Schlaf entgiftet das Gehirn

dpa

Rochester – US-Forscher glauben, eine bisher unbekannte Funktion des Schlafes entdeckt zu haben. Ihrer Studie in Science (2013; 342: 373-377) zufolge weiten sich im Schlaf die interstitiellen Räume des Gehirns zu einem „glymphatischen“ System, über das toxische Stoffwechselprodukte aus dem Gehirn entfernt werden. Dies könnte, so die Forscher ein Grund sein, warum der Mensch und mit ihm die meisten Tiere überhaupt Schlaf benötigen.

Dass Nervenzellen und Gliazellen im Gehirn nicht aneinander kleben, ist lange bekannt. Wie in anderen Geweben gibt es im Gehirn zwischen den Zellen einen interstitiellen Raum, dem die Forschung allerdings in der Vergangenheit keine große Aufmerksamkeit schenkte.

Dies änderte sich im letzten Jahr, als das Team um Maiken Nedergaard vom University of Rochester Medical Centre in Science Translational Medicine (2012; 4: 147ra111) zeigen konnte, dass der Liquor cerebrospinalis, wenn auch sehr langsam, das Parenchym des Gehirns durchströmt. Eintrittspforte sind die paravaskulären Räume um die Arterien herum, die durch den Subarachnoidalraum hindurch verlaufen und in das Gehirn eintreten.

Die Drainage soll über paravenöse Räume in die Lymphwege im Halsbereich erfolgen. Antriebskraft sind den Experimenten zufolge kleine Wasserkanäle auf den Fortsätzen der Astrozyten, die sogenannten Aquaporine. Da Astrozyten zur Glia gehören, spricht Nedergaard vom glymphatischen System, wobei die Analogie zu den Lymphwegen gewollt ist, die es im Gehirn nicht gibt.

Die Funktion des glymphatischen Systems ist laut Nedergaard die Entsorgung von Schadstoffen aus dem Gehirn. Schon in ihrer ersten Studie konnte die Forscherin zeigen, dass der durch das Parenchym strömende Liquor Schadstoffe aufnimmt, darunter auch Beta-Amyloide, dessen Akkumulation das zentrale Kennzeichen des Morbus Alzheimer ist.

Jetzt hat die Forscherin die Versuche an schlafenden Mäusen wiederholt. Dazu wurden zwei Farbstoffe in den Liquor eingebracht, dessen Auftreten im Gehirn mittels Zwei-Pho­to­nen-Fluoreszenz gemessen wurde. Nedergaard entdeckte, dass sich nachts die interzellulären Räume vergrößern. Ihr Anteil am Gesamtvolumen des Gehirns stieg von 14 um mehr als die Hälfte auf 23 Prozent an.

Dies hatte eine deutliche Auswirkung auf den Liquorstrom durch das Parenchym. Er steigt um 95 Prozent und einige tiefere Hirnregionen werden laut den Experimenten überhaupt nur im Schlaf drainiert. Die Folge ist eine deutliche Steigerung der Ausspülung von Beta-Amyloiden während des Schlafes.

Nedergaard vermutet, dass der Schlaf das glymphatische System reguliert. Dafür spricht, dass die Gabe von Noradrenalin-Antagonisten in den Liquorraum die Erweiterung des Interstitiums im Schlaf verhinderte. Noradrenalin ist ein wichtiger Neurotransmitter für den Wachzustand. Für Nedergaard könnte die Notwendigkeit, das Gehirn von toxischen Substanzen zu befreien, ein wesentlicher Grund dafür sein, warum der Mensch Schlaf benötigt.

Während dieser Zeit würden die Hirnzellen, deren Größe wegen des durch den Schädelknochen begrenzten Gesamtraums bei einer Ausdehnung des Interzellular­raumes abnehmen muss, gezielt in einen Ruhezustand versetzt, um das Denkorgan von toxischen Stoffwechselprodukten oder Schadstoffen wie Beta-Amyloiden zu reinigen.

Bisher sind die Experimente auf Mäuse beschränkt. Sollte sich ein ähnliches „glympha­tisches“ System auch beim Menschen nachweisen lassen, könnte dies gegenwärtige Krankheitskonzepte beeinflussen, sagt die Editorialistin Suzana Herculano-Houzel von der Universidade Federal do Rio de Janeiro voraus. Sie hält es für vorstellbar, dass Störungen des glymphatischen Systems an der Pathogenese von Migräne, Epilepsie oder auch von Insomien beteiligt sind.

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