Blut Hirn Schranke

Blut-Hirn-Schranke – Babies

Früher dachte man, dass sich die Blut-Hirn-Schranke bei Babys erst im Laufe der ersten Lebenswochen ausbildet. Mittlerweile weiß man aber, dass die Blut-Hirn-Schranke auch schon bei Neugeborenen besteht. Allerdings wird vermutet, dass sie sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt und allmählich immer undurchlässiger wird.

Blut Hirn Schranke – Aufbau

Die Blut-Hirn-Schranke setzt sich aus mehreren Schichten zusammen. Von außen nach innen (zum Gehirn hin) lassen sich folgende Schichten unterscheiden:

• Kapillarendothel

• Basalmembran

• Astrozyten

Kapillarendothel

Die kleinsten Blutgefäße des Gehirns sind die Kapillaren. Dementsprechend wird von außen betrachtet die erste Schicht der Blut-Hirn-Schranke durch das Kapillarendothel gebildet.

Endothelzellen finden sich in allen Blutgefäßen des Körpers. Die Endothelzellen der Kapillaren der Blut-Hirn-Schranke zeigen allerdings eine Besonderheit, welche das zentrale Element der Blut-Hirn-Schranke darstellt. Sie sind nämlich über sogenannte Tight Junctions miteinander verbunden.

Diese Verbindungen zwischen den Zellen sorgen dafür, dass ein Übertritt von diversen Substanzen oder Krankheitserregern über die Zwischenzellräume (= parazellulär) wie in anderen Bereichen des Körpers nicht möglich ist. Man spricht hierbei auch von einer Diffusionsbarriere. Wollen bestimmte Substanzen diese Barriere überwinden, so müssten sie den Weg durch die Zelle wählen (= transzellulär) und das ist für viele Stoffe nicht möglich.

Für die Etablierung der Tight Junctions sind sogenannte Membranproteine (zum Beispiel Occludin und Claudin) notwendig, welche die benachbarten Zellen aneinander kleben, sodass ein kontinuierliches Epithel entsteht. Hierzu umgeben die Proteine die Zellen wie ein Gürtel.

Perizyten

Perizyten stellen keine eigene, kontinuierliche Schicht der Blut-Hirn-Schranke im eigentlichen Sinne dar. Sie sind aber dennoch ein erwähnenswerter Bestandteil der Blut-Hirn-Schranke. Denn die Perizyten lagern sich den Kapillarwänden der Blut-Hirn-Schranke an und tragen dort zur Aufrechterhaltung der engen Zellkontakte des Endothels bei.

Basalmembran

Den Endothelzellen liegt die Basalmembran als nächste Schicht der Blut-Hirn-Schranke an. Basalmembranen bestehen im Wesentlichen aus Kollagen und Polysaccharidkomplexen. Sie dienen im ganzen Körper dazu, die ihnen angrenzenden Zellverbände – also die Epithelien und Endothelien – zu stabilisieren.

Astrozyten

Die letzte Schicht der Blut-Hirn-Schranke wird von den Astrozyten gebildet. Astrozyten sind besondere Zellen, die es nur im Gehirn und Rückenmark gibt. Die Bezeichnung Astrozyt leitet sich von dem griechischen Wort ástron ab, was soviel bedeutet wie Stern. Wie es zu dieser Bezeichnung kommt, wird sofort klar, wenn man sich die Form eines Astrozyten anschaut. Denn Astrozyten sind sternförmige Zellen des zentralen Nervensystems.

Die Astrozyten bilden selber keine undurchlässige Schranke aus. Dafür bewirken sie aber die Bildung der Tight Junctions zwischen den Endothelzellen, indem sie Botenstoffe ausschütten. Außerdem sind Astrozyten im Nervensystem wichtig für die Ernährung der Nervenzellen.

Abbildung 1: Blut-Hirn Schranke

Blut Hirn Schranke – Funktionen

Die Blut-Hirn-Schranke muss im Wesentlichen drei Funktionen erfüllen:

1. Sie muss giftige Substanzen und Krankheitserreger aus dem ZNS fernhalten.
2. Sie muss die Versorgung des Gehirns mit wichtigen Nährstoffen gewährleisten.
3. Sie muss das innere Milieu des zentralen Nervensystems aufrecht erhalten.

Die Blut-Hirn-Schranke schützt das Gehirn als immunologische Barriere vor dem Eintritt von Krankheitserregern und hält Giftstoffe ab. Es gibt aber auch Giftstoffe wie Alkohol oder Drogen, welche die Blut-Hirn-Schranke überqueren können.

Eine weitere wichtige Funktion der BHS ist die Versorgung des Gehirns mit Nährstoffen und der Abtransport von Abfallprodukten des Stoffwechsels. Dabei ist es hilfreich, dass zum Beispiel Sauerstoff-, Kohlenstoffdioxid- und Wassermoleküle sehr klein sind und somit die Blut-Hirn-Schranke ohne Weiteres überqueren können. Aber nicht nur besonders kleine, sondern auch fettlösliche beziehungsweise unpolare Stoffe können die Blut-Hirn-Schranke durch Diffusion überwinden.

Anders verhält es sich mit wasserlöslichen, polaren Substanzen, die nicht einfach durch die Blut-Hirn-Schranke diffundieren können. Zu dieser Gruppe gehört beispielsweise auch das wasserlösliche Dopamin. Ein weiteres Beispiel für eine Substanz, die nicht über Diffusion ins Gehirn gelangen kann, ist die wasserlösliche Glukose. Sie ist die wichtigste Energiequelle des Gehirns – einem Organ mit einem besonders hohen Energiebedarf – und muss ihm kontinuierlich zugeführt werden. Aber wie gelangt Glukose nun aus dem Blut in das Gehirn?

Für einige Moleküle wie die Glukose gibt es spezielle Transportsysteme. Im Falle der Glucose handelt es sich dabei um einen Carrier-vermittelten Transport mithilfe des GLUT1-Transporters.

Ein Weg zur Überquerung der BHS für Ionen ist die membranständige Na/K-ATPase.Sie ermöglicht einen Transport der Ionen unter Energieverbrauch gegen ein Konzentrationsgefälle. Der Austausch von Ionen ist wichtig für die Konstanthaltung des inneren Milieus des Gehirns. Abweichungen dieses Gleichgewichts (zum Beispiel eine Änderung des pH-Wertes) können Schäden an den Nervenzellen hervorrufen, die nicht reversibel sind.

Blut Hirn Schranke – Störungen

Die Blut-Hirn-Schranke kann aus verschiedenen Gründen für Stoffe, die das ZNS nicht erreichen sollen, passierbar werden. Zu den Gründen zählen unter anderem Entzündungen des zentralen Nervensystems, beispielsweise im Rahmen der Erkrankung Multiple Sklerose oder bakteriellen Meningitiden (Hirnhautentzündungen). Aber auch Tumore können die Blut-Hirn-Schranke unterbrechen. In der Folge kann eventuell das Gleichgewicht im Gehirn nicht mehr aufrechterhalten werden und Giftstoffe können in das zentrale Nervensystem gelangen.

Wo ist die Blut-Hirn-Schranke?

Die Blut-Hirn-Schranke verhindert den direkten Kontakt von Blutgefäß und Nervenzelle. Durch krankhafte Vorgänge kann sie unterbrochen und damit in ihrer Funktion gestört werden. Es gibt aber auch Regionen des Gehirns, an denen die Blut-Hirn-Schranke fehlt.

Bei diesen Regionen handelt es sich um:

• die Neurohypophyse,
• die Area Postrema,
• die Epiphyse,
• die OVLT und
• das Subfornikalorgan.

In diesen Bereichen des Gehirns ist ein direkter Neuronen-Blut-Kontakt sinnvoll. In der Neurohypophyse beispielsweise werden die Hormone Oxytocin und Vasopressin gespeichert. Diesen müssen über das Blut zu ihren Zielzellen gelangen. Daher wäre eine Blut-Hirn-Schranke zwischen Neurohypophyse und Blutgefäß unangebracht.

Auch im Bereich der Area postrema gibt es keine Blut-Hirn-Schranke, da eine Barriere hier die Funktion dieses Gehirnareals stören würde. Denn bei der Area postrema handelt es sich um eine sogenannte Chemorezeptoren-Triggerzone. Das bedeutet, dass hier Rezeptoren zur Erkennung von Giftstoffen im Blut liegen. Sie lösen über eine Aktivierung des Brechzentrums im Gehirn Erbrechen aus. Auch hier wird klar, warum dieser Teil des Gehirns mit dem Blut in Verbindung stehen muss.