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Wie das Gehirn Abfall ausschwemmt

Wie wird unser Gehirn Abfallstoffe los? (Bild: metamorworks/ istock)

Im Laufe des Tages sammeln sich in unserem Gehirn zahlreiche schädliche Stoffwechselprodukte an. Doch wie wird das Denkorgan diesen molekularen Müll wieder los? Einer gängigen Annahme zufolge könnte dies wie im Rest des Körpers über spezielle Lymphgefäße passieren. Eine neue Studie scheint diese Theorie nun zu bestätigen. Demnach spielen vor allem Lymphgefäße an der Schädelbasis eine Rolle für den Abtransport von Flüssigkeit und Molekülen aus dem Gehirn. Deren Funktion scheint mit zunehmendem Alter allerdings abzunehmen – das könnte die Entstehung von Erkrankungen wie Alzheimer erklären, so das Team.

Damit es reibungslos funktionieren kann, muss unser Gehirn regelmäßig „aufräumen“: Vor allem im Schlaf arbeitet die Müllabfuhr unseres Denkorgans auf Hochtouren und schwemmt molekulare Abfallstoffe aus. Doch wie genau funktioniert das? Im Rest unseres Körpers spielt das Lymphsystem eine entscheidende Rolle für solche Prozesse. Überschüssige Flüssigkeit und nicht mehr benötigte Stoffe wie Proteine werden über diesen Weg aus den Geweben und Organen abgeleitet. Dem Gehirn dagegen fehlt das klassische lymphatische Drainagesystem – das zumindest dachten Forscher lange Zeit. Vor einigen Jahren entdeckten sie jedoch auch in der Hirnhaut Lymphgefäße. Ob und über welche Route Abfall aus dem Gehirn über diese Gefäße abtransportiert wird, blieb jedoch strittig.

Lymphgefäße in der Hirnhaut

Wie Wissenschaftler um Ji Hoon Ahn vom Korea Advanced Institute of Science and Technology in Daejeon erklären, lag dies auch daran, dass bisher nur ein Teil dieser meningealen Lymphgefäße überhaupt untersucht wurde. „Die Lymphgefäße an der Schädelbasis sind bisher zum Beispiel weitestgehend unerforscht“, schreiben sie. Genau dies haben die Forscher nun geändert. Um mehr über das Reinigungssystem des Gehirns zu erfahren, widmeten sie sich den meningealen Lymphgefäßen an der Schädelbasis von Mäusen. Mithilfe eines Farbstoffs und einer speziellen Mikroskopiertechnik konnten sie die Strukturen der Gefäße dabei im Detail sichtbar machen. Die Ergebnisse offenbarten: Anders als die relativ gut erforschten Lymphgefäße im oberen Bereich des Schädels besitzen die basalen Lymphgefäße eine Reihe von Eigenschaften, die sowohl die Aufnahme als auch den Abfluss von Flüssigkeit erleichtern.

So entdeckte das Forscherteam beispielsweise, dass die Endothelzellen, aus denen die Wände der kapillarartig verzweigten Gefäße bestehen, nur lose miteinander verbunden sind – und so die Aufnahme von Flüssigkeit ermöglicht wird. Zudem scheint es wie vom Lymphsystem im Rest des Körpers bekannt sogenannte Präkollektoren zu geben, die Flüssigkeit aus mehreren Lymphgefäßen sammeln und anschließend weitertransportieren. Diese Strukturen verfügen über Klappen, die einen Rückfluss verhindern und den kontinuierlichen Strom von Flüssigkeit in eine Richtung gewährleisten. Ein weiteres Detail, das für eine tragende Rolle der basalen Lymphgefäße im Zusammenhang mit der Müllabfuhr des Gehirns spricht: Nur sie befinden sich nahe genug an dem sogenannten Subarachnoidalraum zwischen den beiden Hirnhäuten Arachnoidea und Pia Mater – dem Raum, in dem das Hirnwasser zirkuliert.

Bedeutung für Alzheimer?

Die strukturellen Merkmale sprachen für eine Beteiligung der Lymphgefäße am Abtransport von Abfall aus dem Denkorgan – den entscheidenden Beweis brachte allerdings erst ein weiteres Experiment. Dafür leiteten die Wissenschaftler Kontrastmittel in den mit Hirnwasser gefüllten Subarachnoidalraum von Ratten ein und konnten so den Weg der Flüssigkeit beobachten. Tatsächlich zeigte sich: Die Kontrastmittel ließen sich schon bald in den Lymphgefäßen der Schädelbasis nachweisen und wanderten von dort weiter in die tiefliegenden Lymphknoten des Halses. Nach Ansicht des Teams ist damit klar, dass die basalen, meningealen Lymphgefäße die Hauptroute für den Abtransport von Abfallstoffen aus dem Denkorgan in das periphere Lymphsystem darstellen.

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Diese Erkenntnis könnte nun auch neue Einblicke in neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer liefern. Denn Ahns Team stellte fest: Mit zunehmendem Alter scheinen sich die basalen Lymphgefäße bei Mäusen zu verändern und schlechter zu funktionieren. Das Interessante daran: Ein typisches Merkmal für Alzheimer ist die Ablagerung krankhaft veränderter Proteine im Gehirn. Möglicherweise könnte der im Alter schlechter funktionierende Abtransport von Proteinen und anderen großen Molekülen für die Entstehung der Erkrankung eine Rolle spielen, so die Vermutung der Wissenschaftler. „Wir verstehen noch immer nicht gut genug, wie Flüssigkeit in die basalen Lymphgefäße gelangt und wie diese mit den anderen Systemen kooperieren, die Abfall aus dem zentralen Nervensystem entfernen“, kommentiert Taija Mäkinen von der Universität Uppsala im Fachmagazin „Nature“. „Trotzdem ist die Entdeckung der genauen Abflusswege von Flüssigkeit aus dem Gehirn ein wichtiger Schritt, um die Müllabfuhr des Gehirns zu verstehen.“

Quelle: Ji Hoon Ahn (Korea Advanced Institute of Science and Technology, Daejeon) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-019-1419-5

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