Was passiert mit dem Gehirn bei der Alzheimer-Krankheit?

Das gesunde menschliche Gehirn enthält zehn Milliarden Neuronen – spezialisierte Zellen, die Informationen über elektrische und chemische Signale verarbeiten und weiterleiten. Sie senden Nachrichten zwischen verschiedenen Teilen des Gehirns und vom Gehirn zu den Muskeln und Organen des Körpers. Bei der Alzheimer-Krankheit ist diese Kommunikation zwischen den Neuronen gestört, was zu Funktionsverlust und Zelltod führt.

Biologische Schlüsselprozesse im Gehirn

Die meisten Neuronen haben drei grundlegende Teile: einen Zellkörper, mehrere Dendriten und ein Axon.

• Der Zellkörper enthält den Zellkern, in dem sich der genetische Bauplan befindet, der die Aktivitäten der Zelle steuert und reguliert.
• Dendriten sind verzweigte Strukturen, die vom Zellkörper ausgehen und Informationen von anderen Neuronen sammeln.
• Das Axon ist eine kabelartige Struktur am Ende des Zellkörpers, die den Dendriten gegenüberliegt und Nachrichten an andere Neuronen weiterleitet.

Die Funktion und das Überleben von Neuronen hängen von mehreren biologischen Schlüsselprozessen ab:

• Neuronen stehen ständig in Kontakt mit benachbarten Gehirnzellen. Wenn ein Neuron Signale von anderen Neuronen empfängt, erzeugt es eine elektrische Ladung, die die Länge seines Axons hinunterwandert und Neurotransmitter-Chemikalien über einen winzigen Spalt, eine so genannte Synapse, freisetzt. Wie ein Schlüssel, der in ein Schloss passt, bindet sich jedes Neurotransmitter-Molekül dann an spezifische Rezeptorstellen auf einem Dendriten eines nahe gelegenen Neurons. Dieser Vorgang löst chemische oder elektrische Signale aus, die die Aktivität des Neurons, das das Signal empfängt, entweder anregen oder hemmen. Die Kommunikation erfolgt häufig über Netzwerke von Gehirnzellen. Wissenschaftler schätzen, dass ein Neuron im Kommunikationsnetz des Gehirns bis zu 7.000 synaptische Verbindungen mit anderen Neuronen haben kann.
• Der Stoffwechsel – der Abbau von Chemikalien und Nährstoffen in einer Zelle – ist für eine gesunde Zellfunktion und das Überleben entscheidend. Um diese Funktion zu erfüllen, benötigen die Zellen Energie in Form von Sauerstoff und Glukose, die durch das im Gehirn zirkulierende Blut bereitgestellt werden. Das Gehirn ist eines der am stärksten durchbluteten Organe überhaupt und verbraucht bis zu 20 Prozent der vom menschlichen Körper verbrauchten Energie – mehr als jedes andere Organ.
• Reparatur, Umstrukturierung und Regeneration. Im Gegensatz zu vielen anderen Zellen im Körper, die relativ kurzlebig sind, haben sich Neuronen so entwickelt, dass sie sehr lange leben – beim Menschen mehr als 100 Jahre. Daher müssen sich Neuronen ständig selbst erhalten und reparieren. Außerdem passen Neuronen ihre synaptischen Verbindungen ständig an oder bauen sie um, je nachdem, wie stark sie von anderen Neuronen stimuliert werden. So können sie beispielsweise synaptische Verbindungen verstärken oder abschwächen oder sogar Verbindungen mit einer Gruppe von Neuronen abbauen und neue Verbindungen mit einer anderen Gruppe aufbauen. Erwachsene Gehirne können sogar neue Neuronen bilden – ein Prozess, der als Neurogenese bezeichnet wird. Der Umbau der synaptischen Verbindungen und die Neurogenese sind wichtig für das Lernen, das Gedächtnis und möglicherweise die Reparatur des Gehirns.

Neuronen sind die Hauptakteure des zentralen Nervensystems, aber auch andere Zelltypen sind für eine gesunde Gehirnfunktion von entscheidender Bedeutung. Tatsächlich sind Gliazellen die bei weitem zahlreichsten Zellen im Gehirn und übertreffen die Neuronen im Verhältnis zehn zu eins. Diese Zellen, die es in verschiedenen Formen gibt – wie Mikroglia, Astrozyten und Oligodendrozyten – umgeben die Neuronen und unterstützen deren Funktion und Gesundheit. Beispielsweise schützen Mikroglia die Neuronen vor physischen und chemischen Schäden und sind für die Beseitigung von Fremdstoffen und Zelltrümmern aus dem Gehirn verantwortlich. Um diese Funktionen zu erfüllen, arbeiten Gliazellen häufig mit Blutgefäßen im Gehirn zusammen. Gemeinsam regulieren Glia- und Blutgefäßzellen das empfindliche Gleichgewicht im Gehirn, um sicherzustellen, dass es optimal funktioniert.

Wie wirkt sich die Alzheimer-Krankheit auf das Gehirn aus?

Beim gesunden Altern schrumpft das Gehirn normalerweise bis zu einem gewissen Grad, verliert aber überraschenderweise keine Neuronen in großer Zahl. Bei der Alzheimer-Krankheit sind die Schäden jedoch weit verbreitet, da viele Neuronen ihre Funktion einstellen, die Verbindungen zu anderen Neuronen verlieren und absterben. Die Alzheimer-Krankheit unterbricht Prozesse, die für Neuronen und ihre Netzwerke lebenswichtig sind, wie Kommunikation, Stoffwechsel und Reparatur.

Zunächst zerstört die Alzheimer-Krankheit typischerweise die Neuronen und ihre Verbindungen in den Teilen des Gehirns, die für das Gedächtnis zuständig sind, einschließlich des entorhinalen Cortex und des Hippocampus. Später sind Bereiche der Großhirnrinde betroffen, die für Sprache, logisches Denken und soziales Verhalten zuständig sind. Schließlich werden auch viele andere Bereiche des Gehirns geschädigt. Im Laufe der Zeit verliert ein Mensch mit Alzheimer allmählich seine Fähigkeit, unabhängig zu leben und zu funktionieren. Letztendlich ist die Krankheit tödlich.

Was sind die wichtigsten Merkmale des Gehirns bei Alzheimer?

Im Gehirn einer Person mit Alzheimer-Krankheit finden zahlreiche molekulare und zelluläre Veränderungen statt. Diese Veränderungen können im Hirngewebe nach dem Tod unter dem Mikroskop beobachtet werden. Derzeit wird untersucht, welche Veränderungen die Alzheimer-Krankheit verursachen und welche eine Folge der Krankheit sein können.

Amyloid-Plaques

Das Beta-Amyloid-Protein, das bei Alzheimer eine Rolle spielt, kommt in verschiedenen molekularen Formen vor, die sich zwischen den Neuronen ansammeln. Es entsteht durch den Abbau eines größeren Proteins, des so genannten Amyloid-Vorläuferproteins. Eine Form, Beta-Amyloid 42, gilt als besonders giftig. Im Alzheimer-Gehirn verklumpen abnormale Mengen dieses natürlich vorkommenden Proteins und bilden Plaques, die sich zwischen den Neuronen ansammeln und die Zellfunktionen stören. Die Forschung wird fortgesetzt, um besser zu verstehen, wie und in welchem Stadium der Krankheit die verschiedenen Formen von Beta-Amyloid die Alzheimer-Krankheit beeinflussen.

Neurofibrilläre Tangles

Neurofibrilläre Tangles sind abnorme Ansammlungen eines Proteins namens Tau, die sich im Inneren von Neuronen ansammeln. Gesunde Neuronen werden im Inneren zum Teil durch Strukturen gestützt, die Mikrotubuli genannt werden und dazu beitragen, Nährstoffe und Moleküle vom Zellkörper zum Axon und den Dendriten zu leiten. In gesunden Neuronen bindet Tau normalerweise an Mikrotubuli und stabilisiert sie. Bei der Alzheimer-Krankheit jedoch führen anormale chemische Veränderungen dazu, dass sich Tau von den Mikrotubuli ablöst und an andere Tau-Moleküle anhaftet, wodurch Fäden entstehen, die sich schließlich zu Knäueln innerhalb der Neuronen verbinden. Diese Verknotungen blockieren das Transportsystem des Neurons, was die synaptische Kommunikation zwischen den Neuronen beeinträchtigt.

Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die mit der Alzheimer-Krankheit zusammenhängenden Veränderungen des Gehirns auf ein komplexes Zusammenspiel zwischen abnormen Tau- und Beta-Amyloid-Proteinen und verschiedenen anderen Faktoren zurückzuführen sind. Es hat den Anschein, dass sich abnormales Tau in bestimmten Gehirnregionen ansammelt, die am Gedächtnis beteiligt sind. Beta-Amyloid verklumpt zu Plaques zwischen den Neuronen. Wenn die Beta-Amyloid-Konzentration einen Schwellenwert erreicht, kommt es zu einer raschen Ausbreitung von Tau im gesamten Gehirn.

Chronische Entzündungen

Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass chronische Entzündungen möglicherweise durch die Ansammlung von Gliazellen verursacht werden, die normalerweise dazu beitragen, das Gehirn von Ablagerungen freizuhalten. Eine Art von Gliazellen, die Mikroglia, verschlingt und zerstört Abfälle und Giftstoffe in einem gesunden Gehirn. Bei der Alzheimer-Krankheit gelingt es den Mikroglia nicht, Abfälle, Schutt und Proteinansammlungen, einschließlich Beta-Amyloid-Plaques, zu beseitigen. Die Forscher versuchen herauszufinden, warum die Mikroglia diese lebenswichtige Funktion bei Alzheimer nicht erfüllen.

Ein Schwerpunkt der Studie ist ein Gen namens TREM2. Normalerweise weist TREM2 die Mikrogliazellen an, Beta-Amyloid-Plaques aus dem Gehirn zu entfernen, und hilft bei der Bekämpfung von Entzündungen im Gehirn. In den Gehirnen von Menschen, bei denen dieses Gen nicht normal funktioniert, lagern sich Plaques zwischen den Neuronen ab. Astrozyten – eine andere Art von Gliazellen – erhalten das Signal, bei der Beseitigung der Ablagerungen und anderer Zelltrümmer mitzuhelfen, die zurückbleiben. Diese Mikroglia und Astrozyten sammeln sich um die Neuronen herum, können aber ihre Aufgabe, die Ablagerungen zu beseitigen, nicht erfüllen. Darüber hinaus setzen sie Chemikalien frei, die chronische Entzündungen verursachen und die Neuronen, die sie schützen sollen, weiter schädigen.

Vaskuläre Beiträge zur Alzheimer-Krankheit

Menschen mit Demenz haben selten nur Alzheimer-bedingte Veränderungen in ihren Gehirnen. Eine Reihe von Gefäßproblemen – Probleme, die die Blutgefäße betreffen, wie Beta-Amyloid-Ablagerungen in den Hirnarterien, Atherosklerose (Arterienverkalkung) und Mini-Schlaganfälle – können ebenfalls eine Rolle spielen.

Gefäßprobleme können zu einer verminderten Durchblutung und Sauerstoffversorgung des Gehirns sowie zu einem Zusammenbruch der Blut-Hirn-Schranke führen, die das Gehirn normalerweise vor schädlichen Substanzen schützt und gleichzeitig Glukose und andere notwendige Faktoren eindringen lässt. Bei einer Person mit Alzheimer verhindert eine gestörte Blut-Hirn-Schranke, dass Glukose das Gehirn erreicht, und verhindert den Abbau von toxischen Beta-Amyloid- und Tau-Proteinen. Dies führt zu Entzündungen, die die Gefäßprobleme im Gehirn verstärken. Da die Alzheimer-Krankheit sowohl eine Ursache als auch eine Folge von Gefäßproblemen im Gehirn zu sein scheint, suchen Forscher nach Möglichkeiten, diesen komplizierten und zerstörerischen Kreislauf zu unterbrechen.

Verlust von neuronalen Verbindungen und Zelltod

Bei der Alzheimer-Krankheit werden die Neuronen im gesamten Gehirn geschädigt und sterben ab, die Verbindungen zwischen den Neuronen-Netzwerken können sich auflösen, und viele Hirnregionen beginnen zu schrumpfen. Im Endstadium der Alzheimer-Krankheit ist dieser Prozess, die sogenannte Hirnatrophie, weit verbreitet und führt zu einem erheblichen Verlust an Hirnvolumen.

Der Beitrag basiert auf Informationen von MedlinePlus.