ZNS







Das zentrale Nervensystem (ZNS) des Menschen umfasst das Gehirn und Rückenmark. Es verarbeitet einerseits Sinneseindrücke, die es aus der Peripherie über die Nervenfasern erhält, andererseits steuert es die Aktivität des Körpers. Auch die Netzhaut des Auges, der Sehnerv, das Riechepithel und der olfaktorische Nerv sind Teil des Gehirns und damit des ZNS.

Nach einer Verletzung können Neurone des ZNS geschädigte Nervenfasern, sogenannte Axone, nicht mehr regenerieren, so dass sie dauerhaft von ihren Zielgebieten abgeschnitten bleiben. Die Ursachen hierfür sind vielschichtig und liegen sowohl an den Neuronen selbst, da sie nicht in der Lage sind, ein regeneratives Wachstumsprogramm zu starten als auch an einer für die regenerierenden Axone inhibitorischen Umgebung im verletzten ZNS.

Schädigungen von Nervenfasern im Gehirn oder Rückenmark führen daher in der Regel immer zu irreversiblen Funktionsverlusten und damit lebenslangen Behinderungen, wie beispielsweise Querschnittslähmungen nach Rückenmarksverletzungen oder Erblindungen nach Sehnervschädigungen.

Ein Forschungsschwerpunkt des Lehrstuhls Zellphysiologie beschäftigt sich daher mit den Mechanismen, die dieser eingeschränkten Regenerationsfähigkeit des ZNS zugrunde liegen. Ziel ist die Entwicklung von neuen gentherapeutischen sowie pharmakologischen Ansätzen zur Förderung der axonalen Regeneration und somit der Wiederherstellung vonverlorengegangenen Funktionen nach Schädigungen des Gehirns und Rückenmarks.




Schädigung des Sehnervs

Der Sehnerv enthält die Nervenfasern der Ganglienzellen der Retina und leitet die Sehinformation aus dem Auge in das Gehirn weiter. Schädigungen des Sehnervs machen sich durch pathologische Gesichtsfeldausfälle bemerkbar. Da der Sehnerv zum zentralen Nervensystem gehört, ist eine Regeneration der Nervenfasern im Sehnerv nicht möglich. Zahlreiche Erkrankungen können eine Schädigung des Sehnervs zur Folge haben, z.B. der Grüne Star (Glaukom), die diabetische Retinopathie, Sehnerventzündungen, Tumore am Sehnerv, Unfälle oder ein Gefäßverschluss. Ist der Sehnerv durch eine Erkrankung im gesamten Querschnittgeschädigt, kommt es zu einer vollständigen Erblindung des betroffenen Auges. Die meisten Patienten haben aber nur Teilschädigungen, so dass noch Sehreste vorhanden sind. Besonders häufig ist der Grünen Star Ursache einer Sehnervstörung, sowie die durch Diabetes bedingte diabetische Retinopathie


Glaukom

Das Glaukom, umgangssprachlich auch Grüner Star genannt, umfasst eine Reihe von Augenerkrankungen, die zum Verlust von Nervenfasern führen. Es kommt bei betroffenen Patienten zu Gesichtsfeldausfällen, bis hin zu Erblindung. Ursächlich ist ein erhöhter Augeninnendruck, bzw. ein ungünstiges Verhältnis zwischen Augeninnendruck und Durchblutung des Sehnervs, der zur Schädigung der Nervenfasern führt. Das Glaukom ist weltweit die häufigste Erblindungsursache. Risikofaktoren für ein Glaukom sind unter anderem der Diabetes mellitus, ein zu niedriger Blutdruck oder starke Blutdruckschwankungen. Auch eine sehr starke Kurz- oder Weitsichtigkeit können eine Rolle spielen. Das Glaukom wird häufig erst relativ spät diagnostiziert, da Kompensationsmechanismen des Gehirns beginnende Gesichtsfeldausfälle zunächst überdecken können. Dadurch bemerken Patienten die Schädigung oft erst spät, wenn schon größere Bereiche betroffen sind.

Die Behandlung erfolgt durch Absenken des Augeninnendrucks, sofern dieser erhöht ist bzw. einer Wiederherstellung der physiologischen Druckverhältnisse (Augeninnendruck/ Blutdruck). Das Therapieziel ist es ein Fortschreiten der Erkrankung zu verhindern. Bereits aufgetretene Schäden regenerieren nicht mehr. Es werden medikamentöse und/ oder operative Behandlungen eingesetzt die z.B. zu einer Verminderung der Produktion von Kammerwasser, und so zur Absenkung des Augeninnendrucks führen.


Verletzung des Rückenmarks

Das Rückenmark verläuft im Wirbelkanal und stellt die Verbindung zwischen Gehirn und Extremitäten her. Im ventralen Anteil des Rückenmarks liegen die unteren Motoneurone, welche die Skelettmuskulatur innervieren und für die Bewegungsausführung verantwortlich sind. Ihre Axone verlassen über den jeweiligen Spinalnerv den Wirbelkanal und ziehen zu ihren Zielmuskeln. Ihr Eingangssignal erhalten die unteren Motoneurone von den sogenannten oberen Motoneuronen die sich im motorischen Kortex im Gehirn befinden und für die bewusste Auslösung der Bewegung zuständig sind (Willkürmotorik).

Die Fasern der sensorischen Neurone, die Informationen aus der Peripherie weiterleiten, treten am Spinalnerven in das Rückenmark ein. Ihre Zellkörper liegen allerdings außerhalb des Rückenmarks, in den sogenannten Hinterwurzelganglien. Die sensorischen Informationen laufen dann über das Rückenmark zum Gehirn und werden dort verarbeitet. Das Gehirn kann anschließend eine Reaktion einleiten die wiederum die Motoneurone aktiviert. Liegen hier Störungen vor, z.B. durch eine traumatische Verletzung des Rückenmarks, gelangen keine sensorischen Informationen mehr ins Gehirn und umgekehrt gelangenauch keine Signale über die Axone der Motoneurone zu den Muskeln. Es kommt zu Ausfallerscheinungen und Lähmungen, obwohl der periphere Nerv, durch den die Nervenfasern der Motoneurone und der sensorischen Neurone laufen, selbst noch intakt ist. Auch neurodegenerative Erkrankungen (z.B. die amyotrophe Lateralsklerose), Infektionen oder Kompressionen können zum Absterben von Neuronen im Rückenmark und damit einhergehenden Funktionsverlusten führen.


Schädel-Hirn Trauma

Eine Verletzung des Gehirns durch traumatische Krafteinwirkung wird Schädel-Hirn Trauma (SHT) genannt. Bei der leichtesten Form des SHT spricht man von einer Gehirnerschütterung, die meist harmlos verläuft. Hirnblutungen und andere Komplikationen können ein SHT lebensbedrohlich werden lassen. Ursache für eine traumatische Verletzung des Gehirns sind meist Unfälle, aber auch bestimmte Kontaktsportarten, wie Eishockey oder American Football, können ein SHT bedingen.

Das SHT wird mittels der sogenannten Glasgow-Koma-Skala in drei Stufen unterteilt: leicht, mittelschwer und schwer. Außerdem unterscheidet man noch, ob die Verletzung zu einer Perforation der Kopfhaut, des Schädels und einer Zerreißung der Dura mater geführt hat. Die Symptome die ein SHT hervorruft, sind abhängig von der Schwere der Verletzung, und umfassen bei einer leichten Verletzung (Gehirnerschütterung): Bewusstseinsstörungen, retrograde Amnesie, Übelkeit/Erbrechen, selten anterograde Amnesie, Apathie, Kopfschmerzen und Schwindel.

Bei schwereren Verletzungen kommt es zur Bewusstlosigkeit (bei über 60 min handelt es sich um ein schweres SHT), verursacht durch Einklemmung des Gehirns, durch Ödeme oder Hirnblutungen.

Die Schädigung des Gehirns bei einem SHT erfolgt in zwei Phasen:

Die erste Phase umfasst die direkte Schädigung durch den Unfall. Diese ist nicht therapierbar, da zerstörte Neurone im Gehirn nicht regenerieren können. In der zweiten Phase treten, durch pathophysiologische Prozesse die im Hirn ablaufen, sekundäre Schädigungen auf, die zu einer weiteren Zerstörung von Neuronen führen können. Diese sind prinzipiell therapierbar, sofern sich die pathophysiologischen Prozesse z.B. medikamentös beeinflussen lassen.

Die Behandlung des SHT ist abhängig vom Schweregrad der Verletzung. Primäres Ziel ist es die Blut- und Sauerstoffversorgung des Gehirns aufrechtzuerhalten, um möglichst viele Neurone vor sekundären Schäden zu retten. Der Behandlung von Hirnüberdruck (z.B. durch Ödeme) und Hirnblutungen wird dabei eine besondere Bedeutung beigemessen.


Neurodegenerative Erkrankungen

Bei den neurodegenerativen Erkrankungen handelt es sich um eine Vielzahl von Krankheiten,bei denen nach und nach Neurone des ZNS absterben. Die häufigsten Erkrankungen sind Alzheimer, Parkinson und Chorea Huntington. Die Ursachen für die Erkrankungen können sowohl genetisch als auch sporadisch sein und sind nicht immer bekannt. Allerdings wurden einige zelluläre Mechanismen identifiziert, die bei den meisten Erkrankungen zur Zellschädigung beitragen. Dazu gehören: Störungen der Proteinhomöostase (Amyloid- und Tau-Ablagerungen bei Alzheimer, Synuclein bei Parkinson und Huntingtin bei Chorea Huntington). Außerdem finden sich gehäuft Mutationen in Hitzeschockproteinen und Chaperonen, erhöhter oxidativer Stress, Störungen der Mitochondrien oder des intrazellulären Transports und Entzündungsreaktionen.

Häufig sind zuerst bestimmte Gehirnregionen betroffen z.B. der Hippocampus bei Alzheimer, oder diedopaminergen Neurone der Susbtantia nigra bei Parkinson.

Die Symptome können abhängig von der Erkrankung und der betroffenen Hirnregion sehr vielfältig sein und umfassen Gedächtnisstörungen, motorische Störungen, Orientierungsprobleme, Persönlichkeitsveränderungen und Änderungen im Verhalten.

Bisher gibt es keine Ursachen-Therapie, sondern nur symptomatische Behandlungen. Es gibt für die Betroffenen keine Heilung, lediglich eine Verzögerung des Fortschreitens der Erkrankung.


Schlaganfall

Beim Schlaganfall kommt es zu einer plötzlich auftretenden Störung des Blutflusses im Gehirn und dadurch zur Unterversorgung des Gewebes mit Sauerstoff und Nährstoffen. Das Gehirn wird lokal geschädigt und es kommt zu einem Verlust von Neuronen. Die Ursache des Schlaganfalls kann ischämisch sein, also hervorgerufen durch die Verstopfung eines Blutgefäßes z.B. durch einen Thrombus, oder eine Gefäßverengung. Des Weiteren kann auch eine Hirnblutung dafür verantwortlich sein, dass Teile des Gehirns unterversorgt werden.

Typische Symptome sind Bewusstseinsstörungen, Taubheitsgefühle, Lähmungen, Schwäche, Sprachstörungen, Schwindel, Gangstörungen und Kopfschmerzen. Häufig treten bestimmte Symptome nur einseitig auf, danur eine Hemisphäre des Gehirns bzw. Areale einer Hemisphäre unterversorgt sind.

Die Therapie hat das Ziel, die korrekte Durchblutung möglichst schnell wiederherzustellen, um eine weitere Schädigung von Neuronen zu verhindern. Dies geschieht zum Beispiel durch eine sogenannte Lyse-Therapie, bei der der gefäßverschließende Thrombus medikamentös aufgelöst wird. Handelt es sich um einen durch eine Hirnblutung verursachten Schlaganfall, erfolgt in der Regel ein operativer Eingriff am Gehirn.

Bestimmte Risikofaktoren erhöhen die Wahrscheinlichkeit einen Schlaganfall zu erleiden, dazu gehören zu hoher Blutdruck, Diabetes,Rauchen, Übergewicht und zu hohe Cholesterinwerte.

Da die Neurone im Gehirn nicht regenerieren, ist die Schädigung der betroffenen Zellen irreversibel. Allerdings können Physiotherapie und Ergotherapie dazu beitragen, dass andere Hirnareale die Funktionen zumindest teilweise übernehmen.


Multiple Sklerose

Die Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche Autoimmunerkrankung und neben der Epilepsie, die häufigste neurologische Erkrankung bei jungen Erwachsenen.

Die genauen Ursachen der Erkrankung sind bisher nicht geklärt. Es entstehen in der weißen Substanz vonGehirn und Rückenmark Entzündungsherde, in denen das körpereigene Immunsystem die Myelinschicht attackiert. Die Myelinschicht, ist die isolierende Schicht welche die Axone der Nervenzellen umgibt und wird im ZNS von den Oligodendrozyten gebildet. Die Zerstörung der Myelinschicht führt dazu, dass die Signalweiterleitung entlang der Axone nicht mehr korrekt erfolgt, was letztendlich zu den Symptomen der MS führt. Häufig verläuft die MS zunächst Schubförmig, das heißt, die Läsionen im ZNS bilden sich wieder zurück.

Klingt die Entzündung ab, werden die ungeschützten Axone zu Beginn der Erkrankung noch von neuem Myelin umhüllt, welches von differenzierenden Oligodendrozytenvorläufern gebildet wird (man spricht von Remyelinisierung). Es kommt zu einer Besserung der Symptome. Mit Fortschreiten der Erkrankung funktioniert dieser Reparaturmechanismus allerdings nicht mehr und die Axone sterben ab, sodass klinische Symptome sich nicht mehr verbessern. Der Patient entwickelt eine sekundär progrediente MS.

Da die entzündlichen Läsionen prinzipiell in jedem Bereich des Gehirns auftreten können, sind die Symptome der MS entsprechend vielfältig. Zu Beginn treten häufig Störungen des Sehnervs auf, die eine Schubweise Verschlechterung des Sehens bedingen. Die gängigen Behandlungen der MS zielen in erster Linie auf eine Modulation des Immunsystems ab, um weitere Schübe zu verhindern bzw. zu verzögern und so möglichst lange axonale Schäden zu vermeiden.