Hirnverletzung: Wie Druck auf das Schienbein das Gehirn schützen könnte

Auf den ersten Blick wirkt die Suche nach einer Methode, ein verletztes Gehirn über den Unterschenkelknochen zu heilen, wenig plausibel.

Ein neues Experiment weist jedoch auf einen überraschenden Kommunikationsweg zwischen Gehirn und Schienbein hin: Signale könnten über das Blut übertragen werden.

Wissenschafterinnen und Wissenschafter in China übten wiederholt kontrollierten Druck auf die Schienbeine von Mäusen und Schweinen aus.

Nach einer Hirnverletzung überlebten mehr behandelte Tiere, zudem erlangten sie Bewegungs- und Gedächtnisfähigkeiten erfolgreicher wieder. Dasselbe Verfahren unterstützte Mäuse auch bei der Erholung nach einem Schlaganfall.

Den Ausgangspunkt für das ungewöhnliche Experiment lieferte ein medizinischer Hinweis. Ärztinnen und Ärzte wissen seit Langem, dass Knochenbrüche bei manchen Menschen mit schweren Hirnverletzungen auffallend rasch verheilen können. Mitunter beginnt Knochen sogar in Weichteilen zu wachsen, wo er nicht hingehört.

Das deutet darauf hin, dass ein verletztes Gehirn Signale aussenden kann, welche Knochen verändern. Die Forschenden drehten die Frage um: Wenn das Gehirn den Knochen erreichen kann, könnte der Knochen dann hilfreiche Signale zurücksenden?

Kontrollierter Druck auf das Schienbein nach Hirnverletzung

Um dies zu prüfen, verwendete das Team ein Gerät, das sanften und exakt gesteuerten Druck auf die Schienbeine der Tiere ausübte. Jeder Knochen wurde 300-mal mit einer Frequenz von zwei Kompressionen pro Sekunde belastet, an fünf Tagen pro Woche.

Mäuse, die nach einer Hirnverletzung behandelt worden waren, bewältigten Bewegungstests schneller. Auch in einem Wasserlabyrinth, bei dem sie sich an eine verborgene Plattform erinnern mussten, erzielten sie bessere Ergebnisse.

Mehr Mäuse überlebten schwere Hirnverletzungen. Die geschädigten Bereiche ihres Gehirns waren kleiner, mehr Nervenzellen blieben am Leben, und langfristige Entzündungen gingen zurück. Zudem nahmen Anzeichen zu, die mit der Bildung neuer Nervenzellen verbunden sind.

Den Forschenden blieb allerdings ein Rätsel.

Druck auf ein Bein kann neben dem Knochen auch Muskeln, Nerven und den Kreislauf beeinflussen. Wie liess sich feststellen, ob die Veränderungen im Gehirn tatsächlich vom Knochen ausgingen?

Die Antwort schien in Zellen zu liegen, die tief im Inneren des Knochens leben.

Knochen sind nicht bloss harte, leblose Strukturen. Sie enthalten lebende Zellen, welche Bewegung und Druck wahrnehmen und dem Körper durch die Ausschüttung chemischer Signale helfen, darauf zu reagieren.

Im Mittelpunkt stand ein druckempfindlicher Schalter namens PIEZO1 in diesen Knochenzellen. Schalteten die Forschenden ihn bei Mäusen aus, schützte die Kompression des Schienbeins das Gehirn nicht mehr auf dieselbe Weise.

Das sprach dafür, dass der Knochen nicht einfach nur eine gedrückte Oberfläche war. Damit sich die Vorteile zeigten, mussten seine Zellen den Druck erkennen.

Blutbotschaften aus dem Knochen

Das Team entnahm Serum, also den flüssigen Anteil des Blutes, von Mäusen, deren Schienbeine komprimiert worden waren. Dieses verabreichten sie Mäusen mit Hirnverletzungen, die selbst nicht behandelt worden waren.

Im Vergleich mit Kontrollmäusen verloren jene Tiere, die Serum erhielten, weniger Nervenzellen.

Der Nutzen entstand demnach nicht allein durch den physischen Druck auf das Bein. Offenbar erzeugte die Reaktion des Knochens Signale, die über das Blut zum Gehirn gelangten.

Nach der Behandlung stiegen mehrere Stoffe an, die mit dem Schutz von Nervenzellen, geringeren Entzündungen und Gewebereparatur in Verbindung stehen. Kein einzelner Stoff schien sämtliche Aufgaben zu übernehmen. Stattdessen wirkten offenbar mehrere schützende Botschaften zusammen.

Anschliessend erprobte das Team die Methode an vier Monate alten Miniaturschweinen. Deren Gehirne sind grösser als jene von Mäusen und bilden Komplexität und Physiologie des menschlichen Gehirns besser ab.

Die Schweine erhielten kontrollierte Hirnverletzungen. Bei sechs Tieren wurde Druck auf die Schienbeine ausgeübt, während sechs verletzte Schweine das Verfahren nicht erhielten.

In getrennten Untersuchungen überlebten die behandelten Schweine länger und schnitten in Verhaltenstests besser ab als die Kontrolltiere. Ihre geschädigten Hirnbereiche waren kleiner, mehr Nervenzellen überlebten, und in ihrem Blut nahmen Stoffe zu, die mit Schutz und Reparatur des Gehirns verbunden sind.

Vier Wochen später untersuchten die Forschenden Schienbeine, Kniegelenke und Knorpel der Tiere. Sie stellten keine offensichtlichen Schäden fest.

Grenzen der Untersuchung und mögliche Anwendungen

Am Schweineversuch waren in jeder verletzten Gruppe nur sechs Tiere beteiligt. Sämtliche Mäuse und Schweine waren männlich, weshalb Weibchen möglicherweise anders reagieren könnten.

Auch die Hirnverletzungen wurden unter kontrollierten Laborbedingungen erzeugt. Hirnverletzungen beim Menschen unterscheiden sich stark hinsichtlich Ort, Schweregrad und Folgen.

Noch ist unklar, wie rasch der Druck angewendet werden muss, wie lange die beobachteten Vorteile anhalten und welche Signale im Blut am wichtigsten sind.

Die Ergebnisse bedeuten daher nicht, dass jemand nach einer Kopfverletzung das Bein einer Person zusammendrücken sollte. Eine traumatische Hirnverletzung ist ein medizinischer Notfall und erfordert professionelle Versorgung.

Die Studie eröffnet jedoch eine neue Möglichkeit.

Gewöhnlich betrachten wir Knochen als hartes Gerüst, das den Körper aufrecht hält. Knochen sind aber lebendes Gewebe, das Kräfte wahrnehmen und chemische Signale an weit entfernte Organe senden kann.

In diesen Experimenten aktivierte Druck Zellen im Knocheninneren. Diese Zellen veränderten die Zusammensetzung des Blutes, und die daraus entstehenden Signale könnten dazu beigetragen haben, das verletzte Gehirn zu schützen und zu reparieren.

Falls künftige Studien diese Verbindung bestätigen, könnten Forschende Geräte untersuchen, die Knochen sicher stimulieren, oder Behandlungen entwickeln, die auf den von ihnen produzierten Schutzstoffen beruhen. Keine dieser Möglichkeiten ist bereits für Patientinnen und Patienten geeignet.

Vorerst ist die Geschichte einfacher und zugleich seltsamer: Nach einer Hirnverletzung beginnt die Erholung möglicherweise nicht nur im Schädel. Auch ein Knochen im Bein könnte auf den Hilferuf des Körpers auf überraschende Weise reagieren.

Die Studie wurde in Nature Neuroscience veröffentlicht.

Dieser Artikel wurde von Rachel Garner auf Fakten geprüft und von Peter Dockrill redigiert. Wir sind zwar stolz auf unseren Prozess, aber auch nur Menschen. Falls Ihnen ein Fehler auffällt, teilen Sie ihn uns bitte mit.