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05.07.2016

Warum Malaria bei Kindern besonders häufig das Gehirn schädigt

Wissenschaftler des Universitätsklinikums Heidelberg entdeckten: Lebensbedrohliche Entzündungsreaktionen breiten sich über „Wanderrouten“ von Nervenzellen im jungen Gehirn aus, die im kindlichen Alter noch vorhanden sind. Ihre wissenschaftlichen Ergebnisse sind in PLOS Pathogens erschienen.

Nisten sich Malaria-Erreger in den Blutgefäßen des Gehirns ein, kann das bei Kindern lebensbedrohliche Hirnschwellungen verursachen. Bei Erwachsenen kommt es dagegen nur selten zu dieser schweren Erkrankungsform, die als Cerebrale Malaria bezeichnet wird. Einer Ursache für die besondere Anfälligkeit von Kindern sind Wissenschaftler der Abteilung für Neuroradiologie (unter Leitung von Prof. Dr. Martin Bendszus) gemeinsam mit Kollegen des Zentrums für Infektiologie und der Abteilung Klinische Neurobiologie am Universitätsklinikum Heidelberg und dem Deutschen Krebsforschungszentrum nun auf die Spur gekommen: Bei Mäusen mit einer vergleichbaren Erkrankungsform entdeckten sie mit Hilfe hochauflösender Magnetresonanztomographie (MRT), dass sich die Entzündung und damit auch die Schwellung des Gewebes entlang eines bestimmten Hirnareals ausbreitet. Dabei handelt es sich um einen Korridor, den unreife Nervenzellen während der Hirnentwicklung zu ihrem Bestimmungsort durchwandern. Er bildet sich im Verlauf der Kindheit zurück. Das Gewebe entlang dieser Wanderroute ist im Kindesalter offensichtlich besonders durchlässig und begünstigt die überschießende Immunantwort im Gehirn. Die Ergebnisse der experimentellen Studie sind in der Fachzeitschrift PLOS Pathogens erschienen.

„Aktuelle MRT-Untersuchung von Kindern mit dieser schweren Form der Malaria in Malawi, Afrika, zeigen, dass sich die Schwellung vermutlich auf dem gleichen Weg ausbreitet. Da eine Verlaufskontrolle bei den erkrankten Kindern kaum möglich ist, ließ sich bisher kein Muster im Fortschreiten der Entzündungsreaktion erkennen. Unsere Ergebnisse sind ein fehlendes Puzzleteil, um die Krankheitsmechanismen besser zu verstehen“, sagt Erstautorin Dr. Angelika Hoffmann, Assistenzärztin in der Abteilung für Neuroradiologie der Neurologischen Universitätsklinik Heidelberg. Das Wissen um Entstehung und Verlauf der Cerebralen Malaria ist Voraussetzung dafür, gezielt nach therapeutischen Ansätzen suchen zu können.

Rasanter Verlauf erschwert rechtzeitige Behandlung

Malaria gehört nach wie vor zu den weltweit häufigsten und gefährlichsten Infektionskrankheiten: Laut Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation sind aktuell weit mehr als 200 Millionen Menschen erkrankt, pro Jahr sterben rund 580.000 an den Folgen der von Stechmücken übertragenen Parasiteninfektion. Die meisten Todesopfer sind Kinder unter fünf Jahren. Häufige Todesursache ist in dieser Altersgruppe die Cerebrale Malaria. Diese Erkrankungsform schreitet rasant voran: Von den ersten Kopfschmerzen mit allgemeinem Unwohlsein über Lähmungserscheinungen und Koma bis zum Tod durch Atemstillstand vergehen meist nur 24 Stunden. Die rechtzeitige Gabe des Wirkstoffs Artemisinin, falls für die Patienten verfügbar, kann den Tod häufig noch abwenden. Bisher konnte man sich nicht erklären, warum fast ausschließlich Kinder eine Cerebrale Malaria entwickeln.

Entzündungsreaktion über Riechkolben in tiefere Hirnstrukturen

Dr. Angelika Hoffmann und ihre Kollegen verfolgten den zeitlichen Verlauf der Flüssigkeitseinlagerungen im Gehirn von Mäusen mit Cerebraler Malaria anhand wiederholter MRT-Messungen. Dabei fanden sie heraus: Die überschießende Entzündungsreaktion nimmt ihren Anfang an einem bestimmten, an die Nasenhöhlen angrenzenden Hirnareal, dem Riechkolben (Bulbus olfactorius). In diesem Bereich hat die Abwehrreaktion des Körpers gegen die Parasiten in den Blutgefäßen fatale Folgen. Sie macht die sogenannte Blut-Hirn-Schranke, die unter normalen Bedingungen den Übertritt von Flüssigkeit und Substanzen aus dem Blut in das Hirngewebe und umgekehrt stark einschränkt, durchlässig. Entzündungsstoffe gelangen in den Riechkolben und aktivieren hirneigene Immunzellen, Flüssigkeit lagert sich ein, es bildet sich ein Ödem. Noch bevor die Tiere Symptome zeigen, breitet sich das Ödem entlang eines röhrenförmigen Areals, dem Rostralen migratorischen Strom (rostral migratory stream), weiter aus. Über diese Struktur wandern im sich entwickelnden Gehirn junger Säugetieren Nervenzellen und Immunzellen in den Riechkolben ein. Erreicht die Entzündung tiefere Hirnstrukturen, fallen die Tiere ins Koma.

„Riechkolben und Rostraler migratorischer Strom sind offensichtlich die Schwachstellen des Gehirns bei einer Cerebralen Malaria“, so Hoffmann. „Wir haben dagegen keine Hinweise darauf gefunden, dass Parasiten oder infizierte Blutkörperchen die Gefäße verstopfen und dadurch eine Art Schlaganfall mit Hirnschwellung hervorrufen, was ebenfalls als Ursache für die Cerebrale Malaria diskutiert wurde. Unsere Ergebnisse sind daher eine wichtige Basis für die weitere Erforschung der Krankheitsmechanismen.“

Literatur:
Experimental Cerebral Malaria Spreads along the Rostral Migratory Stream. Hoffmann A, Pfeil J, Alfonso J, Kurz FT, Sahm F, Heiland S, Monyer H, Bendszus M, Mueller AK, Helluy X, Pham M. PLoS Pathog. 2016 Mar 10;12(3):e1005470. doi: 10.1371/journal.ppat.1005470.

Quelle: Universitätsklinikum Heidelberg