Das Gehirn-Reinigungssystem: Wie Schlaf die Gesundheit des Gehirns verbessern und Alzheimer vorbeugen kann

Obwohl bekannt ist, dass der Schlaf für alle Tiere, die ein Nervensystem besitzen, essentiell ist, ist seine zelluläre Hauptfunktion noch weitgehend unbekannt. Längerer Schlafentzug kann tödlich sein, und Schlafstörungen sind mit verschiedenen Mängeln der Gehirnleistung verbunden. 

Man könnte vermuten, dass sich unser Gehirn im Schlaf entspannt. Aber tatsächlich ist es währenddessen sehr aktiv und verbraucht viel Energie. Die meiste Energie wird für wichtige „Hausarbeiten“ aufgewendet, wie z.B.: Aufräumen, Erinnerungen konsolidieren, nicht benötigte Daten loswerden und zelluläre Abfallprodukte, einschließlich Beta-Amyloid-Ablagerungen, beseitigen.

Die Mechanismen, die für die Entfernung der gelösten Stoffe aus dem extrazellulären Raum des Gehirns verantwortlich sind, haben Neurologen über Jahrhunderte hinweg vor ein Rätsel gestellt. Denn das zentrale Nervensystem (ZNS) ist das einzige Organsystem, dem es an Lymphgefäßen fehlt, die den Abtransport der interstitiellen Stoffwechselabfälle unterstützen. Jüngste Studien haben zur Entdeckung des glymphatischen Systems geführt, einem glial-abhängigen perivaskulären Netzwerk im Gehirn, das dem Lymphssytem im Körper ähnlich ist.

Der glymphatische Pfad ist ein hochorganisiertes Flüssigkeitstransportsystem, bei dem sich Liquor (CSF) und interstitielle Flüssigkeit (ISF) kontinuierlich austauschen. In seinen Anfangsabschnitten fließt der Liquor aus dem Subarachnoidalraum und wird durch die perivaskulären Räume der eindringenden Arterien, die auch als Virchow-Robin-Räume bezeichnet werden, in das Hirnparenchym getrieben. Dieser Fluss durch das Hirnparenchym wird durch das sogenannte Aquaporin 4 erleichtert. Dies sind Proteine, die von den Gliazellen gebildet werden und Wasserkanäle in der Zellmembran bilden. Während des Flusses vermischt sich das Liquor mit dem ISF. Im zellulären Zwischenraum verteilt sich die gemischte Flüssigkeit in Richtung des venösen perivaskulären Raums (Abb.1).

Mögliche Faktoren, die die Lymphbahnen beeinflussen, sind der Atemzyklus, arterielle Pulsationen, Veränderungen des vasomotorischen Tonus, Haltungsänderungen und Schlaf. Letzterer Faktor ist für die Reinigung von Abfallprodukten von großer Bedeutung: die Beseitigung von Amyloid beta (Aß) ist im Schlaf doppelt so schnell wie im Wachzustand.

Neben der Reinigung braucht das Gehirn auch Schlaf, um sich zu regenerieren. Während der REM-Phase und des Träumens arbeitet das Gehirn daran, Schäden, die es tagsüber erlitten hat, zu beheben: Es stellt die Stoffwechselspeicher wieder her, trimmt nicht benötigte Synapsen, verstärkt bestimmte Verbindungen und wird insgesamt energieeffizienter. Außerdem repariert es beschädigte DNA in seinen Neuronen, erhöht die Chromosomendynamik und führt eine nukleare Wartung durch. Es hat sich gezeigt, dass diese Veränderungen der Chromatindynamik wichtige Prozesse im Zellkern, auch epigenetische Funktionen, regulieren.

Fazit: 

Das glymphatische System ist ein Mechanismus, der erst seit kurzem bekannt ist. Mit Hilfe dieses Systems scheidet unser Gehirn physische Abfallprodukte, wie Amyloid beta (Aß), aus. Es funktioniert hauptsächlich während des Schlafs, insbesondere in den tiefen Schlafphasen. Dies würde den biologischen Bedarf an Schlaf bei allen Spezies erklären und betont die Bedeutung und Wichtigkeit eines guten Nachtschlafes. 

Schlafen Sie gut und gönnen Sie sich damit eine richtige „Entgiftung“ des Gehirns, die dazu beiträgt, Alzheimer zu verhindern!

Referenzen:

1. Tarasoff-Conway JM, Carare RO, Osorio RS, et al. Clearance systems in the brain-implications for Alzheimer disease [published correction appears in Nat Rev Neurol. 2016 Apr;12(4):248]. Nat Rev Neurol. 2015;11(8):457–470. doi:10.1038/nrneurol.2015.119 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26195256/
2. Zada, D., Bronshtein, I., Lerer-Goldshtein, T. et al. Sleep increases chromosome dynamics to enable reduction of accumulating DNA damage in single neurons. Nat Commun 10, 895 (2019) doi:10.1038/s41467-019-08806-w https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30837464/
3. Rasmussen MK, Mestre H, Nedergaard M. The glymphatic pathway in neurological disorders. Lancet Neurol. 2018;17(11):1016–1024. doi:10.1016/S1474-4422(18)30318-1 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28466758/
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