Ein jung gebliebenes Gehirn wird oft mit einer höheren Lebenserwartung in Verbindung gebracht. Doch wie lange leben Gehirnzellen tatsächlich, und welche Faktoren beeinflussen ihre Lebensdauer? Dieser Artikel beleuchtet die Lebensdauer von Nervenzellen und Mikroglia, die Rolle der Neurogenese und die Auswirkungen des Alterungsprozesses auf das Gehirn.
Das alternde Gehirn: Eine aktuelle Perspektive
Eine aktuelle Langzeitstudie der Stanford University analysierte das biologische Alter verschiedener Organe, darunter das Gehirn, anhand von Indikatoren im Blutplasma von 40.000 Personen über einen Zeitraum von 17 Jahren. Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Fachzeitschrift "Nature Medicine", zeigen, dass der Lebensstil einen erheblichen Einfluss auf die Alterung verschiedener Organe hat. Ein jung gebliebenes Gehirn zeichnet sich durch ein Proteinprofil aus, das dem typischen Profil wesentlich jüngerer Menschen entspricht. Umgekehrt sagte ein biologisch altes Gehirn eine stark erhöhte Gefahr voraus, später an Alzheimer zu erkranken.
Mikroglia: Langlebige Immunzellen im Gehirn
Mikrogliazellen, eine Art von Immunzellen im Gehirn, erfüllen die wichtige Aufgabe, Krankheitserreger und Abfallprodukte zu beseitigen. Lange Zeit war unklar, wie lange diese Zellen leben. Forscher am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung, der Universität Tübingen und dem Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen in Tübingen haben jedoch herausgefunden, dass Mikrogliazellen bei Mäusen genauso lange leben können wie die Maus selbst.
Diese unerwartet lange Lebenszeit deutet darauf hin, dass Mikrogliazellen möglicherweise weitere wichtige Aufgaben im Gehirn erfüllen. "Ihre Langlebigkeit ermöglicht es ihnen, zu lernen und zu altern", erklärt Studienleiter Professor Dr. Mathias Jucker. Es wird vermutet, dass Mikrogliazellen ein Gedächtnis für Krankheitserreger ausbilden können, ähnlich wie Immunzellen im restlichen Körper. Darüber hinaus stehen Mikrogliazellen seit längerem im Verdacht, eine Rolle bei der Entstehung altersbedingter neurologischer Erkrankungen zu spielen. "Eine erstaunliche Erkenntnis der letzten Jahre ist, dass fast alle Risikofaktoren für die Alzheimererkrankung Veränderungen in Genen sind, die in Mikrogliazellen aktiv sind", so Jucker.
Nervenzellen: Resilienz und Anpassung im Alter
Im Gegensatz zu vielen anderen Körperzellen regenerieren sich Nervenzellen im Gehirn erstaunlich wenig. Prof. Hellmuth Obrig vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig betont, dass die meisten Nervenzellen bereits bei der Geburt angelegt sind. Die Anzahl der Zellen verändert sich danach kaum noch, lediglich die Verbindungen untereinander werden optimiert.
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Allerdings können Nervenzellen im Laufe des Lebens verloren gehen, beispielsweise durch Schlaganfälle, Kopfverletzungen oder Infektionen. Auch genetische Faktoren, Umwelteinflüsse und die Lebensführung spielen eine Rolle. Sportliche Betätigung, eine ausgewogene Ernährung, Blutdruckkontrolle und der Verzicht auf Nikotin können das Risikoprofil senken.
Bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer sterben nach und nach Zellen ab. Dieser zelluläre Verlust beginnt vermutlich schon sehr früh, oft Jahrzehnte bevor die ersten Symptome auftreten. Das Gehirn kann diesen Verlust jedoch lange Zeit durch Reorganisation der gesunden Zellen kompensieren.
Reife Hirnzellen verfügen über spezielle Schutzmechanismen, die sie widerstandsfähiger gegen Stressfaktoren wie Sauerstoffmangel, Proteinschäden und Zellgifte machen. Diese Resilienz kann teilweise erklären, warum neurodegenerative Erkrankungen oft erst im fortgeschrittenen Alter auftreten.
Neurogenese: Neubildung von Nervenzellen im Erwachsenenalter
Lange Zeit galt es als ausgeschlossen, dass sich nach der Geburt neue Nervenzellen bilden. Erst 1998 konnte Peter Eriksson nachweisen, dass im menschlichen Hippocampus auch im Erwachsenenalter neue Nervenzellen entstehen.
Schwedische Forscher um Jonas Frisén und Kirsty Spalding nutzten radioaktive Substanzen, um zu beweisen, dass sich nach der Geburt neue Nervenzellen bilden. Sie fanden heraus, dass sich bei Erwachsenen pro Tag ca. 700 neue Neuronen im Hippocampus bilden, einem Bereich des Gehirns, der für die Verarbeitung neuer Informationen, das Lernen und das Gedächtnis zuständig ist.
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Die Neubildung von Nervenzellen wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter Anregungen aus einer abwechslungsreichen Umgebung und insbesondere motorische Anreize. Es wird vermutet, dass körperliche Aktivität die Konzentration von Wachstumsfaktoren (FGF-2) im Blut erhöht, die im Gehirn die Blut-Hirnschranke überwinden und die Neubildung von Nervenzellen stimulieren können.
Laut aktuellem Forschungsstand ersetzen neue Hirnzellen die alten Zellen funktional im Netzwerk nicht, sondern unterstützen die Anpassung an veränderte Situationen. Wissenschaftler sehen in der Neurogenese ein vielversprechendes Feld für Möglichkeiten in der Prävention von altersbedingtem geistigem Abbau.
Langlebige RNA: Schlüsselmoleküle für die Stabilität von Nervenzellen
Die meisten Nervenzellen im menschlichen Gehirn erneuern sich nicht. Auch manche ihrer Bestandteile, wie beispielsweise RNA, können so alt sein wie der Organismus selbst. Martin Hetzer, Molekularbiologe und Präsident des Institute of Science and Technology Austria (ISTA), und seine Kollegen haben bemerkenswert stabile RNA-Moleküle in Nervenzellen von Mäusen gefunden, die über deren gesamte Lebensdauer hinweg fortbestehen.
Diese Studie zeigt zum ersten Mal bei Säugetieren, dass RNA das ganze Leben hindurch bestehen bleiben kann. Die Forscher identifizierten spezifische RNAs mit genomschützenden Funktionen in den Nervenzellen von Mäusen, die zwei Jahre, also ein ganzes Mäuseleben lang, nicht abgebaut werden.
Die Wissenschafter:innen bewiesen die wichtige Rolle langlebiger RNA. Sie fanden heraus, dass langlebige RNA in Neuronen sich sowohl aus mRNAs und aus nicht-kodierenden RNAs zusammensetzen und sich in der Nähe des Heterochromatins ansammeln - eine dicht gepackte Region des Genoms, die typischerweise inaktive Gene beherbergt. Die verringerte Konzentration von langlebiger RNA führte zu Veränderungen des Heterochromatins und zu einer Instabilität des Genoms, was schließlich die Lebensfähigkeit der Zellen beeinträchtigte.
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Zusammenfassend zeigt die neue Studie, dass langlebige RNAs zur dauerhaften Regulierung der Genomstabilität beitragen könnten.
Phasen der Hirnentwicklung im Laufe des Lebens
Das menschliche Gehirn durchläuft im Laufe des Lebens mehrere Umbauphasen. Ein Forschungsteam im Fachmagazin "Nature Communications" berichtet, dass es im Alter von etwa 9, 32, 66 und 83 Jahren Wendepunkte der neuronalen Vernetzung gibt. Diese Neuverdrahtung geht jeweils mit verschiedenen Denkweisen im Zuge von Wachstum, Reifung und Alterung einher.
- Phase 1 (Geburt bis ca. 9 Jahre): Reduktion der übermäßig produzierten Synapsen.
- Phase 2 (ca. 9 Jahre): Vorbereitung auf die Veränderungen der Pubertät, Wachstum der weißen Hirnsubstanz.
- Phase 3 (ca. 32 Jahre): Zenit der Hirnentwicklung, optimale Zusammenarbeit der neuronalen Netzwerke.
- Phase 4 (ca. 66 Jahre): Langsamer Abbauprozess, Verschwinden neuronaler Verbindungen.
- Phase 5 (ca. 83 Jahre): Weiterer Abbau der neuronalen Vernetzung, Schwierigkeiten bei der Kompensation von Störungen.
Strategien für ein gesundes Gehirn im Alter
Um die Lebensdauer und Funktion der Gehirnzellen zu unterstützen, können verschiedene Strategien angewendet werden:
- Aktiver Lebensstil: Körperliche Aktivität und geistige Herausforderungen fördern die Neurogenese und die Bildung neuer Synapsen.
- Ausgewogene Ernährung: Eine gesunde Ernährung mit viel Obst, Gemüse und Omega-3-Fettsäuren unterstützt die Gesundheit der Gehirnzellen.
- Vermeidung von Risikofaktoren: Nikotin, übermäßiger Alkoholkonsum und unkontrollierter Bluthochdruck können die Gehirnzellen schädigen.
- Soziale Interaktion: Kommunikation und soziale Kontakte halten das Gehirn aktiv und fördern die kognitive Funktion.
- Transkranielle Pulsstimulation (TPS): Diese relativ neue Methode kann Stoffwechselprozesse an den synaptischen Schaltstellen der Nervenzellen aktivieren und die Bildung neuer Synapsen fördern.
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