Nach Ketamin-Narkose: Frauen könnten mit leicht verändertem Gehirn aufwachen

Nach einer Operation kehrt der Körper langsam aus der Narkose zurück – doch im Gehirn läuft offenbar mehr ab als bloßes Aufwachen. Nach einer Ketamin-Narkose könnte eine Frau mit einem leicht veränderten Gehirn aufwachen: Bei weiblichen Mäusen verbanden sich Immunzellen enger mit Nervenzellen, anschließend liefen erregende Signale häufiger durch das Netzwerk. Bei männlichen Mäusen blieb diese Reaktion aus.

Forscher des Institute of Science and Technology Austria (ISTA) und des Allen Institute in Seattle führen den Unterschied auf das Zusammenspiel von Stresshormonen, Mikroglia und Nervenzellen zurück. Während der Erholung stieg bei den weiblichen Tieren der Corticosteronspiegel an. Das Hormon aktivierte in den Immunzellen einen Signalweg, der Veränderungen im Nervennetz anstieß. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse im Fachjournal Science Advances.

Warum eine Ketamin-Narkose das weibliche Gehirn anders beeinflusst

Ketamin kommt häufig in der Notfallmedizin zum Einsatz. Es wirkt schnell, lindert starke Schmerzen und kann Patienten in einen narkoseähnlichen Zustand versetzen. Der Wirkstoff blockiert bestimmte Andockstellen für den Botenstoff Glutamat. Dadurch verändert sich die Kommunikation zwischen Nervenzellen.

Für ihre Versuche verwendeten die Wissenschaftler eine Mischung aus Ketamin, Xylazin und Acepromazin. Kleine Fenster im Schädel ermöglichten ihnen einen direkten Blick in den visuellen Kortex der Mäuse. Fluoreszierende Markierungen machten Nervenzellen und Mikroglia unter dem Mikroskop sichtbar.

Mikroglia sind die Immunzellen des Gehirns. Mit ihren feinen Fortsätzen durchsuchen sie ständig das Nervengewebe. Sie beseitigen Zellreste und beschädigte Verbindungen. Außerdem überwachen sie Synapsen, über die Nervenzellen Informationen austauschen.

In der ersten Stunde nach der Narkose änderte sich wenig. Danach suchten die Mikroglia der weiblichen Mäuse häufiger und länger Kontakt zu den Fortsätzen der Nervenzellen. Teilweise legten sie sich eng an deren winzige Verbindungsstellen.

Mikroglia verändern die Signalübertragung

„Das Spannende war, dass wir diese Plastizität, also die Eigenschaft des Gehirns, sich zu verändern und anzupassen beziehungsweise in diesem Fall zu regenerieren, nur bei Weibchen beobachten konnten“, sagt Alessandro Venturino vom ISTA.

Vier Stunden nach Beginn der Narkose empfingen bestimmte Nervenzellen der weiblichen Tiere häufiger erregende Signale. Die Stärke der einzelnen Impulse blieb unverändert. Die höhere Frequenz deutet jedoch darauf hin, dass das Nervennetz seine Aktivität angepasst hatte.

Auch bei den dendritischen Dornen erkannten die Wissenschaftler einen möglichen Unterschied. Diese kleinen Ausstülpungen dienen Nervenzellen als Empfangsstellen. Bei den Weibchen waren mehr davon zu sehen. Statistisch ließ sich dieser Anstieg allerdings nicht eindeutig absichern.

Wie wichtig die Mikroglia waren, belegte ein weiterer Versuch. Die Wissenschaftler entfernten bei einigen weiblichen Mäusen rund 80 Prozent dieser Immunzellen. Danach nahm die Häufigkeit der erregenden Signale nach der Narkose nicht mehr zu.

Stresshormon stößt Veränderungen im Gehirn an

Den Impuls lieferte offenbar Corticosteron. Es ist das wichtigste Stresshormon der Maus und ähnelt in seiner Funktion dem menschlichen Cortisol. Zwei Stunden nach der Ketamin-Narkose war sein Spiegel bei den weiblichen Tieren fast dreimal so hoch wie in der Vergleichsgruppe. Bei den Männchen trat dieser Anstieg nicht auf.

Das Hormon aktivierte in den weiblichen Mikroglia das Gen Fkbp5. Dadurch bildeten die Zellen mehr vom Protein FKBP51. Dieser Signalweg beeinflusst, wie empfindlich Zellen auf Stresshormone reagieren.

„Diese Ergebnisse zeigten deutlich, dass das Corticosteron diese Reaktion bei weiblichen Mäusen auslöst“, erklärt Venturino. Sandra Siegert ergänzt: „Sie unterstreichen auch, dass Stresshormone – entgegen ihrem schlechten Ruf – für bestimmte Prozesse im Gehirn wichtig sind.“

Nach der Entfernung der Nebennieren fehlte den Mäusen die wichtigste Quelle für Corticosteron. Die Mikroglia suchten nun nicht mehr verstärkt den Kontakt zu Nervenzellen. Eine spätere Injektion des Hormons setzte die Reaktion erneut in Gang.

Auch eine Blockade von FKBP51 stoppte den Effekt. Dasselbe geschah, als die Wissenschaftler Fkbp5 gezielt in den Mikroglia ausschalteten. Die veränderte Signalhäufigkeit blieb dann aus.

Bei männlichen Mäusen fällt die Reaktion schwächer aus

Einzelne männliche Tiere entwickelten ebenfalls vorübergehend mehr Kontakte zwischen Mikroglia und Nervenzellen. Die Reaktionen unterschieden sich jedoch stark. Für die gesamte Gruppe ergab sich kein statistisch belastbarer Effekt.

Die erhöhte Mikroglia-Aktivität trat zudem nicht überall im Gehirn auf. Die Wissenschaftler fanden sie unter anderem im Riechkolben, im Stirnhirn, im Hippocampus und in der Substantia nigra. Im Kleinhirn blieb sie aus. Nach 48 Stunden hatte sich die Aktivität wieder normalisiert.

Ketamin wird neben der Narkose auch in niedriger Dosierung gegen schwere Depressionen eingesetzt. Unterschiede zwischen weiblichen und männlichen Gehirnen könnten daher mehrere medizinische Anwendungen betreffen. Die Untersuchungen fanden allerdings an Mäusen statt. Ob Frauen nach einer Ketamin-Narkose auf dieselbe Weise reagieren, müssen klinische Studien noch klären.

Kurz zusammengefasst:

• Bei weiblichen Mäusen veränderte eine Ketamin-Narkose vorübergehend die Kontakte zwischen Immun- und Nervenzellen im Gehirn.
• Auslöser war ein Anstieg des Stresshormons Corticosteron, der die Signalübertragung im Nervennetz beeinflusste.
• Bei männlichen Mäusen blieb der Effekt aus; ob Frauen ähnlich reagieren, müssen klinische Studien erst noch untersuchen.

Übrigens: Mikroglia verändern sich nicht nur nach einer Ketamin-Narkose – im Alzheimer-Gehirn haben Forscher sogar eine bislang unbekannte Gruppe dieser Immunzellen entdeckt. Sie sitzt besonders dicht an schädlichen Eiweißablagerungen und könnte neue Hinweise auf Entzündungen und Nervenschäden liefern. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © ISTA