Das menschliche Gehirn macht rund zwei Prozent des Körpergewichts aus, ist aber gleichzeitig für zwanzig Prozent des Energieverbrauchs verantwortlich. Dies ist im Falle eines medizinischen Notfalls nicht unproblematisch. Denn wenn in Folge eines Herzstillstands oder eines Schlaganfalls die Blutversorgung des Gehirns unterbrochen wird, führt dies schnell zu erheblichen Schädigungen. Interessant ist zudem, dass der Energieverbrauch auch dann noch hoch bleibt, wenn der restliche Körper vollkommen in den Ruhemodus geschaltet hat: Selbst im Schlaf – und sogar im Koma- benötigt das Gehirn große Mengen an Energie. Forscherinnen und Forscher am Weill Cornell Medical College in New York haben sich die Hintergründe dieses Phänomens nun einmal genauer angeschaut. Ihre Erkenntnisse könnten dazu beitragen, die Arbeit des Gehirns besser zu verstehen und die Folgen von medizinischen Notfällen abzumildern.


Gehirnareale
Foto: brain lobes, Allan Ajifo, Flickr, CC BY-SA 2.0

Die Transportbläschen werden auf Vorrat produziert

Im Zentrum der Untersuchung standen die Synapsen an den einzelnen Nervenzellen. Diese sind dafür verantwortlich elektrische Signale in chemische Botenstoffe zu verwandeln und über einen kleinen Spalt zur nächsten Nervenzelle zu transportieren. Dabei kommen winzige Bläschen zum Einsatz, die mit dem Neurotransmitter befüllt sind. Um Zeit zu sparen, werden diese schon im Voraus produziert und dann freigesetzt, sobald ein entsprechender elektrischer Impuls das Signal gibt. Bereit seit einiger Zeit weiß man, dass das Füllen dieser Bläschen viel Energie verbraucht. Dies erklärt aber noch nicht, weshalb der Energieverbrauch auch dann hoch bleibt, wenn gar keine Botschaften mehr übermittelt werden müssen. Die Forscher haben daher Hirnzellen und Synapsen im Labor kultiviert. Mithilfe der gezielten Blockade einzelner Prozesse untersuchten sie dort die einzelnen Faktoren im Zusammenhang mit dem Energieverbrauch.

Gezielte Blockaden lassen die Nervenzellen länger überleben

Das Ergebnis: Die auf Vorrat gebildeten Transportbläschen verfügen zwar über eine Membran, geben aber dennoch beständig Protonen an die Außenwelt ab. Verantwortlich dafür ist ein Molekül, das es eigentlich ermöglicht, die Botenstoffe in die Bläschen zu schleusen. Offensichtlich funktioniert der Weg aber auch andersherum, sodass auf Dauer ein Energieverlust entsteht, der dann wieder ausgeglichen werden muss. Bei hunderten Billionen Synapsen in unserem Gehirn führt dies zu einem nicht unerheblichen Energieverbrauch, selbst wenn alle sonstigen Aktivitäten eingestellt wurden. In einem weiteren Versuch blockierten die Forscher daher das für die Einschleusung verantwortliche Molekül und simulierten dann eine Unterbrechung der Energiezufuhr. Das Ergebnis: Die Nervenzellen überlebten rund fünfzig Prozent länger als sonst. Aus dieser Erkenntnis könnten später einmal Medikamente entwickelt werden, die bei Herzstillständen den Rettern zusätzliche Zeit verschaffen.


Via: Cornell University

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