Das Narkosemittel Ketamin versetzt Millionen Patienten pro Jahr in Bewusstlosigkeit, doch was im Gehirn nach dem Aufwachen geschieht, war bislang kaum verstanden. Forscher des Institute of Science and Technology Austria haben nun erstmals gezeigt, dass Immunzellen des Gehirns die Neuvernetzung der Nervenzellen nach der Narkose aktiv steuern. Der überraschendste Befund der in Science Advances veröffentlichten Studie betrifft jedoch den Unterschied zwischen den Geschlechtern. Denn der entscheidende Mechanismus ließ sich nur in weiblichen Gehirnen nachweisen, und ausgelöst wird er von einem Stresshormon.
Ketamin nimmt unter den Narkosemitteln eine Sonderstellung ein. Es macht nicht nur bewusstlos, sondern beeinflusst zugleich die Schmerzempfindung und das Gedächtnis, weshalb es in der Notfallmedizin ebenso eingesetzt wird wie im Operationssaal. In niedriger Dosierung gilt der Wirkstoff zudem als wirksames Mittel gegen therapieresistente Depressionen. Während der Narkose dämpft Ketamin die Kommunikation zwischen den Nervenzellen, also genau jenes Netzwerk, das nach der Anästhesie wieder zur normalen Funktion zurückfinden muss. Wie dieser Erholungsprozess im Detail abläuft, war lange eine offene Frage der Neurowissenschaft. Aus der klinischen Praxis gab es allerdings schon länger Hinweise, dass Frauen und Männer unterschiedlich auf den Wirkstoff reagieren, etwa weil Frauen nach einer Ketamin-Narkose in Fallberichten häufiger unter Übelkeit und Erbrechen litten.
Im Zentrum der neuen Studie stehen die Mikroglia, die spezialisierten Immunzellen des Gehirns. Sie überwachen permanent ihre Umgebung, räumen Zellreste ab und kontrollieren auch die Kontaktstellen zwischen Nervenzellen. Bereits im Jahr 2017 hatte die Gruppe um die Neurowissenschaftlerin Sandra Siegert beobachtet, dass diese Zellen bei weiblichen und männlichen Mäusen unterschiedlich auf eine Ketamin-Narkose reagieren. Dass Gehirne sich messbar unterscheiden können, zeigt die Forschung auch an anderer Stelle, etwa bei den Persönlichkeitsmerkmalen, in denen sich Linkshänder von Rechtshändern unterscheiden. Der frühen Beobachtung zum Ketamin gingen die Forscher nun mit modernster Mikroskopie systematisch nach.
Über ein sogenanntes Schädelfenster verfolgte das Team live im Mikroskop, wie sich das Gehirn von Mäusen nach der Narkose reorganisiert. Bei weiblichen Tieren bauten die Mikroglia nach dem Erwachen auffallend enge Kontakte zu den Nervenzellen auf und kurbelten damit die neuronale Plastizität an, also die Fähigkeit des Gehirns, Verbindungen umzubauen und sich anzupassen. Die Signalübertragung zwischen den Nervenzellen wurde dadurch messbar stärker. Bei männlichen Tieren blieb dieser Effekt vollständig aus. Dass die Immunzellen tatsächlich die treibende Kraft sind, belegte ein Kontrollversuch, denn in Gehirnen ohne Mikroglia fand der Umbau der Kontaktstellen nicht statt. Die Ergebnisse hat das Team um Erstautor Alessandro Venturino in der Fachzeitschrift Science Advances im Detail beschrieben und damit einen bislang unbekannten Erholungsmechanismus des Gehirns dokumentiert.
Auf der Suche nach dem Auslöser stießen die Forscher auf Corticosteron, eines der wichtigsten Stresshormone und das Gegenstück zum menschlichen Cortisol. Sein Spiegel steigt in der Aufwachphase nach der Narkose deutlich an. In weiblichen Mikroglia aktiviert das Hormon gezielt das Stressantwort-Gen Fkbp5, dessen Protein die Zellen offenbar dazu bringt, den engen Kontakt zu den Nervenzellen zu suchen. Entfernten die Forscher die Nebennieren als Hauptquelle des Hormons, verschwand die Wechselwirkung, eine anschließende Corticosteron-Gabe stellte sie wieder her. Stress ist demnach nicht nur schädlich, sondern treibt im weiblichen Gehirn einen sinnvollen Anpassungsprozess an. Warum männliche Gehirne anders reagieren, ob verzögert oder über einen ganz anderen Weg, ist noch offen. Wie stark Wirkstoffe im Gehirn an unerwarteten Stellen angreifen können, zeigte zuletzt auch die Forschung an Abnehmspritzen und ihren Schaltern im Gehirn. Für die Medizin sind die Befunde ein deutlicher Appell, geschlechtsspezifische Unterschiede bei Narkosemitteln und Antidepressiva künftig konsequenter zu untersuchen, auch wenn die Ergebnisse aus dem Mausmodell stammen und erst am Menschen bestätigt werden müssen.
Science Advances, Corticosterone-linked microglial activity underpins sexually dimorphic neuroplasticity after ketamine anesthesia; doi:10.1126/sciadv.adz6517