Blut-Hirn-Schranke und zerebraler Stoffwechsel (Abschnitt 4, Kapitel 11) Neuroscience Online: Ein elektronisches Lehrbuch für die Neurowissenschaften / Abteilung für Neurobiologie und Anatomie – Medizinische Fakultät der Universität von Texas in Houston

11.1 Die Blut-Hirn-Schranke hält die Konstanz der inneren Umgebung des Gehirns aufrecht

Die Blut-Hirn-Schranke (BBB) schützt das Nervengewebe vor Schwankungen der Blutzusammensetzung und Toxinen. Anderswo im Körper unterliegen die extrazellulären Konzentrationen von Hormonen, Aminosäuren und Kalium häufigen Schwankungen, insbesondere nach Mahlzeiten, Bewegung oder stressigen Zeiten. Da viele dieser Moleküle die neuronale Erregbarkeit regulieren, kann eine ähnliche Veränderung der Zusammensetzung der interstitiellen Flüssigkeit im ZNS zu unkontrollierter Gehirnaktivität führen. Die Endothelzellen, die die Blut-Hirn-Schranke bilden, sind hochspezialisiert, um eine präzise Kontrolle über die Substanzen zu ermöglichen, die in das Gehirn gelangen oder es verlassen.

Entdeckung der Blut-Hirn-Schranke. Die Entdeckung der BBB geht mehr als 100 Jahre zurück, als Paul Ehrlich in den 1880er Jahren beobachtete, dass die intravenöse Verabreichung bestimmter Farbstoffe (z. B. Trypanblau) alle Organe außer dem Gehirn und dem Rückenmark färbte. Er kam zu dem Schluss, dass die Farbstoffe im Vergleich zu anderen Geweben eine geringere Affinität zur Bindung an das Nervensystem hatten. Im Jahr 1913 demonstrierte Edwin Goldman, ein Mitarbeiter von Ehrlich, die gleichen Farbstoffe, wenn sie direkt in die Liquor cerebrospinalis (CSF) injiziert wurden, leicht gefärbtes Nervengewebe, aber nicht andere Gewebe. Der Begriff „Blut-Hirn-Schranke“ wurde jedoch 1898 von Lewandowsky geprägt, nachdem er und seine Kollegen Experimente durchgeführt hatten, um zu zeigen, dass neurotoxische Mittel die Gehirnfunktion nur dann beeinflussten, wenn sie direkt in das Gehirn injiziert wurden, nicht jedoch, wenn sie in das Gefäßsystem injiziert wurden. Es dauerte weitere 70 Jahre, bis Reese und Kollegen die Barriere zu den kapillaren Endothelzellen im Gehirn durch elektronenmikroskopische Untersuchungen lokalisierten.

Endothelzellen in Gehirnkapillaren sind der Ort der BBB. Die BBB bei Erwachsenen besteht aus einem komplexen zellulären System einer hochspezialisierten Basalmembran, einer großen Anzahl von Perizyten, die in die Basalmembran eingebettet sind, und astrozytären Endpunkten. Während die Endothelzellen die eigentliche Barriere bilden, scheint die Interaktion mit benachbarten Zellen für die Entwicklung der Barriere erforderlich zu sein. Die Endothelzellen des Gehirns unterscheiden sich in zwei wichtigen Punkten von Endothelzellen anderer Organe. Erstens sind kontinuierliche Tight Junctions zwischen Gehirnendothelzellen vorhanden. Diese engen Verbindungen verhindern die parazelluläre Bewegung von Molekülen. Zweitens gibt es keine nachweisbaren transendothelialen Wege wie intrazelluläre Vesikel. Diese Eigenschaften von Gehirnendothelzellen bilden eine Barriere zwischen Blut und Gehirn. Einige der wichtigsten Prozesse sind in Abbildung 11.1 dargestellt.

1. Die kontinuierlichen Tight Junctions, die die Endothelzellen in den Gehirnkapillaren verbinden, begrenzen die Diffusion von Molekülen über die BHS.
2. Die Basalmembran bietet strukturelle Unterstützung für die Kapillare, und es wurde vorgeschlagen, dass spezifische Proteine, die in der Basalmembran vorhanden sind, an der Entwicklung der BHS beteiligt sind.
3. Astrozytäre Fußprozesse setzen spezifische Faktoren frei und sind für die Entwicklung der BHS notwendig. Astrozytische Fußprozesse enthalten Wasserkanäle (Aquaporin-4), die die Wasseraufnahme ermöglichen und zur Schwellung des Gehirns beitragen.
4. Transportträger für Glukose und essentielle Aminosäuren erleichtern die Bewegung dieser gelösten Stoffe in das Gehirn. Da Gehirnzellen diese essentiellen Aminosäuren nicht synthetisieren können, wird sie aus dem Blut aufgenommen.
5. Sekundäre Transportsysteme scheinen den Ausfluss kleiner Moleküle und nicht essentieller Aminosäuren vom Gehirn ins Blut zu verursachen.
6. Natriumionentransporter auf der Luminalmembran und Na, K-ATPase auf der Anti-Luminalmembran sind für die Bewegung von Natrium vom Blut zum Gehirn verantwortlich. Die große Anzahl von Mitochondrien, die in den Endothelzellen des Gehirns vorhanden sind, liefern Energie für die Funktion dieser Na,K-ATPase.
7. Die „enzymatische Blut-Hirn-Schranke“: Stoffwechselvorgänge innerhalb der Gehirnkapillarendothelzellen sind wichtig für die Blut-Hirn-Funktion und steuern den Eintritt von Neurotransmittern in das Gehirn.

11.2 Molekulare Komponenten von Tight Junctions

Die Tight Junctions zwischen den Endothelzellen sind für die Barrierefunktion verantwortlich. Occludin war das erste integrale Membranprotein, das ausschließlich innerhalb der Tight Junctions lokalisiert war. Mäuse, die die Nullmutation im Occludin-Gen tragen, entwickeln jedoch morphologisch normale Tight Junctions, was darauf hinweist, dass Occluding für die richtige Tight Junction-Bildung nicht essentiell ist. Im Gegensatz zum Occludieren sind Claudine nachweislich für die Bildung von Tight Junctions erforderlich. Die integralen Membranproteine von Tight Junctions sind über Zone Occluding-1 (ZO-1), ZO-2 und ZO-3 mit dem Zytoskelett verbunden. Darüber hinaus werden Nicht-Occludin-Adherens-Übergänge mit engen Übergängen vermischt gefunden. In adherens junctions finden sich die endothelspezifischen, integralen Membranproteine VE-Cadherin. Darüber hinaus sind eine Familie von Proteinen, die als Junctional Adhesion Molecules (JAM) bezeichnet werden, und kürzlich entdeckte endothelzellselektive Adhäsionsmoleküle (ESAM) in den Tight Junctions der BBB lokalisiert. Ihre genaue Funktion bei der BBB-Integrität muss noch bestimmt werden.

Alle Bereiche des Gehirns haben keine Blut-Hirn-Schranke. Die Strukturen, die sich an strategischen Positionen in der Mittellinie des Ventrikelsystems befinden und denen die BHS fehlt, werden zusammen als circumventrikuläre Organe (CVOs) bezeichnet. In diesen Nicht-Barrierebereichen sind die engen Verbindungen zwischen Endothelzellen diskontinuierlich und ermöglichen so den Eintritt von Molekülen. Viele dieser Bereiche sind an der hormonellen Kontrolle beteiligt.

Bereiche des Gehirns ohne Blut-Hirn-Schranke:

• Hypophyse
• Mittlere Eminenz
• Bereich Postrema
• Präoptische Aussparung
• Paraphyse
• Zirbeldrüse
• Endothel des Plexus choroideus

Substanzen mit hoher Lipidlöslichkeit können sich durch einfache Diffusion über die BBB bewegen. Diffusion ist der Haupteintrittsmechanismus für die meisten psychoaktiven Drogen. Abbildung 11.2 zeigt, dass die Eintrittsrate von Verbindungen, die in das Gehirn diffundieren, von ihrer Lipidlöslichkeit abhängt. Die Lipidlöslichkeit wird durch den Öl / Wasser-Verteilungskoeffizienten geschätzt.

Abbildung 11.5a zeigt, wie der Öl/Wasser-Verteilungskoeffizient berechnet wird. Abbildung 11.5b zeigt die Beziehung zwischen dem Öl/Wasser-Verteilungskoeffizienten und der Gehirnpenetration ausgewählter Moleküle.

Wasser. Wasser dringt leicht in das Gehirn ein. Als Folge seiner hohen Permeabilität bewegt sich Wasser frei in und aus dem Gehirn, wenn sich die Osmolarität des Plasmas ändert. Dieses Phänomen ist klinisch nützlich, da die intravenöse Verabreichung von schlecht durchlässigen Verbindungen wie Mannitol das Gehirn osmotisch dehydriert und den Hirndruck senkt. Diese Methode wird manchmal bei Kopftrauma-Patienten verwendet, um den intrakraniellen Druck zu reduzieren.

Gase. Gase wie CO2, O2 und flüchtige Anästhetika diffundieren schnell in das Gehirn. Infolgedessen ist die Geschwindigkeit, mit der ihre Konzentration im Gehirn mit Plasma ins Gleichgewicht kommt, hauptsächlich durch die zerebrale Blutflussrate begrenzt.

11.3 Transport von Glucose und Aminosäuren

Der trägervermittelte Transport ermöglicht es Molekülen mit geringer Lipidlöslichkeit, die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden. Glukose aus Blut gelangt durch ein Transportprotein in das Gehirn. Glukose ist das primäre Energiesubstrat des Gehirns. Glukosetransportprotein (GLUT-1) ist in Gehirnkapillarendothelzellen hoch angereichert. Diese Transporter transportieren Glukosemoleküle durch die Blut-Hirn-Schranke. Obwohl selten, können Patienten mit Glut-1-Mangel (verursacht durch genetische Mutationen) schwere Lernschwierigkeiten haben. Niedrige Glukosezuckerspiegel im Cerebrospinal, aber nicht im Blut, identifizieren den Zustand.

Die essentiellen Aminosäuren können vom Gehirn nicht synthetisiert werden und müssen daher über den Proteinabbau und die Ernährung zugeführt werden. Phenylalanin, Leucin, Tyrosin, Isoleucin, Valin, Tryptophan, Methionin und Histidin, die essentielle Aminosäuren sind, sowie der Vorläufer von Dopamin, L-DOPA, gelangen ebenso schnell in das Gehirn wie Glukose. Diese Aminosäuren werden durch die Leucin-präferierenden oder die L-Typ-Transportproteine ins Gehirn transportiert. Diese Verbindungen konkurrieren miteinander um den Eintritt in das Gehirn. Daher wird eine Erhöhung des Plasmaspiegels von einem die Aufnahme der anderen hemmen. Dieser Wettbewerb kann für bestimmte Stoffwechselerkrankungen wie Phenylketonurie (PKU) wichtig sein, bei denen ein hoher Phenylalaninspiegel im Plasma die Aufnahme anderer essentieller Aminosäuren im Gehirn verringert.

Kleine neutrale Aminosäuren wie Alanin, Glycin, Prolin und GABA (Gamma-Aminobuttersäure) sind in ihrem Eintritt ins Gehirn deutlich eingeschränkt. Diese Aminosäuren sind nicht essentielle Aminosäuren und werden durch Alanin-bevorzugtes oder A-Typ-Transportprotein transportiert. Das Transportprotein vom A-Typ ist nicht auf der luminalen Oberfläche der Blut-Hirn-Schranke vorhanden. Im Gegensatz dazu scheinen diese kleinen neutralen Aminosäuren aus dem Gehirn über die Blut-Hirn-Schranke transportiert zu werden.

11.4 Schutz des Gehirns vor durch Blut übertragenen Neurotoxinen und Medikamenten

P-Glykoproteine sind ATP-angetriebene Pumpen, die Krebszellen Multiresistenz verleihen, indem sie Medikamente aus den Zellen pumpen. Diese Proteine werden in Gehirnendothelzellen exprimiert, die die BBB-Permeabilität hydrophober Verbindungen wie Cyclosporin A und Vinblastin begrenzen können, indem sie von den Endothelzellen zurück ins Blut gepumpt werden.

Stoffwechselprozesse innerhalb der Kapillar-Endothelzellen des Gehirns sind wichtig für die Blut-Hirn-Funktion. Die meisten im Blut vorhandenen Neurotransmitter gelangen aufgrund ihrer geringen Lipidlöslichkeit und des Fehlens spezifischer Transportträger in der Luminalmembran der Kapillarendothelzelle nicht in das Gehirn (siehe Abbildung 11.1). Im Gegensatz dazu hat L-DOPA, der Vorläufer für Dopamin, eine Affinität für den L-Typ-Transporter. Daher gelangt es leichter aus dem Blut in das Gehirn, als aufgrund seiner Lipidlöslichkeit vorhergesagt werden würde. Patienten mit Parkinson-Krankheit werden aufgrund dieser Tatsache eher mit L-DOPA als mit Dopamin behandelt. Das Eindringen von L-DOPA in das Gehirn ist jedoch durch das Vorhandensein der Enzyme L-DOPA-Decarboxylase und Monoaminoxidase in den Kapillarendothelzellen begrenzt. Diese „enzymatische Blut-Hirn-Schranke“ begrenzt den Durchgang von L-DOPA in das Gehirn und erklärt die Notwendigkeit großer Dosen von L-DOPA bei der Behandlung der Parkinson-Krankheit. Die Therapie wird derzeit durch gleichzeitige Behandlung mit einem Inhibitor der L-DOPA-Decarboxylase verstärkt.

Endotheliale Monoaminoxidase kann auch eine Rolle bei der Inaktivierung von Neurotransmittern spielen, die durch neuronale Aktivität freigesetzt werden. Monoamine zeigen sehr wenig Aufnahme, wenn sie von der luminalen Seite präsentiert werden. Die Aufnahmesysteme für Monoamine sind in der antiluminalen Oberfläche der Gehirnkapillarendothelzellen vorhanden. Die Gehirnendothelkapillare enthält auch eine Vielzahl anderer Neurotransmitter-metabolisierender Enzyme wie Cholinesterasen, GABA-Transaminasen, Aminopeptidase und Endopeptidasen. Darüber hinaus finden sich auch mehrere arzneimittel- und toxinmetabolisierende Enzyme in den Gehirnkapillaren. So schützt die „enzymatische Blut-Hirn-Schranke“ das Gehirn nicht nur vor zirkulierenden Neurotransmittern, sondern auch vor vielen Toxinen.

Kompromittierte BBB und Krankheit. BBB-Dysfunktion kann zu neuronalen Schäden und gestörter Gehirnfunktion führen. Krankheiten wie Enzephalitis, Multiple Sklerose (MS), Schlaganfall oder Tumoren führen zu einer Verschlechterung der BHS mit verheerendem Einfluss auf die neuronale Funktion. Diese Bedingungen verringern die Produktion des Tight-Junction-Proteins Claudin. Hirntumoren verursachen einen vollständigen Abbau der BHS, der zu einem peritumoralen Ödem führt. Darüber hinaus sezernieren Tumorzellen spezifische Faktoren, die dazu neigen, undicht zu sein.

Umgehung der BBB mit Drogen. Eine Reihe von Arzneimitteln mit potenziellem therapeutischem Wert gelangen nicht ohne weiteres in das Gehirn, da sie eine geringe Lipidlöslichkeit aufweisen und nicht von spezifischen Trägern transportiert werden, die in der BBB vorhanden sind. Um diese Einschränkung zu überwinden, wurden Schemata entwickelt, um den Arzneimitteleintritt in das Gehirn zu verbessern. 1) Eine Möglichkeit, die BBB zu umgehen, besteht darin, das Medikament direkt in den Liquor zu verabreichen. Dieser Ansatz kann verwendet werden, um Patienten mit Meningitis oder Krebszellen im Liquor zu behandeln. 2) Bestimmte vasoaktive Verbindungen wie Bradykinin und Histamin, die die BHS bei normalen Menschen nicht verändern, können die Permeabilität der BHS unter pathologischen Bedingungen verbessern. Diese Verbindungen können verwendet werden, um Chemotherapeutika in das Gehirn zu liefern. 3) Medikamente können mit hoher BHS-Permeabilität synthetisiert werden, um den Eintritt in das Gehirn zu verbessern. Die meisten neuroaktiven Medikamente sind wirksam, weil sie sich in Lipiden auflösen und leicht in das Gehirn gelangen. Zum Beispiel sind Heroin und Morphin in ihrer Struktur sehr ähnlich. Heroin, das zwei Acetylgruppen aufweist, ist jedoch lipidlöslicher. Diese größere Lipidlöslichkeit von Heroin erklärt seinen schnelleren Wirkungseintritt. Im Gehirn wird die Acetylgruppe des Heroins enzymatisch entfernt, um Morphin zu produzieren, das das Gehirn nur langsam verlässt. Ein Verständnis des Transportprozesses ist entscheidend für die Entwicklung der nächsten Generation von Medikamenten, die bei der Behandlung von Gehirnerkrankungen nützlich sind.

11.5 Zerebraler Stoffwechsel und Blutfluss

Zerebraler Stoffwechsel

Das Gehirn ist metabolisch eines der aktivsten aller Organe im Körper. Das Gehirn speichert keine überschüssige Energie und bezieht fast seinen gesamten Energiebedarf aus der aeroben Oxidation von Glukose. Daher benötigt es eine kontinuierliche Zufuhr von Glukose und Sauerstoff, um seinen Energiebedarf zu decken. Der größte Teil des Energieverbrauchs des Gehirns wird für den aktiven Transport von Ionen verwendet, um die während des Erregungs- und Leitungsprozesses entladenen Membranpotentiale aufrechtzuerhalten und wiederherzustellen. Wenn der Blutfluss zum Gehirn stoppt und Sauerstoff und Blut fehlen, führt dies zu einem Bewusstseinsverlust von 5-10 Sekunden. Wenn der Blutfluss nicht innerhalb weniger Minuten wieder aufgenommen wird, kommt es zu dauerhaften Hirnschäden. Es ist bekannt, dass in Krisen wie Herzstillstand eine Schädigung des Gehirns am frühesten auftritt und für die Bestimmung des Genesungsgrades am entscheidendsten ist. Das Fehlen von Glukose ist ebenso zerstörerisch, aber der Zeitverlauf, der zu irreversiblen Schäden durch Hypoglykämie führt, ist länger, da andere Substrate verwendet werden können.

Verschiedene Regionen des Gehirns haben einen unterschiedlichen Energiebedarf, der mit der neuronalen Aktivität in diesen Regionen zusammenhängt. Die Messung von Glukosemengen, die pro Minute in verschiedenen Gehirnregionen einer normalen bewussten Ratte und eines Affen verwendet werden, zeigt, dass die Glukoseverwertung im gesamten Gehirn stark variiert. Darüber hinaus ist der Durchschnittswert in der grauen Substanz ungefähr fünfmal höher als in der weißen Substanz.

Die Menge des Blutflusses steht in direktem Zusammenhang mit der Gehirnaktivität. In einer separaten Gruppe von Tieren wurde die Menge des Blutflusses zu Gehirnarealen bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass mehr Blut in den Bereich des Gehirns mit hoher Stoffwechselaktivität fließt.

Abbildung 11.10 zeigt, dass es eine ausgezeichnete Korrelation zwischen der Menge der verwendeten Glukose und dem lokalen zerebralen Blutfluss gibt.
Die Regulierung des Blutflusses zu einem Gehirnbereich wird durch die Kontrolle der Erweiterung der Hirngefäße erreicht. Die Erweiterung der Blutgefäße wird durch lokale Faktoren wie Stickoxid (NO), PaCO2, PaO2 und pH gesteuert. Hohes NO, hohes PaCO2, niedriges PaCO2 und niedriger pH-Wert, die als Folge der Gehirnaktivität entstehen, neigen dazu, die Blutgefäße zu erweitern und den Blutfluss zu erhöhen. Die Produktionsrate dieser Chemikalien hängt von der Aktivität und den Raten des Energiestoffwechsels ab. Daher hängt der Blutfluss zu einer Gehirnregion mit der neuronalen Aktivität in dieser Region zusammen.

Glukoseverwertung und Bildgebung des Gehirns. Der Glukosestoffwechsel ist die Hauptenergiequelle für das Gehirn. Glukose aus dem Blut gelangt mit Hilfe des Glut-1-Transportproteins in das Gehirn. Sobald es sich in einer Gehirnzelle befindet, gelangt es in den glykolytischen Weg, wo es in Pyruvat umgewandelt und dann durch den Krebszyklus metabolisiert wird, um ATP zu erzeugen. Ein Bruchteil der ATP-Moleküle wird verwendet, um hochenergetische Phosphokreatinmoleküle zu erzeugen. Unter Bedingungen ist der aerobe Glukosestoffwechsel in der Lage, das Gehirn mit ausreichend Energie aus ATP und Phosphokreatin zu versorgen, um eine normale Funktion aufrechtzuerhalten. Wenn ein Gehirnversagen auftritt, kommt es zunächst zu einem Verlust von Phosphokreatin, gefolgt von einem ATP-Abbau, der im Allgemeinen eine schwere Schädigung des Gehirns signalisiert.

Glukoseentzug kann zu einer abnormalen Gehirnfunktion führen. Hypoglykämie, die durch übermäßiges Insulin verursacht werden kann, ist mit Veränderungen des psychischen Zustands verbunden. Diese Veränderungen können durch Glukoseverabreichung schnell rückgängig gemacht werden. Unter bestimmten Umständen, wie zum Beispiel während des Hungers, kann das Gehirn „Ketonkörper“ anstelle von Glukose als Substrate verwenden. Ketonkörper, Acetoacetat und D-Beta-Hydroxybutyrat werden durch den Katabolismus von Fettsäuren durch die Leber gebildet. Die Ketonkörper werden metabolisiert, um Acyl-CoA zu erzeugen, das mit einer ausreichenden Geschwindigkeit in den Tricarbonsäurezyklus (TCA) eintritt, um den Stoffwechselbedarf des Gehirns zu decken.

Messung der lokalen Glukoseverwertung. Der lokale Energiestoffwechsel ist an die lokale funktionelle Aktivität gekoppelt. Unter Verwendung eines Autoradiographie-Analogons von Glucose, 2-Desoxyglucose (2-DG), wurde zur Messung des Glucosestoffwechsels bei Versuchstieren eingesetzt.

Abbildung 11.4 veranschaulicht das Grundprinzip des radioaktiven Desoxyglucoseverfahrens zur Messung der lokalen zerebralen Glukoseverwertung. Die Glukoseverwertung beginnt mit der Phosphorylierung von Glukose durch Hexokinase. Das resultierende Glucose-6-phosphat wird nicht in den Geweben zurückgehalten. Stattdessen wird es weiter zu Produkten wie CO2 und H2O metabolisiert, die das Gewebe verlassen. 2-Desoxyglucose ist ein Analogon von Glucose und wird durch das Glucoseträgersystem über die Blut-Hirn-Schranke transportiert. In Gehirnzellen wird 2-Desoxyglucose durch Hexokinase zu Desoxyglucose-6-phosphat (DG-6-P) phosphoryliert und kann nicht weiter zu CO2 und H2O abgebaut werden. Stattdessen wird es gefangen und sammelt sich im Gewebe quantitativ für eine angemessene Zeitdauer an. Durch Anbringen einer Markierung auf Desoxyglucose (wie in Fluor-2-Desoxy-D-glucose) ist es möglich, die Geschwindigkeit der markierten Desoxyglucose-6-phosphatbildung zu messen. Die Menge an 18FDG-6-phosphat kann direkt mittels Positronen-Emissions-Tomographie (PET) bestimmt werden. Die 2-Desoxyglucose-Methode wurde für den menschlichen Gebrauch mit PET modifiziert, mit kurzlebigen Positronen emittierenden Isotopen, die mit der 2-Desoxyglucose markiert sind.

11.6 Funktionelle Aktivierung des Energiestoffwechsels

Aufgrund der Kopplung des Stoffwechsels an die Funktion führt die funktionelle Aktivierung durch spezifische Stimuli auch zu einer regionalen Erhöhung des Glukosestoffwechsels in entsprechenden Hirnstrukturen. Die Bewegung von Fingern und Händen erhöht den Stoffwechsel in den jeweiligen Hirnregionen. Bei rechtshändigen Freiwilligen erhöhte die spontane Sprache die Stoffwechselaktivitäten in der Broca-Region. Die Präsentation visueller Bilder erhöht die Glukoseverwertung im primären visuellen Kortex.

Funktionelle MRT. Eine Variante der MRT, die als funktionelle MRT (fMRT) bezeichnet wird, basiert auf der Zunahme des Blutflusses zu bestimmten Hirnregionen, die mit der neuronalen Aktivität einhergeht. Eine Erhöhung des Blutflusses führt zu einer lokalen Abnahme des Desoxyhämoglobins aufgrund einer geringeren Sauerstoffextraktion. Desoxyhämoglobin ist paramagnetisch und dient als Quelle für das Signal in der fMRT. Im Gegensatz zu PET verwendet fMRT ein Signal, das dem Gehirn innewohnt, und hat sich als Technologie der Wahl für die Untersuchung der Gehirnfunktion herausgestellt.

11.7 Hirnstörungen und Stoffwechsel

Krampfstörungen sind funktionelle Störungen der Gehirnaktivität und führen zu deutlichen Veränderungen des Hirnstoffwechsels und des zerebralen Blutflusses. Die von PET nachgewiesenen Stoffwechselveränderungen können häufig elektrophysiologische Aufzeichnungen ergänzen, um epileptogene Herde zu lokalisieren. Diese Information hilft Neurochirurgen, den epileptogenen Fokus chirurgisch zu entfernen.

Metabolische Messungen mit PET können verwendet werden, um die Größe des Infarkts nach einem ischämischen Schlaganfall zu bestimmen. Hirntumoren haben einen hohen Stoffwechselbedarf und sind stark vaskularisiert. PET oder fMRT können verwendet werden, um den Tumor zu lokalisieren und die Wirksamkeit einer Therapie zu bewerten.