Nächtliche Müllabfuhr

Schlaf macht uns verwundbar. Trotzdem verbringen wir einen Drittel unseres Lebens schlafend. Warum? US-Forscher präsentieren dazu eine neue Erklärung.

Nora Schlüter
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Ob Maus oder Mensch, Wal oder Giraffe: Nahezu jedes Tier schläft – und stirbt, wenn ihm die Nachtruhe zu lange verwehrt wird. Bei unserer Spezies gelten chronische Schlafstörungen als Risikofaktor für Krankheiten, von Epilepsie über Alzheimer bis hin zum Schlaganfall. Schon eine schlaflose Nacht reicht, um uns das Hirn zu vernebeln: Wer müde ist, ist weniger aufmerksam und trifft schlechtere Entscheidungen. Doch warum ist das so? Und was genau treiben unsere grauen Zellen, wenn uns die Augen zufallen? Auf diese Frage gibt es bis heute keine endgültige Antwort. Ein Vorteil der Nachtruhe ist vermutlich, dass unser Hirn neue Erinnerungen konsolidieren kann.

Forscher um Lulu Xie von der University of Rochester haben nun bei Mäusen einen weiteren Mechanismus entdeckt, der Schlaf unabkömmlich macht: Nachts werden schädliche Stoffwechselprodukte im Gehirn weggeschafft. «Das Hirn hat nur eine begrenzte Menge an Energie zur Verfügung, und es scheint, als müsse es sich zwischen zwei funktionellen Zuständen entscheiden – entweder ist es wach und passt auf, oder es schläft und räumt auf», sagt Maiken Nedergaard, Co-Autorin der Studie, die in der aktuellen Ausgabe von «Science» erschienen ist. «Man kann es sich so vorstellen, als würde man eine Party zu Hause schmeissen. Entweder man unterhält die Gäste oder man räumt auf, aber man kann kaum beides zur gleichen Zeit machen.»

Nachts schrumpfen die Zellen

Die Müllabfuhr im Gehirn bedient sich eines Systems, das die Forschergruppe um Nedergaard aufspürte. Das glymphatische System ist ein Netzwerk aus winzigen Kanälen, die Hirnwasser transportieren. Kontrolliert wird dieses Netzwerk nicht von Nerven-, sondern von Gliazellen, den Stütz- und Hüllzellen des Gehirns. Es ersetzt das Lymphsystem, das im Rest unseres Körpers für den Abtransport von Abfällen zuständig ist. Der gesammelte Unrat wandert aus dem Hirnwasser schliesslich zurück in den Blutkreislauf und wird fortgewaschen.

Um die Aktivität des glymphatischen Systems im schlafenden und wachen Hirn vergleichen zu können, brachten die Wissenschafter Mäusen bei, unter einem speziellen Mikroskop einzuschlafen. Waren die Nager eingedöst, injizierten die Forscher grünen Farbstoff ins Hirnwasser und beobachteten, wie er sich verteilte. Nachdem sie die Mäuse wieder aufgeweckt hatten, injizierten sie rote Farbe und beobachteten wiederum, was damit geschah. Sie stellten fest, dass der Fluss des Hirnwassers im Schlaf und unter Narkose tief ins Gewebe hineinreichte. Bei wachen Mäusen reduzierte er sich um 95 Prozent und blieb auf die Oberfläche des Gehirns beschränkt. Auch extra markierte ?-Amyloide wurden im Schlaf doppelt so schnell weggeschafft wie im Wachzustand. Diese Proteine sind Bestandteil der krankhaften Ablagerungen im Hirn von Alzheimer-Patienten.

Zellzwischenraum ändert sich

Der effizientere Abtransport von molekularem Müll ging mit Veränderungen der Gewebestruktur einher. Bei wachen Mäusen machte der Zellzwischenraum 14 Prozent des Hirnvolumens aus, bei schlafenden waren es 23 Prozent. Die Forscher vermuten, dass der Neurotransmitter Noradrenalin eine wichtige Rolle bei der Ausdehnung und Kontraktion der Zellen spielt. Das Hormon wird ausgeschüttet, wenn wir wachsam sein müssen – etwa in Gefahrensituationen. Im Schlaf sinkt seine Konzentration im Gehirn.