Wie ist das Gehirn geschützt?

Das Gehirn ist die Steuerzentrale des menschlichen Körpers. Es steuert Körperprozesse, Bewegungen und Sensibilität, verarbeitet Wahrnehmungen und speichert Informationen. Damit diese und viele weitere Prozesse reibungslos ablaufen können, benötigt das Gehirn etwa 20 Prozent des Sauerstoffs und der Energie, obwohl es nur etwa 2 Prozent der Körpermasse ausmacht. Die Versorgung erfolgt über den Blutkreislauf. Da die Nervenzellen des Gehirns sehr empfindlich sind, muss sichergestellt werden, dass Krankheitserreger, Zellen und Schadstoffe aus dem Blut nicht ins Gehirn gelangen und für die empfindlichen elektrochemischen und biochemischen Vorgänge der Nervenzellen ein gleichbleibendes inneres Milieu sichergestellt wird.

Angesichts seiner Bedeutung und Empfindlichkeit verfügt das Gehirn über mehrere Schutzmechanismen. Es selbst ist nämlich weich und druckempfindlich. Darum ist es außen von den Schädelknochen umgeben, die den größten Schutz von außen bieten. Diese Schutzmechanismen umfassen sowohl physische Barrieren als auch spezialisierte Systeme, die dazu beitragen, eine stabile und sichere Umgebung für das Gehirn zu gewährleisten. Dieser Artikel beleuchtet die verschiedenen Schutzmechanismen des Gehirns und erklärt, wie sie zusammenwirken, um dieses lebenswichtige Organ zu schützen.

Die anatomischen Schutzschichten

Der Schädel

Der knöcherne Schädel bildet die erste und robusteste Schutzschicht für das Gehirn. Er umschließt das Gehirn vollständig und schützt es vor mechanischen Einwirkungen wie Stößen und Schlägen. Bei einem Baby besteht zwischen den Schädelknochen eine breite Lücke, die sogenannten Fontanelle. Dort sind die Schädelknochen noch weich und verformbar. Das ist notwendig für die Geburt. Der Schädel verformt sich, wenn nicht genügend Platz ist.

Die Hirnhäute (Meningen)

Unterhalb des Schädels befinden sich die Hirnhäute, drei Membranen, die das Gehirn zusätzlich schützen:

• Dura mater (harte Hirnhaut): Sie ist die äußerste und straffste der drei Hirnhäute. Die Dura mater bietet Schutz vor Verletzungen und auch vor Temperaturschwankungen. Durch die innere Schicht der harten Hirnhaut werden sowohl Großhirn als auch Kleinhirn in zwei Hirnhälften (Hemisphären) getrennt.
• Arachnoidea (Spinnengewebshaut): Sie ist die mittlere Hirnhaut. Durch feines weißliches Gewebe aus Kollagen ist sie mit der Pia mater verbunden.
• Pia mater (weiche Hirnhaut): Sie ist die innerste und die weichste Hirnhaut. Die Pia mater zieht in alle Furchen des Gehirns hinein.

Zwischen den Hirnhäuten befindet sich eine Flüssigkeit, die man Liquor nennt. Der Liquor bildet sozusagen einen Stoßdämpfer.

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Der Liquor (Hirnwasser)

Der Liquor ist eine klare Flüssigkeit, die das Gehirn umgibt und in den Ventrikeln (flüssigkeitsgefüllte Hohlräume) im Inneren des Gehirns zirkuliert. Liquor erfüllt wichtige Aufgaben in der Entsorgung von Stoffwechselprodukten, die im Gehirn anfallen. Außerdem dient er als Polsterung für das Gehirn, da er dieses umgibt und in Flüssigkeit einbettet, um es vor Stößen zu schützen und den Druck gleichmäßig zu verteilen. Das Gehirn aber z.B. abzupuffern. Auch in seinem Inneren hat das Gehirn flüssigkeitsgefüllte Hohlräume, die Ventrikel, die einen zusätzlichen Puffer darstellen. Liquor nennt, gebildet. Manch einer kennt vielleicht die Liquorpunktion, wenn - z.B. Hirnflüssigkeit für eine Untersuchung zu erhalten. Abfallstoffe werden abtransportiert. Dies ist nötig, weil das Blut die Stoffe nicht direkt an die Gehirnzellen abgeben darf! „kontrolliert“, welche Stoffe zum Gehirn Zutritt bekommen und welche nicht. Abb. des Gehirns. Pia mater, die in alle Furchen des Gehirns hineinzieht und auch die Blutgefäße von den Gehirnzellen trennt (Blut-Hirn-Schranke (s. Text)). deswegen nennt man sie auch 1. und 2. Ventrikel. Der 3. Ventrikel liegt zentral im Gehirn. Über ihn fließt der Liquor über eine Engstelle im Hirnstamm (Aquädukt) in den 4. Ventrikel ab. ist von Gräben durchzogen, die Flüsse von Liquor zwischen der weichen und harten Hirnhaut hindurchleiten. Diese nennt man Sinus.

Die Blut-Hirn-Schranke

Funktion und Aufbau

Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist ein hochspezialisiertes System, das die Blutgefäße im Gehirn auskleidet und eine selektive Barriere zwischen dem Blutkreislauf und dem Gehirngewebe bildet. Diese Barriere ermöglicht einen Balanceakt zwischen Versorgung und Abriegelung, indem sie bestimmte Stoffe durchlässt, andere aber am Durchtritt hindert (selektive Durchlässigkeit). Sie ermöglicht es, einen konstanten inneren Zustand für die Nervenzellen aufrechtzuerhalten, indem sie den Zustrom von schädlichen Substanzen, Krankheitserregern und bestimmten Molekülen aus dem Blutkreislauf ins Gehirn verhindert.

Anders als an anderen Stellen im Körper sind die kleinsten Blutgefäße dicht. Diese abgedichteten Endothelzellen der Blutgefäße bilden gemeinsam mit Perizyten und Astrozyten die Blut-Hirnschranke. Es gibt im Körper noch weitere Blut-Gewebe-Schranken. Die Blut-Hirn-Schranke ist jedoch besonders „streng kontrolliert“.

Die Blut-Hirn-Schranke besteht aus den Wänden der Blutgefäße im Gehirn. Sie sind durch Bänder aus Membranproteinen (Tight junctions) und von Astrozyten umgeben.

Wie genau funktioniert die Schranke zwischen Blut und Gehirn? Das Gehirn ist von einem Netz aus Blutgefässen durchzogen. Sogenannte Endothelzellen kleiden die Blutgefässwände von innen aus und kontrollieren, welche Stoffe ins Nervengewebe des Gehirns gelangen dürfen und welche nicht. Die Endothelzellen stehen so eng beieinander, dass sie die kleinen Zellzwischenräume („Tight Junctions“) zwischen sich bei Bedarf abdichten können. Das Endothel ist von einer Membran umgeben, die vereinfacht gesagt, alles an Ort und Stelle hält. In die Basalmembran eingebettet sind die Perizyten. Diese Zellen kommunizieren mit den Endothelzellen, aber ihre Aufgaben sind noch nicht klar erforscht. Um die Basalmembran herum sitzen die Astrozyten. Diese Zellen helfen dem Endothel unter anderem dabei, die Blut-Hirn-Schranke zu verteidigen und tragen zur Versorgung der Nervenzellen bei.

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Zu den Stoffen, die über verschiedene Mechanismen durch die Blut-Hirn-Schranke in das Gehirn gelangen können, gehören das Blutgas Sauerstoff, Nährstoffe wie Glukose und Aminosäuren, Ionen, kleinere lipophile (fettlösliche) Moleküle, Hormone, aber auch schädliche Stoffe wie Nikotin und Alkohol. Vor diesen kann die Barriere nicht schützen. Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist nicht nur durchlässig für Stoffe, die dem Gehirn nützen. Manche Substanzen, wie Alkohol (4), Nikotin (6) und Kokain bestehen aus Teilchen, die ebenfalls klein genug sind, um die BHS zu passieren.

Bedeutung für die Gehirnfunktion

Die Blut-Hirn-Schranke spielt eine entscheidende Rolle für die Gesundheit und Funktion des Gehirns:

• Schutz vor Schadstoffen: Sie verhindert das Eindringen von Toxinen, Krankheitserregern und anderen schädlichen Substanzen ins Gehirn.
• Aufrechterhaltung eines stabilen Milieus: Sie reguliert den Transport von Nährstoffen und anderen essentiellen Substanzen, um ein stabiles chemisches Milieu für die Nervenzellen zu gewährleisten.
• Immunabwehr: Sie schränkt den Zugang von Immunzellen zum Gehirn ein, um Entzündungsreaktionen zu minimieren.

Störungen der Blut-Hirn-Schranke

Eine gestörte Blut-Hirn-Schranke kann zu verschiedenen neurologischen Erkrankungen führen:

• Entzündungen: Entzündungen im Gehirn, die durch Krankheitserreger oder Autoimmunreaktionen verursacht werden, können die Blut-Hirn-Schranke schädigen und ihre Durchlässigkeit erhöhen. Bei der Multiplen Sklerose, der Epilepsie und Alzheimer kommt es immer wieder zu Entzündungsschüben. Mit jedem Entzündungsschub wird die Blut-Hirn-Schranke (BHS) durchlässiger. Das führt zu einem Teufelskreis, bei dem die Krankheiten immer weiter voranschreiten und die BHS immer schwächer wird.
• Infektionen: Einige Bakterien und Viren können die Blut-Hirn-Schranke überwinden und Infektionen im Gehirn verursachen. Gelangt ein Krankheitserreger durch die Blut-Hirn-Schranke kann dieser Entzündungen im Gehirn auslösen. Dafür verantwortlich sind die eigenen Immunzellen des Gehirns: die Mikroglia. Die Mikroglia halten die Entzündung in Gang, bis der Krankheitserreger unschädlich gemacht ist. Solche Entzündungen können allerdings auch die BHS und weitere empfindliche Teile des Gehirns schädigen, indem sie zum Absterben von Nervenzellen führen.
• Schlaganfall: Ein Schlaganfall oder ein Schädel-Hirn-Trauma können ebenfalls dazu führen, dass die BHS durchlässig wird, indem z. B. die Blutgefässe beschädigt werden oder sich vorübergehend schliessen.
• Diabetes: Die Forschung geht davon aus, dass eine Diabetes-Erkrankung die Barrierewirkung der BHS schädigt. Ein zu hoher Blutzucker soll die BHS etwa durchlässiger machen und das Risiko für Folgeerkrankungen erhöhen (35). Damit in Zusammenhang soll der Transport von Glukose und Insulin über die BHS stehen.
• Neurodegenerative Erkrankungen: Bei Erkrankungen wie Alzheimer und Demenz ist die Blut-Hirn-Schranke oft gestört, was zu einer erhöhten Durchlässigkeit für schädliche Substanzen und einer beeinträchtigten Funktion der Nervenzellen führen kann.

Faktoren, die die Blut-Hirn-Schranke beeinflussen

Verschiedene Faktoren können die Funktion und Integrität der Blut-Hirn-Schranke beeinflussen:

• Ernährung: Eine ungesunde Ernährung, insbesondere der Konsum von Fertiggerichten und stark verarbeiteten Lebensmitteln, kann Entzündungsprozesse im Körper fördern und die Blut-Hirn-Schranke schädigen.
• Stress: Stress kann Entzündungen im Gehirn auslösen und bestehende verschlimmern. Solche Entzündungen hängen, wie oben erwähnt, eng mit Störungen der BHS zusammen.
• Schlafmangel: Eine Studie an Mäusen zeigte, dass die Funktionsweise der Blut-Hirn-Schranke bereits nach 6 Tagen, an denen die Mäuse jeweils nur zwischen 4 und 7 Stunden schliefen, erheblich eingeschränkt war (55).
• Drogenkonsum: Die Schäden an der BHS durch Drogen, wie Ecstasy (62) und Kokain (61) können - so vermuten Forscher - sogar noch Jahre nach der Drogeneinnahme bestehen bleiben. Dies ist besonders tragisch, wenn Drogen bereits in jungen Jahren konsumiert werden. Viele junge Menschen legen damit den Grundstein für spätere Erkrankungen.
• Oxidativer Stress: Entsteht oxidativer Stress im Gehirn, werden einzelne Bestandteile der Blut-Hirn-Schranke beschädigt (8) (z. B.
• Elektromagnetische Strahlung: Chinesische Forscher fanden heraus, dass die Blut-Hirn-Schranke von Ratten bei einer Bestrahlung von 900 Megahertz über einen Zeitraum von einem Monat durchlässiger wurde (10).
• Zusatzstoffe in Lebensmitteln: Laut aktuellem Forschungsstand kann das im Gehirn gebildete Glutamat über die Blut-Hirn-Schranke in den Blutkreislauf abtransportiert werden. Aspartam ist ein synthetisch hergestellter Süssstoff, der in der Lebensmittelindustrie verwendet wird. Es zeigte sich, dass Aspartam zu oxidativem Stress im Gehirn führt und die Blut-Hirn-Schranke schädigt (15) - und das nicht nur in hohen Mengen, sondern auch in Mengen, die eigentlich als unbedenklich gelten (weniger als 40 mg pro kg Körpergewicht). Die Untersuchungen wurden bisher allerdings erst an Tieren durchgeführt. Zitronensäure wird diversen Fertigprodukten, Getränken und Süssigkeiten als Konservierungs- und Säuerungsmittel zugefügt. Da sie die Blut-Hirn-Schranke passieren kann, gelangt sie gemeinsam mit den gebundenen Metallen ins Gehirn (16), wie z. B. Calcium, Magnesium, Kalium, aber auch Aluminium.

Möglichkeiten zur Stärkung der Blut-Hirn-Schranke

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Blut-Hirn-Schranke zu stärken und ihre Funktion zu unterstützen:

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• Gesunde Ernährung: Eine ausgewogene Ernährung mit viel Gemüse, Obst, gesunden Fetten und Omega-3-Fettsäuren kann Entzündungen reduzieren und die Integrität der Blut-Hirn-Schranke fördern. Omega-3-Fettsäuren sind für das Nervensystem und viele Gehirnfunktionen sehr wichtig. Forscher der Harvard Medical School haben herausgefunden, dass Omega-3-Fettsäuren die Blut-Hirn-Schranke aufrechterhalten (41).
• Vermeidung von Schadstoffen: Der Verzicht auf Nikotin, Alkohol und Drogen kann dazu beitragen, die Blut-Hirn-Schranke zu schützen.
• Stressmanagement: Stressreduktion durch Entspannungstechniken, Yoga oder Meditation kann Entzündungen reduzieren und die Blut-Hirn-Schranke stärken.
• Ausreichend Schlaf: Regelmäßiger und ausreichender Schlaf ist wichtig für die Regeneration des Gehirns und die Aufrechterhaltung der Blut-Hirn-Schranke.
• Regelmäßige Bewegung: Regelmässige körperliche Aktivität regt die Bildung neuer Nervenzellen an der Blut-Hirn-Schranke an - und dies bis ins hohe Alter.

Zusätzliche Schutzmechanismen

Neben den anatomischen Barrieren und der Blut-Hirn-Schranke gibt es weitere Mechanismen, die das Gehirn schützen:

• Das Gefäßsystem: Das Gehirn und die es umgebenden Blutgefäße stehen in einer engen Beziehung miteinander. Die Gefäße versorgen die energiehungrigen Nervenzellen mit Nährstoffen und schützen sie zugleich vor Krankheitserregern. Forscher des Max-Planck-Instituts für Immunbiologie und Epigenetik in Freiburg haben jetzt entdeckt, wie Blutgefäßzellen den Stoffwechselzustand des Gehirns wahrnehmen und daraufhin die Gefäßfunktionen anpassen können.
• Das Immunsystem des Gehirns: Das Gehirn verfügt über eigene Immunzellen, die Mikroglia, die Entzündungen in Gang halten, bis der Krankheitserreger unschädlich gemacht ist.

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