Kein Organ ist so gut geschützt wie unser Gehirn. Umhüllt vom Schädelknochen, schwimmt es in einer Nährflüssigkeit namens Hirnwasser. Sie dient als Stoßdämpfer und reguliert den Innendruck. Die besondere Lagerung erlaubt es dem Gehirn, sich im Schädel zu bewegen. Das tut es nicht nur bei abrupter Beschleunigung, sondern schon bei sanfter Anspannung der Bauchmuskeln, wie eine aktuelle Studie nahelegt. Sie könnte eine weitere Erklärung dafür liefern, warum ein aktiver Lebensstil unsere grauen Zellen gesund hält.
Ein Team um Patrick Drew von der Penn State University in Pennsylvania maß bei Mäusen mit hochauflösenden Methoden der Bildgebung, wie Bewegungen des Körpers sich auf die Position des Gehirns im Schädel auswirken. Dazu fixierten sie den Kopf der Tiere und schauten mit dem Mikroskop hinein. Die Nager liefen währenddessen auf dem Laufband oder trugen eine Manschette, die sanften Druck auf ihre Bauchdecke ausübte. Dabei stellte sich heraus, dass im Körper von Mäusen – und vermutlich auch von Menschen – ein hydraulisches System den Bauchraum mit dem zentralen Nervensystem verbindet.
Ein Tunnelsystem zur Gehirnwäsche
Verringert sich das Volumen des Bauchraums, wird Blut in ein Venengeflecht gepresst, das die Wirbelkörper umgibt. Der Druck verengt den Duralsack, der das Rückenmark umhüllt und mit Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit gefüllt ist. So steigt schließlich der Druck im Schädel, und das Gehirn bewegt sich. Kaum lässt der Druck aus dem Bauchraum nach, kehrt es in seine Ausgangsposition zurück. "Simulationen zeigen, dass diese sanften Bewegungen Flüssigkeitsströme im und um das Hirn antreiben", sagt Drew. Schon die leichte Anspannung vor dem Ausführen einer Bewegung reichte aus, um den Effekt auszulösen. Flaches Atmen hatte hingegen keine Auswirkungen. Die Ergebnisse erschienen nun in der Fachzeitschrift "Nature Neuroscience".
Welch zentrale Rolle der Fluss des Hirnwassers für unsere geistige Gesundheit spielt, ist erst in den vergangenen 14 Jahren deutlich geworden. Lange hatten Forschende gerätselt, wie das Gehirn sich defekter Proteine und potenziell toxischer Stoffwechselprodukte entledigt. Nicht über den Blutkreislauf, so viel war klar. Denn die Blut-Hirn-Schranke ist eine strenge Türsteherin, die in beide Richtungen nur ausgewählte Moleküle passieren lässt. Erst 2012 fanden Forschende die Müllabfuhr des Gehirns: Sie entdeckten ein System, das dem Lymphsystem des Körpers ähnelt. Es durchzieht unser Denkorgan, pumpt frisches Hirnwasser hinein und spült Abfallstoffe aus den Zellen und Zellzwischenräumen fort. Seine Leitungen umhüllen die Blutgefäße wie doppelwandige Tunnel. Die Entdecker tauften es das "glymphatische System".
Besonders aktiv ist der Reinigungsservice im Schlaf. Dann pulsieren Blutgefäße im Innern der Tunnel langsam, um den Fluss des Hirnwassers anzuregen. Bildgebende Verfahren mit chemischen Markern zeigen, wie Flüssigkeit ins Gehirn eindringt und entlang der Venen wieder hinausfließt. Tagsüber hingegen kommt der Fluss fast vollständig zum Erliegen. Der Mechanismus könnte erklären, warum ein dauerhaft gestörter Schlaf so gefährlich ist. Denn wenn die Reinigung ausbleibt, werden auch schädliche Rückstände wie Beta-Amyloid und defekte Tauproteine nicht entfernt. Bei Alzheimerkranken befeuern diese Eiweiße den Niedergang der Nervenzellen. Auch für andere Erkrankungen des Gehirns ist schlechter Schlaf gleichermaßen Symptom und Risikofaktor; die genauen Zusammenhänge werden gerade erst erforscht.
Das Hirn als schmutziger Schwamm
Doch welchen Einfluss hat es, wenn wir wach sind und das Hirnwasser durch Bewegung in Wallung gerät? Das fragte sich auch das Team der Penn State University. Weil sich der Effekt bei wachen Tieren nicht auf direktem Wege messen ließ, programmierten sie ein Modell, welches das hydraulische System der Maus von der Wirbelsäule bis zum Gehirn simuliert. Das Gehirn ähnelte darin einem Schwamm: eine weiche, stabile und durchlässige Struktur, durch die Flüssigkeit strömen kann. Die Forschenden kamen zu dem Schluss, dass die Bewegung der Bauchdecke vermutlich Hirnwasser aus dem Organ hinauspresst. Im Modell kehrte sich der Fluss des Hirnwassers im Vergleich zum nächtlichen Großreinemachen um. Womöglich ist für den Spülgang im Schlaf also körperliche Ruhe notwendig.
"Wir haben uns das Gehirn als schmutzigen Schwamm vorgestellt", sagt Francesco Constanzo, der als Professor für biomedizinisches Ingenieurswesen die Erstellung des Computermodells leitete. "Wie reinigt man einen schmutzigen Schwamm? Man hält ihn unter fließendes Wasser und drückt ihn aus." Auf ähnliche Weise könnte körperliche Aktivität zum Abtransport von Abfallprodukten aus dem Gehirn beitragen. Dabei reichen schon kleine Bewegungen der Bauchmuskulatur aus – etwa die Anspannung beim Gehen oder Aufsetzen. So könnte jegliche Aktivität zur Gesundheit des Gehirns beitragen. Noch steht die Forschung ganz am Anfang; sowohl die Mausversuche als auch das Modell könnten sich für den Menschen als nicht aussagekräftig erweisen. Dass Bewegung unserer Hirngesundheit guttut, steht jedoch außer Frage.
