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Lexikon der Neurowissenschaft: Stoffwechselkrankheiten im Gehirn

Stoffwechselkrankheiten im Gehirn, E disorders in brain metabolism, 1) i.w.S. Bezeichnung für alle Erkrankungen oder Funktionsstörungen des Gehirns, die mit Störungen des gesamten Stoffwechsels einhergehen bzw. durch solche bedingt sind (zum Teil vererbt). Dazu gehören neben den metabolischen Encephalopathien viele Enzymopathien, z.B. die Ahornsirupkrankheit oder Speicherkrankheiten, wie die Tay-Sachs-Krankheit, Gaucher-Krankheit und Leukodystrophien; es können aber auch verschiedene andere Krankheiten wie die Funiculose, Magersucht (Anorexia nervosa) oder Diabetes mellitus dazu gerechnet werden. 2) metabolische Encephalopathien, E metabolic encephalopathies, i.e.S. alle krankheitsbedingten Änderungen des Gehirnstoffwechsels, welche zu neurologischen Symptomen durch Mangel an Stoffwechselsubstraten oder durch systemische Erkrankungen des Organismus führen (Neurologie). Die Ursache der Erkrankung liegt hierbei nicht primär im Gehirn. Ein Mangel an Stoffwechselsubstraten liegt vor, wenn die Konzentration von Glucose im Blut vermindert ist, die Hirndurchblutung stark reduziert ist oder Sauerstoff- bzw. Vitaminmangel vorhanden ist. Systemische Erkrankungen des Organismus sind in diesem Zusammenhang Nieren- und Lebererkrankungen und Stoffwechselstörungen wie Diabetes mellitus (Zuckerkrankheit). Entsprechend den unterschiedlichen Ursachen ist das Erscheinungsbild vielfältig. Im Vordergrund der klinischen Symptome stehen verminderte mentale Fertigkeiten bis hin zu Bewußtseinseinschränkungen. Häufige Angriffspunkte sind die Großhirnrinde, die Medulla oblongata (verlängertes Mark) und das motorische System (Basalganglien). Typen siehe Zusatzinfo .

Stoffwechselkrankheiten im Gehirn

1) Hypoglykämische Encephalopathie. Senkungen der Glucosekonzentration im Blutplasma können bei Insulinüberdosierung (Therapie des Diabetes mellitus), Lebererkrankungen (verminderte Gluconeogenese) und anderen Erkrankungen vorkommen. Mit fortlaufend sinkender Plasmakonzentration von Glucose kommt es zu Schwitzen, Beklemmungs- und Hungergefühl, bei weiterem Fortschreiten zu Verwirrtheit und Lethargie und schließlich zu Krämpfen und Koma (Bewußtlosigkeit). Das Elektroencephalogramm (EEG) durchläuft zuerst Stadien einer erhöhten Amplitude mit Frequenzverminderung, dann einer verminderten Amplitude mit Frequenzerhöhung und schließlich der Isoelektrizität (Nullinien-EEG; isoelektrisches EEG). Durch den Mangel des Stoffwechselsubstrats Glucose ist bei isoelektrischem EEG der Gehalt des Gehirns an ATP und Kreatinphosphat, den direkten Energielieferanten, drastisch vermindert. Ursache der Ausfallssymptome bei Hypoglykämie scheint nicht direkt der Substratmangel zu sein, sondern die durch den Substratmangel sekundär verminderte Synthese und Freisetzung von Neurotransmittern. Bei längerdauernder (mehrere Minuten) Hypoglykämie kommt es in Folge des isoelektrischen EEG zum Absterben von Nervenzellen. Wie auch bei anderen Arten der Schädigung (Ischämie, Sauerstoffmangel) tritt nicht ein genereller Zelltod ein, sondern es sind häufig Neurone einer bestimmten Lokalisation betroffen, zum Beispiel in speziellen Regionen des Hippocampus (selektive Vulnerabilität).
2) Hypoxische Encephalopathie. Genauso unentbehrlich wie Glucose ist Sauerstoff für die Aufrechterhaltung des Stoffwechsels als Grundlage der Funktion des Gehirns. Zwar kann Glucose auch ohne Sauerstoff anaerob in der Glykolyse bis zum Lactat abgebaut werden, jedoch ist die Energieausbeute hierbei so gering (2 statt 32 ATP pro Mol Glucose), daß sie den hohen Energiebedarf des Gehirns nicht decken kann. Ein verminderter Sauerstoffpartialdruck im arteriellen Blut kann nicht nur pathophysiologisch, z.B. im Verlauf einer zunehmenden Lungenerkrankung (Diffusionsstörung), sondern auch physiologisch beim Aufstieg in größere Höhen auftreten. Bei Sauerstoffpartialdrücken, welche einer Höhe von 3000-4000 m über dem Meeresspiegel entsprechen, kommt es zu ersten Ausfallserscheinungen, welche bei differenzierten Tests (Rechenaufgaben, Kurzzeitgedächtnis) nachweisbar sind. Hierbei ist der Sauerstoffpartialdruck im arteriellen Blut auf etwa die Hälfte seines Normalwerts gesunken. Bei einer Senkung auf ein Drittel kommt es zu deutlichen kognitiven und motorischen Störungen (Höhenkrankheit), bei weiterer Senkung zum Bewußtseinsverlust (Koma). Ursache der Symptome bei Hypoxie dürfte, analog zur Hypoglykämie, die verminderte Synthese und Freisetzung von Neurotransmittern sein. Hierfür spricht unter anderem, daß der ATP-Gehalt des Gehirns auch bei deutlichen Funktionsstörungen noch normal ist.
3) Hepatische Encephalopathie. Beim Versagen der Funktion der Leber treten typische Beeinträchtigungen der Hirnfunktion auf. Sie schreiten bei akutem Leberversagen in Stunden bis Tagen bis zum Koma (Bewußtlosigkeit) und zum Hirntod fort, während bei chronischem Leberschaden allmähliche Persönlichkeitsveränderungen, mentale Defekte mit Veränderungen im EEG und motorische Störungen nach Monaten bis Jahren in das genannte Endstadium übergehen. Bei akutem wie bei chronischem Leberversagen kommt es zu Anreicherung neurotoxischer Substanzen im Gehirn, welche die Leber entweder nicht erreichen oder dort nicht entgiftet werden können. Die wichtigsten beiden Substanzen in diesem Zusammenhang sind Ammoniak und Mangan (Manganvergiftung). Die Ablagerung von Mangan in den Basalganglien des Gehirns könnte die typischen motorischen Symptome der Asterixis (kurzdauernder Verlust des Haltungstonus der Armmuskulatur mit Korrekturbewegungen) erklären. Die Ammoniakkonzentration im Blut ist wegen der verminderten Verarbeitung im Stoffwechsel auf das Zehnfache und mehr erhöht. Der erhöht anfallende Ammoniak wird – wie normal, allerdings nun vermehrt – von den Astrocyten des Gehirns aufgenommen und an Glutaminsäure gebunden, woraus Glutamin entsteht. Durch die Überladung der Astrocyten mit Glutamin wird deren Funktion in verschiedener Hinsicht gestört. Der normale Austausch von Glutamin und Glutamat zwischen Astrocyten und Neuronen wird beeinträchtigt. Im Rahmen dieser Störung werden verschiedene Neurotransmittersysteme, besonders das Serotonin-System, die GABAerge Erregungsübertragung (GABA) und das endogene Opiatsystem (Opiatpeptide) in ihrer Funktion verändert.
4) Urämische Encephalopathie. Bei Nierenversagen kommt es im Blut zu einer Anreicherung harnpflichtiger Substanzen (hauptsächlich Harnstoff), die in das Gehirn übertreten und zu Funktionsstörungen des Gehirns führen. Bei akutem Nierenversagen kann es umgehend zu Bewußtseinstrübungen bis hin zum Koma sowie zu Psychosen mit entsprechenden Veränderungen im EEG kommen. Beim chronischen Nierenversagen steigt die Konzentration harnpflichtiger Substanzen langsamer an. Hierbei treten die Symptome allmählich auf und sind – bei gleicher Erhöhung harnpflichtiger Substanzen im Plasma – weniger tiefgreifend, z.B. Kopfschmerzen, psychische Alterationen und Gedächtnisstörungen. Die Schwere des Krankheitsbilds kann sich in epileptischen Anfällen und Polyneuropathien (Erkrankungen der peripheren Nerven) äußern.

W.K.

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