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Die Blut-Hirn-Schranke ist auf den ersten Blick nicht intuitiv. Aus dem Namen könnte man darauf schliessen, dass kein Blut zum Gehirn darf, was jedoch nicht der Fall ist. Tatsächlich ist das Gehirn das Organ, das seine eigene Durchblutung dank komplexer Regulationsmechanismen über die Durchblutung anderer Organe steuern kann. Daraus leitet sich die sogenannte „selfish brain hypothesis“ (engl. für „Hypothese des eigennützigen Gehirns“) ab. Das Gehirn ist permanent auf Blut angewiesen, daher gibt es in der Versorgung auch Redundanzen. Würde also der Blutfluss von einer Arterie vermindert oder gar gestoppt, könnte das Versorgungsgebiet dieser Arterie von einer anderen Arterie kompensiert werden. Die Blut-Hirn-Schranke spricht somit nicht die Durchblutung selbst an, sondern die Zusammensetzung des Blutes. Sie reguliert sehr strikt, welche Bestandteile des Blutes ins Gehirn dürfen und welche nicht. Die Blut-Hirn-Schranke ist in der Gefässwand der intrakranialen Kapillaren, also der Kapillaren innerhalb des Schädels lokalisiert. Eine Kapillare ist die kleinste Aufästelung von einem Gefäss und der Ort des Stoffaustausches zwischen Blut und Gewebe. Darum macht es auch Sinn, dass die Blut-Hirn-Schranke nur in den Kapillaren lokalisiert ist, denn ausserhalb davon, beispielsweise in einer mittelgrossen Arterie, kann kein Stoffaustausch stattfinden.
Die Blut-Hirn-Schranke besteht aus drei Komponenten. Eine dichte Zellschicht bildet die Kapillarwand. Das ist die sogenannte Endothelzellschicht und sie ist permanent mit dem Blut in Kontakt, da sie die innerste Schicht der Gefässwand ist. Diese wie eine Mauer angeordneten Endothelzellen sind verbunden durch sogenannte „tight junctions“ (engl. für „enge Verknüpfungen“). Die Endothelzellschicht liegt auf einer dünnen bindegewebigen Membran, der sogenannten Basalmembran. Sie bildet quasi die Unterlage für die Endothelzellen. Ein weiterer Zelltyp, der an der Blut-Hirn-Schranke beteiligt ist, sind die sogenannten Astrozyten. Das sind Zellen des Gehirns, die charakteristisch sehr viele Fortsätze haben. Mit diesen Fortsätzen lagern sie sich von aussen an die Kapillaren. Kurz zusammengefasst sind die drei Komponenten der Blut-Hirn-Schranke die Endothelzellen mit ihren „tight junctions“, die Basalmembran und die Astrozytenfortsätze. Zur Veranschaulichung des Aufbaus dient dieses Bild (die Basalmembran ist hier nicht abgebildet):
a) Räumliche Anordnung
b) Querschnitt
Nun stellt sich natürlich die Frage nach der genauen Funktion der Blut-Hirn-Schranke. Dazu zuerst ein kurzer Ausflug zu den Zellen des Gehirns, den Neuronen. Die Neuronen sind gemeinsam mit den Herzmuskelzellen die einzige Zellgruppe, die keine oder kaum (das ist nach heutiger Forschung noch unklar) Regenerationsfähigkeit haben. Das heisst also, dass unsere Neuronen während des gesamten Lebens dieselben bleiben. Das ist sehr untypisch für Zellen. Die roten Blutkörperchen beispielsweise sterben natürlicherweise nach drei bis vier Monaten und werden durch Frische ersetzt. Diese fehlende Regenerationsfähigkeit im Gehirn führt nun dazu, dass das Gehirn alles daran setzt, die Neuronen nicht zu schädigen.
Die Blut-Hirn-Schranke reguliert wie oben erwähnt die Zusammensetzung des Blutes, welches das Gehirn versorgt. Im Blut befinden sich nebst den roten Blutkörperchen für den Sauerstofftransport auch die weissen Blutkörperchen, das sind Zellen des Immunsystems. Die Zellen des Immunsystems gehen oft brachial vor; es gibt zum Beispiel phagozytierende Zellen. Die Phagozytose ist die Aufnahme von Fremdmaterial durch eine andere Zelle. Man kann sich das vereinfacht als fressende Zellen vorstellen. So werden beispielsweise Bakterien eliminiert. Man sieht die brachiale Vorgehensweise des Immunsystems insbesondere auch bei Entzündungsreaktionen. Rötungen, Schwellungen, Eiter und weitere Reaktionen sind klassische Begleiterscheinung von Entzündungen, die durch das Immunsystem ausgelöst werden.
Wenn diese Prozesse jetzt eins zu eins im Gehirn ablaufen würden, käme es zu einer massiven Schädigung der Neuronen und das wäre fatal, da sie ja nicht regenerationsfähig sind. Die Blut-Hirn-Schranke reguliert daher vor allem den Durchtritt von Immunzellen ins Gehirn. Dieser Durchtritt ist sehr gering verglichen mit dem Rest des Körpers, die Blut-Hirn-Schranke ist jedoch keine absolute Barriere für Immunzellen. Das Gehirn ist also immunpriviligiert. Das bedeutet, dass das Immunsystem des Gehirns seine Prozesse spezifischer und regulierter durchführt als an anderen Orten im Körper. Das dient einzig und allein dazu, die Neuronen am Leben zu halten und keinesfalls zu schädigen. Diese Blut-Hirn-Schranke hat auch einen evolutionären Hintergrund. Evolutionstechnisch gesehen war/ist es besser, gesunde Menschen vor Hirnschädigungen zu schützen, als Menschen, die auf eine Immunreaktion im Gehirn angewiesen wären, zu helfen. Denn eine Immunreaktion im Gehirn würde, wie bereits erläutert, massive Schäden anrichten und somit die gesamtheitliche Gesundheitssituation nicht verbessern. Die Blut-Hirn-Schranke ist also evolutionstechnisch gesehen ein Kompromiss zwischen dem Immunsystem und den nicht regenerierbaren Neuronen.