Stoffwechselstörungen im Gehirn: Ursachen, Diagnose und Behandlungsansätze

Einführung

Das Gehirn, obwohl es nur etwa 2,5 % des Körpergewichts ausmacht, verbraucht in Ruhe etwa 20 % der gesamten Körperenergie. Diese hohe Stoffwechselaktivität macht es besonders anfällig für Störungen der Nährstoffzufuhr und des Abbaus von Stoffwechselprodukten. Stoffwechselstörungen im Gehirn können vielfältige Ursachen haben und sich auf unterschiedliche Weise manifestieren. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über Ursachen, Symptome, Diagnose und Behandlungsmöglichkeiten von Stoffwechselstörungen im Gehirn.

Gehirn und Stoffwechsel: Eine komplexe Wechselwirkung

Das Gehirn nimmt metabolische Veränderungen wahr, die beispielsweise nach der Nahrungsaufnahme auftreten. Ein wichtiger Botenstoff ist hierbei das Hormon Insulin, das im Gehirn viele Funktionen reguliert, darunter das Sättigungsgefühl, die Reaktion auf Nahrung und die Gedächtnisleistung.

Das Gehirn beeinflusst auch den Stoffwechsel im gesamten Körper. Die Insulinwirkung im Gehirn hilft, die Effekte dieses Hormons im übrigen Körper zu modulieren. Allerdings reagiert das Gehirn nicht bei allen Menschen gleichermaßen auf Insulin. Übergewicht und andere Faktoren können zu einer Insulinresistenz des Gehirns führen, was Auswirkungen auf Gehirnfunktionen und den Stoffwechsel im gesamten Körper hat.

Was sind Stoffwechselerkrankungen? Was sind Stoffwechselstörungen?

Stoffwechselerkrankungen umfassen eine Vielzahl von Erkrankungen, bei denen der Stoffwechsel, also die biochemischen Prozesse im Körper, gestört ist. Diese Störungen können angeboren oder erworben sein und verschiedene Organe, einschließlich des Gehirns, betreffen.

Häufige Stoffwechselerkrankungen

Zu den häufigsten Stoffwechselerkrankungen gehören:

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• Diabetes mellitus: Eine Störung des Glukosestoffwechsels, die zu erhöhten Blutzuckerspiegeln führt.
• Gicht: Eine Erkrankung, die durch erhöhte Harnsäurewerte im Blut verursacht wird und zu Ablagerungen in Gelenken und Geweben führt.
• Schilddrüsenunter- und -überfunktion: Störungen der Schilddrüsenhormonproduktion, die den Stoffwechsel beeinflussen.
• Erhöhte Cholesterinwerte: Können auf Dauer schädlich für das Herz sein. So erhöht sich das Risiko einer Arteriosklerose, also einer Arterienverkalkung.

Angeborene Stoffwechselerkrankungen (IEM)

Angeborene Stoffwechselerkrankungen ("inborn errors of metabolism", IEM) sind seltene Erkrankungen, bei denen genetisch bedingte Defekte von Enzymen oder ein Mangel an Kofaktoren zu Störungen des Stoffwechsels führen. Die Prävalenz jeder einzelnen Erkrankung liegt unter 1:2000 Einwohner in Europa, aber kumulativ ist mehr als 1 % der europäischen Bevölkerung von einer IEM betroffen. Viele IEM manifestieren sich im Kindesalter, aber es gibt auch spätmanifeste Formen, die erst im Erwachsenenalter symptomatisch werden.

Stoffwechselerkrankungen des Nervensystems (Neurometabolische Erkrankungen)

Neurometabolische Erkrankungen sind genetisch bedingte Anomalien von Enzymen oder ein Mangel an Kofaktoren, die zu einer Störung der Entwicklung oder Funktion des Nervensystems führen. Die Bandbreite dieser Störungen ist groß, ebenso wie das resultierende Spektrum der klinischen Syndrome. Zu den klinischen Erscheinungsformen gehören Ataxien, Bewegungsstörungen, Epilepsien oder periphere Neuropathie, aber auch neurologische Regression. Der klinische Verlauf im Erwachsenenalter kann sich erheblich von dem im Kindesalter unterscheiden.

Beispiele für neurometabolische Erkrankungen

• Leukodystrophien: Genetisch bedingte, meist progrediente Erkrankungen des Myelins im Zentralnervensystem. Für alle Erkrankungen sind auch spätmanifeste Verlaufsformen bekannt.
  • Metachromatische Leukodystrophie (MLD): Eine autosomal-rezessiv vererbte lysosomale Speicherkrankheit, die durch eine Akkumulation von Sulfatiden im zentralen und peripheren Nervensystem bedingt ist.
  • Morbus Krabbe: Eine seltene autosomal-rezessive lysosomale Speichererkrankung, verursacht durch Varianten des GALC-Gens, die zu einer Defizienz der β-Galaktozerebrosidase führt.
  • X-chromosomale Adrenoleukodystrophie (X-ALD): Ein X-chromosomal vererbter Defekt des ALDP-Proteins, eines ATP-abhängigen peroxisomalen Membrantransporters, der durch Varianten im ABCD1-Gen (Xq28) verursacht wird.
• Glukosetransporter-Typ-1-Mangel-Syndrom (Glut1-DS): Wird durch Varianten im SLC2A1-Gen hervorgerufen und führt zu Epilepsie, Bewegungsstörungen und kognitiven oder Verhaltensstörungen.
• Nichtketotische Hyperglycinämie (NKH): Eine angeborene Störung im Glycinstoffwechsel, die durch einen enzymatischen Defekt im Glycincleavage-System (GCS) zu einer Akkumulation großer Mengen von Glycin in allen Körpergeweben einschließlich des Gehirns führt.

Risikofaktoren für Stoffwechselerkrankungen

Verschiedene Faktoren können das Risiko für Stoffwechselerkrankungen erhöhen:

• Genetische Veranlagung: Viele Stoffwechselerkrankungen sind erblich bedingt.
• Übergewicht und Adipositas: Erhöhen das Risiko für Insulinresistenz und Typ-2-Diabetes.
• Bewegungsmangel: Trägt zur Entwicklung von Insulinresistenz und Übergewicht bei.
• Fehlernährung: Eine unausgewogene Ernährung kann den Stoffwechsel beeinträchtigen.
• Stress: Kann den Stoffwechsel aus dem Gleichgewicht bringen.
• Alter: Das Risiko für viele Stoffwechselerkrankungen steigt mit dem Alter.

Symptome von Stoffwechselerkrankungen

Die Symptome von Stoffwechselerkrankungen können vielfältig sein und hängen von der spezifischen Erkrankung und dem betroffenen Organ ab. Mögliche Symptome sind:

• Müdigkeit und Schwäche
• Gewichtsveränderungen
• Verdauungsprobleme
• Hautveränderungen
• Neurologische Symptome:
  • Kopfschmerzen
  • Schwindel
  • Krampfanfälle
  • Bewegungsstörungen
  • Kognitive Beeinträchtigungen
  • Verhaltensauffälligkeiten
  • Periphere Neuropathie

Diagnose von Stoffwechselerkrankungen

Die Diagnose von Stoffwechselerkrankungen kann komplex sein und erfordert oft eine Kombination aus verschiedenen Untersuchungen:

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• Anamnese und körperliche Untersuchung: Erhebung der Krankengeschichte und Untersuchung des Patienten.
• Blutuntersuchungen: Messung von Blutzucker, Cholesterin, Harnsäure, Schilddrüsenhormonen und anderen Stoffwechselparametern.
• Urinuntersuchungen: Analyse des Urins auf Stoffwechselprodukte.
• Gentests: Identifizierung von genetischen Defekten, die für Stoffwechselerkrankungen verantwortlich sind.
• Liquoruntersuchung: Bei Verdacht auf neurometabolische Erkrankungen kann eine Untersuchung des Nervenwassers (Liquor) erforderlich sein.
• Bildgebende Verfahren: MRT, CT oder andere bildgebende Verfahren können eingesetzt werden, um Organe zu untersuchen und Schäden festzustellen.
• Enzymatische Tests: Messung der Aktivität bestimmter Enzyme, um Enzymdefekte festzustellen.

Behandlung von Stoffwechselerkrankungen

Die Behandlung von Stoffwechselerkrankungen zielt darauf ab, den Stoffwechsel zu normalisieren und die Symptome zu lindern. Die Behandlungsmöglichkeiten hängen von der spezifischen Erkrankung ab und können umfassen:

• Ernährungsumstellung: Eine spezielle Diät kann helfen, den Stoffwechsel zu regulieren und die Symptome zu kontrollieren. Bei einigen Erkrankungen, wie dem Glut1-DS, ist die ketogene Diät die Therapie der Wahl.
• Medikamente: Verschiedene Medikamente können eingesetzt werden, um den Stoffwechsel zu beeinflussen, z. B. Insulin bei Diabetes oder harnsäuresenkende Medikamente bei Gicht.
• Enzymersatztherapie: Bei einigen angeborenen Stoffwechselerkrankungen können fehlende Enzyme durch eine Enzymersatztherapie ersetzt werden.
• Gentherapie: Bei einigen Erkrankungen, wie der X-ALD, kann eine Gentherapie hilfreich sein.
• Transplantation: In einigen Fällen kann eine Stammzelltransplantation oder Organtransplantation erforderlich sein. Die allogene hämatopoetische Stammzelltransplantation (HSCT) bewirkt bei präsymptomatischen Patienten mit juveniler und adulter MLD eine Verlängerung der Überlebenszeit und eine Stabilisierung der ZNS-Symptome.
• Nahrungsergänzungsmittel: Bei bestimmten Mangelzuständen können Vitamine oder Mineralstoffe ergänzt werden. Bei cerebraler Folatdefizienz (CFD) bekommen betroffene Kinder Folat in das Blut und direkt in die Gehirnflüssigkeit verabreicht.
• Spezielle Therapien: Für einige seltene Stoffwechselerkrankungen gibt es spezielle Therapien, die auf die spezifischen Stoffwechseldefekte abzielen. Das Forschungsteam am Universitätsklinikum und der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf hat eine neue Therapieoption für eine extrem seltene und oft tödlich verlaufende Stoffwechselkrankheit entdeckt. Die Krankheit betrifft den sogenannten COQ2-Defekt, eine spezielle Form von Störungen in der körpereigenen Herstellung von Coenzym Q10. Das Team konnte erstmals zeigen, dass die Gabe von 4-Hydroxybenzoesäure (4-HBA) die gestörte Produktion von Coenzym Q10 in Zellen wieder in Gang setzen kann.

Stoffwechselerkrankungen von A-Z

Es gibt eine Vielzahl von Stoffwechselerkrankungen, die verschiedene Organe und Systeme des Körpers betreffen können. Einige Beispiele sind:

• Ahornsirupkrankheit: Eine seltene angeborene Stoffwechselerkrankung, bei der bestimmte Aminosäuren nicht richtig abgebaut werden können.
• Galaktosämie: Eine angeborene Stoffwechselerkrankung, bei der Galaktose nicht richtig abgebaut werden kann.
• Morbus Gaucher: Eine lysosomale Speicherkrankheit, bei der ein bestimmtes Enzym fehlt, was zu einer Ansammlung von Fettstoffen in verschiedenen Organen führt.
• Phenylketonurie (PKU): Eine angeborene Stoffwechselerkrankung, bei der Phenylalanin nicht richtig abgebaut werden kann.
• Mukopolysaccharidosen (MPS): Eine Gruppe von lysosomalen Speicherkrankheiten, bei denen bestimmte Kohlenhydrate nicht richtig abgebaut werden können.
• Hypophosphatasie (HPP): Bei der seltenen Stoffwechselerkrankung Hypophosphatasie (HPP) ist durch einen Gendefekt die Funktionalität der alkalischen Phosphatase (AP) gestört.
• Lysosomale saure Lipase-Defizienz (LAL-D): Personen mit dieser Erkrankung mangelt es an der Aktivität des Enzyms lysosomaler saurer Lipase, welches eine wichtige Rolle im Fettstoffwechsel spielt.

Kinderdemenz

Demenz ist nicht allein eine Frage des Alters. Auch Kinder und Jugendliche können von fortschreitenden neurodegenerativen Erkrankungen des Gehirns betroffen sein. Diese zusammenfassend als „Kinderdemenz“ bezeichneten Erkrankungen zählen zu den seltenen Krankheiten. Beispiele sind die zerebrale Form der X-chromosomalen Adrenoleukodystrophie (X-ALD), die Metachromatische Leukodystrophie (MLD), die Neuronalen Ceroidlipofuszinosen (NCL), das Alpers Syndrom und die Nieman-Pick-Krankheit Typ C.

Hormone, Vitamine und Mineralstoffe

Hormonstörungen, Vitaminmangelzustände und Mineralstoffveränderungen können sich nachhaltig auf den Stoffwechsel und damit auch auf das Nervensystem auswirken. Diabetes mellitus, Schilddrüsenstörungen, Störungen der Nebennieren und Nebenschilddrüsen sowie Mangelzustände von Vitaminen (A, B1, B2, B3, B5, B6, B9, B12, C, D, E) und Mineralstoffen (Natrium, Kalium, Calcium, Phosphat, Magnesium, Kupfer) können vielfältige neurologische Symptome verursachen.

Auswirkungen auf andere Organe

Erkrankungen des Stoffwechsels können sich auf alle Organe des menschlichen Körpers auswirken und zu Funktionsstörungen einzelner Organe führen. Eine Leberzirrhose kann zu Apathie, Müdigkeit, Verwirrtheit, Zittern, Parkinsonimus, Rückenmarks- und Nervenstörungen führen. Chronische Niereninsuffizienz geht häufig mit einer Polyneuropathie, Schlafstörungen und einem erhöhten Schlaganfallrisiko einher.

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Forschung und neue Therapieansätze

Forschende des DZNE untersuchen detailliert den genetischen Hintergrund und die biochemischen und zellbiologischen Mechanismen, die zur Krankheitsentstehung führen. Sie wollen so die Grundlage für neue Therapieansätze für die verschiedenen Erkrankungen schaffen. Ein weiterer wichtiger Forschungsbereich widmet sich den Parallelen zwischen Kinderdemenzen und neurodegenerativen Erkrankungen des Erwachsenenalters. Schließlich fahnden Forschende auch nach geeigneten Biomarkern, um verschiedene Kinderdemenzen möglichst früh zu erkennen und eine präzise Diagnose zu stellen.

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