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Blut-Hirn-Schranke

Die Blut-Hirn-Schranke verhindert, dass Substanzen, die schädlich für das Gehirn sein können, aus der Blutbahn ins Gehirn gelangen. Außerdem hält diese physiologische Barriere das spezielle innere Milieu aufrecht, welches das empfindliche Gehirn für seine ungehinderte Funktion benötigt. Lesen Sie alles Wichtige über die Blut-Hirn-Schranke, ihre Funktion, welche Stoffe sie überwinden können und wodurch die Blut-Hirn-Schranke gestört werden kann!

Was ist die Blut-Hirn-Schranke?

Die Blut-Hirn-Schranke ist eine Barriere zwischen dem Blut und der Hirnsubstanz. Sie wird von den Endothelzellen an der Innenwand der Blutkapillaren im Gehirn und den die Gefäße umgebenden Astrozyten (eine Form von Gliazellen) gebildet. Über sogenannte Tight junctions (gürtelförmige, enge Verbindungsstellen) sind die Endothelzellen in den kapillaren Hirngefäßen so eng miteinander verknüpft, dass keine Stoffe unkontrolliert zwischen den Zellen hindurchschlüpfen können. Um ins Gehirn zu gelangen, müssen alle Stoffe durch die Zellen hindurch, was streng kontrolliert abläuft.

Eine vergleichbare Barriere besteht zwischen dem Blut und dem Hohlraumsystem des Gehirns, das die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit (Liquor) enthält. Diese sogenannte Blut-Liquor-Schranke ist etwas schwächer als die Blut-Hirn-Schranke. So ist trotz der Barrierefunktion ein gewisser Austausch von Substanzen zwischen Blut und Liquor möglich.

Welche Funktion hat die Blut-Hirn-Schranke?

Die Blut-Hirn-Schranke sorgt dafür, dass im Gehirn ein konstantes inneres Milieu herrscht, durch das alle Hirnfunktionen weitgehend ungestört ablaufen können. Wenn sich zum Beispiel der pH-Wert des Blutes ändert, darf diese Schwankung nicht an das Gehirn weitergegeben werden. Auch Änderungen der Kalium-Konzentration würden die Nervenzellen schädigen, die nicht regenerationsfähig sind.

Die Blut-Hirn-Schranke hat zudem eine hoch-selektive Filterfunktion:

Kleine fettlösliche Stoffe wie Sauerstoff, Kohlendioxid oder auch Narkosegase können die Blut-Hirn-Schranke überwinden, indem sie durch die Endothelzellen diffundieren. Bestimmte andere Substanzen, welche das Hirngewebe benötigt (wie Blutzucker = Glukose, Elektrolyte, manche Peptide, Insulin etc.), werden mithilfe spezieller Transportsysteme durch die Barriere geleitet.

Die restlichen Stoffe werden dagegen zurückgehalten, damit sie im empfindlichen Gehirn keinen Schaden anrichten können. So werden etwa Neurotransmitter im Blut von der Blut-Hirn-Schranke nicht durchgelassen, weil sie den Informationsfluss der Nervenzellen im Gehirn stören würden. Auch verschiedene Medikamente und Krankheitserreger müssen durch die Blut-Hirn-Schranke vom Gehirn ferngehalten werden.

Allerdings kann die Blut-Hirn-Schranke nicht alle schädigenden Substanzen zurückhalten. So können etwa Alkohol, Nikotin und Heroin die Barriere durchdringen. Auch manchen Keimen gelingt der Übertritt ins Gehirn, beispielsweise den bakteriellen oder viralen Erregern einer Hirnhautentzündung (Meningitis).

In der Medizin ist es manchmal notwendig, Medikamente ins Gehirn zu schleusen, welche die Blut-Hirn-Schranke nicht passieren können. Ein Beispiel: Im Gehirn von Parkinson-Patienten herrscht ein Mangel an dem Botenstoff Dopamin. Man kann den Kranken zum Ausgleich aber kein Dopamin verabreichen, weil es die Blut-Hirn-Schranke nicht überwinden kann. Stattdessen erhalten die Patienten die Dopamin-Vorstufe Levodopa (L-Dopa), welche problemlos aus dem Blut ins Gehirn übertreten kann. Dort wird sie dann von einem Enzym in das wirksame Dopamin umgewandelt.

Zur Therapie von Hirntumoren wird die Blut-Hirn-Schranke vorübergehend außer Kraft gesetzt, indem eine stark hypertone Lösung in die Arteria carotis infundiert wird. So können tumorhemmende Medikamente ins Gehirn gelangen.

Wo befindet sich die Blut-Hirn-Schranke?

Die Blut-Hirn-Schranke befindet sich im Gehirn. Die Endothelzellen an der Innenwand der feinen Blutgefäße dichten durch enge Verbindungsstellen (Tight junctions) die Wand der Gefäße ab und sorgen so für die eigentliche Barrierefunktion (zusammen mit den umgebenden Astrozyten).

Welche Probleme kann die Blut-Hirn-Schranke verursachen?

Die Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke kann erhöht sein, wenn bei einem Schlaganfall die Gefäße geschädigt werden oder bei einer Schädelverletzung Plasma in das Hirngewebe gelangt. Das Gehirn schwillt an – es entsteht ein Hirnödem. Ursache kann auch eine Schädigung der Blut-Hirn-Schranke durch einen Gefäßverschluss, Vergiftungen oder Sauerstoffmangel sein. Die Folgen sind unter anderem Kopfschmerzen, Lähmungen, Atem- und Bewusstseinsstörungen.

Bilirubin, ein Gallefarbstoff, wird normalerweise durch Bindung an Plasmaproteine aus dem Gehirn ferngehalten. Bei frühgeborenen Babys kann aber die Bilirubinkonzentration im Blut durch Hämolyse (Auflösung der roten Blutkörperchen) und langsamen Abbau so stark erhöht sein, dass die Fähigkeit der Plasmaproteine, das Bilirubin zu binden, überschritten wird. Das freie, nicht gebundene Bilirubin kann dann die Blut-Hirn-Schranke (Baby) überwinden und ins Gehirngewebe gelangen. Dieser Kern- oder Neugeborenenikterus kann irreversible Hirnschäden nach sich ziehen.

Zytomegalie-Viren aus der Gruppe der Herpes-Viren nutzen weiße Blutkörperchen als Carrier, um die Blut-Hirn-Schranke (Baby) zu überwinden. Bei einer Schwangeren führt die Infektion zu einer Fehlgeburt (Abort), zum Absterben des ungeborenen Embryos oder zu einer generalisierten Infektion des Babys mit einer Gehirnentzündung (Enzephalitis), Verkalkungen im Gehirn, Krämpfen und Lähmungen. Wenn sich das Baby nach der Geburt ansteckt, können die gleichen Symptome auftreten, der Verlauf kann aber auch unauffällig bleiben.

Störungen der Blut-Liquor-Schranke liegen bei allen Formen der Hirnhautentzündung (Meningitis) vor. Auch Abszesse im Gehirn und Infektionen des Gehirns, die durch Pilze oder Parasiten hervorgerufen werden, kommen durch eine solche Störung zustande.

Tumormetastasen können ebenfalls die Blut-Hirn-Schranke überwinden. Krebszellen heften sich an die Endothelwand der Kapillaren und exprimieren eigene Moleküle zur Adhäsion. Diese binden dann an spezielle Rezeptoren, mittels derer der Weg durch die Blut-Hirn-Schranke offen steht.

Autor:
Eva Rudolf-Müller
Quellen:
  • Waldeyer, A.: Anatomie des Menschen, Walter de Gruyter Verlag, 17. Auflage, 2002
  • Graumann, W. & Sasse, D.: CompactLehrbuch Anatomie, Band 1, Schattauer Verlag, 2004
  • Pschyrembel Klinisches Wörterbuch, Walter de Gruyter Verlag, 262. Auflage, 2010
  • Poeck, K. & Hacke, W.: Neurologie, Springer-Verlag, 12. Auflage, 2006
  • Behrends, J.C. et al.: Duale Reihe Physiologie, Georg Thieme Verlag, 3. Auflage, 2016
  • Klinke, R. & Silbernagl, S.: Lehrbuch der Physiologie, Georg Thieme Verlag, 4. Auflage, 2005
  • Van den Heuvel, M.: Blut-Hirn-Schranke, Kontrollinstanz an höchster Stelle. In: Pharmazeutische Zeitung online, Ausgabe 13/2012
  • I care Anatomie Physiologie, Georg Thieme Verlag, 2015