Wir überwinden Grenzen

Geringe Mengen Kohlenmonoxid können das Gehirn schützen, Hirnschäden reduzieren und die Gehirnfunktion nach einem Schlaganfall verbessern, wie eine aktuelle Studie zeigt

Kohlenmonoxid ist als giftiges Gas bekannt, das Hirnschäden, Verwirrtheit und Gedächtnisverlust verursachen kann. Nun zeigt ein internationales Forscherteam unter Beteiligung von Wissenschaftlern des Universitätsklinikums Freiburg, dass unter bestimmten Bedingungen das Gegenteil der Fall ist. In geringen Dosierungen kann Kohlenmonoxid das Gehirn vor Schäden schützen, die nach einem blutungsbedingten Schlaganfall auftreten. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift Journal of Clinical Investigation zeigen, beschleunigt Kohlenmonoxid den Abbau von Häm, einem hochgiftigen Bestandteil roter Blutkörperchen, der sich während des Schlaganfalls anreichern und Entzündungen auslösen kann.

Etwa 10.000 Menschen erleiden jährlich eine Subarachnoidal-Blutung – kurz SAB. Bei dieser Schlaganfall-Form tritt Blut aus einer geplatzten Arterie im Gehirn aus. Plötzlich eintretender sehr starker Kopfschmerz ist das zentrale Symptom einer SAB. Besonders betroffen sind Frauen zwischen 45 und 55 Jahren. Nur jeder zweite Patient überlebt eine SAB länger als ein Jahr, viele leiden langfristig unter Einschränkungen der Gehirnfunktion.

Kohlenmonoxid unterstützt die Entgiftung im Gehirn

Eine SAB ist für die Patienten doppelt gefährlich: es kommt zu einer Sauerstoffunterversorgung und das ausgetretene Blut ist für das Gehirn giftig. Die Forscher um Dr. Nils Schallner, Arzt an der Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin des Universitätsklinikums Freiburg (Ärztlicher Direktor: Prof. Dr. Hartmut Bürkle), und Kollegen vom Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) sowie der Harvard Medical School in Boston, USA, prüften nun, ob das Inhalieren von geringen Mengen an Kohlenmonoxid das Gehirn bei der Entsorgung des aus dem Hirngefäß ausgetretenen Blutes unterstützen kann.

Dafür verglichen sie, wie sich zwei Gruppen von Mäusen nach einer Hirnblutung erholten: eine Gruppe wurde eine Woche in normaler Atemluft gehalten, die andere Gruppe erhielt eine Woche lang täglich für eine Stunde zusätzlich eine geringe Menge Kohlenmonoxid. Dann mussten die Tiere sich in einem Test zum räumlichen Erinnerungsvermögen unterziehen. „Die Tiere, die Kohlenmonoxid eingeatmet hatten, schnitten bei diesen Tests deutlich besser ab“, sagt Dr. Schallner, der sich derzeit als Forschungsstipendiat am BIDMC befindet. Die Schädigung des Hirngewebes und die kognitiven Einschränkungen wurden durch  die Kohlenmonoxid-Gabe verringert. „Daraus schlossen wir, dass das normalerweise giftige Gas Kohlenmonoxid in geringer Dosierung die Erholung nach einem Schlaganfall verbessern könnte“, so Dr. Schallner weiter.

Für einen Großteil der Schäden nach einer Hirnblutung ist das Molekül Häm verantwortlich, das in den roten Blutkörperchen für den Sauerstofftransport wichtig, außerhalb der Zellen aber hochgiftig ist. Die Forscher hatten zuvor in ihrer Studie in Zellen und im Tiermodell gezeigt, dass spezielle Hirnzellen, Mikroglia genannt, das Häm durch das Enzym Häm-Oxygenase 1 (HO-1) entgiften. Bei diesem Abbau wird Kohlenmonoxid freigesetzt.

Das Gas ist aber nicht nur ein Nebenprodukt des Abbaus, sondern wirkt sich selbst positiv auf den Häm-Abbau aus. Tiere, die kein HO-1 und entsprechend auch kein Kohlenmonoxid bildeten, profitierten ebenfalls von der Kohlenmonoxid-Gabe: „Eine Kohlenmonoxid-Gabe „von außen“ kann einen Mangel an körpereigener Kohlenmonoxid-Produktion ausgleichen“, erklärt Dr. Schallner. Die Ergebnisse könnten zukünftig als Grundlage für klinische Studien mit Patienten dienen, die einen blutungsbedingten Schlaganfall erleiden. Darauf weisen auch erste Analysen hin, die mit Liquor-Proben von Patienten mit SAB durchgeführt werden.

Geleitet wurde die Studie durch Prof. Dr. Khalid Hanafy, neurologischer Direktor der Neurointensiv-Einheit des BIDMC, und Dr. Leo E. Otterbein, Forscher am Transplant Institute des BIDMC. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft und die National Institutes of Health waren Hauptförderer der Studie.

Original-Titel der Arbeit: Microglia regulate blood clearance in subarachnoid hemorrhage by heme oxygenase-1

Doi: 10.1172/JCI78443

Bildunterschrift: Mikroglia-Zellen (rot) bauen nach einer SAB den Blutbestandteil Häm ab und bilden dabei Kohlenmonoxid. Können sie das Gas nicht selbst bilden, verbessert die externe Gabe die Erholung der Hirnzellen. Blau: Nervenzell-Kerne.

Bildrechte: Nils Schallner / Universitätsklinikum Freiburg

Link zum Artikel: www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26011640 

Weitere Informationen:
Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin

Beth Israel Deconess Medical Center