Einführung
Das Gehirn, ein komplexes Organ, verfügt über eigene Schutzmechanismen, um seine empfindlichen neuronalen Netzwerke vor Schäden zu bewahren. Einer dieser Mechanismen ist die Neuroinflammation, eine Entzündung des Nervengewebes, die sowohl schützende als auch potenziell schädliche Auswirkungen haben kann. Dieser Artikel beleuchtet die Ursachen und Mechanismen, die dazu führen, dass Neuronen "gefressen" werden, wobei ein besonderer Fokus auf die Rolle der Mikroglia und der Neuroinflammation liegt.
Das Immunsystem im Gehirn: Eine besondere Herausforderung
Das Nervengewebe im Gehirn ist durch die Blut-Hirn-Schranke besonders geschützt. Diese Barriere hält Krankheitserreger fern und verhindert, dass Immunzellen und Antikörper in das Nervengewebe des Gehirns eindringen und die neuronalen Netze zerstören. Das normale Immunsystem würde im Gehirn mehr schaden als schützen. Dort gibt es eigene Mechanismen der Krankheitsabwehr, vor allem die Neuroinflammation. Im übrigen Gewebe haben die kleinsten Äderchen, die so genannten Kapillaren, undichte Stellen. Durch diese winzigen Lücken können bestimmte Antikörper aus dem Blut in die Umgebung gelangen. Richtige Immunzellen, wie zum Beispiel Neutrophile, passen hier zwar nicht durch, aber sie gelangen über kleine besondere Gefäße in das umliegende Gewebe. Wie solche Zellen in Ausnahmesituationen ins Gehirn gelangen, das ist noch nicht eindeutig geklärt. Für die Antikörper weiß man aber: Im Gehirn haben die Blutgefäße keine solchen undichten Stellen. Die Gefäßwände dort bestehen aus Zellen, die sehr fest miteinander verbunden sind, und zwar über so genannte tight junctions. Zur Sicherheit sind die Äderchen auch noch von einer zweiten Schicht ummantelt. Die wird gebildet von Ausläufern spezialisierter Nervenzellen im zentralen Nervensystem: den Astrozyten. Diese doppelte Grenzziehung funktioniert gegen Viren und Bakterien ziemlich gut. „Nur ganz wenige Krankheitserreger können die Blut-Hirn-Schranke überwinden“, sagt Wolfgang Brück. Den gesamten Körper kann eine Vielzahl verschiedener Keime befallen - doch nur ein Bruchteil von ihnen hat die Fähigkeit, ins Gehirn einzudringen. Aber die sind gefährlich. So können Bakterien wie Meningokokken und Streptokokken eine Hirnhautentzündung auslösen.
Mikroglia: Die Immunzellen des Gehirns
Im Gehirn gibt es Immunzellen, aber nicht solche, die im Blut sind und im Rest des Körpers wirken. Die Hirn-Immunzellen sind die Mikroglia. Sie beseitigen Zellmüll und Keime im Nervengewebe. Mikroglia bekämpfen nicht nur Erreger, sie erfüllen noch einen weiteren Zweck im Gehirn: Sie beseitigen auch abgestorbene Zellen und sonstigen Müll des Hirngewebes. Tatsächlich gibt es im Gehirngewebe Zellen, die darauf spezialisiert sind, Krankheitserreger aufzuspüren und abzutöten: die Mikroglia. Sie arbeiten zuverlässig und fressen gefährliche Keime weg. Doch bei größeren Angriffen, etwa wenn gleichzeitig viele Meningokokken die Blut-Hirn-Schranke überwinden, sind die Mikroglia machtlos.
Neuroinflammation: Schutz und Gefahr
Eine Entzündung des Nervengewebes heißt Neuroinflammation. Das ist eine gesunde Reaktion des Immunsystems, mit der das Gehirn vor Infektionen geschützt wird. Wenn diese Zellen das Gehirngewebe in Gefahr sehen, dann reagieren sie ähnlich wie die Immunzellen in der Haut zum Beginn einer Entzündung: Sie schlagen Alarm, indem sie Botenstoffe aussenden. Dadurch wird der doppelte Grenzzaun der Blut-Hirn-Schranke nun doch ein wenig durchlässig: Ausgewählte Zellen des Immunsystem, etwa T-Zellen und Neutrophile, dürfen passieren - sie drängen sich durch die tight junctions hindurch und gelangen ins Hirngewebe. Eine Entzündungsreaktion beginnt. Ihr fehlen allerdings klassische Merkmale der Inflammation: Es gibt weder Schwellung, Rötung, Schmerz noch ist dort die Temperatur erhöht. Die Mediziner sprechen von einer Neuroinflammation, einer Entzündung des zentralen Nervensystems. Das ist eine gesunde Reaktion des Körpers, um zu verhindern, dass das Gehirn krank wird. Doch das, was eigentlich heilen soll, kann in Ausnahmefällen zur Gefahr fürs Gehirn werden. Bei der Neuroinflammation überwinden Immunzellen des Blutes die Blut-Hirn-Schranke. Eine Neuroinflammation kann aber auch Krankheiten wie Multiple Sklerose auslösen. Dabei entsteht ein komplexes und zerstörerisches Zusammenspiel aus Mikroglia und Immunzellen, die aus dem Blut ins Gehirn wandern. Bei der Neuroinflammation ist ein hoch reguliertes Zusammenspiel von Mikroglia, Blut-Hirn-Schranke und den Immunzellen des Blutes wichtig. Wie wichtig, das zeigt sich, wenn es durcheinander gerät: Dann entstehen Krankheiten wie Multiple Sklerose (MS).
Ursachen und Mechanismen des neuronalen "gefressen Werdens"
Krankheitserreger und Infektionen
Bakterien wie Meningokokken und Streptokokken können eine Hirnhautentzündung auslösen. Wenn gleichzeitig viele Meningokokken die Blut-Hirn-Schranke überwinden, sind die Mikroglia machtlos.
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Multiple Sklerose (MS)
Bei der Neuroinflammation ist ein hoch reguliertes Zusammenspiel von Mikroglia, Blut-Hirn-Schranke und den Immunzellen des Blutes wichtig. Wie wichtig, das zeigt sich, wenn es durcheinander gerät: Dann entstehen Krankheiten wie Multiple Sklerose (MS). Immunologisch betrachtet hat die Krankheit MS zwei Phasen. In der ersten Phase kommen die Verschlechterungen schubweise. Dafür sind vor allem Immunzellen aus dem Blut verantwortlich. Etwa so genannte T-Helferzellen, die über einen bisher nicht komplett verstandenen Mechanismus erst an den Wänden der Hirn-Äderchen hängen bleiben und dann durch die Blut-Hirn-Schranke hindurchkriechen. Im neuronalen Gewebe aktivieren die T-Helferzellen die Mikroglia-Zellen. Diese beginnen daraufhin, die Isolationsschicht der Fortsätze von Nervenzellen anzugreifen, diese so genannten Myelinscheiden werden zerstört. „Für diese erste Phase der MS haben wir einige Medikamente, die alle ähnlich wirken: Sie dichten die Blut-Hirn-Schranke ab“, sagt Wolfgang Brück. So kann das zerstörerische Werk der Immunzellen eingedämmt und das Fortschreiten der Multiplen Sklerose hinausgezögert werden. Doch in der zweiten Phase, die in der Regel Jahre später einsetzt, wirken die Medikamente nicht mehr. Auch kommen die Verschlimmerungen nicht mehr in Schüben, sondern eher kontinuierlich. „Wir haben herausgefunden, dass in dieser Phase kaum noch T-Helferzellen neu ins Gehirn einwandern“, sagt Wolfgang Brück. „Die Mikroglia sind dann von sich aus aktiv; sie brauchen die T-Zellen offenbar nicht mehr.“ Außerdem werden sie bei ihrer Zerstörung wahllos: Beschränkten sie sich bis dahin wesentlich auf die Myelinscheiden, so greifen sie nun alles an. „Das ist das Tückische an der späten MS-Phase: Auch die Oligodendrozyten werden zerstört, also die Zellen, aus deren Fortsätzen die Myelinscheiden bestehen“, sagt Wolfgang Brück.
Schlaganfall
Auch bei ihm zeigt sich, wie wichtig die Blut-Hirn-Schranke und ein gesundes Immunsystem des Gehirns sind. Ein Schlaganfall entsteht, wenn sich eine Ader im Gehirn verschließt und Nervengewebe nicht mehr durchblutet wird. Dann können ganze Bereiche des Hirngewebes absterben; sie sind unwiederbringlich verloren. Doch um diese abgestorbenen Bereiche herum gibt es noch sehr viel größere Areale, die nach dem Schlaganfall bedroht sind - und die Gefahr kommt vom Immunsystem. Denn die mangelnde Blutversorgung hat nicht nur Hirnzellen sterben lassen, sondern auch die Blut-Hirn-Schranke ist in Mitleidenschaft gezogen worden. Deshalb können die Immunzellen aus dem Blut ungehindert in das Nervengewebe eindringen. Dort greifen die Immunzellen Hirnzellen an und zerstören sie.
Alzheimer
Deshalb spielen diese Mikroglia-Zellen wahrscheinlich auch eine Rolle bei der Entstehung von Alzheimer. Bei dieser neurodegenerativen Krankheit sammeln sich bestimmte Eiweiße im Gehirn an, verklumpen und schädigen so die Nervenzellen. Bei Alzheimer-Patienten funktionieren die Mikroglia nicht richtig: Veränderungen in einem Gen namens TREM-2 erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass die Mikroglia ihre Aufgabe nicht richtig bewältigen können. Dann wird der Schutt im Gehirn nicht schnell genug gefressen und die typischen Plaques entstehen. Bei Maus-Versuchen hat sich zudem gezeigt: Die Mikroglia schütteten in solch einer Situation fortwährend Botenstoffe für Entzündungsreaktionen aus.
Genetische Faktoren
Genetische Faktoren können die Neurotransmitter, ihre Rezeptoren und andere Enzyme beeinflussen. Das kann die Funktion des Serotonin-Systems oder des Dopamin-Systems beeinflussen. MAO-A ist ein sehr interessantes Enzym, das am Neurotransmitter-Abbau beteiligt ist, vor allem bei Serotonin, Noradrenalin und Dopamin. Es desaminiert Aminosäuren und baut dadurch Neurotransmitter ab. Ist zu wenig von diesem Enzym vorhanden, werden die Neurotransmitter nicht abgebaut und sammeln sich im synaptischen Spalt, sodass es zur Übererregung kommen kann. Mutationen an diesem Gen wurden in vielen Studien in Verbindung mit aggressivem Verhalten gebracht. Es gibt Mutationen, bei denen zu viel des Enzyms exprimiert wird (MAOA-H), und es gibt Varianten, bei denen weniger exprimiert wird (MAOA-L). MAOA-L wurde hierbei mit gesteigerter Aggressivität in Verbindung gebracht. Die Gene für das Enzym liegen auf dem X-Chromosom, wodurch Männer ein höheres Risiko haben, die MAOA-L-Mutation zu tragen.
Umweltfaktoren
Verschiedene Ursachen können den oben beschriebenen Fehlfunktionen zugrunde liegen. Vor allem lassen sich Umweltfaktoren wie Mangelernährung, Medikamente, Unfälle und dergleichen sowie genetische Faktoren unterscheiden. Aber auch Drogen wie Alkohol und Nikotin können die Neurotransmitter stören. Auf der anderen Seite kann es durch Unfälle zur Zerstörung bestimmter Bereiche im Gehirn kommen, wie durch den berühmten Fall des Phineas Gage gezeigt wird.
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Sozialisation
Sozialisation beschreibt den Lernprozess und die Entwicklung, die ein Mensch in Auseinandersetzung mit seiner Umwelt (Familie, Freunde, Gesellschaft, Kultur) durchläuft. Ein großer Faktor, der die Sozialisation bestimmt, ist die Erziehung. Denn Kinder lernen durch Beobachten und Nachahmen. Wenn sie also in ihrer Kindheit Gewalt erfahren oder beobachten, kann das dazu führen, dass sie dieses Verhalten fälschlicherweise als gut einstufen und nachahmen. Durch Erziehung lässt sich also ein moralischer Kompass etablieren. Ob dieser den gewaltfreien Normen entspricht oder nicht, hängt von den Eltern ab.
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