Hirnwellness - Hans Rudolf Olpe - ebook

Hirnwellness ebook

Hans Rudolf Olpe

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Opis

Hirnkrankheiten sind nicht nur Schicksal Alzheimer, Hirnschlag und Depressionen gehören zu den besonders schweren Hirnerkrankungen. Sie können jeden treffen. Bei der Entstehung der drei Krankheiten sind biologische, psychische und soziale Faktoren maßgeblich beteiligt. Diese Faktoren sind eng mit -unserem Lebensstil verbunden, und wir können sie daher selbst verändern. Ziel dieses Buch ist es, auf das große Potenzial präventiver Maßnahmen gegen den Alzheimer, den Hirnschlag und die Depression hinzuweisen. Im Vordergrund der Betrachtungen stehen • das stark unterschätzte Potenzial regelmäßiger körperlicher Ertüchtigung für Psyche und Körper • neue Erkenntnisse über die Auswirkungen der Ernährung auf die Hirngesundheit: Welche Ernährung wirkt sich schädigend auf das Gehirn aus, welche kann es positiv beeinflussen? • die chronische Überlastung respektive Wege zur Resilienz.

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EPUB

Liczba stron: 250




Hirnwellness

Hans Rudolf Olpe, Cora Olpe

Wissenschaftlicher Beirat Programmbereich Psychologie:

Prof. Dr. Guy Bodenmann, Zürich; Prof. Dr. Lutz Jäncke, Zürich; Prof. Dr. Franz Petermann, Bremen; Prof. Dr. Astrid Schütz, Bamberg; Prof. Dr. Markus Wirtz, Freiburg i. Br.

Hans Rudolf OlpeCora Olpe

Hirnwellness

Alzheimer, Hirnschlag und Depressionen – von den Risiken zu präventiven Möglichkeiten

PD Dr. em. Hans Rudolf Olpe

Kirschbaumweg 28

4103 Bottmingen

Schweiz

[email protected]

Cora Olpe, BA MSci (Cantab)

Corpus Christi College

CB2 1RH Cambridge

United Kingdom

[email protected]

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Hogrefe AG

Lektorat Psychologie

Länggass-Strasse 76

3000 Bern 9

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Tel: +41 31 300 45 00

E-Mail: [email protected]

Internet: www.hogrefe.ch

Lektorat: Dr. Susanne Lauri

Bearbeitung: Sigrid Weber, Freiburg

Herstellung: René Tschirren

Umschlagabbildung: Titelbild fotografiert am Leckhampton House, Cambridge, mit freundlicher Genehmigung durch den Master und die Fellows des Corpus Christi College, Cambridge. Fotograf: Nic Marchant, Cambridge

Umschlaggestaltung: Claude Borer, Riehen

Satz: Claudia Wild, Konstanz

Druck und buchbinderische Verarbeitung: Finidr s.r.o., Český Těšín

Printed in Czech Republic

1. Auflage 2017

© 2017 Hogrefe Verlag, Bern

(E-Book-ISBN_PDF 978-3-456-95605-3)

(E-Book-ISBN_EPUB 978-3-456-75605-9)

ISBN 978-3-456-85605-6

http://doi.org/10.1024/85605-000

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Anmerkung

Sofern der Printausgabe eine CD-ROM beigefügt ist, sind die Materialien/Arbeitsblätter, die sich darauf befinden, bereits Bestandteil dieses E-Books.

Inhaltsverzeichnis
Widmung
Dank
Vorwort
1. Ein Grundkurs in Neurobiologie
Das Gehirn – ein unendlich kompliziertes und dynamisches Netzwerk
Neuronen und ihre Kommunikation
Mitochondrien – die Kraftwerke der Zellen
Glia – die unentbehrlichen Helfer der Neuronen
Arbeitsteilung im Gehirn
2. Hirnkrankheiten: Nur Schicksal?
Der Alzheimer und seine Risikofaktoren
Der Hirnschlag und seine Risikofaktoren
Depressionen und ihre Risikofaktoren
Vom Lebensstil zur Hirnkrankheit
Bewegungsmangel – ein stark unterschätztes Risiko
Wissenschaftlich abgesicherte Effekte der Ernährung
Warum die Kohlenhydrate nicht harmlos sind
Wie die Fette auf die schwarze Liste kamen
Der direkte Vergleich: Kohlenhydrate gegen Fette
Das Cholesterin − zu wenig ist auch nicht gut
Der Faktor Stress – vom Gehirn in den Körper und wieder zurück
3. Alzheimer, Hirnschlag und Depression: Was im Gehirn schief läuft
Der Alzheimer – noch sind viele Fragen offenCora Olpe
Am Anfang war das Beta-Amyloid
Tau – ein Eiweiß mit „Killerpotenzial“
Beta-Amyloid und Tau attackieren zusammen
Entzündungen – ein zweischneidiges Schwert
Wenn im Gehirn die Kraftwerke aussteigen
Wenn die Ernährung für das Gehirn gefährlich wird
Alzheimer als Typ 3 Diabetes
Versuch einer Einschätzung der aktuellen Forschung
Veränderungen im depressiven Gehirn Cora Olpe und Hans Rudolf Olpe
Antidepressiva geben Hinweise auf betroffene Zellsysteme
Vom Stress via Mitochondrien zur Depression
Depression als Entzündungskrankheit
Hirninfarkt – wenn die Risiken zuschlagenHans Rudolf Olpe
Viele Wege führen ins Spital – aber nicht alleCora Olpe
4. Prävention hat großes Potenzial
Prävention lohnt sich – auch bei genetischer Belastung
Kein Sport ist Selbstmord? Cora Olpe
Bewegung rettet neugeborene Hirnzellen
Bewegung als Entzündungshemmer
Mehr und fittere Mitochondrien für ein gesundes Gehirn
Bewegung ist die beste Medizin
Mit Bewegung gegen den Hirnschlag
Mit Bewegung gegen die Depression
Mit Bewegung gegen den Alzheimer
Und noch ein Wort zur Evolution
Gesunde Hirnnahrung – trotz Skepsis gibt es erfreuliche Befunde Hans Rudolf Olpe
Die Mittelmeerküche − fett und doch gesund?
Die guten Fette
Die Fischöle − viel gepriesen, aber nicht unumstritten
Kaffee hat schützende Wirkungen
Fasten fürs Hirn – welche Effekte lassen sich nachweisen?
Die Darmflora beeinflusst Gehirn und Körper – manchmal stärkend, manchmal schädigend
Einzelne Nahrungsmittel wirken individuell
Die persönliche Resilienz finden − und vergessen wir den Humor nicht
Lebenslange Prävention setzt Wissen voraus: Hier ist die Politik gefordert Cora Olpe und Hans Rudolf Olpe
Auch der sozioökonomische Status spielt eine Rolle – Ein Gespräch mit Carol Brayne
5. Ausblick
Literaturverzeichnis
Die Autoren

Widmung

Wir widmen unser Buch drei Personen, die uns während dessen Entstehung wohlwollend begleitet haben:

Beata und Tobias Olpe

und George Roberts

Dank

Wir möchten dem Hogrefe Verlag unseren wärmsten Dank aussprechen. Er respektive Frau Susanne Lauri hat uns von Anfang an beim Schreiben unseres Buches mit wertvollen Hinweisen unterstützt.

Von der Stiftung zur Förderung der Alzheimer-Früherkennung mit Sitz in St.Gallen wurden wir in großzügiger Weise unterstützt. Wir möchten Herrn Dr. Raphael Jaeger, der die Stiftung betreut, sehr herzlich danken.

Auf der fachlichen Ebene möchten wir uns insbesondere bei Frau Carol Brayne, Professorin und Direktorin des Institutes für öffentliche Gesundheit an der Universität von Cambridge, UK, für das sehr informative Gespräch bedanken, das wir im Sommer 2016 mit ihr führen durften. Ihre über Jahrzehnte angesammelten Erfahrungen und Erkenntnisse auf dem Gebiet der Alzheimer-Forschung sind einmalig.

Ein besonderer Dank geht an Dr. Matthias Stauffenbiel, der uns anlässlich eines längeren Gesprächs die Möglichkeit bot, aktuelle Probleme der Alzheimerforschung aus der Sicht eines präklinisch tätigen, sehr ausgewiesenen Forschers zu erörtern. Das Gespräch bot eine ideale Gelegenheit, unsere Hypothesen einem Realitätstest zu unterziehen. Wir pflegten regelmäßigen Kontakt und Gedankenaustausch mit Bruce McEwen, Professor an der Rockefeller University in New York. Er ist der vielleicht best ausgewiesenste Experte auf dem Gebiete der Stressforschung.

Frau Sigrid Weber möchten wir unseren großen Dank aussprechen. Sie hat mit ihrer hervorragenden Arbeit als Lektorin ganz wesentlich zum Gelingen des Buches beigetragen. Ihre zahlreichen wertvollen Anregungen und kritischen Fragen waren sehr hilfreich und bereichernd.

Wir möchten Herrn Hans Bachmann für seine Hilfsbereitschaft bei der ersten Fassung des Buches sehr danken. Sein Interesse am Entstehen des Buches war sehr motivierend.

Disclaimer: Das vorliegende Buch enthält wichtige Informationen zur ausgewogenen Ernährung, zur Bedeutung körperlicher Aktivitäten für die Erhaltung der Gesundheit sowie Hinweise zu Techniken der Stressbewältigung. Diese Informationen sind in keiner Weise als Anweisung gedacht. Die Verantwortung beim Umsetzen der Hinweise übernimmt die Person selbst – am besten nach Rücksprache mit einem Arzt. Ein wesentlicher Grund hierfür sind die jeweils unterschiedlichen gesundheitlichen Voraussetzungen eines jeden Individuums.

Vorwort

Als „blue zones“, blaue Zonen, werden Orte auf unserem blauen Planeten bezeichnet, an denen statistische Häufungen extrem hochaltriger Menschen auftreten. Dazu gehören die Provinz Nuoro auf der italienischen Insel Sardinien, die Nicoya-Halbinsel in Costa Rica, die japanische Insel Okinawa, Ikaria in Griechenland und Loma Linda in Kalifornien. Die Menschen in diesen Regionen werden nicht nur überdurchschnittlich alt, sondern erreichen ihre persönliche Jahrhundertwende auch in geistig und körperlich bemerkenswert gutem Zustand.

In vielen anderen Regionen, besonders bei uns im Westen, sieht es etwas anders aus. Wir werden zwar alle ziemlich alt und immer noch älter – die durchschnittliche Lebenserwartung einer Frau beträgt in Europa 81 Jahre, diejenige eines Mannes 74 (zum Vergleich: in Afrika sind es 61 und 58 Jahre). Doch leiden wir als Gesellschaft mächtig unter den nicht übertragbaren Krankheiten, im Englischen „non-communicable diseases“ (NCDs) genannt. Dazu gehören Herz-Kreislauf-Probleme, Krebs, Diabetes und diverse Hirnkrankheiten wie Depression, Alzheimer und Hirnschlag. Mit den drei letztgenannten Krankheiten beschäftigen wir uns in diesem Buch. 2011 haben die Vereinten Nationen den NCDs den Krieg erklärt. Die damals noch nicht erwähnten Hirnkrankheiten wurden im September 2015 in den Aktionsplan (United Nations sustainable development goals) einbezogen.

Auf den ersten Blick mag unsere Wahl der Krankheiten Depression, Alzheimer und Hirnschlag etwas erstaunen. Denn abgesehen davon, dass sie unser Leben radikal verändern können, sich oft über Jahre erstrecken und die Behandlung sehr teuer ist, scheinen sie nicht viel gemeinsam zu haben. Die Depression wird als psychisches Leiden betrachtet, der Hirnschlag und der Alzheimer als körperliche oder neurologische Krankheiten. Doch schaut man etwas genauer hin, so stellt man fest, dass die drei Krankheiten einige Gemeinsamkeiten haben. So ist eine Reihe gleicher Hirnregionen betroffen und die Krankheiten sind mit ganz ähnlichen und zum großen Teil gar sich überlappenden Risikofaktoren verknüpft. Bewegungsmangel, unausgewogene Ernährung und chronische Überlastung tragen maßgeblich zum Entstehen der drei Krankheiten bei. Neben den Tabakwaren und exzessivem Alkoholkonsum sind diese Faktoren mitverantwortlich an der Entstehung vieler chronischer Erkrankungen (Lafortune et al., 2016). Wir werden sie in den nachfolgenden Kapiteln genauer beleuchten und sie in Beziehung zu den pathologischen Prozessen setzen, die sich im Gehirn nachweisen lassen.

Ebenfalls nicht zu unterschätzen sind die klinischen Verwandtschaften: Alzheimer und Hirnschläge werden oft von Depressionen begleitet. Gleichzeitig sind Letztere wiederum ein Risikofaktor für Alzheimer. Die Co-Morbidität ist hoch, das heißt, diese Krankheiten treten sehr oft zusammen auf. Überhaupt bestehen zwischen den als psychische Störungen bezeichneten und den klassischen neurologischen Erkrankungen signifikante Überschneidungen. So leiden zum Beispiel Patienten mit Parkinson, einer durch den Verlust von Hirnzellen im Mittelhirn verursachten Krankheit, oft an Angstzuständen, Depressionen, Schlafstörungen und geistigen Leistungseinbußen. Hier kommen wir zu einem ganz zentralen Punkt: Bei allen drei der hier behandelten Krankheiten ist der Tatort das Gehirn. Die Tatsache, dass Symptome verschiedener Krankheiten oft zusammen oder überlappend auftreten, ist darauf zurückzuführen, dass die Hirnstrukturen, die für die Bewegungen, die Emotionen und das Denken verantwortlich sind, eng miteinander verschaltet sind. Dies geht sogar so weit, dass einzelne Hirngebiete gleich an mehreren dieser Funktionen beteiligt sind.

Bis heute wird häufig zwischen vorwiegend psychischen und vorwiegend körperlichen Krankheiten unterschieden. Dem liegt die alte, ja veraltete Vorstellung zugrunde, dass Körper und Geist zwei getrennte Domänen seien. Doch wie ist es zu dieser Trennung gekommen? Aus historischer Perspektive betrachtet offenbart sich eine enorme Vielfalt an Ansichten. Buddha (480–400 A.C.), der Gründer der Weltreligion Buddhismus, zum Beispiel hielt Körper und Geist für ein und dasselbe. Er lehrte, dass die zwei Bereiche voneinander abhängen und lediglich Erscheinungen eines sich konstant verändernden Universums sind. Laut Buddhas Philosophie enden diese Phänomene, wenn das Nirwana erreicht ist. Diese Ansicht steht im starken Kontrast zu späteren Denkern wie zum Beispiel René Descartes. Er postulierte im 17. Jahrhundert, dass Körper und Geist getrennte Einheiten darstellen. Der Körper funktioniere wie eine Maschine, die vom Geist kontrolliert werde. Interessanterweise schlug Descartes auch gleich einen Aufenthaltsort dieses „rationalen CEO des Körpers“ vor, und zwar die Zirbeldrüse, ein kleines Organ über dem Zwischenhirn. Faszinierend ist des Weiteren, dass nach seiner Theorie der Austausch durchaus auch in umgekehrter Richtung stattfinden kann. Das heißt, der Körper hat die Möglichkeit, den großen Diktator in der Zirbeldrüse zu beeinflussen. Laut Descartes manifestiert sich dies in Handlungen, die aus Leidenschaft geschehen.

Etwa 400 Jahre sind seither vergangen und wir sind hoffentlich etwas schlauer geworden. Mittlerweile wissen wir, dass die Zirbeldrüse, auch Epiphyse genannt, für die Produktion des Hormons Melatonin und damit für die Regelung des Schlaf-Wach-Rhythmus verantwortlich ist. Insofern ist sie keine Oberkommandozentrale. Die naturwissenschaftliche Gemeinschaft, und somit auch wir als Autoren dieses Buches, verstehen das Gehirn als Organ, als einen Teil des Körpers. Der Geist, also Denken, Bewusstsein und Selbstbewusstsein, ist ein Produkt, das aus biologischen, chemischen und physikalischen Prozessen im Gehirn hervorgeht. Somit folgt der Geist den Gesetzen der Natur. Es ist vorstellbar, dass zukünftige Supercomputer uns noch tiefere Einblicke in die Funktionsweise des Gehirns ermöglichen werden. Noch sind wir nicht so weit. Nichtsdestotrotz hat die Verbindung von Körper, Gehirn und Geist konkrete Auswirkungen auf die Betrachtungsweise menschlicher Erfahrungen und Krankheiten, da man vermehrt aufs Ganze schaut. Wunderbar kann man dies am Beispiel einer Grippe veranschaulichen: Wer mit Fieber und Gliederschmerzen im Bett liegt, ist selten gut gelaunt und auch nicht dazu fähig, die Relativitätstheorie neu zu entdecken. Diese einschränkenden Verstimmungen sind auf die Präsenz von Entzündungsstoffen, den Zytokinen, zurückzuführen. Wenn wir uns nun also in diesem Buch dem Gehirn und seiner gesunden Erhaltung bis ins hohe Alter widmen, so geschieht dies stets im Kontext des Körpers als Einheit. Was der Rest des Körpers tut, beeinflusst das Gehirn und den Geist und umgekehrt. Dies bedeutet, dass selbst Depressionen mit biologischen Prozessen eng verknüpft sind. Vor diesem Hintergrund sollte es möglich sein, sie besser zu verstehen, zu verhindern, zu beeinflussen oder zu stoppen.

In unserer Darstellung gehen wir folgendermaßen vor: Um biologisch nicht versierten Leserinnen und Lesern den Einstieg zu erleichtern, möchten wir mit einem kurzen Crashkurs in Neurobiologie beginnen. Im zweiten Kapitel beleuchten wir die Risikofaktoren, die mit unseren drei Krankheiten in Verbindung gebracht werden. Dabei diskutieren wir auch Untersuchungen, die zur Identifikation dieser Faktoren geführt haben. Im dritten Kapitel geht es um die pathologischen Veränderungen im Gehirn, die diese Krankheiten begleiten respektive ihnen zugrunde liegen. Anschließend zeigen wir mit Bezug auf die pathologischen Vorgänge und Risikofaktoren Interventionsmöglichkeiten, also präventive Maßnahmen auf, die man selbst in den Alltag integrieren kann.

Eine Zauberformel, mit der die drei Hirnkrankheiten mit hundertprozentiger Sicherheit verhindert werden können, kennen wir leider auch nicht. Doch möchten wir basierend auf dem aktuellen Wissensstand auf Möglichkeiten aufmerksam machen, wie wir als Individuen unser Erkrankungsrisiko reduzieren können. Wer in kleinen Schritten versucht, seine persönlichen Risikofaktoren zu verringern, kann damit oft sein ganzes Umfeld zum Positiven verändern. Wer weiß, vielleicht entwickelt sich daraus für Sie ihre eigene „blue zone“?

Hans Rudolf Olpe und Cora Olpe, Mai 2017

1. Ein Grundkurs in Neurobiologie

Cora Olpe

Wir beginnen mit einigen Grundinformationen über das menschliche Gehirn und seine Biologie, die das Verständnis unserer weiteren Ausführungen möglicherweise erleichtern können. Wer in den Naturwissenschaften etwas bewandert ist, wird diese Seiten möglicherweise als zu einfach einstufen und sie hurtig überspringen. Wir sind Ihnen deswegen nicht böse. Wen es nach der Lektüre nach „mehr Gehirn“ und Neuronen dürstet, dem empfehle ich das Studium des Buches „Neuroscience- Exploring the Brain“ der Autoren Bear, Connors und Paradiso (2007). Das Werk ist auch auf Deutsch erhältlich, doch bin ich überzeugt, dass, obschon viel extremer in der Prosa, die Übersetzung eines wissenschaftlichen Textes dessen Qualität und damit die Lesefreude markant verringert. Wer also über gute Englischkenntnisse verfügt, der kann somit eine Runde „Lost in Translation“ verhindern. Und damit endet der Versuch einer humoristischen Einführung und es beginnt der Ernst des Gehirns und somit des Lebens, denn ohne dieses Organ funktioniert im menschlichen Körper herzlich wenig.

Das Gehirn – ein unendlich kompliziertes und dynamisches Netzwerk

Das Gehirn ist das wohl komplexeste Organ des menschlichen Körpers. Diese etwa 1,4 Kilogramm schwere geleeartige Gewebsmasse produziert unsere Gedanken, Träume und Illusionen, Gefühle, unsere Persönlichkeit, unsere gewollten Handlungen, ist der Speicherort unserer Erinnerungen und die Quelle unserer gesamten Wahrnehmung der Welt. Kein bisher erfundener Computer kommt an die Fähigkeiten des menschlichen Gehirns heran. Seine extrem hohe Leistungsfähigkeit verbraucht ganz schön viel Energie. So gehen, obwohl es nur 2 Prozent der gesamten Körpermasse ausmacht, 20 Prozent unseres Grundumsatzes auf die Rechnung des Gehirns. Interessanterweise handelt es sich um einen konstanten Konsum, ganz anders als zum Beispiel bei Muskeln, die im Ruhezustand eine vernachlässigbare Menge Energie verbrauchen. Wenn wir uns jedoch körperlich betätigen, steigt der Verbrauch enorm. Das Gehirn hingegen benötigt insgesamt stets etwa gleich viel Energie (in Form von Glukose), ob wir nun Einstein-mäßig am Hirnen sind oder auf dem Sofa dösend „Zwei bei Kallwass“ genießen. Auf regionaler Ebene verändert sich die Hirndurchblutung jedoch je nach Bedarf. Wenn wir zum Beispiel starke Emotionen empfinden, verändert sich die Hirndurchblutung in den Emotionszentren. Vergleichbares geschieht, wenn wir aktiv unser Gedächtnis bemühen. Ebenfalls interessant ist der Sachverhalt, dass Fette die Hälfte des Trockengewichtes des Gehirns ausmachen. Wer sich jetzt fragt, was denn geschieht, wenn eine Person nur noch Low-Fat-Produkte zu sich nimmt, ist auf der richtigen Spur: Fette sind nämlich für den Normalbetrieb des Gehirns sehr wichtig. Doch dazu später mehr.

Die Basiselemente für die vielfältigen und außerordentlich komplizierten Funktionen des Gehirns bilden die etwa hundert Milliarden Hirnzellen, Neuronen genannt, die auf extrem komplexe Weise über spezielle Strukturen, die Synapsen, vernetzt sind. Jedes Neuron kann über diese Synapsen Tausende und sogar Zehntausende andere Zellen kontaktieren. Unsere Gehirne bilden kontinuierlich neue synaptische Verbindungen, die wahrscheinlich die Grundlage für unsere Erinnerungen bilden. Gleichzeitig gehen selten benutzte Kontakte laufend verloren. Dieses Phänomen ist uns allen im Alltag eher unlieb, denn es verursacht üble Krisen, wenn wir einen Geburtstag oder noch schlimmer den Hochzeitstag vergessen. Gleichzeitig ist dieser Mechanismus unerlässlich, denn er ermöglicht das Vergessen ungemütlicher Ereignisse und unwichtiger Informationen und schafft somit Platz für Neues und aktuell Relevantes. Unser Gehirn ist also ein dynamisches Netzwerk bestehend aus Milliarden Neuronen, die auf laufend neue Arten kommunizieren und sich somit an unsere jeweilige Lebenssituation anpassen.

Neuronen und ihre Kommunikation

Ein typisches Neuron ist in Abbildung 1 ersichtlich. Erkennbar sind die drei Teile dieses Zelltyps: der Zellkörper, das Axon (Nervenfaser) und die Dendriten (Empfangsantennen für eintreffende Signale). Der Zellkörper enthält den Zellkern mit der genetischen Information, in ihm laufen alle überlebenswichtigen biologischen Vorgänge ab. Hier werden somit alle biologischen Bausteine, die für Prozesse im Axon und in den Dendriten nötig sind, hergestellt. Die längsten Neurone des menschlichen Körpers sind über einen Meter lang (vom Rückenmark bis in die Fußspitze). Das bedeutet, dass gewisse Proteine und andere Moleküle verhältnismäßig lange Distanzen zurücklegen müssen, bevor sie ihr Ziel erreichen. Dies dauert eine gute Weile. Würde unser Denken auf diese Weise ablaufen, wäre die Menschheit wohl nie auf dem Mond gelandet. Nein, dass Menschen innert Hundertstelsekunden auf Situationen reagieren und Entscheidungen fällen können, zum Beispiel beim Startschuss zu einem Sprint, ist nur möglich, weil Neuronen durch elektrische Signale, genannt Aktionspotenziale, kommunizieren. Die langen Axone, die Nervenfasern, funktionieren also wie Kabel und sogar noch besser. Dies ist darauf zurückzuführen, dass schnell leitende Nervenfasern mit einer Schicht aus Eiweißen und Fetten, dem Myelin, umgeben sind, das im Gehirn von speziellen Helferzellen, den Oligodendrozyten, in multiplen Schichten um die Axone gewickelt wird (s. Abb. 1). Das Myelin lässt immer wieder kurze Strecken des Axons unbedeckt. Über diese Lücken, auch Knoten genannt, kann sich die elektrische Erregung ausbreiten, da sie die langen, mit Myelin isolierten Strecken überspringen kann. Dadurch wird die Erregung entlang den Nervenfasern viel schneller weitergeleitet als bei nackten, nicht myelinisierten Nervenfasern. Die schnelle Übertragung an den myelinisierten Fasern wird saltatorische Erregungsleitung genannt und ermöglicht eine Geschwindigkeit von bis zu 120 m/s, was 432 km/h entspricht.

Abbildung 1. Schematische Darstellung eines kleinen Netzwerkes im Gehirn. Abgebildet sind zwei Neuronen mit ihren Helferzellen. Die Neuronen besitzen lange Axone (Nervenfasern), welche mit Myelin umhüllt sind. Dieses wird durch die Oligodendrozyten gebildet. Die Empfangsantennen der Neuronen, die Dendriten, nehmen an den Synapsen (vergrößert dargestellt) mit Nachbarzellen Kontakt auf. Die Kommunikation findet mittels Neurotransmitter statt. Die Zellkerne enthalten das genetische Material. Die Astrozyten sind für den Stoffwechsel und Energiehaushalt der Neuronen wichtig. Mikroglia sind die Immunzellen des Gehirns mit vielen die Funktion des Gehirns beeinflussenden Funktionen.

Ein Signal in Form einer elektrischen Entladung wird durch das Axon gesandt und erreicht mit Höchstgeschwindigkeit an seinem Ende die Synapse. Hier muss nun die Erregung an die Nachbarzelle übertragen werden. Dafür hat Mutter Evolution ein extrem ausgeklügeltes System entwickelt. An Synapsen kommunizieren Neurone mittels chemischer Stoffe, Neurotransmitter genannt, die sie als Reaktion auf elektrische Reize ausschütten. Die Neurotransmitter-Moleküle können nun zur Membran der Nachbarzelle gelangen. Dort binden sie an spezielle Proteine, sogenannte Rezeptoren, die sie ganz spezifisch erkennen. Dies hat zur Folge, dass sich Ionenkanäle öffnen und/oder schließen, was je nach Neurotransmitter bewirkt, dass die betroffene Zelle erregt wird und in Folge selbst ein Aktionspotenzial aussendet (aktivierendes Signal) oder dass die betroffene Zelle gehemmt wird und deshalb kein Aktionspotenzial generiert. Da ein Neuron laufend Informationen von einer großen Anzahl anderer Neurone erhält, entscheidet die Summe aller Signale, ob das Neuron insgesamt erregt oder gehemmt wird.

Die aufmerksame Leserschaft fragt sich nun, wie denn die Kommunikation beendet wird. Wenn nämlich der Neurotransmitter in den Spalt zwischen zwei Zellen ausgeschüttet wird, kann er schließlich theoretisch sehr lange dort verweilen. Um dies zu verhindern, verwenden Neuronen zwei Methoden: Entweder wird der chemische Botenstoff durch Enzyme schnell abgebaut, oder er wird mittels spezieller Transportproteine wieder in die Zelle, die den Botenstoff ausgeschüttet hat, aufgenommen.

Die beiden wichtigsten Neurotransmitter im menschlichen Gehirn sind Glutamat und Gamma-Aminobuttersäure (GABA). Glutamat wirkt erregend, während GABA die meisten Zellen hemmt. Übrigens, das Glutamat ist im Supermarkt auch als Aromat erhältlich. GABA hingegen nicht, denn es hat nichts mit den berühmten Gaba-Halspastillen zu tun. Ebenfalls wichtig sind die Neurotransmitter Dopamin und Serotonin, wenn sie auch nicht so hohe Konzentrationen erreichen. Sie haben viele Funktionen und werden auch im Kontext psychischer Störungen wie Angst und Depressionen diskutiert. Doch alle hier aufgeführten Botenstoffe sind aktiv an der Steuerung der Emotionen, des Gedächtnisses und der Bewegungsabläufe beteiligt. Sie haben allesamt multiple Funktionen. Ihre Rolle bei diesen Prozessen kommt durch die Verschaltung innerhalb der Hirnzentren zustande. Somit hat ein bestimmter Neurotransmitter ganz unterschiedliche Funktionen, je nachdem in welchem Hirnareal er wirkt.

An dieser Stelle ist vielleicht ein kurzer Seitensprung in die Drogenszene von Interesse. Verschiedene suchterzeugende Drogen beeinflussen die Abläufe an den Synapsen. Kokain zum Beispiel blockiert die Wiederaufnahme von Serotonin und Dopamin in die präsynaptische Zelle. Der Neurotransmitter bleibt somit viel länger als gewöhnlich im Spalt und dies verursacht die Symptome, insbesondere die stimulierende Wirkung und den positiven Effekt auf die Stimmung. Ecstasy wirkt ähnlich: Es verlangsamt die Wiederaufnahme von Dopamin und Serotonin und erhöht zusätzlich deren Ausschüttung. Nikotin, das die Raucher an ihre glühenden Stängel bindet, hat eine leicht andere Wirkungsart: Es bindet an spezifische Rezeptoren. Dies hat zur Folge, dass in verschiedenen Hirnregionen eine Anzahl Neurotransmitter ausgeschüttet werden, die unter anderem entspannend wirken und die Aufmerksamkeit steigern.

Um bei den weniger erfreulichen Themen zu bleiben, möchte ich hier auch noch kurz die Depression erwähnen. Erstaunlich wenig ist über die biologischen Ursachen dieser Krankheit bekannt (siehe Kapitel 3). Jedoch sieht es danach aus, als wäre ein Mangel bestimmter Neurotransmitter, insbesondere Serotonin, von Bedeutung. Dementsprechend zielen die bekanntesten Medikamente, die momentan zur Behandlung der Depression eingesetzt werden, darauf ab, die Konzentration dieses Stoffes im Spalt zwischen den Neuronen zu erhöhen. Dies geschieht durch Blockierung der Wiederaufnahme in die präsynaptische Zelle. Oft sind diese Medikamente mit Nebeneffekten verbunden. Interessante Studien deuten darauf hin, dass es ein sehr effektives und ganz natürliches Mittel gibt, das genauso gut, wenn nicht sogar besser wirkt als Medikamente. Vielleicht konnten Sie es erraten: Die Rede ist von Bewegung. Wer jetzt sofort mehr wissen möchte, der springe zu Kapitel 4.

Mitochondrien – die Kraftwerke der Zellen

In Neuronen laufen, wie eben beschrieben, permanent viele verschiedene Prozesse ab. Es werden Neurotransmitter hergestellt, aufgenommen und schließlich ausgeschüttet. Elektrische Signale werden produziert, Synapsen gebildet und vieles mehr. All das braucht Energie. Interessanterweise hat die Evolution eine „allgemeine Energiewährung“ hervorgebracht: das Molekül Adenosintriphosphat, kurz ATP. Es wird von allen Zellen, sei dies nun ein Bakterium, die Zelle eines Elefanten oder eines Menschen, dazu verwendet, biologische Prozesse anzutreiben. Nur so nebenbei: Leichen werden erst nach einer Weile steif, weil nach dem Tod immer noch etwas ATP in den Muskeln übrig ist, sodass diese noch eine Zeit lang beweglich bleiben. Erst wenn dies aufgebraucht ist, setzt der sogenannte Rigor Mortis ein.

Wie schon erwähnt, verwenden Neuronen vor allem Glukose als ihre Energiequelle. Die Glukose dringt leicht in die Neurone ein und dient zur Herstellung von ATP. Dies kann zum einen durch den Prozess der „Glykolyse“ im Zellplasma, also dem geleeartigen Inhalt der Zelle, geschehen. Neuronen sind jedoch nur begrenzt zu diesem Vorgang fähig. Vielmehr wird die überwiegende Menge ihres ATPs in den sogenannten Mitochondrien hergestellt. Hierbei handelt es sich um mit einer Doppelmembran umspannte Strukturen, in denen durch hochreaktive Prozesse unter Verwendung von Sauerstoff (dahin geht er nämlich, wenn wir ihn einatmen) große Mengen ATP hergestellt werden. Als Nebenprodukte entstehen bei diesem schwer zu kontrollierenden Vorgang aggressive Moleküle, im Englischen „reactive oxygen species“ (ROS) genannt. Ein Beispiel ist das Wasserstoffperoxid (H2O2). Wir wissen, wie aggressiv es auf unsere Haare wirkt, wenn wir sie damit bleichen. Insofern kann es nicht von Vorteil sein, dieses Molekül in den Hirnzellen wirken zu lassen. Tatsächlich bewirken ROS die Oxidation von Proteinen, Lipiden und der Erbinformation. Beschädigte und oft nicht mehr funktionsfähige Moleküle sind das Ergebnis und im Fall der DNA entstehen Brüche und Mutationen. Dies kann schwere Folgen für den Organismus haben. Dementsprechend schützen sich Zellen vor den ROS mit sogenannten Antioxidantien. Unter normalen Umständen ist also der angerichtete Schaden sehr gering, ja es wird vermutet, dass kleine Mengen ROS als Signalstoffe innerhalb von Zellen wirken. Ungemütlich wird es jedoch, wenn die ROS und Antioxidantien aus dem Gleichgewicht geraten. Nehmen zum Beispiel die Mitochondrien Schaden und steigt die Menge ROS in einer Zelle, kann das negative Folgen haben. Eine solche Situation wird oxidativer Stress genannt und es wird vermutet, wie wir in späteren Kapiteln sehen werden, dass dieser maßgeblich zu Krankheiten wie Alzheimer beitragen kann.

Glia – die unentbehrlichen Helfer der Neuronen

Wer jetzt gedacht hat: „Ok, Neuronen, vernetzt auf komplizierte, dynamische Art und Weise, kommunizieren mittels elektrischer Signale und Neurotransmitter – ich verstehe das Gehirn!“, muss sich noch etwas in Geduld üben. Denn das menschliche Gehirn enthält außer den Neuronen noch eine zehnmal häufigere Zellart: die Glia. Diese agieren als Helferzellen und schützen und unterstützen die Neuronen. Glia können grob in zwei Kategorien, die Mikroglia und Makroglia, unterteilt werden. Mikroglia (s. Abb. 1, S. 20) besitzen die wichtige Fähigkeit des „Zell-Essens“, unter dem Fachausdruck als Phagozytose bekannt. Dies bedeutet, dass sie ganze und Teile abgestorbener Neuronen sowie infektiöse Eindringlinge beseitigen. Diese Funktion ist extrem wichtig, denn Ablagerungen toter Neuronen führen zu Entzündungen im Gehirn, die sich schädlich auf die benachbarten Neuronen auswirken können. Entzündungen können ausarten und gefährlich werden, indem sie bewirken, dass zu viele Mikroglia aktiviert werden und diese beginnen, gesunde Neuronen anzugreifen. Es ist daher fundamental für die Gesundheit des Gehirns, dass Entzündungen vermieden oder sofort im Keim erstickt werden. Entzündungen sind an allen die alternde Menschheit belastenden, nicht übertragbaren Krankheiten, wie Alzheimer und Krebs, beteiligt. Doch mehr dazu später.

Die zweite Art Glia, die Makroglia, sind größer als die Mikroglia und präsentieren sich im Gehirn in zwei Unterarten: nämlich als Astrozyten und Oligodendrozyten (s. Abb. 1, S. 20). Erstere sind für die Balance zwischen verschiedenen Ionen, welche die Neuronen umgeben, zuständig. Zudem entfernen sie Neurotransmitter aus dem Spalt zwischen zwei Neuronen an der Synapse, sodass das Signal terminiert wird und ein neues gesendet werden kann. Die Oligodendrozyten bilden wie erwähnt die Myelinschichten um die Axone. Ganz wichtig ist es an dieser Stelle zu erwähnen, dass Cholesterin ein essenzieller Bestandteil des Myelins ist. Insgesamt machen Fette 70 bis 85 Prozent der Trockenmasse dieser Substanz aus. Behalten Sie diese Fakten für später im Kopf.

Arbeitsteilung im Gehirn

Während des Studiums in Cambridge erlebten wir beim Neurobiologie-Modul einen ganz besonderen Nachmittag. Wir, etwa 20 Studenten, saßen in einem Raum ohne Fenster, als die Dozenten mit weißen Eimern aus Plastik hereinkamen – vergleichbar den im Bau- und Hobbymarkt erhältlichen Farbeimern. Nur befanden sich darin in unserem Falle nicht bunte Flüssigkeiten, sondern menschliche Gehirne. Diese durften wir dann in die Hände nehmen und studieren. Das Gefühl war ganz eigenartig. Da stand ich und hielt alles in der Hand, was diese Person ausgemacht hatte. Diese leichte Masse hatte ihre gesamten Handlungen, Ideen, Emotionen und Träume produziert. Wer selbst noch nie ein fixiertes Gehirn gesehen hat, dem kann ich es als grauen ziemlich harten Gewebsball mit den bekannten Furchungen an der Oberfläche beschreiben.

Das Großhirn ist der größte Teil des menschlichen Gehirns und umfasst die zwei Hemisphären. Aus evolutionärer Sicht betrachtet ist es der modernste Teil des Gehirns und übt komplexere kognitive Tätigkeiten aus. Oft liest man, dass die rechte Hemisphäre kreativer und emotionaler ist, während sich die linke Seite mit Logik befasst. In Wirklichkeit ist alles viel komplexer. Nichtsdestotrotz kann eine gewisse Regionalisierung vorgenommen werden: Es scheint, dass die linke Seite auf Sprache und Sprechen spezialisiert ist, während die rechte Seite für räumliches Denken und Körpergefühl zuständig ist.

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Abbildung 2. Schema des menschlichen Gehirns mit den für dieses Buch relevanten Hirnstrukturen. Von links nach rechts: Präfrontaler Kortex : multiple Funktionen inklusive Gedächtnis, Steuerung der Emotionen und andere. Temporallappen: Enthält Amygdala und Hippocampus mit verschiedene Funktionen, unter anderem Gedächtnis und Emotionen. Amygdala: äusserst wichtiges Emotionszentrum. Hippocampus: wichtige Gedächtnisstruktur. Weisser Balken (zur Orientierung): Verbindungsstruktur der beiden Hirnhälften. Cortex cingularis: Emotionszentrum. Grosshirnrinde: Sensorische und motorische Funktionen. Kleinhirn: Koordination der Bewegungen. Rückenmark: Verbindung zum peripheren Nervensystem.

Die Hemisphären können noch präziser unterteilt werden. Am hinteren Ende befindet sich der Okzipitallappen, der für das Sehen zuständig ist. Gleich darüber liegt der Parietallappen, der Bewegung, Position und Orientierung steuert. Hinter den Ohren und Schläfen liegen die Temporallappen (s. Abbildung 2), die sich mit Geräuschen und Spracherkennung und Aspekten des Gedächtnisses beschäftigen. Weiter vorne befindet sich das Vorderhirn. Diese Teile werden oft als die „menschlichsten“ des Gehirns angesehen, da sie sich um komplexe Gedanken, Entscheidungen, das Planen, Konzeptualisieren, die Aufmerksamkeit und das Arbeitsgedächtnis kümmern. Sie sind auch für komplexe soziale Emotionen wie moralische Vorstellungen, Empathie und das Gefühl des Bedauerns zuständig. Gleich unter den Hemisphären, aber immer noch im Vorderhirn, liegt der Cortex cingularis (s. Abb. 2), der Verhalten und Schmerzen steuert. Darunter befindet sich das Corpus callosum, der sogenannte weiße Balken, der die zwei Hirnhälften verbindet.