Das Lymphsystem im ZNS: Funktion, Bedeutung und neue Erkenntnisse

Jedes Mal, wenn wir denken, fühlen oder sogar träumen, arbeitet unser Gehirn unermüdlich, um all diese fantastischen Prozesse zu steuern. Um all die „Energie“ und „Abfälle“, die dabei entstehen, aus unserem Gehirn zu entfernen, gibt es ein ausgeklügeltes System von lymphatischen Gefäßen, die in den Hirnhäuten angesiedelt sind. Dieser Artikel beleuchtet die komplexe Rolle des Lymphsystems im zentralen Nervensystem (ZNS), seine Funktionen, mögliche Störungen und aktuelle Forschungsergebnisse.

Einführung in das Lymphsystem und seine Funktionen

Das Lymphsystem ist ein wichtiger Bestandteil des Immunsystems und unterstützt die Entgiftung des Körpers. Es ist ein weit verzweigtes Netzwerk, das analog zu den Blutgefäßen den gesamten Körper durchzieht. Eine Hauptaufgabe des Lymphsystems besteht darin, die Bluteiweiße aus dem Gewebe in den Blutkreislauf zurückzuführen. Als Lösungsmittel für die Eiweiße wird überschüssige Flüssigkeit aus dem Gewebsraum zwischen den Zellen - dem Interstitium - aufgenommen. Mit dieser Flüssigkeit werden auch abgestorbene Zellen, überschüssige Stoffwechselprodukte und andere Schadstoffe abtransportiert sowie Immunzellen aus dem Interstitium zurück in die Blutzirkulation überführt. Zudem transportiert das Lymphgefäßsystem Fette und fettlösliche Vitamine aus dem Darm und gibt diese dann in den Blutstrom ab. Last but not least besitzt das Lymphsystem eine zentrale Rolle bei der Bekämpfung von Krankheitserregern. So findet in den lymphatischen Organen die Bildung und Reifung so genannter T-Lymphozyten, statt. Diese Abwehrzellen machen Bakterien, Viren und andere körperfremde Pathogene dem Immunsystem zugänglich und tragen so maßgeblich dazu bei, diese unerwünschten Eindringlinge zu zerstören.

Das Lymphgefäßsystem ist als hierarchisches Netzwerk aufgebaut, das heißt Größe und Wandstärke nehmen in Flussrichtung der Lymphe zu. Den ersten und kleinsten Abschnitt bilden die initialen Lymphgefäße, die einen Durchmesser von zehn bis 50 μm haben und blind beginnen. Die Wand der initialen Lymphgefäße besteht nur aus einer Schicht platter Zellen, die sich überlappen. Zwischen diesen Endothelzellen befinden sich lückenartige Öffnungen. Die initialen Lymphgefäße bilden ein Netz, an das sich die so genannten Präkollektoren anschließen. Ihr Wandaufbau wird mit einer Muskelschicht verstärkt - sie gehen dann in die Kollektoren über. Aufgebaut sind diese Kollektoren weitgehend wie Venen nur mit deutlich dünneren Wandschichten. Und genau wie die Venen besitzen sie in ihrem Inneren Klappen, die verhindern, dass die Lymphe in die falsche Richtung fließt. Dies wird bedingt durch die unter dem Endothel liegende Basalmembran, die teilweise unterbrochen ist oder ganz fehlt. Die Lymphkollektoren sind - anders als die Venen - zusätzlich durch Nerven des sympatischen Systems versorgt und haben dadurch eine eigene kontrollierte Muskelaktivität zur Entleerung der Lymphe. Diese Lymphkollektoren münden in die Lymphknoten und bilden so allmählich immer größer werden Lymphstämme. Die Lymphe wird auf diese Weise immer wieder in Lymphknoten gefiltert, es wird Flüssigkeit entzogen und der Inhalt wird immunologisch „behandelt“, sprich fremde Zellen werden erkannt. Auf ihrem Weg zu den Venenwinkeln passiert die Lymphe eine Vielzahl von Lymphknoten. Mehrere hundert dieser 5-25 mm großen, oval bis bohnenförmigen Strukturen sind im menschlichen Körper verteilt, teils einzeln, teils in Gruppen oder als Ketten entlang der Lymphgefäße. Die Lymphknoten fungieren als eine Art „Filterstation“ im Lymphsystem.

Täglich bilden sich etwa zwei bis drei Liter Lymphflüssigkeit. Bei der Fettverdauung entstehen im Darm Chylomikronen, die einen Großteil der Fette und fettlöslichen Vitamine über die Lymphe in den Blutkreislauf und zu den Körperzellen transportieren. Mit ihrem Gehalt an Fibrinogen und Gerinnungsfaktoren ist Lymphe gerinnungsfähig.

Das Lymphsystem der Hirnhäute: Eine neue Perspektive

Lange Zeit ging die Wissenschaft davon aus, dass das Gehirn und das übrige zentrale Nervensystem keine Lymphgefäße besitzen - um die empfindlichen Nervenzellen vor Krankheitserregern und Schadstoffen zu schützen. Das Lymphsystem der Hirnhäute hat die Aufgabe, das Gehirnwasser oder den Liquor - die Flüssigkeit, die unser Gehirn umgibt und es schützt - abzutransportieren. Diese Flüssigkeit nimmt nicht nur Abfallprodukte auf, sondern enthält auch wichtige Nährstoffe.

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Im Jahr 2015 entdeckten Forscher von der University of Virginia aber erstmals Lymphbahnen in der Hirnhaut von Mäusen und erregten damit in der medizinischen Fachwelt großes Aufsehen. Zwei Jahre später konnten Wissenschaftler mit bildgebenden Verfahren auch im menschlichen Gehirn Lymphgefäße nachweisen. Diese Entdeckung revolutionierte das Verständnis der Abfallentsorgung im Gehirn.

Funktion und Bedeutung des Lymphsystems im ZNS

Das Lymphsystem der Hirnhäute hat die Aufgabe, das Gehirnwasser oder den Liquor - die Flüssigkeit, die unser Gehirn umgibt und es schützt - abzutransportieren. Diese Flüssigkeit nimmt nicht nur Abfallprodukte auf, sondern enthält auch wichtige Nährstoffe. Wenn diese Lymphgefäße jedoch nicht richtig funktionieren, kann das Gehirn wie durch einen überfüllten Mülleimer beeinträchtigt werden, was die gesamte Funktionalität beeinträchtigt. Das ist nicht nur unangenehm, sondern kann auch ernsthafte Auswirkungen auf unser Gedächtnis und unsere kognitiven Fähigkeiten haben!

Um sämtliche Körperzellen mit Sauerstoff und Nährstoffen zu versorgen, tritt aus den Kapillaren des arteriellen Blutgefäßsystems kontinuierlich Blutplasma in das Zwischenzellgewebe aus. Diese Flüssigkeit wird vom Lymphsystem aufgesammelt und abtransportiert. Damit sich diese Flüssigkeit dort nicht ansammelt, wird sie von den initialen Lymphgefäßen aufgenommen und dann als Lymphe bezeichnet. Dabei handelt es sich um eine klare bis gelbliche Flüssigkeit, die ähnlich wie das Blutplasma hauptsächlich aus Wasser besteht. Zudem finden sich in der Lymphe aber auch größere, so genannte makromolekulare Abfallprodukte des Stoffwechsels, Zellen und Zelltrümmer, Bakterien, Viren und andere Fremdstoffe. Zusammen bilden diese Substanzen die lymphpflichtige Last, die nur über das Lymphsystem aus dem Gewebe entfernt werden kann. Auch die beim Tätowieren ins Hautgewebe applizierten Farbpigmente sind körperfremde Stoffe, die mit der Lymphe nach und nach abtransportiert werden. Deshalb ist das Lymphsystem auch für den bei Tattoo-Fans wenig beliebten Effekt verantwortlich, dass ihre Tätowierungen im Laufe der Zeit verblassen.

Anders als der Blutkreislauf mit dem Herz als Pumpe, verfügt das Lymphsystem nicht über einen großen, zentralen Motor. Um die Lymphflüssigkeit trotzdem gegen die Schwerkraft und den hydrostatischen Druck zu transportieren, können sich die größeren Lymphgefäße aktiv zusammenziehen (s.o.). Dazu haben die Kollektoren eine zirkuläre Muskulatur, die sich gesteuert vom vegetativen Nervensystem an- und wieder entspannt und so die Lymphe vorantreibt. Unterstützung kommt dabei von der Muskelpumpe, die vor allem in den Beinen aber auch in den Armen zum Tragen kommt. Bei Bewegungen kontrahieren sich dort Muskeln und pressen so die darin liegenden Lymphgefäße regelrecht aus. Zusätzlich werden die zentralen Lymphgefäße, wie der Ductus thoracicus durch die Pulswellen in den Arterien, in deren direkter Nachbarschaft die Lymphgefäße verlaufen unterstützt. Eine weitere Hilfe für den Transport bieten der Wechsel von Überdruck beim Ausatmen und Unterdruck beim Einatmen im Brustkorb und die Bewegungen (Peristaltik) des Darms. Täglich zwei bis drei Liter Lymphe werden mit Hilfe dieser Mechanismen in den Venenwinkeln in den Blutkreislauf eingeleitet, ein vielfaches davon wird über die Lympknoten gefiltert und direkt dem Blutkreislauf zugeführt.

Eine gewisse Sonderstellung besitzt das Lymphsystem des Verdauungstraktes. Dort nimmt die Lymphe wichtige langkettige Fette, Cholesterine und fettlösliche Vitamine aus dem Darm auf, umhüllt sie mit einer Eiweißschicht, damit sie wasserlöslich sind (dies wird „Chylus“ bezeichnet) und führt sie über den Ductus Thoracicus dem Blutkreislauf zu. Erst über den allgemeinen Kreislauf erreichen sie die Leber. Die kurz- und mittelkettigen Fettsäuren nutzen die Pfortader direkt zur Leber und zur schnelleren Verstoffwechselung.

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Das E/I-Gleichgewicht und seine Bedeutung für das Gehirn

Das E/I-Gleichgewicht (Erregung/Hemmung) ist entscheidend für die ordnungsgemäße Funktionsweise unserer neuronalen Netzwerke. Es sorgt dafür, dass unsere Neuronen sowohl Reize empfangen (Erregung) als auch kontrolliert werden (Hemmung). Wenn die Erregung überhandnimmt, wie der übermotivierte Nachbar, der zu laut auf seiner Trompete spielt, kann es zu einer Überstimulation des Gehirns kommen, was in der Regel nichts Gutes bedeutet - im besten Fall gibt es das eine oder andere Kopfweh, im schlimmsten Fall wird das Gedächtnis in Mitleidenschaft gezogen!

Mikroglia: Die Wächter des Gehirns und ihre Rolle bei Lymphsystemstörungen

Jetzt kommen wir zu den Mikroglia, den kleinen Wächtern unseres Gehirns. Sie haben die Aufgabe, das Gehirn sauber zu halten und reagieren, wenn es Störungen gibt. Wenn das Lymphsystem der Hirnhäute versagt, gibt die Mikroglia nicht nur den Alarm aus, sondern kann auch den ganzen Saal durcheinanderbringen. Diese Mikrogliazellen sind wie die Feuerwehr: Wenn es brennt (oder die Lymphgefäße nicht ordnungsgemäß arbeiten), sind sie sofort im Einsatz. Doch manchmal geraten sie selbst in Panik und schütten übermäßig viele entzündungsfördernde Substanzen aus - in diesem Fall den Botenstoff Interleukin 6. Stellt euch Interleukin 6 als den übermotivierten DJ vor, der einfach nicht damit aufhören kann, seinen Lieblingssong zu spielen, und die ganze Stimmung in die Höhe treibt - das führt zu Chaos! Wenn Interleukin 6 in großen Mengen ausgeschüttet wird, hat das direkte Auswirkungen auf die Funktionalität der Synapsen im Gehirn - das sind die kleinen Verbindungen, mit denen Nervenzellen miteinander kommunizieren lassen. Ein Zuviel an Interleukin 6 kann die Fähigkeit dieser Synapsen beeinträchtigen, richtig zu funktionieren, und damit drohen Gedächtnisprobleme! Unter normalen Umständen könnte unser Gehirn in der Lage sein, diese Probleme auszugleichen.

Wiederherstellung des Lymphsystems: Ein Hoffnungsschimmer

Forscher haben herausgefunden, dass das Wiederherstellen der Funktionsfähigkeit des Lymphsystems der Hirnhäute in älteren Mäusen zu einer Verbesserung ihrer Gedächtnisfähigkeit führen kann. Ja, ihr habt richtig gehört! Wenn wir die „Abflussrohre“ wieder in Stand setzen, haben wir die Chance auf einen Neustart - fast so, als würde man den Reset-Knopf auf dem alten Computer drücken. Plötzlich läuft alles wieder glatt!

Das glymphatische System: Eine weitere wichtige Entdeckung

Das Zentralnervensystem ist nicht an das Lymphsystem des Körpers angeschlossen. 2013 wurde das vor allem im Schlaf aktive glymphatische System im Gehirn entdeckt. Dem Hirnwasser, das in den Ventrikeln (flüssigkeitsgefüllte Hohlräume im Inneren des Gehirns) produziert wird, kommt dabei eine besondere Rolle zu: Es wird in schmalen Räumen entlang der Arterien aus dem Ventrikelsystem in das Gehirn gepumpt und von dort mit Hilfe der Gliazellen (Stützzellen im Hirngewebe) über die Blut-Hirn-Schranke transportiert. Diese wichtige Funktion der Gliazellen verhalf dem neu gefundenen Flüssigkeitsstrom auch zu seinem neuen Namen: Das glymphatische System. Angekommen im Hirnparenchym diffundiert das Hirnwasser frei durch die Zellzwischenräume und nimmt auf diesem Weg die angefallenen Abfallprodukte mit. Abgeleitet wird es dann entlang der Venen und Hirnnerven zu den tiefen Halslymphknoten, wo sich das Lymphsystem des Gehirns dann schließlich mit dem des restlichen Körpers vereint. Das glymphatische System ist von großer Relevanz für die einwandfreie Funktion unseres Gehirns. Kommt es zu einer Störung, so kann dies das empfindliche Gleichgewicht im Hirnparenchym zerstören und verheerende Folgen haben. Ein klassisches Beispiel dafür bietet Morbus Alzheimer, eine neurodegenerative Erkrankung, bei der es zu einer vermehrten Ablagerung von neurotoxischen Abbauprodukten kommt. Wissenschaftler haben festgestellt, dass ein verminderter glymphatischer Fluss hier mit einer zunehmenden kognitiven Einschränkung einhergeht. Doch auch bei neuroinflammatorischen Erkrankungen, bei Kopfschmerzen, beim Schlaganfall und bei der Entstehung chronischer Schmerzen spielt das glymphatische System möglicherweise eine Rolle.

Klinische Relevanz: Autoimmunerkrankungen des ZNS

Obwohl es die Blut-Hirn-Schranke (BHS) gibt, die als eine physiologische Barriere- und Filterfunktion zwischen dem Blutkreislauf und dem ZNS fungiert, existieren dennoch autoimmun bedingte Krankheitsbilder des ZNS wie die Autoimmun-Hypophysitis oder die MS. Es ist daher wahrscheinlich, dass es möglicherweise auch mehrere Mechanismen (passiv und aktiv) geben könnte, über die hirneigene Proteine und Substanzen aus dem Gehirn zu den Lymphknotenstationen gelangen können. Über das Lymphsystem wäre wiederum eine Aktivierung des Immunsystems naheliegend, sodass die aus dem ZNS entstammenden Proteine eine Immunantwort initiieren und so autoimmune Krankheitsprozesse einleiten könnten. Für das Verständnis von Erkrankungen wie der MS, der Autoimmunhypophysitis oder aber auch des Morbus Alzheimer wären genauere Kenntnisse über die funktionellen Hintergründe eines „hirneigenen lymphatischen Systems“ von großer klinischer und therapeutischer Relevanz. Auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Arbeit könnte das Entstehen von Autoimmunerkrankungen des ZNS und eben auch der Hypophyse eine Erklärung finden, da auch Antigene dem Immunsystem über die beschriebenen Abflusswege zu den peripheren Lymphknotenstatioen des Halses gelangen und präsentiert werden können.

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Primäres ZNS-Lymphom: Eine seltene und aggressive Erkrankung

Die Therapie des primären ZNS-Lymphoms, einer seltenen und sehr aggressiven Lymphom- bzw. Hirntumorart, ist ausgesprochen schwierig. Insbesondere Patienten, die nicht auf die Ersttherapie ansprechen oder einen Rückfall erleiden, haben eine schlechte Prognose. Primäre ZNS-Lymphome sind Gewebeneubildungen (lymphatische Neoplasien), die zum Zeitpunkt der Erstdiagnose auf das zentrale Nervensystem (ZNS), insbesondere das Gehirn und das Nervenwasser, begrenzt sind. Die meist sehr aggressiven Lymphome können durch Therapien mit Zytostatika, die die Blut-Hirn-Schranke passieren, oder durch Ganzhirnbestrahlung manchmal über mehrere Jahre hinweg zurückgedrängt werden. In einigen Fällen gelingt sogar eine Heilung.

Lymphangitis: Entzündung der Lymphgefäße

Die akute Lymphangitis (Entzündung von Lymphgefäßen) wird verursacht durch verschiedene Erreger und Noxen wie Pilze, Bakterien (Streptokokken, Staphylokokken), Parasiten (Filarien, Erreger der Elefantiasis), Insektentoxine, Schlangengift oder Chemotherapeutika. Eintrittspforte können Hautrisse, Insektenstiche, Injektions- oder Nagelverletzungen sein. Die betroffene Stelle wird heiß und schwillt an. In diesem Fall liegt ein akutes Lymphödem vor. Die Schwellung entsteht, wenn sich im Gewebe mehr Flüssigkeit ansammelt als abtransportiert werden kann. Das Erythem und die Schwellung erreichen ihren Höhepunkt nach 48 Stunden, können eine Woche anhalten und sich über die gesamte Extremität ausbreiten.

Durch kleine Hautrisse und Wunden können Infektionserreger eindringen, die eine Entzündung der Lymphgefäße auslösen können. Mit kleineren Infektionen wird das Immunsystem nach kurzer Zeit fertig. Bei Komplikationen dagegen nimmt die Schwellung zu, die Stelle verfärbt sich und umgebende Lymphknoten sind vergrößert. Begleitsymptome können Fieber und Schüttelfrost sein. Innerhalb kurzer Zeit kann sich ein typischer, unscharf begrenzter, schmerzhafter roter Streifen entlang des Lymphgefäßes von der Wunde in Richtung der lokalen Lymphknoten entwickeln. Wird eine ausgeprägtere Lymphangitis nicht behandelt, steigt das Risiko für eine Sepsis.

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