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Dein Gehirn ist gut geschützt. Nicht nur durch den Schädel, sondern auch durch eine besondere Grenze in deinen Blutgefäßen. Diese Barriere bestimmt, was zu deinem Gehirn gelangen darf und was nicht. In diesem Blog erfährst du, was die Blut-Hirn-Schranke genau ist, wie sie aufgebaut ist und warum diese Grenze für deinen Körper so wichtig ist.
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Stell dir die Blutgefäße in deinem Gehirn vor. Sie haben eine Wand, genau wie alle anderen Blutgefäße in deinem Körper, aber im Gehirn ist diese Wand etwas anders. Die Blut-Hirn-Schranke ist eine selektiv durchlässige Membran in den Wänden deiner Hirnblutgefäße, genau dort, wo Blut und Hirngewebe aufeinandertreffen.1,2
Paul Ehrlich entdeckte das Vorhandensein dieser Barriere bereits 1885.1 Er spritzte Farbstoff in den Blutkreislauf von Versuchstieren und sah etwas Auffälliges: Fast alle Organe färbten sich, aber das Gehirn blieb weiß. Offenbar konnte der Farbstoff dort nicht einfach hinzugelangen.3 Später stellte sich heraus, dass dies an den besonderen Eigenschaften der Blutgefäßwände im Gehirn lag.
Die Blut-Hirn-Schranke bildet eine Grenze zwischen deinem Blut und deinem Gehirn und fungiert als selektiver Filter: Nur bestimmte Stoffe dürfen passieren, während andere zurückgehalten werden.1,2
Wenn du dir die Blutgefäße im Gehirn genauer anschaust, siehst du, dass ihre Wand aus mehreren Schichten und Zelltypen besteht. Diese verschiedenen Zellen arbeiten zusammen, um die Barriere zu bilden.
Die Innenseite deiner Hirnblutgefäße ist von Endothelzellen ausgekleidet. Diesen Zelltyp findest du in allen Blutgefäßen deines Körpers, aber im Gehirn verhält er sich anders. Sie haben keine Öffnungen und enthalten außerdem deutlich weniger und selektivere Transportöffnungen als Endothelzellen anderswo.4 Was sie aber haben, sind sehr viele enge Verbindungen mit den benachbarten Zellen. Diese Verbindungen heißen Tight Junctions.5
Tight Junctions sitzen an der Stelle, an der zwei Endothelzellen aufeinandertreffen. Sie verschließen den Zwischenraum zwischen den Zellen nahezu vollständig.5 Verschiedene Eiweiße sind Teil dieser Struktur. Claudine sind die wichtigsten, vor allem Claudin-5. Auch Occludin ist daran beteiligt.6 All diese Eiweiße ragen durch die Zellmembran und greifen in die Eiweiße der Nachbarzelle ein. Dadurch entsteht eine Art Reißverschluss.
Im Inneren der Zelle sind diese Eiweiße an andere Eiweiße, die Zonula-occludens-Eiweiße, gebunden.5 Und diese sind wiederum mit dem Zellskelett verbunden. Das Ergebnis ist ein stabiler und gut organisierter Abschluss.
Um die Endothelzellen herum befinden sich noch zwei Zelltypen, die an der Barriere mitbauen. Perizyten findest du in der Basalmembran an der Außenseite des Endothels.1 Im Durchschnitt kommt ein Perizyt auf zwei bis vier Endothelzellen. Im Gehirn ist diese Abdeckung sehr weitreichend, Perizyten umschließen dort rund 100 Prozent des Endothels.7 Sie liegen auch sehr dicht daran, mit kaum Abstand dazwischen.
Astrozyten sind Gehirnzellen mit langen Fortsätzen. Die Enden davon nennt man Endfüße, und sie legen sich um die Blutgefäße. Obwohl man annimmt, dass die Endfüße selbst keine Barrierefunktion haben, sind sie dennoch Teil der Struktur.4
Die Endothelzellen, Perizyten und Astrozyten werden von der Basalmembran umgeben, die aus dünnen Schichten extrazellulärer Matrix besteht.5 Diese Membran hält die Zellen an ihrem Platz und bietet strukturelle Unterstützung. Endothelzellen und Perizyten teilen sich gemeinsam eine Schicht.7 Eine zweite Schicht liegt um die Endfüße der Astrozyten herum.6 Beide haben ihre eigene Zusammensetzung und bilden zusammen die strukturelle Unterlage der Blut-Hirn-Schranke.
Über passive Diffusion: Das ist der einfachste Weg. Kleine fettlösliche Stoffe lösen sich in der Zellmembran der Endothelzellen und treten auf der anderen Seite wieder aus. Das geschieht von selbst, ohne dass die Zelle dafür Energie aufwenden muss.5
Über Transportproteine: Für Stoffe, die für passive Diffusion zu groß sind, hat die Barriere Transportproteine. Diese sind in die Membran der Endothelzelle eingebaut. So ein Protein nimmt einen bestimmten Stoff auf der Blutseite auf, verändert dann seine Form und gibt den Stoff auf der Gehirnseite wieder ab. Manche Transportproteine arbeiten nur in eine Richtung. Andere können in beide Richtungen arbeiten, abhängig davon, wo die Konzentration am höchsten ist.5
Über Effluxpumpen: Es gibt auch Pumpen in der Membran, die genau in die andere Richtung arbeiten.2,5 Diese heißen Effluxpumpen und sie befördern Stoffe aktiv zurück ins Blut.5 Dafür wird Energie in Form von ATP benötigt.1,5 Das Ergebnis ist, dass unerwünschte Stoffe wieder aus dem Gehirn herausbefördert werden.6
Über Transzytose: Sehr große Moleküle passen nicht durch den Proteintransport. Sie werden per Transzytose verlagert.2,5 Der Stoff bindet sich dabei an die Außenseite der Endothelzelle, woraufhin die Zelle ein Bläschen darum bildet. Dieses Bläschen wird auf die andere Seite der Zelle transportiert und dort wieder geöffnet.5
Dein Gehirn ist empfindlich gegenüber Stoffen, die anderswo im Körper möglicherweise wenig Schaden anrichten. Die Barriere hält solche Stoffe zurück.4,6 Das ist wichtig für die Lebensdauer von Nervenzellen und den Erhalt von Verbindungen zwischen diesen Zellen.5 Dazu gehören Krankheitserreger, giftige Stoffe und die meisten Eiweiße aus deinem Blut.5,6 Aber auch ein großer Teil der Medikamente passiert die Barriere nicht.
Nervenzellen arbeiten mit elektrischen und chemischen Signalen. Dafür brauchen sie ein Umfeld, dessen Zusammensetzung sehr konstant bleibt. Die Konzentration von Ionen muss zum Beispiel innerhalb enger Grenzen bleiben, damit Signale gut übertragen werden. Die Blut-Hirn-Schranke reguliert diese Zusammensetzung und hält so das Umfeld in deinem Gehirn stabil.5,6
Dein Gehirn braucht viel Energie, kann aber selbst nur wenig speichern. Über die Barriere gelangen Nährstoffe aus deinem Blut ins Gehirn.4 Wie viel davon durchgelassen wird, ist auf den Bedarf abgestimmt.6 Beispiele für solche Nährstoffe sind Glukose, Aminosäuren, Kreatin, Ketone und Pyruvat.4
Wie unterstützt du dein Gehirn mit der richtigen Ernährung? Du liest es in unserem Blog 10 x Ernährung für das Gehirn.
Bei der Stoffwechselaktivität in deinem Gehirn entstehen Abfallprodukte. Die Blut-Hirn-Schranke transportiert diese Stoffe kontrolliert ab und pumpt sie zurück in den Blutkreislauf.4,6 Effluxpumpen sorgen dafür und befördern auch körperfremde Stoffe wieder hinaus, die doch eingedrungen sind.
Übrigens passiert nicht alles die Barriere auf kontrollierte Weise. Gase wie Sauerstoff und Kohlendioxid diffundieren frei hindurch. Ebenso wie kleine fettlösliche Stoffe wie Alkohol, Steroidhormone, Koffein und Nikotin.4,5
Die Blut-Hirn-Schranke ist eines der fein abgestimmtesten Systeme in deinem Körper. Mehrere Zelltypen und Strukturen arbeiten zusammen, um zu bestimmen, was dein Gehirn erreicht und was nicht. Diese Selektivität hält das Umfeld in deinem Gehirn stabil, auch wenn sich die Zusammensetzung deines Blutes verändert. Gleichzeitig liefert die wissenschaftliche Forschung zu diesem System weiterhin neue Erkenntnisse, die uns hoffentlich noch besser helfen zu verstehen, was das Gehirn braucht, um gut zu funktionieren.
