Nach einem Schlaganfall beginnt für das Gehirn ein langwieriger Prozess der Reparatur. Dabei geht es nicht nur darum, geschädigte Nervenzellen zu ersetzen oder neue Verbindungen aufzubauen. Auch Stoffwechselprodukte und entzündliche Signalstoffe müssen aus dem betroffenen Gewebe entfernt werden. Eine neue Studie der University of Rochester liefert nun Hinweise darauf, dass dabei die innere Uhr des Körpers eine wichtige Rolle spielen könnte. In Experimenten mit Mäusen konnten die Wissenschaftler die natürlichen circadianen Rhythmen gezielt verstärken. Dadurch verbesserten sich mehrere Anzeichen der Erholung nach einem Schlaganfall.

Die behandelten Tiere zeigten unter anderem eine bessere motorische Erholung. Gleichzeitig wurde ein stärkerer Flüssigkeitsfluss im sogenannten glymphatischen System beobachtet und die Konzentration verschiedener entzündlicher Signalstoffe im Gehirn nahm ab. Die Ergebnisse sind interessant, weil die Behandlung nicht unmittelbar nach dem Schlaganfall begann. Die entsprechenden Maßnahmen wurden erst drei Tage nach dem Ereignis eingesetzt – also deutlich später als klassische Akutbehandlungen, bei denen es auf ein möglichst schnelles Eingreifen ankommt.

Das Gehirn besitzt ein eigenes Reinigungssystem

Das Gehirn verfügt über ein Flüssigkeitssystem, das bei der Beseitigung von Stoffwechselprodukten hilft: das sogenannte glymphatische System. Dabei bewegt sich Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit entlang bestimmter Strukturen im Gehirn und unterstützt den Transport von Abfallstoffen aus dem Nervengewebe. Das System ist besonders während bestimmter Schlafphasen aktiv und wird deshalb seit Jahren intensiv im Zusammenhang mit Schlaf und Gehirngesundheit erforscht.

Die frühere Forschung von Maiken Nedergaard und ihren Kollegen trug wesentlich dazu bei, dieses System zu beschreiben. Spätere Untersuchungen zeigten, dass seine Aktivität nicht ausschließlich vom Schlaf abhängt. Auch die innere biologische Uhr beeinflusst, wann und wie stark der Flüssigkeitstransport im Gehirn abläuft. Damit entsteht eine interessante Verbindung zwischen Schlaf, circadianer Rhythmik und der Reinigung des Gehirns.

Eine systematische Übersichtsarbeit aus 2022 von Chong und Kollegen wertete die verfügbare Forschung zum Zusammenhang zwischen Schlaf und glymphatischer Funktion aus. Die Ergebnisse sprechen dafür, dass Schlaf eng mit Veränderungen des Flüssigkeitsaustauschs im Gehirn verbunden ist, wobei die genauen Mechanismen und ihre Bedeutung für den Menschen noch nicht vollständig geklärt sind.

Was verändert ein Schlaganfall?

Ein Schlaganfall kann das empfindliche Gleichgewicht im Gehirn erheblich stören. Durch die Schädigung entstehen unter anderem Entzündungsreaktionen und Stoffwechselveränderungen. Auch das glymphatische System funktioniert nach einem Schlaganfall nicht mehr normal. Dadurch könnte es für das Gehirn schwieriger werden, bestimmte Stoffwechselprodukte und entzündliche Signalstoffe abzutransportieren.

Genau hier setzt die neue Forschung an. Die Wissenschaftler gingen von der Frage aus, ob nicht nur die direkte Behandlung der Hirnschädigung entscheidend ist, sondern auch die Unterstützung der körpereigenen Rhythmen, die das Gehirn bei seinen Reparatur- und Reinigungsprozessen steuern.

Wenn die innere Uhr aus dem Takt gerät

Die biologische Uhr steuert weit mehr als den Schlaf-Wach-Rhythmus. Nahezu alle Organe und viele Zellen im Körper folgen einem ungefähr 24-stündigen Rhythmus. Dazu gehören beispielsweise Stoffwechsel, Hormonhaushalt, Körpertemperatur, Blutdruck und zahlreiche Prozesse innerhalb des Gehirns.

Auch beim Schlaganfall gibt es Hinweise auf einen Zusammenhang mit der Tageszeit. Sowohl das Auftreten als auch die Schwere von Schlaganfällen können sich über den Tagesverlauf unterscheiden. Gleichzeitig entwickeln viele Menschen nach einem Schlaganfall Störungen des Schlaf-Wach-Rhythmus.

Solche Veränderungen sind nicht belanglos. Ein gestörter Tagesrhythmus kann die Erholung des Körpers erschweren und steht nach einem Schlaganfall unter anderem mit einer schlechteren Lebensqualität in Verbindung. Die Forscher stellten deshalb eine interessante Frage: Könnte eine Stabilisierung der inneren Uhr dem Gehirn helfen, sich nach einer Schädigung besser zu regenerieren?

Mehrere Wege, um die biologische Uhr zu stärken

Um diese Frage zu untersuchen, testete das Forschungsteam verschiedene Möglichkeiten, den circadianen Rhythmus zu beeinflussen. Dazu gehörten zeitlich abgestimmte Lichtreize, Melatonin, der Wirkstoff KL001 sowie eine zeitlich begrenzte Nahrungsaufnahme.

Zunächst untersuchten die Wissenschaftler gesunde Mäuse. Dabei zeigte sich, dass die verschiedenen Maßnahmen die Aktivität des glymphatischen Systems steigern konnten. Anschließend konzentrierten sie sich auf zwei besonders vielversprechende Ansätze: KL001 und eine zeitlich begrenzte Nahrungsaufnahme während der aktiven Phase der Tiere. Diese beiden Strategien wurden anschließend in Mausmodellen eines Schlaganfalls untersucht.

Interessant: Die Behandlung begann erst Tage später

Ein besonders bemerkenswerter Aspekt der Untersuchung war der Zeitpunkt. Die Interventionen wurden nicht unmittelbar nach dem Schlaganfall begonnen, sondern erst drei Tage später. Damit lag der Beginn außerhalb des engen Zeitfensters, in dem bestimmte etablierte Akutbehandlungen des Schlaganfalls durchgeführt werden müssen.

Trotz dieser Verzögerung zeigten die behandelten Mäuse eine bessere motorische Erholung. Außerdem waren die Läsionen im Gehirn kleiner, der glymphatische Flüssigkeitsfluss war stärker und verschiedene entzündliche Zytokine lagen in niedrigeren Konzentrationen vor.

Das bedeutet nicht, dass eine solche Behandlung beim Menschen bereits als Therapie eingesetzt werden kann. Es zeigt zunächst, dass die Beeinflussung der circadianen Rhythmik in einem Tiermodell auch nach Beginn der Hirnschädigung messbare Auswirkungen haben kann.

Warum die Entzündung eine wichtige Rolle spielen könnte

Nach einem Schlaganfall ist eine Entzündungsreaktion zunächst ein normaler Bestandteil der Reaktion des Körpers auf die Verletzung. Das Immunsystem hilft dabei, geschädigtes Gewebe zu beseitigen und Reparaturprozesse einzuleiten. Problematisch kann es werden, wenn entzündliche Signale über längere Zeit bestehen bleiben.

Die neue Studie liefert Hinweise darauf, dass eine verbesserte glymphatische Funktion dabei helfen könnte, solche Signale effektiver aus dem Gehirn abzutransportieren. Interessant war, dass nicht nur ein einzelner Entzündungsmarker verändert wurde. Mehrere untersuchte Zytokine entwickelten sich in dieselbe Richtung.

Das könnte darauf hindeuten, dass die untersuchten Maßnahmen nicht lediglich einen einzelnen Entzündungsweg blockieren. Stattdessen könnte die verbesserte Flüssigkeitsbewegung dazu beitragen, dass verschiedene entzündliche Signalstoffe besser aus dem Gehirngewebe entfernt werden.

Zeitlich begrenztes Essen als möglicher Ansatz

Besonders interessant für die weitere Forschung ist die sogenannte zeitlich begrenzte Nahrungsaufnahme. Dabei wird nicht unbedingt die Menge der Nahrung reduziert. Entscheidend ist vielmehr, dass die Nahrungsaufnahme auf ein bestimmtes Zeitfenster innerhalb des Tages beschränkt wird. Dadurch erhält der Körper längere Phasen ohne Nahrungsaufnahme und kann bestimmte Stoffwechselprozesse stärker an seine innere Uhr koppeln.

In der aktuellen Studie wurde dieses Prinzip auf Mäuse angewendet und mit einer verbesserten Erholung nach dem Schlaganfall in Verbindung gebracht. Das macht den Ansatz wissenschaftlich interessant, weil er grundsätzlich eine Verhaltensintervention darstellt und nicht zwingend auf ein Medikament angewiesen ist.

Allerdings lässt sich daraus noch keine Empfehlung für Menschen nach einem Schlaganfall ableiten. Ernährung und Fasten können nach einem Schlaganfall besondere Risiken und Anforderungen mit sich bringen. Die Ergebnisse müssen daher zunächst in weiteren präklinischen und später gegebenenfalls klinischen Untersuchungen überprüft werden.

Die innere Uhr beeinflusst mehr als den Schlaf

Die Ergebnisse unterstreichen eine Entwicklung in der Chronobiologie: Die biologische Uhr ist offenbar nicht nur für die Frage wichtig, wann wir schlafen. Interne Rhythmen koordinieren zahlreiche Prozesse im Körper. Dazu gehören Stoffwechselvorgänge, Hormone, Gefäßfunktionen und auch bestimmte Abläufe im Gehirn.

Das glymphatische System scheint ebenfalls in diese zeitliche Organisation eingebunden zu sein. Die Arbeitsgruppe von Lauren Hablitz untersucht deshalb, wie Veränderungen der zirkadianen Rhythmik die Funktion dieses Reinigungssystems beeinflussen können.  Damit entsteht ein größeres biologisches Netzwerk: Innere Uhr → Schlaf und Stoffwechsel → Flüssigkeitsbewegung im Gehirn → Abtransport von Stoffwechselprodukten und Entzündungssignalen. Nach einem Schlaganfall könnten mehrere dieser Prozesse gleichzeitig aus dem Gleichgewicht geraten.

Die biologische Uhr als neuer Blickwinkel auf die Schlaganfall-Rehabilitation

Die neuen Ergebnisse eröffnen einen interessanten Forschungsansatz, befinden sich aber noch deutlich vor einer Anwendung beim Menschen. Die aktuelle Studie wurde an Mäusen durchgeführt. Noch ist deshalb nicht geklärt, ob sich die beobachteten Veränderungen des glymphatischen Systems und der Schlaganfall-Erholung auf den Menschen übertragen lassen.

Auch ist noch nicht abschließend bewiesen, dass die verbesserte glymphatische Aktivität tatsächlich die Ursache für die bessere Erholung ist. Möglich ist beispielsweise, dass mehrere Prozesse gleichzeitig von der Stabilisierung der circadianen Rhythmen profitieren. Weitere Untersuchungen müssen deshalb klären, welche Rolle die innere Uhr, der glymphatische Flüssigkeitstransport und die Entzündungsreaktionen jeweils spielen.

Die Studie zeigt einen interessanten Zusammenhang zwischen drei Bereichen, die lange Zeit eher getrennt betrachtet wurden: Chronobiologie, Gehirnreinigung und Schlaganfall-Rehabilitation. Sollten sich die Ergebnisse in weiteren Untersuchungen bestätigen, könnte die gezielte Stabilisierung des Tagesrhythmus eines Tages eine zusätzliche Möglichkeit darstellen, die Erholung des Gehirns nach einer Schädigung zu unterstützen. Bis dahin bleibt die wichtigste Erkenntnis vor allem eine wissenschaftliche: Die innere Uhr könnte wesentlich stärker an den Reparatur- und Reinigungsprozessen des Gehirns beteiligt sein, als bisher angenommen.