Das Gehirn besitzt ein eigenes Spülsystem, das vor allem im Tiefschlaf arbeitet und dabei Eiweiße abtransportiert, die mit Alzheimer in Verbindung stehen. Ein Forscherteam aus New Mexico hat nun getestet, ob sich dieser Vorgang auch im wachen Zustand anstoßen lässt. Zwölf Probanden atmeten dafür über eine Maske 30 Minuten lang im Wechsel Luft mit 0,05 und mit 5 Prozent Kohlendioxid. Die begleitenden Hirnscans und Blutproben zeigten anschließend ein Muster, das die Forscher selbst für erklärungsbedürftig halten.
Albuquerque (U.S.A.). Lange galt das Gehirn als das einzige Organ ohne eigenes Lymphsystem. Erst seit gut einem Jahrzehnt ist bekannt, dass es einen eigenen Entsorgungsweg besitzt, den die Forschung als glymphatisches System bezeichnet. Ein gut arbeitendes glymphatisches System transportiert Stoffwechselabfälle entlang der Blutgefäße aus dem Nervengewebe ab, indem Hirnwasser durch die schmalen Räume zwischen den Zellen gepresst wird. Angetrieben wird dieser Fluss durch die Vasomotion, also das rhythmische Weiten und Verengen der Arterien im Abstand von etwa 30 Sekunden. Dieser Rhythmus wirkt wie eine langsame Pumpe. Am stärksten läuft er im Non-REM-Schlaf, wenn langsame Hirnwellen und Gefäßbewegungen synchron verlaufen. Genau dieser Zusammenhang macht den Tiefschlaf für die Hirngesundheit so bedeutsam und erklärt, warum chronischer Schlafmangel seit Jahren als Risikofaktor für neurodegenerative Erkrankungen diskutiert wird.
Diese Reinigung ist nicht nur eine Randnotiz der Schlafforschung. Zu den Stoffen, die dabei abtransportiert werden, zählen Beta-Amyloid und Tau-Protein. Beide Eiweiße kommen auch in gesunden Gehirnen vor, lagern sich bei der Alzheimer-Krankheit jedoch als Plaques und Fibrillen ab und gelten als zentrale Kennzeichen der Erkrankung. In Deutschland leben nach Berechnungen der Deutschen Alzheimer Gesellschaft rund 1,84 Millionen Menschen mit einer Demenz, die Mehrzahl davon mit Alzheimer. Bis 2050 könnten es je nach Szenario 2,3 bis 2,7 Millionen sein. Entsprechend groß ist das Interesse an Ansätzen, die den Abtransport dieser Proteine verbessern, ohne in den Stoffwechsel einzugreifen. Bislang setzte die Forschung dabei vor allem auf besseren Schlaf und auf Bewegung. Ob sich die nächtliche Hirnreinigung auch gezielt am wachen Menschen anstoßen lässt, war lange offen, und Ansätze wie eine im Wachzustand erzeugte Schlafaktivität in einzelnen Hirnregionen zeigen, wie unterschiedlich die Forschung dieses Ziel derzeit angeht.
Ein Team um die Neuropsychologin Sephira Ryman vom Mind Research Network und der University of New Mexico hat auf der Alzheimer's Association International Conference in London Daten zu einem ungewöhnlichen Ansatz vorgestellt. Statt den Schlaf zu verlängern oder Medikamente einzusetzen, nutzten die Forscher ein Gas, das der Körper ohnehin permanent produziert. Zwölf Probanden trugen dafür 30 Minuten lang eine Atemmaske, die alle 35 Sekunden zwischen zwei Gemischen umschaltete. Das eine enthielt rund 0,05 Prozent Kohlendioxid und entsprach damit ungefähr der Konzentration der Umgebungsluft. Das andere enthielt 5 Prozent Kohlendioxid, also das Hundertfache. Eine solche kontrollierte Hyperkapnie weitet die Hirngefäße messbar, weil der Körper auf steigende CO2-Werte im Blut mit einer Erweiterung der Arterien reagiert. Durch das ständige Umschalten entstand ein künstlicher Rhythmus aus Weitung und Verengung, der dem langsamen Takt der Vasomotion im Tiefschlaf nachempfunden ist. Acht der zwölf Teilnehmer hatten unauffällige Tau-Werte im Blut, vier zeigten erhöhte Werte, drei von ihnen zusätzlich eine leichte kognitive Beeinträchtigung.
Während der Sitzung liefen Magnetresonanzaufnahmen mit. Sie zeigten, dass die intermittierende CO2-Belastung im wachen Gehirn Bewegungsmuster des Hirnwassers auslöste, wie sie sonst vor allem im Non-REM-Schlaf auftreten. Das Prinzip hatte die Gruppe zuvor bereits an Parkinsonpatienten geprüft und in einer Untersuchung zum Liquorfluss unter intermittierender Hyperkapnie beschrieben, in der bereits drei Sitzungen von je zehn Minuten den Einstrom von Hirnwasser erhöhten. Entscheidend sind bei diesem Ansatz jedoch die Blutwerte. Bei allen zwölf Teilnehmern stieg nach der halben Stunde die Konzentration von Beta-Amyloid im Blut an. Das klingt zunächst ungünstig, spricht aus Sicht der Forscher aber dafür, dass das Protein aus dem Gehirn heraus in den Kreislauf gelangte. Bei den drei Probanden mit eingeschränkter kognitiver Leistungsfähigkeit ließ sich zusätzlich ein verstärkter Abtransport der Tau-Proteine nachweisen, vermutlich weil bei ihnen von vornherein deutlich mehr davon im Gewebe vorhanden war.
So bemerkenswert der Befund ist, so klar sind seine Grenzen. Weitere Blutproben zeigten, dass die Werte für Amyloid und Tau bereits eine Stunde nach der Behandlung wieder auf das Ausgangsniveau zurückgefallen waren. Die CO2-Inhalation erzeugt also ein kurzes Zeitfenster verstärkter Reinigung und keinen dauerhaften Zustand. Ob sich daraus ein messbarer Nutzen für das Gedächtnis ergibt, ist damit noch nicht beantwortet. Mit zwölf Teilnehmern ist die Stichprobe zudem sehr klein, und auch zur Sicherheit lässt sich aus ihr wenig ableiten, selbst wenn keine Nebenwirkungen auftraten. Geplante klinische Studien sollen klären, wie oft eine solche Sitzung nötig wäre und ob wiederholte Anwendungen unbedenklich sind. Parallel arbeitet die Forschung an Verfahren, die einen kognitiven Abbau früher sichtbar machen, etwa an Smartphone-Tests für frühe Alzheimer-Veränderungen, mit denen sich Verläufe engmaschig beobachten lassen.
Der Reiz des Verfahrens liegt für die beteiligten Forscher darin, dass es nicht auf ein einzelnes Molekül zielt. Wird der Abtransport insgesamt beschleunigt, betrifft das ebenso Alpha-Synuclein, das bei Parkinson eine Rolle spielt, wie entzündungsfördernde Botenstoffe. Der Neurowissenschaftler Jeff Iliff, der die Arbeit einordnet, sieht darin einen möglichen Anwendungsbereich, der weit über die Alzheimer-Krankheit hinausgeht. Zugleich bleibt offen, ob eine gesteigerte Reinigung tatsächlich den kognitiven Abbau bremst, denn Ablagerungen gelten zwar als Kennzeichen, aber nicht als alleinige Ursache der Erkrankung. Wie komplex das Zusammenspiel ist, zeigen Arbeiten zur Frage, ob eine teilweise Regeneration des Gedächtnisses bei Alzheimer überhaupt erreichbar ist. Sollte sich der Ansatz als sicher und wirksam erweisen, könnten Betroffene das Verfahren nach Vorstellung der Forscher eines Tages mit einem kleinen Gerät zu Hause anwenden, um die Reinigung ihres Gehirns anzustoßen.
npj Parkinson's Disease, The influence of intermittent hypercapnia on cerebrospinal fluid flow and clearance in Parkinson's disease and healthy older adults; doi:10.1038/s41531-025-01179-6