichen Beilagen wie Kartoffeln, Reis oder Gemüse zu empfehlen. Kalte Mahlzeiten können aus einem bunten Salat und/oder einem reichhaltig belegten Vollkornbrot bestehen. Auch regelmäßiges Trinken ist entscheidend. Während Nachtschichten eignen sich zwei Nachtmahlzeiten. Im Laufe der Nacht sinkt die Körpertemperatur ab. Das signalisiert dem Körper, dass es Zeit ist zu schlafen. Eine warme Mahlzeit spendet nicht nur Energie, sondern wirkt dem Absinken der Körpertemperatur entgegen. Zudem fördert sie die Konzentration und das Wachbleiben. Die zweite Nachtmahlzeit sollte etwa zwei Stunden vor Schichtende eingenommen werden. Dadurch bleiben Konzentration und Leistungsfähigkeit erhalten. Hierfür eignen sich z. B. eine Gemüsesuppe oder ungesüßtes Früchtekompott, Milch und Milchprodukte sowie Obst und leichte Salate.
Wer im Schichtdienst arbeitet, sollte besonders auf das Einlegen von kurzen Pausen achten - auch wenn dies etwa im Krankenhausalltag manchmal sehr schwierig ist. Die Pausen sollten möglichst an der frischen Luft verbracht werden. Auf diese Weise wird die Durchblutung unseres Gehirns und damit unsere Konzentrationsfähigkeit verbessert. Ein besonders guter Tipp ist die Progressive Muskelentspannung nach Jacobson, eine medizinisch erprobte und leicht zu erlernende Entspannungstechnik. Durch die bewusste Wahrnehmung der Anspannung und Entspannung der Muskeln erlebt der gesamte Körper eine tiefe Entspanntheit, was die Wirksamkeit auch vergleichsweise kurzer Pausen erhöht.
Konzentration und ihre Bedeutung für die Gehirnfunktion
Wenn du deine Konzentration verbesserst, wirst du effektiver in deiner Arbeit und in deinem Alltag sein. Du entwickelst die Fähigkeit bei einer Tätigkeit zu bleiben und das mit voller Aufmerksamkeit. Mit der Konzentration ist das so eine Sache. Gerade, wenn wir sie am nötigsten brauchen schwindet sie dahin und lässt uns müde zurück. Nach 30-60 Minuten haben wir Schwierigkeiten uns zu konzentrieren und brauchen eine Pause. Genauer gesagt, das Gehirn benötigt Ruhe und Abwechslung, ansonsten können die Informationen nicht mehr richtig erfasst werden. Das Denken gleitet zu weniger fordernden Dingen ab wie z. B. Bewusst Pausen einzulegen, nach ca. 45 Minuten wäre ideal, ist also grundsätzlich empfehlenswert. Will man seine Konzentrationsfähigkeit aber prinzipiell steigern, gibt es einige Möglichkeiten dies zu tun.