Für uns Menschen ist Sauerstoffmangel des Gehirns schnell tödlich. Doch einigen anderen Säugetieren wie Robben oder Mullen macht dies gar nichts aus. Warum, hat jetzt ein internationales Forscherteam herausgefunden. Wie sie in den „Proceedings of the National Academy of Science“ (PNAS) berichten, spielen dafür sauerstoffbindende Atmungsproteine im Gehirn eine entscheidende Rolle. Die Identifizierung der Mechanismen könnte vielleicht zukünftig der Medizin helfen Menschenleben zu retten.
Die medizinischen Sofortmaßnahmen beim Aussetzen der Atmung sind klar: Beatmung und Herzmassage, um so die Versorgung des Gewebes mit Sauerstoff sicher zu stellen. Ansonsten drohen dem Patienten schon wenige Minuten nach einem Herzinfarkt und Gehirnschlag irreversible Schäden, besonders im empfindlichen Nervensystem. Umso erstaunlicher ist, dass einige Säugetiere in ihren natürlichen Lebensräumen Zeiten von Sauerstoffmangel ohne Schädigung ihrer Nervenzellen überstehen.
Blindmull und Robbe als Modellobjekte
So lebt die israelische Blindmulle Spalax, ein etwa 20 Zentimeter langes Nagetier, dauerhaft in ihren unterirdischen Gängen bei Sauerstoffkonzentrationen im Boden, die der Todeszone des Mount-Everest- Gipfels entsprechen. Robben wiederum können während des Tauchens bis zu über einer Stunde den Atem anhalten. Gerade von solchen „extrem-begabten“ Tieren wollen die Mainzer Forscher Thomas Hankeln, Frank Gerlach und Stefan Reuss in enger Zusammenarbeit mit ihren Hamburger Kollegen Thorsten Burmester und Stephanie Mitz sowie Forschern in Israel und Norwegen lernen, wie vielleicht zukünftig lebensbedrohliche Sauerstoffmangelsituationen beim Menschen zu behandeln sind.
Dazu untersuchten die Molekularbiologen die Aktivität von sauerstoffbindenden Atmungsproteinen, so genannten Globinen, in den Nervenzellen der Tiere. Die Proteine Neuroglobin und Cytoglobin speichern kurzzeitig Sauerstoff speichern und beseitigen für die Zelle giftige reaktive Sauerstoffverbindungen. Es zeigte sich, dass diese Proteine im Gehirn der Blindmulle um ein Vielfaches stärker gebildet werden als bei Ratten, die wie Menschen sehr sensibel auf Sauerstoffmangel reagieren.
Atmungsproteine auch in den Stützzellen des Gehirns
Als auffällige Gemeinsamkeit von Spalax und Robbe zeigt sich ein weiterer Unterschied, der vielleicht die eigentliche Ursache der Anpassung beider Arten an Sauerstoffmangel darstellt: Speziell Neuroglobin wird hier in Stützzellen des Nervensystems, den Gliazellen, gefunden, während Mensch, Maus und Ratte dieses Atmungsprotein nur in Nervenzellen selbst bilden. Die Wissenschaftler vermuten daher, dass Säugetiere, die besonders gut mit Sauerstoffmangel zurechtkommen, während der evolutionären Anpassung an ihren extremen Lebensraum ihren gesamten Gehirn-Energiestoffwechsel umgestellt haben.
Spekuliert wird, dass die gegenüber Sauerstoffmangel toleranten Arten ihre sauerstoffverbrauchenden Stoffwechselwege primär in die Gliazellen verschoben haben. Umgekehrt scheinen die höchst empfindlichen Nervenzellen dadurch vor Schäden bewahrt zu werden, dass sie ihre Energie vor allem aus Stoffwechselvorgängen beziehen, die keinen Sauerstoff benötigen. Diese Erkenntnisse könnten zukünftige Wege aufzeigen, wie durch einen gezielten Einsatz der Atmungsproteine im Nervensystem kritische Phasen der Sauerstoffunterversorgung vielleicht besser zu bewältigen sind. (PNAS (AOP) doi:10.1073/pnas.1015379107)
(Universität Mainz, 13.12.2010 – NPO)
