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Die Unterschiede zwischen Zentrum und Peripherie


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Periphere Nerven, wie etwa jene in den Gliedmaßen, haben die Fähigkeit nach einer Verletzung wieder nachzuwachsen. Sensibilität und Bewegung können wieder hergestellt werden. Diese Fähigkeit ist deutlich größer als im zentralen Nervensystem, etwa im Rückenmark, wo die Regeneration nahezu zum Erliegen kommt.

Warum ist das eigentlich so?

Wie bei vielen biologisch-medizinischen Fragen ist auch hier die Antwort mehrteilig. Zum einen ist die Umgebungssituation in Rückenmark und Gliedmaßen verschieden. Zum anderen besteht ein Unterschied im zelleigenen Regenerationspotential. Der vorliegende Text fokussiert auf die Problematik in der Umgebungssituation. Das Regenerationspotential wird in einen zweiten Teil behandelt.

Um die Auswirkungen der Umgebungsunterschiede zu verstehen, muss man diese genauer betrachten.

Der Teufel steckt im Detail

Das Rückenmark bildet, gemeinsam mit dem Gehirn, das so genannte zentrale Nervensystem (ZNS). Außerhalb des zentralen schließt sich das periphere Nervensystem (PNS) an, wozu auch die Nerven der Gliedmaßen zählen. Zwischen beiden bestehen deutliche Unterschiede. So sind die Nervenzellen des ZNS in ihren Eigenschaften, wie dem Regenerationspotential, von denen des PNS verschieden. Hinzu kommt, dass es im menschlichen Nervensystem mehr gibt als nur Nervenzellen.  Galten Gliazellen lange Zeit nur als Stützzellen ("Glia" ist das altgriechische Wort für Kitt oder Kleber), hat sich heute durchgesetzt, dass sie aktive Partner der Nervenzellen sind. Nicht nur in der Signalverarbeitung, sondern auch in der Entwicklung. Ohne Glia finden auswachsende Fortsätze kaum ihr Ziel. Und selbst wenn, schaffen sie es ohne Gliahilfe nicht, funktionsfähige Kontaktstellen (Synapsen) herzustellen.

Der Kitt denkt mit

Die Unterschiede in der Heilung peripherer und zentraler Nervenschädigungen wird klarer, führt man sich die regionalen Differenzen vor Auge. Diese liegen zu einem Großteil in den Gliazellen.

Im ZNS gibt es drei Hauptsorten an Gliazellen. Die Astrozyten sind universale Helfer, Oligodendrozyten sind Isoliermaterial und Microglia sind für die Immunabwehr zuständig. Im peripheren Nervensystem hingegen gibt es weder Astrozyten noch Microglia. Die Isolierung wird hier von Schwannschen Zellen übernommen.

Was bedeutet dies nun für die verletzte Nervenzelle?

Das grundsätzliche Problem

Bei einer Verletzung von Nervengewebe tritt stets dasselbe Grundproblem auf. Das Signal aus dem Zellkörper einer Nervenzelle erreicht nicht mehr ihren Zielort: die synaptische Endigung.

Ist der Fortsatz einer Nervenzelle durchtrennt, wird der vom Zellkörper abgetrennte Teil zugrunde gehen. Der am Zellkörper hängende Stumpf, wird am Ort der Verletzung die Isolierhülle aus Gliazellen verlieren und von dort aus neue Fortsätze bilden, um die "alten" Kontakte wieder herzustellen.

Überdies existiert in Bezug auf die Funktionstüchtigkeit noch ein weiteres Problem. Selbst wenn das Axon nicht beschädigt ist, kann unter Umständen das Signal nicht mehr weitergeleitet werden. Und zwar dann, wenn die Verletzung zu einem Untergang der Gliazellen geführt hat.  Deshalb versucht der Körper, die sog. Nervenscheide wiederherzustellen.

Die Situation im PNS

Diese zielgerichtete Ausbildung von Fortsätzen und die Wiederherstellung korrekter Kontakte funktioniert im PNS , etwa bei einem tiefen Schnitt in oder durch einen Finger, verhältnismäßig gut.

Denn die regenerierenden Nervenzellen bekommen reichlich Unterstützung. Fresszellen des Immunsystems eilen heran und beseitigen die Überbleibsel der alten Isolierschicht, während sie Moleküle ausschütten, die die Schwannschen Zellen zur Mitarbeit anregen. Sie "verjüngen" sie bis zu einem Zustand, an dem sie zwar keine Isolierung leisten können, dafür aber sogenannte Wachstumsfaktoren ausschütten. Diese wirken auf die von der Nervenzellen neu gebildeten Fortsätze wie Dünger auf Pflanzen.

Daraufhin sprosst die regenerierende Nervenzelle aus, wächst entlang der alten Bahn ihrer alten Kontaktstelle entgegen und kann diesen Kontakt auch wieder herstellen. Danach gehen Fresszellen wieder in den Ruhezustand und stoppen weiteres Wachstum.

Die Schwannschen Zellen bilden eine neue Isolierung an den regenerierten Nervenfasern oder erneuern die verlorengegangene Myelinscheide.  Dieser Prozess, den man Remyelinisierung nennt, ist im PNS effizient und schnell und am Ende sind Sensibilität und Motorik im Finger wieder hergestellt.

Die Situation im ZNS

Im zentralen Nervensystem, etwa bei der Verletzung des Rückenmarks, laufen die Dinge leider anders. Zwar reagieren auch hier Immun- und Gliazellen, doch deren Signale sind nicht hilfreich. Im Gegenteil, sie verstärken den Schädigungsprozess sogar. Zusätzlich bleiben die Reste des Isoliermaterials viel länger vor Ort liegen, was sich hemmend auf die Heilung auswirkt.

Im Detail: Die Oligodendrozyten entwickeln sich weder zurück, noch schütten sie Wachstumsfaktoren aus. Stattdessen schütten sie Stoffe aus, die aktiv die Ausbildung neuer Fortsätze verhindern. Und damit nicht genug. Dabei werden sie von den Astrozyten unterstützt, die ebenfalls hemmende Substanzen ausschütten.

Obendrein bilden die sonst so universal hilfreichen Astrozyten am Ort der Verletzung ein weiteres Hindernis: eine dichte Narbe, die für junge Nervenzellausläufer nahezu unüberwindlich ist.

Zudem herrscht in eben diesen geschädigten Fortsätzen sich regenerierender Nervenzellen Verwirrung. Normalerweise werden die Spitzen auswachsender Nervenzellenden durch ein Skelett aus parallel angeordneten Röhrchen (Microtubuli) stabilisiert, die das Wachstum fördern und das Zellende aktiv vorwärts schieben. Nach einer Verletzung aber geraten diese Röhrchen durcheinander, was ein Auswachsen zusätzlich verhindert.

Zu unguter Letzt funktioniert im ZNS auch die Neubildung von Myelinscheiden an jenen Nervenfasern nicht effizient, die zwar an sich nicht verletzt, aber durch den Verlust ihrer „Hülle“ nicht funktionstüchtig sind.

Die Umgebung macht den Unterschied

Die Unterschiede in der Heilung von Verletzungen im zentralen und peripheren Nervensystem liegen also teilweise in der zellulären Umgebung. Während die Nervenzellen im peripheren Nervensystem von freundlichen Unterstützern (Fresszellen und Schwannsche Zellen) umgeben sind, bildet das zentrale Nervensystem ein eher unfreundliches, destruktives Umfeld (Astrozyten, Oligodendrozyten).

Die Erklärung

Bei genauer Betrachtung macht diese auf den ersten Blick nachteilige Situation durchaus Sinn. Das zentrale Nervensystem ist darauf ausgelegt nach Abschluss der embryonalen Entwicklung seinen Dienst strukturell nahezu unverändert auszuführen.  Zwar können auch wir motorisch hinzulernen, etwa wie wir Arme und Beine zu komplexen Bewegungsabläufen bei einer neuen Sportart koordinieren. Doch diese Lernvorgänge finden im Gehirn statt. Die teilweise bis zu einen Meter langen Nervenzellfortsätze, die "Kabel", die vom Gehirn aus zu den Gliedmaßen ziehen, bleiben dagegen unverändert. Übrigens genau wie jene Nervenzellfortsätze, die zum Verdauungs- und Ausscheidungssystem ziehen.

Die Hemmung der Ausbildung neuer Nervenzellfortsätze stellt also einen Schutzmechanismus dar, der uns davor bewahren soll, dass einmal erfolgreich angelegte Leitungsbahnen sich neuen, unangebrachten Zielorten zuwenden.

Das ist im übrigen auch der Grund warum in zentralen Nervenzellen das Potential zur Regeneration im Zellkern massiv herunterreguliert ist (mehr dazu im nächsten Teil).

Die Konsequenz

Für Forscher, die sich mit Rückenmarksverletzungen beschäftigen, heißt dies, dass die Umgebung für Nervenzellen im Rückenmark freundlicher werden muss, damit Signale aus dem Gehirn wieder erfolgreich an den Bestimmungsort gelangen. Dann kann hoffentlich auch zentral wieder zusammenwachsen, was zusammengehört.

Text: Jochen Müller

Grafiken: Vieri Failli