Nachts, während wir schlafen, spült das Gehirn Abfallstoffe aus dem Hirngewebe heraus und schützt so vor Erkrankungen. Verantwortlich dafür ist das «glymphatische System», das erst vor wenigen Jahren entdeckt wurde. Regelmässiger, tiefer Schlaf fördert den Reinigungsprozess, Schlafmittel stören ihn.
Unser Gehirn ist extrem aktiv. Selbst in Ruhe verbraucht es überproportional viel Energie. Entsprechend gross ist die Menge an Abfallstoffen, die das Gehirn vor allem am Tag produziert und ansammelt: Zellbestandteile, Stoffwechselprodukte und Proteinmüll. Irgendwie muss der Abfall wieder raus, damit er keinen Schaden anrichtet. Doch im Kopf ist kein Platz für ein zusätzliches Lymphsystem wie im übrigen Körper. Das Gehirn ist vollgestopft mit Zellen und zudem begrenzt durch den knöchernen Schädel. Wie also kommen die angesammelten Stoffe wieder hinaus?
Bislang unbekanntes Kanalsystem
Die entscheidende Entdeckung gelang 2012 den Neurowissenschaftlern Maiken Nedergaard und Jeffrey Iliff von der University of Rochester in New York. Sie spritzten einen Farbstoff in den Liquor von Mäusen und beobachteten dann, wie sich das gefärbte Nervenwasser im Gehirn über ein bis dahin unbekanntes Kanalsystem zuerst ausbreitete und dann wieder abfloss. Sie nannten es «glymphatisches System», weil die Gliazellen des Gehirns beteiligt sind und es zudem an das Lymphsystem im Körper erinnert, das ja ebenfalls Abfallstoffe ausschwemmt.
Liquor als Spülmittel
Gliazellen bilden das Stützgewebe des Gehirns und haben vielfältige Funktionen. Beim glymphatischen System spielen die «Astrozyten» eine Schlüsselrolle: Mit ihren sternförmigen Auswüchsen ummanteln sie Arterien und Venen, die fein verästelt bis ins tiefste Hirngewebe vordringen. Dadurch entstehen um die Gefässe «perivaskuläre» Räume». Aus den Räumen um die Arterien gelangt der Liquor über Wasserkanäle an den Endfüsschen der Astrozyten ins Hirngewebe, wo er sich mit der extrazellulären Flüssigkeit mischt. Dabei nimmt der Liquor, der quasi als Spülmittel fungiert, Hirnmüll auf. Dass das nicht nur bei der Maus, sondern auch beim Menschen so funktioniert, ist inzwischen nachgewiesen.
Nachts schrumpft das Gehirn
Nedergaard und ihr Forschungsteam beobachteten auch, dass das glymphatische System vor allem in der Nacht aktiv ist. «Im Wachzustand muss sich das Gehirn darauf konzentrieren, die richtigen Entscheidungen zu treffen», erklärt die Neurowissenschaftlerin ihre Beobachtung. Tagsüber fallen durch die vielfältigen Prozesse, die das Gehirn steuert, Abfallstoffe an. Nachts wird geputzt. Besonders intensiv geschieht dies im Tiefschlaf. Weil dann die Gliazellen schrumpfen, vergrössert sich der Raum zwischen den Hirnzellen und es kann mehr «Spülmittel» fliessen. Damit steigt die Effizienz der Reinigung. Doch wie wird die Spülmaschine angetrieben? Denn Platz für ein zusätzliches Pumpsystem hat es ja nicht.
Komplexer Pumpmechanismus
Tatsächlich ist der vom Gehirn gesteuerte Mechanismus, der den Flüssigkeitsstrom in Gang setzt, komplex. Vereinfacht gesagt, sorgen Atmung und das langsame Pulsieren der Arterienwände (Vasomotion) dafür, dass der Liquor aus verschiedenen Hirnstrukturen in die perivaskulären Räume hinein- und wieder hinausfliesst. Angetrieben wird der Flüssigkeitsstrom vor allem durch den Herzschlag. Parallel dazu sorgen im Tiefschlaf erzeugte rhythmische Ionenwellen dafür, dass sich Liquor und Flüssigkeit im Zwischengewebe durchmischen.
Wie Nedergaards Team durch Untersuchungen an Mäusen zeigen konnte, wird im Tiefschlaf zudem die Vasomotion der Hirnarterien verstärkt, indem der Hirnstamm alle 50 Sekunden kleine Mengen an Noradrenalin ausschüttet. Durch die Ministösse mit dem «Stresshormon» verengen sich kurzzeitig die Blutgefässe im Gehirn. Danach dehnen sie sich wieder aus. Auch das sorgt für eine bessere Durchmischung von frischem Liquor mit Abfallstoffen und den Transport Richtung Venen. Für die Abfuhr des Gemisches sind diese jedoch nicht allein verantwortlich, wie man lange Zeit dachte.
Anschluss ans Lymphsystem
2015 entdeckte der Neurowissenschaftler und Immunologe Jonathan Kipnis von der Washington University School of Medicine in St. Louis, dass auch das Gehirn – entgegen der bisherigen Lehrmeinung – an das Lymphsystem und damit auch an das Immunsystem des Körpers angeschlossen ist. An Mäusen konnte er nachweisen, dass Lymphgefässe bis in die harte Hirnhaut, die Dura mater, vordringen. Die Abfallstoffe aus dem Gehirn fliessen vor allem über diesen Weg ab, weniger über die Venen. Die Flüssigkeit sammelt sich in den Lymphknoten im Hals, wird dort vom Immunsystem gecheckt, und schliesslich von Leber und Niere entsorgt.
Zolpidem bremst die Reinigung
Allerdings ist das glymphatische System anfällig für Störungen. Ein zirkadianer Rhythmus scheint wichtig zu sein: Im Tagschlaf funktioniert die Reinigung nur halb so gut wie im Nachtschlaf. Erkrankungen wie Bluthochdruck, Gefässverkalkungen oder Diabetes, aber auch Alterungsprozesse verschlechtern sie. Besonders ungünstig wirkt sich das gängige Schlafmittel Zolpidem aus, wie Untersuchungen an Mäusen zeigen. Verabreichten die Forscher den Tieren Zolpidem, sank der Noradrenalin-Spiegel im Tiefschlaf um 50 Prozent. Dadurch verringerte sich die Pumpleistung um 30 Prozent. Ist der glymphatische Fluss gestört, kann das Gehirn Schadstoffe schlechter entsorgen. Dadurch kann sich schädlicher Proteinmüll wie Beta-Amyloid und Tau oder Alpha-Synuklein ansammeln, die mit der Alzheimer- beziehungsweise der Parkinson-Erkrankung in Verbindung gebracht werden.
Gefährlicher Proteinmüll
Der Zusammenhang von Hirn-Reinigungsleistung und neurodegenerativen Erkrankungen, zu denen auch die amyotrophe Lateralsklerose ALS zählt, wird intensiv erforscht. Untersucht wird zudem, inwieweit gestörte glymphatische Prozesse entzündliche Erkrankungen wie Multiple Sklerose, aber auch psychiatrische Erkrankungen wie etwa Depression oder Schizophrenie beeinflussen könnten. Direkte Messungen, ob es einen Zusammenhang zwischen glymphatischem System und verschiedenen Hirnerkrankungen gibt, lassen sich am Menschen jedoch kaum durchführen, weil sich invasive Methoden verbieten.
Studien am Menschen
Genutzt werden deshalb indirekte Verfahren, die mit Magnetresonanztomografie, teilweise kombiniert mit speziellen Markern, arbeiten. Damit wird beispielsweise versucht, die Erholungsfähigkeit des Gehirns nach Schlaganfall oder Hirntrauma einzuschätzen. Klar invasiv sind mikrochirurgische Verfahren, die den glymphatischen Fluss verbessern sollen, indem sie die tiefen Lymphgefässe im Hals mit Halsvenen kurzschliessen. Die Technik, die die Gehirnreinigung über einen besseren Lymphabfluss ankurbeln soll, wurde in mehreren Studien an Menschen mit Alzheimer- und Parkinsonerkrankung in China untersucht. Noch sind diese Studien nicht ausgewertet.
Schlaf in Seitenlage
Deutlich zahlreicher sind Beobachtungen, wie sich das Reinigungssystem des Gehirns gut erhalten oder sogar optimieren lässt. Förderlich für den glymphatischen Fluss sind gesunde Gefässe und ein kontrollierter Blutdruck sowie eine ungestörte Atmung nachts. Dazu können medizinische Checks und allenfalls Medikamente oder andere therapeutische Massnahmen beitragen. Positiv wirken sich regelmässiges Ausdauertraining wie zügiges Gehen, Radfahren oder Schwimmen, aber auch Yoga aus. Am hilfreichsten aber sind regelmässige Schlafzeiten und etwa 7 bis 9 Stunden dauernder, möglichst durchgehender Schlaf. Das scheint unbestritten. Günstig sein soll zudem das Schlafen auf der Seite, vorzugsweise rechts – gezeigt wurde das allerdings erst bei der Maus.
Weiterführende Links für Interessierte:
https://www.youtube.com/watch?v=5NawKH7cj_s Maiken Nedergaard auf der Nobel Conference 60, vom 2.10.2024
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00210-7 Jonathan Kipnis über den Zusammenhang von Lymphgefässdysfunktion und Alter, 15.5.2025