Mit zunehmendem Alter kommt es häufig zum Verlust von Nervenzellen und Zellfunktionen. Da der Anteil älterer Menschen in der Bevölkerung stetig wächst, stellen neurodegenerative Erkrankungen eine bedeutende medizinische Herausforderung dar. Experten schätzen, dass bereits heute etwa 1,5 Millionen Menschen in Deutschland an Demenz leiden. Neben der Parkinson-Krankheit und verschiedenen Demenzformen gibt es eine Vielzahl weiterer neurodegenerativer Erkrankungen.
Die Anfälligkeit von Nervenzellen
Nervenzellen im Gehirn sind einerseits sehr langlebig, andererseits können sie sich bei Verletzungen kaum regenerieren. Die Ursachen für Neurodegeneration, also das Absterben von Nervenzellen, sind je nach Krankheit unterschiedlich und oft nur teilweise bekannt.
Proteinaggregate als Auslöser
Bei bestimmten Formen der Parkinson-Krankheit oder der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit führt eine genetische Besonderheit zur Zusammenlagerung von Eiweißstoffen in den Nervenzellen des Gehirns. Diese Aggregate beeinträchtigen die Zellfunktion und führen letztendlich zum Zelltod. Bei Menschen mit der Huntington-Krankheit tritt eine bestimmte genetische Sequenz im Erbgut deutlich häufiger auf als bei gesunden Menschen.
Wissenschaftler um Mark Hipp und Ulrich Hartl vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried haben gezeigt, dass der Ort der Proteinaggregate innerhalb der Zelle ihr Überleben stark beeinflusst. Während Aggregate im Zellkern die Zellfunktion kaum beeinträchtigen, stören Verklumpungen im Zellplasma wichtige Transportwege zwischen Zellplasma und Zellkern.
Die Rolle des Immunsystems
Neuere wissenschaftliche Erkenntnisse deuten darauf hin, dass auch das Immunsystem Auswirkungen auf die Entstehung und den Verlauf neurodegenerativer Erkrankungen haben kann. Immunzellen, die den Körper eigentlich schützen sollen, könnten im Gehirn Schäden verursachen und beispielsweise die Alzheimer-Krankheit antreiben.
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Im Deutschen Krebsforschungszentrum erforscht das Team um Prof. Ana Martin-Villalba die Ursachen des Zelltods im zentralen Nervensystem. Bei Rückenmarksverletzungen nutzen die Entzündungszellen Moleküle, um zum Ort der Verletzung zu gelangen und dort das Gewebe zu schädigen. In Mäusen, deren Entzündungszellen (Monozyten, Mikroglia) kein CD95L bilden konnten, ließ sich mit MPTP nahezu kein Nervensterben auslösen. CD95L-tragende Entzündungszellen haben offensichtlich eine Mitschuld am Tod der Nervenzellen.
Selektiver Zelltod in spezifischen Hirnbereichen
Charakteristisch für neurodegenerative Erkrankungen ist, dass meist nicht das ganze Gehirn betroffen ist, sondern unterschiedliche, oft genau umschriebene Bereiche bzw. Zelltypen.
- Parkinson-Krankheit: Hier sind ausschließlich Nervenzellen betroffen, die den Botenstoff Dopamin produzieren, welcher für die Bewegungssteuerung benötigt wird. Betroffene zeigen steife und verlangsamte Bewegungsabläufe oder Muskelzittern (Tremor). Etwa 200.000 Patienten sind betroffen.
- Huntington-Krankheit: Auch hier sind Nervenzellen betroffen, die an der Steuerung von Bewegungsabläufen beteiligt sind. Die absterbenden Nervenzellen produzieren den Botenstoff Glutamat, was zu ausladenden, tanzartigen Bewegungen führt.
- Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Selektiv gehen sogenannte Motoneurone zugrunde, Nervenzellen, die das Gehirn mit der Muskulatur verbinden. Wenn Motoneurone sterben, kann das Gehirn die Muskeln nicht mehr "ansteuern".
Ursachen für Fehlfunktionen von Gehirn und Nervensystem
Fehlfunktionen von Gehirn und Nervensystem können vielfältige Ursachen haben, darunter äußere Einwirkungen, Vererbung oder eine Kombination aus beidem. Das komplexe Geflecht kann geschädigt werden und zu neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen führen. Die genauen Ursachen und Zusammenhänge sind bei vielen Krankheiten jedoch noch unbekannt.
Mangelnde Durchblutung
Die häufigste Ursache für eine Schädigung von Gehirn und Nervensystem ist eine mangelnde Durchblutung. Aufgrund seiner hohen Aktivität hat das Gehirn den größten Energiebedarf aller Organe und benötigt etwa 20 % der gesamten Blutmenge, die vom Herzen in den Körperkreislauf gepumpt wird. Eine Unterbrechung dieser Versorgung führt zu einer Schädigung oder sogar zum Absterben der Nervenzellen.
Weitere Ursachen
Weitere Ursachen für Funktionsstörungen können sein:
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- Gehirntumoren
- Krankhafte Veränderungen von Blutgefäßen
- Mechanische Verletzungen durch Unfälle
- Blutungen ins Gehirn
- Entzündungen
- Störungen bei der Signalübertragung von Nervenzelle zu Nervenzelle
- Unregelmäßigkeiten im Stoffwechsel der Nervenzellen
- Störungen der Hirnfunktion, die von Gliazellen ausgehen
- Genetische Faktoren
- Infektionen durch Bakterien und Viren
- Giftstoffe
- Fehlreaktionen des körpereigenen Immunsystems
Hypoxischer Hirnschaden
Der hypoxische Hirnschaden (hypoxisch-ischämische Enzephalopathie, HIE) beim Erwachsenen ist eine Hirnschädigung aufgrund eines schweren Sauerstoffmangels im Gehirn (Hypoxie). Häufig tritt er nach einem Kreislaufstillstand mit erfolgreichen Wiederbelebungsmaßnahmen (Reanimation) auf. In der Folge kommt es zu unterschiedlich stark ausgeprägten neurologischen Störungen bis hin zu Koma oder Wachkoma. Die Nervenzellen des Gehirns, insbesondere die für höhere Funktionen des Bewusstseins zuständigen Zellen an der Oberfläche des Großhirns, sterben aufgrund des Sauerstoffmangels innerhalb weniger Minuten ab. Da sich diese Nervenzellen nicht wieder nachbilden, wird das Gehirn irreparabel geschädigt.
Spezifische Erkrankungen und ihre Mechanismen
Alzheimer-Krankheit
Bei der Alzheimer-Krankheit sterben nach und nach Nervenzellen im Gehirn ab, was zu einem fortschreitenden Verlust der geistigen (kognitiven) Fähigkeiten führt. Gedächtnisprobleme und Orientierungsschwierigkeiten sind typische Symptome. Im Gehirn von Menschen mit Alzheimer sammeln sich übermäßig viel Amyloid-beta zwischen den Gehirnzellen an und bilden Klumpen (Plaques). Auch das Tau-Protein ist chemisch verändert und bildet fadenförmige Strukturen. Obwohl diese Ablagerungen schon lange vermutet werden, gibt es bis heute keinen Beweis dafür, dass sie die eigentliche Ursache sind.
Multiple Sklerose (MS)
Die Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche Autoimmunerkrankung. Im Gehirn und Rückenmark entstehen Entzündungsherde, in denen das körpereigene Immunsystem die Myelinschicht attackiert, die die Axone der Nervenzellen umgibt. Die Zerstörung der Myelinschicht führt dazu, dass die Signalweiterleitung entlang der Axone nicht mehr korrekt erfolgt, was zu vielfältigen Symptomen führt.
Schlaganfall
Beim Schlaganfall kommt es zu einer plötzlich auftretenden Störung des Blutflusses im Gehirn und dadurch zur Unterversorgung des Gewebes mit Sauerstoff und Nährstoffen. Das Gehirn wird lokal geschädigt und es kommt zu einem Verlust von Neuronen. Die Ursache kann eine Verstopfung eines Blutgefäßes oder eine Hirnblutung sein.
Schädel-Hirn-Trauma (SHT)
Eine Verletzung des Gehirns durch traumatische Krafteinwirkung wird Schädel-Hirn-Trauma (SHT) genannt. Die Schädigung des Gehirns erfolgt in zwei Phasen: Die erste Phase umfasst die direkte Schädigung durch den Unfall, die nicht therapierbar ist. In der zweiten Phase treten sekundäre Schädigungen auf, die zu einer weiteren Zerstörung von Neuronen führen können.
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Forschungsansätze und Therapie
Das Deutsche Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen e. V. (DZNE) erforscht die Ursachen von Störungen des Nervensystems und entwickelt Strategien zur Prävention, Therapie und Pflege bei Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson oder Amyotrophe Lateralsklerose (ALS). Dabei kooperiert es eng mit Universitäten, Kliniken und außeruniversitären Einrichtungen auf nationaler und internationaler Ebene.
Regeneration von Nervenfasern
Ein Forschungsschwerpunkt liegt auf den Mechanismen, die der eingeschränkten Regenerationsfähigkeit des ZNS zugrunde liegen. Ziel ist die Entwicklung neuer gentherapeutischer und pharmakologischer Ansätze zur Förderung der axonalen Regeneration und somit der Wiederherstellung von verlorengegangenen Funktionen nach Schädigungen des Gehirns und Rückenmarks.
Beeinflussung des Zelltods
Forscher des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch und der Universität Aarhus, Dänemark, haben den Mechanismus aufgeklärt, der den Zelltod der Nervenzellen auslöst. Sie konnten im Tierversuch zeigen, dass der Untergang von Nervengewebe begrenzt werden kann, wenn das Gen für einen der Mitspieler bei diesem Prozess stillgelegt wird.
Rolle von Entkopplerproteinen
Professor Dr. Birgit Liss und Professor Dr. arbeiten daran, zu verstehen, welche molekularen Mechanismen zu diesen wichtigen Unterschieden führt. Sie fanden heraus, dass dopaminproduzierende Nervenzellen eine geringere Kapazität zur Energiegewinnung besitzen und dadurch anfälliger für Störungen sind. Eine Schlüsselrolle spielen dabei sogenannte Entkopplerproteine, die die Energieproduktion kurzfristig schützen können.
Medikamentöse Therapie
„Wenn dies der Fall ist, könnten Medikamente, die CD95L blockieren, sofern rechtzeitig verabreicht, die Parkinsonsymptome mildern - ähnlich wie bei unseren Mäusen“, sagt Ana Martin-Villalba. Der dafür notwendige Wirkstoff wurde bereits in klinischen Studien der Phase 2 geprüft.
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