Blut-Hirn-Schranke, Hirnödem und das neuronale Milieu

Zwei Patienten mit Hirnödem, zwei entgegengesetzte Entscheidungen. Der eine hat nach einem Kreislaufstillstand ein diffuses Ödem mit aufgehobener Mark-Rinden-Grenze; bei ihm zieht die Osmotherapie Wasser aus dem Gewebe, und Dexamethason nützt nichts. Die andere hat ein Glioblastom mit fingerförmigem Ödem der weißen Substanz; bei ihr wirkt Dexamethason binnen Stunden, und die Osmotherapie hält nur kurz. Der Unterschied liegt nicht im Ausmaß des Ödems, sondern in einer einzigen Frage: Ist die Blut-Hirn-Schranke noch dicht? Wer diese Frage nicht stellt, behandelt das eine Ödem mit dem Mittel des anderen.

Die Schranke entscheidet aber weit mehr als die Ödemtherapie. Sie bestimmt, warum ein Muskelrelaxans das Bewusstsein nicht berührt, warum Neostigmin peripher und Physostigmin zentral wirkt, warum Glycopyrronium keine Verwirrtheit erzeugt und Atropin sehr wohl, warum Antibiotika bei Meningitis höher dosiert werden und warum ein Teil der Opioidwirkung erst mit Verzögerung eintritt. Sie erklärt außerdem, warum eine Hyponatriämie das Gehirn früher trifft als jedes andere Organ und warum sie nicht zu rasch korrigiert werden darf. Und sie öffnet sich unter Entzündung, was die Brücke zu Sepsis, postoperativer Verwirrtheit und Delir schlägt. Die Osmolalität und die Natriumstörungen als solche sind in der Kachel Inneres Milieu dargestellt; hier geht es um das Organ, das sie trifft.

Die Blut-Hirn-Schranke ist keine Membran, sondern ein Zellverband mit vier Bestandteilen, die man gemeinsam als neurovaskuläre Einheit bezeichnet. Den Kern bildet das Endothel der Hirnkapillaren. Es unterscheidet sich vom Endothel aller anderen Organe in drei Punkten: Es hat keine Fenster, es zeigt nur sehr wenig Vesikeltransport, und seine Zellen sind durch ausgedehnte dichte Verbindungen aus Claudinen und Occludinen verbunden. Diese Verbindungen verschließen den Weg zwischen den Zellen so vollständig, dass der elektrische Widerstand über der Hirnkapillare um Größenordnungen höher liegt als über einer Muskelkapillare. Damit ist der einfachste Weg, den ein gelöster Stoff in anderen Organen nimmt, nämlich der Weg zwischen den Zellen hindurch, im Gehirn praktisch geschlossen. Alles, was hinein will, muss durch die Zelle.

Außen liegt die Basalmembran, in die Perizyten eingebettet sind. Perizyten sind kontraktile Zellen, die die Kapillare umgreifen; sie stimmen die Durchblutung auf lokaler Ebene mit ab, steuern die Ausbildung der dichten Verbindungen und begrenzen den Vesikeltransport. Ihr Verlust ist ein früher Schritt bei der Öffnung der Schranke. Die äußerste Schicht bilden die Astrozytenfortsätze, deren Endfüße die Kapillare fast lückenlos überziehen. Sie bilden keine Barriere im Sinn einer Abdichtung, sondern sie unterhalten die Barriere: Sie geben Signalstoffe ab, die das Endothel zur Ausbildung der dichten Verbindungen veranlassen, und sie tragen in ihrer Membran die Wasserkanäle, über die praktisch aller Wasseraustausch zwischen Blut und Hirngewebe läuft. Über weitere Fortsätze stehen dieselben Astrozyten mit den Synapsen in Verbindung. Damit ist die Einheit vollständig: Das Gefäß, die Zellen, die es abdichten, und die Zellen, die gleichzeitig am Gefäß und an der Synapse sitzen.

Für die Praxis heißt das: Behandeln Sie die Schranke nicht als Konstante, sondern als einen Zustand, der sich ändern kann. Fragen Sie bei jeder Entscheidung über Medikamente und Osmotherapie, ob Sie von einer intakten oder einer geschädigten Schranke ausgehen, und prüfen Sie diese Annahme am Bild und am Verlauf. Erwarten Sie in Bereichen mit sichtbarer Kontrastmittelanreicherung eine offene Schranke, denn Kontrastmittel tritt bei intakter Schranke nicht aus. Den Fehler erkennen Sie daran, dass eine Substanz mit fehlender zentraler Wirkung höher dosiert wird, obwohl sie das Gehirn gar nicht erreicht.

Aus dem Bau folgen genau drei Wege hinein und ein Weg hinaus. Der erste ist die freie Diffusion durch die Zellmembranen. Sie steht kleinen, ungeladenen, lipophilen Molekülen offen, also Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoffmonoxid, den volatilen Anästhetika, Propofol und den meisten Opioiden. Die Geschwindigkeit hängt an Lipophilie, Molekülgröße, Ladung und Eiweißbindung; nur der freie, ungeladene Anteil passiert. Deshalb wirken schwache Basen in einem sauren Milieu schlechter, und deshalb tritt ein Stoff mit hoher Eiweißbindung langsamer über, obwohl er lipophil ist.

Der zweite Weg ist der Transport über Carrier. Glucose gelangt über einen eigenen Transporter in das Gehirn, und zwar insulinunabhängig, aber sättigbar. Das erklärt zweierlei: Das Gehirn nimmt bei Hyperglykämie nicht beliebig mehr Glucose auf, und es leidet bei Hypoglykämie sofort, weil es keine nennenswerten Speicher hat. Große neutrale Aminosäuren nutzen ebenfalls einen eigenen Transporter, und dieser ist der Grund, warum sich die Vorstufe eines Botenstoffs verabreichen lässt, wo der Botenstoff selbst nicht hineinkäme. Weitere Systeme transportieren Monocarboxylate wie Laktat und Ketonkörper, die im Hunger und unter Belastung einen erheblichen Teil des Energiebedarfs decken.

Der dritte Weg ist der Transport großer Moleküle über Rezeptoren, etwa für Transferrin und Insulin; er ist mengenmäßig klein, aber pharmazeutisch interessant. Der Weg hinaus schließlich sind die aktiven Auswärtspumpen der luminalen Endothelmembran, allen voran das P-Glykoprotein. Sie befördern Substanzen, die bereits in die Endothelzelle eingedrungen sind, zurück in das Blut. Das ist der Grund, warum manche lipophilen Stoffe trotz guter Löslichkeitseigenschaften keine zentrale Wirkung entfalten, und der Grund, warum bestimmte Wechselwirkungen die Hirnwirkung eines Medikaments unerwartet verstärken können.

Für die Praxis heißt das: Ordnen Sie jedes Medikament, dessen zentrale Wirkung Sie beurteilen müssen, einem dieser Wege zu, bevor Sie über Dosis oder Wirksamkeit entscheiden. Nutzen Sie die Regel, dass quaternäre Verbindungen draußen bleiben und tertiäre Amine hineinkommen, als schnelle Entscheidungshilfe am Bett. Erwarten Sie bei entzündeten Hirnhäuten eine bessere und bei abklingender Entzündung eine wieder schlechtere Aufnahme und passen Sie die Dosierung entsprechend an, statt sie über den ganzen Verlauf gleich zu lassen. Den Fehler erkennen Sie daran, dass ein wacher Patient unter Relaxans als sediert gilt oder dass eine Verwirrtheit unter Atropin als Delir aus anderer Ursache gedeutet wird.

Die Schranke ist nicht überall geschlossen, und das aus gutem Grund. An mehreren Stellen um den dritten und vierten Ventrikel liegen die zirkumventrikulären Organe mit gefenstertem Endothel. Dazu gehören die Area postrema am Boden des vierten Ventrikels, die Eminentia mediana, die Neurohypophyse, das Subfornikalorgan und das Organum vasculosum der Lamina terminalis. Ihre Aufgabe ist Messen und Abgeben: Hier muss das Gehirn die Zusammensetzung des Blutes direkt prüfen können, und hier müssen Hormone direkt in das Blut gelangen. Das Subfornikalorgan und das Organum vasculosum registrieren die Osmolalität und lösen Durst und die Vasopressinfreisetzung aus; die Area postrema ist die Brechreizzone, die Giftstoffe im Blut erkennt und Erbrechen auslöst. Aus dieser Anatomie folgt unmittelbar, warum Substanzen, die das Gehirn sonst nicht erreichen, dennoch Übelkeit erzeugen können, und warum die Antiemetika an dieser Stelle angreifen.

Der zweite Punkt betrifft den Abtransport. Das Gehirn hat keine klassischen Lymphgefäße im Gewebe, muss aber Abbaustoffe und Eiweiße loswerden. Nach heutiger Vorstellung geschieht das über die perivaskulären Räume: Liquor tritt entlang der arteriellen Gefäße in das Gewebe ein, durchströmt den Interstitialraum unter Beteiligung der Wasserkanäle der Astrozytenfüße und verlässt ihn entlang der Venen; von dort gelangen die gelösten Stoffe über die Hirnhäute in die Lymphgefäße des Halses. Diese glymphatische Vorstellung ist gut begründet, in vielen Einzelheiten aber noch offen und beim Menschen nicht unmittelbar messbar; man sollte sie als Arbeitsmodell und nicht als gesicherte Größe behandeln. Zwei Beobachtungen sind konsistent: Der Austausch ist im Schlaf deutlich ausgeprägter als im Wachzustand, weil der Interstitialraum dann größer ist, und er ist bei gestörtem Liquorfluss und bei geschädigten Astrozytenfüßen vermindert.

Für die Praxis heißt das: Halten Sie den Liquorfluss und den venösen Abfluss frei, weil beide auch den Abtransport gelöster Stoffe tragen; die Lagerungsregeln aus dem vorangehenden Unterkapitel gelten damit doppelt. Behandeln Sie den Schlaf auf der Intensivstation als Behandlungsziel und nicht als Komfort, indem Sie nächtliche Störungen, Licht und unnötige Maßnahmen begrenzen. Erwarten Sie, dass Substanzen ohne zentrale Wirkung dennoch Übelkeit auslösen können, weil die Brechreizzone außerhalb der Schranke liegt. Den Fehler erkennen Sie daran, dass Übelkeit als Zeichen einer zentralen Wirkung gedeutet und deshalb eine Sedierung reduziert wird, die mit dem Symptom nichts zu tun hat.

Die Schranke erzeugt einen abgeschlossenen Raum, und in diesem Raum arbeiten die Astrozyten als Hausverwaltung. Ihre erste Aufgabe ist das Kaliumpuffern. Jedes Aktionspotenzial gibt Kalium in den engen Extrazellulärraum ab, der nur einen kleinen Teil des Hirnvolumens ausmacht. Ohne Gegenmaßnahme würde die extrazelluläre Kaliumkonzentration bei hoher Aktivität rasch steigen, das Ruhemembranpotenzial würde sich der Schwelle nähern und die Erregbarkeit unkontrolliert zunehmen. Astrozyten nehmen das Kalium über Kanäle und über ihre Natrium-Kalium-Pumpe auf und geben es über ihr ausgedehntes, untereinander gekoppeltes Netz an Orten geringerer Konzentration und an den Gefäßen wieder ab. Die Grundlagen des Membranpotenzials stehen in Kachel 01, die Erregungsleitung in Kachel 02; hier zählt die Folge: Versagt diese Pufferung, etwa bei Energiemangel, steigt das extrazelluläre Kalium, und aus einer lokalen Störung wird ein sich ausbreitender Erregungssturm.

Die zweite Aufgabe ist die Aufnahme von Glutamat. Glutamat ist der wichtigste erregende Botenstoff und zugleich ein Zellgift, sobald es im Extrazellulärraum verbleibt. Astrozyten nehmen es über Transporter auf, die vom Natriumgradienten angetrieben werden, und wandeln es zu Glutamin um, das sie an das Neuron zurückgeben; dort wird daraus wieder Glutamat. Dieser Kreislauf hält die extrazelluläre Konzentration außerordentlich niedrig. Bei Energiemangel bricht er zusammen, weil der Natriumgradient zusammenbricht und die Transporter dann sogar rückwärts arbeiten. Glutamat sammelt sich an, öffnet calciumdurchlässige Kanäle am Neuron, und der Calciumeinstrom löst die Kaskade aus, die als Exzitotoxizität den Zelltod nach Ischämie und Trauma trägt.

Die dritte Aufgabe ist der Energieaustausch. Astrozyten liegen mit einem Fortsatz am Gefäß und mit einem anderen an der Synapse und sind damit die logische Schnittstelle zwischen Durchblutung und Verbrauch. Sie nehmen Glucose auf, speichern einen kleinen Vorrat als Glykogen, der als einzige Energiereserve des Gehirns gilt, und geben bei hoher synaptischer Aktivität Laktat an die Neuronen ab, die es unmittelbar verwerten. Zugleich melden sie über ihre Endfüße den Bedarf an die Gefäße weiter und sind damit an der Kopplung von Aktivität und Durchblutung beteiligt, die im vorangehenden Unterkapitel dargestellt ist.

Für die Praxis heißt das: Behandeln Sie beim Anfall, bei der Ischämie und beim Trauma zuerst die Größen, von denen diese drei Leistungen abhängen, nämlich Sauerstoffangebot, Perfusionsdruck, Blutzucker und Temperatur. Beenden Sie einen Anfall rasch, weil jede weitere Minute Kaliumpufferung und Glutamataufnahme zusätzlich belastet. Vermeiden Sie Hyperthermie konsequent, weil sie den Verbrauch steigert, während das Angebot begrenzt bleibt. Den Fehler erkennen Sie daran, dass nach einem generalisierten Anfall die Ursachensuche beginnt, bevor der Anfall sicher beendet, der Blutzucker gemessen und die Oxygenierung gesichert ist.

Ein Hirnödem ist zusätzliches Wasser im Schädel, und es gibt drei grundsätzlich verschiedene Wege, auf denen es dorthin gelangt. Die Unterscheidung ist keine Feinheit der Pathologie, sondern bestimmt unmittelbar die Behandlung.

Beim zytotoxischen oder besser zellulären Ödem liegt das Wasser in den Zellen. Ursache ist ein Energiemangel: Die Natrium-Kalium-Pumpe versagt, Natrium sammelt sich in der Zelle an, Wasser folgt osmotisch, und die Zelle schwillt. Die Schranke ist zunächst intakt, das Gesamtwasser im Schädel steigt anfangs kaum, das Wasser wird nur umverteilt. Typische Auslöser sind Ischämie, Kreislaufstillstand, schwere Hypoxie, Leberversagen und die akute Hyponatriämie. Im Bild zeigt sich früh eine Aufhebung der Mark-Rinden-Grenze, in der Diffusionswichtung eine Einschränkung der Beweglichkeit der Wassermoleküle. Weil die Schranke steht, zieht die Osmotherapie hier zuverlässig, und die entscheidende Behandlung ist die Beseitigung der Ursache.

Beim vasogenen Ödem liegt das Wasser außerhalb der Zellen. Ursache ist eine geöffnete Schranke: Die dichten Verbindungen lockern sich, der Vesikeltransport nimmt zu, und Eiweiße treten mit Wasser in das Interstitium über. Typische Auslöser sind Tumoren, Abszesse, Entzündungen, das späte Stadium nach Trauma und Ischämie sowie die hypertensive Enzephalopathie. Das Ödem breitet sich bevorzugt in der weißen Substanz aus, weil dort der Widerstand entlang der Faserbündel geringer ist; im Bild entsteht das bekannte fingerförmige Muster mit Kontrastmittelaustritt. Hier wirkt Dexamethason, weil es die Durchlässigkeit der Tumorgefäße vermindert, und hier ist die Osmotherapie weniger verlässlich, weil das osmotisch wirksame Teilchen durch die undichte Stelle mit austritt.

Beim interstitiellen Ödem stammt das Wasser aus dem Liquor. Bei einem Aufstau in den Ventrikeln presst der erhöhte Liquordruck Flüssigkeit durch das Ependym in die periventrikuläre weiße Substanz. Die Schranke ist intakt, das Ödem ist Folge eines Druckgradienten und nicht einer Durchlässigkeitsstörung. Im Bild sieht man erweiterte Ventrikel mit einem Saum verminderter Dichte um die Vorderhörner. Weder Osmotherapie noch Steroide lösen das Problem; wirksam ist allein die Ableitung des Liquors.

In der Wirklichkeit treten die Formen selten rein auf. Nach einem großen Mediainfarkt beginnt das Ödem zellulär und wird über Tage zunehmend vasogen, sobald die Schranke zerfällt; genau dieser Übergang erklärt, warum die Osmotherapie am zweiten Tag noch wirkt und am vierten kaum noch. Nach einer Subarachnoidalblutung können alle drei Formen gleichzeitig bestehen. Die Frage ist deshalb nicht, welche Form vorliegt, sondern welche gerade überwiegt.

Für die Praxis heißt das: Bestimmen Sie vor jeder Ödembehandlung die Form anhand von Ursache und Bild und begründen Sie daraus die Maßnahme. Geben Sie Dexamethason beim Tumor- und Abszessödem und nicht beim ischämischen oder traumatischen Ödem, wo es keinen Nutzen hat. Erwarten Sie beim großen Infarkt eine nachlassende Wirkung der Osmotherapie im Verlauf und planen Sie die Entscheidung über eine operative Entlastung rechtzeitig statt in der Krise. Den Fehler erkennen Sie daran, dass eine Osmotherapie wiederholt gegeben wird, obwohl Natrium und Osmolalität bereits hoch sind und der Druck jedes Mal nur kurz fällt.

Die Osmotherapie beruht auf einer einzigen Voraussetzung: Das gegebene Teilchen darf die Schranke nicht überqueren. Nur dann entsteht zwischen Blut und Hirngewebe ein Gefälle, dem Wasser folgen kann. Mannitol und Natrium erfüllen diese Bedingung bei intakter Schranke annähernd. Genau deshalb zieht die Osmotherapie beim zellulären Ödem und versagt dort, wo die Schranke zerstört ist: Das Teilchen tritt in das geschädigte Gewebe über, das Gefälle verschwindet, und beim Abklingen der Blutkonzentration kehrt es sich sogar um, was den bekannten Rückschlag erklärt. Dass beide Osmotika dabei gleichwertig sind, zeigte eine Auswertung von 15 Studien mit 637 Patienten mit vergleichbarer Drucksenkung ohne Unterschied in Sterblichkeit und Ergebnis, kürzerer Wirkdauer von Mannitol und kürzerer Intensivliegedauer unter hypertoner Kochsalzlösung.² Ebenso wichtig ist die Abgrenzung von der Vorbeugung: Eine vorbeugende Dauerinfusion hypertoner Kochsalzlösung verbesserte bei 370 Patienten das neurologische Ergebnis nach sechs Monaten nicht, mit einer Odds Ratio von 1,02.³ Die Osmotherapie steht in den Eskalationsalgorithmen daher als Maßnahme einer mittleren Stufe und nicht als Dauerkonzept.^{4, 5}

Die steuernden Größen sind Natrium und Osmolalität, und zwar beide. Die Osmolalität sagt, wie viele Teilchen insgesamt gelöst sind; die Tonizität sagt, wie viele davon die Schranke tatsächlich nicht überqueren und deshalb Wasser bewegen. Harnstoff steigt bei Niereninsuffizienz und hebt die Osmolalität, wirkt aber nicht tonisch, weil er langsam übertritt. Die Physiologie dahinter steht vollständig in der Kachel Inneres Milieu; entscheidend ist hier die Anwendung. Das Gehirn ist das Organ, das eine Hyponatriämie zuerst spürt, weil es in einem starren Behälter liegt und kein Ausweichvolumen hat. Es wehrt sich, indem die Zellen zunächst Kalium und Chlorid und über Tage organische Osmolyte abgeben, sodass sich das Zellvolumen wieder normalisiert. Diese Anpassung erklärt beide Gefahren: Eine rasch entstandene Hyponatriämie erzeugt ein Hirnödem, bevor die Anpassung greifen kann, und eine rasch korrigierte chronische Hyponatriämie entzieht den angepassten Zellen Wasser und führt zum osmotischen Demyelinisierungssyndrom.⁶ Deshalb gilt für die Korrektur eine Höchstgeschwindigkeit, und deshalb ist beim Hirndruckpatienten eine Hyponatriämie kein Nebenbefund, sondern eine behandlungsbedürftige Ursache.

Der letzte Punkt betrifft die Entzündung. Die Schranke ist keine feste Wand, sondern ein regulierter Zustand, und Entzündungsstoffe verändern ihn innerhalb von Stunden. Bei Sepsis, nach großen Operationen und nach Trauma steigen Botenstoffe im Blut, die Endothelzellen aktivieren, die dichten Verbindungen lockern, den Vesikeltransport steigern und Leukozyten anlocken. Die Folge ist eine durchlässigere Schranke mit vasogenem Ödem, gestörter Regulation der Durchblutung und veränderter Wirkung von Medikamenten, die nun in größerem Umfang in das Gehirn gelangen. Dieselbe Kette ist eine der plausibelsten Erklärungen für die septische Enzephalopathie und für einen Teil des postoperativen Delirs; die europäische Leitlinie nennt die operationsbedingte Entzündung ausdrücklich als einen der beteiligten Mechanismen und die Narkosetiefe, die Analgesie und die hämodynamische Stabilität als die beeinflussbaren Faktoren.⁷ Auch die Steuerung nach Hirngewebesauerstoffdruck setzt voraus, dass Gewebe und Gefäß als eine Einheit betrachtet werden.⁸ Wie sich daraus Prävention und Behandlung des Delirs ergeben, ist Gegenstand des Unterkapitels zum Delir.

Für die Praxis heißt das: Messen Sie Natrium und Osmolalität vor jeder weiteren Gabe eines Osmotikums und dokumentieren Sie eine obere Grenze, ab der Sie nicht weiter steigern. Fragen Sie bei ausbleibender Wirkung zuerst, ob die Schranke in diesem Bezirk überhaupt noch dicht ist, bevor Sie die Dosis erhöhen. Unterscheiden Sie bei jeder Hyponatriämie akut von chronisch, weil daraus entgegengesetzte Korrekturgeschwindigkeiten folgen. Und erwarten Sie bei Sepsis und nach großen Eingriffen eine durchlässigere Schranke mit stärkerer Wirkung zentral wirksamer Medikamente. Den Fehler erkennen Sie daran, dass ein septischer Patient unter unveränderter Sedierungsdosis immer tiefer sediert wird und dies als Verschlechterung der Grunderkrankung gedeutet wird.

Stellen Sie sich das Gehirn als ein Gebäude mit einer einzigen bewachten Tür vor. Es gibt keine Fenster und keine Lieferantentür: Der Weg zwischen den Mauersteinen, den in anderen Organen jeder nehmen kann, ist zugemauert. Wer hinein will, hat drei Möglichkeiten. Er geht als Lipophiler einfach durch die Wand, er wird als Glucose oder Aminosäure an der Tür mit einem Ausweis abgeholt, oder er wird, wenn er ohne Berechtigung hineingelangt ist, von der Pumpe wieder hinausbefördert. Alles, was Sie über die Wirkung eines Medikaments im Gehirn vorhersagen wollen, beantworten Sie, indem Sie prüfen, welche der drei Möglichkeiten es nutzen kann.

Der zweite Teil des Bildes betrifft das Wasser. Weil das Gebäude in einem starren Behälter steht, ist jede Wasserverschiebung ein Druckproblem. Drei Lecks sind möglich, und sie liegen an verschiedenen Stellen. Beim zellulären Ödem ist die Mauer dicht, aber die Bewohner pumpen nicht mehr und saugen sich voll. Beim vasogenen Ödem ist die Mauer undicht geworden, und Wasser dringt mitsamt Eiweiß von außen ein. Beim interstitiellen Ödem drückt das Leitungswasser von innen durch die Zwischenwände, weil der Abfluss verstopft ist. Aus der Stelle des Lecks folgt das Werkzeug: Beim ersten zieht man von außen mit Salz, beim zweiten dichtet man mit Steroiden beim Tumor ab, beim dritten öffnet man den Abfluss. Wer das Werkzeug des einen Lecks beim anderen einsetzt, verliert Zeit.

Der dritte Teil ist die Hausverwaltung. Die Astrozyten halten Kalium niedrig, Glutamat niedrig und liefern Energie nach. Alle drei Leistungen hängen an derselben Bedingung, nämlich einem funktionierenden Natriumgradienten, und der hängt an Sauerstoff und Glucose. Deshalb führen so verschiedene Ereignisse wie Ischämie, Hypoglykämie, Anfall und schwere Hypoxie in dasselbe Bild: Sobald die Pumpe stillsteht, steigen Kalium und Glutamat gemeinsam, die Erregbarkeit steigt, Calcium strömt ein, und die Zelle schwillt. Ein einziger Satz fasst das zusammen: Das Gehirn hat keine Reserve, weder an Volumen noch an Energie, und beide Reserven fehlen aus demselben Grund, nämlich weil es in einem geschlossenen Behälter hinter einer dichten Wand arbeitet.

Was verändert die Anästhesie?

• Volatile Anästhetika entkoppeln Fluss und Stoffwechsel, senken also den Verbrauch und halten die Durchblutung gleich oder erhöhen sie, während Propofol beides gleichsinnig senkt und die Kopplung erhält.¹ Bei geöffneter Schranke bedeutet mehr Fluss auch mehr Filtration in das Gewebe und damit mehr Ödem.
• Der Kohlendioxidpartialdruck verändert die Hirndurchblutung im Bereich von 20 bis 80 mmHg um 1 bis 6 Prozent je mmHg,¹ sodass die Beatmungseinstellung unmittelbar über das Blutvolumen im Kopf und über den Filtrationsdruck an der Schranke mitentscheidet.
• Hypotone Infusionslösungen sind beim gefährdeten Gehirn kontraindiziert, weil freies Wasser die Zellschwellung unmittelbar verstärkt. Isotone Vollelektrolytlösungen sind die Regel, und der Natriumverlauf gehört zu den überwachten Größen.
• Die Wirkung zentral angreifender Medikamente ist bei Entzündung und geöffneter Schranke stärker als erwartet; Sedierungsdosen, die vor der Operation passten, können danach zu tief wirken.⁷
• Quaternäre Verbindungen bleiben draußen: Ein Muskelrelaxans verändert weder Bewusstsein noch EEG, und Neostigmin und Glycopyrronium haben keine zentrale Wirkung, während Atropin und Physostigmin zentral wirken.

Wann wird diese Physiologie klinisch sichtbar?

• Nachlassende Wirkung der Osmotherapie nach Tagen beim großen Infarkt, weil das anfangs zelluläre Ödem zunehmend vasogen wird und die Osmotika mit austreten.
• Rasche Besserung unter Dexamethason beim Tumorödem und ausbleibende Wirkung derselben Substanz beim ischämischen oder traumatischen Ödem.
• Verwirrtheit und Somnolenz bei Sepsis ohne fokalen Befund als Ausdruck einer durchlässigen Schranke mit gestörtem neuronalem Milieu.⁷
• Unerwartet tiefe Sedierung bei unveränderter Dosis nach großen Eingriffen und bei Nierenfunktionsstörung, wenn ein polarer, aber wirksamer Abbaustoff sich anreichert.
• Zentrales anticholinerges Bild nach Atropin oder Scopolamin mit Unruhe und Desorientiertheit, das unter Glycopyrronium nicht auftritt.
• Neurologische Verschlechterung Tage nach zu rascher Natriumkorrektur als osmotisches Demyelinisierungssyndrom, dessen Latenz die Ursache leicht verschleiert.⁶

• Die Blut-Hirn-Schranke sei eine Membran. Sie ist ein Zellverband aus Endothel mit dichten Verbindungen, Basalmembran, Perizyten und Astrozytenfortsätzen; die Abdichtung liegt zwischen den Endothelzellen, unterhalten wird sie von den Nachbarzellen.
• Was lipophil ist, wirke zentral. Die aktiven Auswärtspumpen befördern einen Teil der bereits eingedrungenen Moleküle zurück in das Blut, sodass Lipophilie allein die zentrale Wirkung nicht sichert.
• Osmotherapie wirke bei jedem Hirnödem. Sie setzt eine dichte Schranke voraus. Beim vasogenen Ödem tritt das Osmotikum mit aus, und beim interstitiellen Ödem liegt das Problem im Abfluss, nicht in der Durchlässigkeit.²
• Steroide seien beim Hirnödem allgemein wirksam. Sie wirken beim vasogenen Ödem durch Tumor und Abszess und nicht beim zellulären Ödem nach Ischämie, Hypoxie oder Trauma.
• Eine hohe Osmolalität bedeute immer Wasserentzug aus der Zelle. Nur Teilchen, die die Schranke nicht überqueren, bewegen Wasser; Harnstoff hebt die Osmolalität, ohne tonisch zu wirken.⁶

Merksätze

• Die Schranke sitzt zwischen den Endothelzellen. Perizyten und Astrozytenfüße bilden sie nicht, sie unterhalten sie.
• Drei Wege hinein und einer hinaus: lipophile Diffusion, Carrier, Rezeptortransport und die aktive Auswärtspumpe. Quaternär bleibt draußen, tertiär kommt hinein.
• Wasser folgt der Tonizität, nicht der Osmolalität. Das Gehirn spürt eine Hyponatriämie zuerst, weil es kein Ausweichvolumen hat.
• Zytotoxisch heißt Wasser in der Zelle bei dichter Schranke, vasogen heißt Wasser im Interstitium bei offener Schranke, interstitiell heißt Wasser aus dem Liquor bei gestautem Abfluss. Aus dem Ort folgt die Behandlung.
• Die Osmotherapie zieht nur, solange die Schranke steht. Bleibt die Wirkung aus, prüfen Sie zuerst die Schranke und nicht die Dosis.

Aufgaben