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Zum Einfluss veränderter Sauerstoffkonzentrationen auf Gehirnfunktionen

Das Gehirn reagiert besonders empfindlich auf Veränderungen der Sauerstoffkonzentration (O2), sodass Zellmorphologie und neuronale Funktionen geschädigt werden können.
Zum Einfluss veränderter Sauerstoffkonzentrationen auf Gehirnfunktionen
Für Organismen ist die Versorgung mit ausreichend Sauerstoff lebensnotwendig. Zu wenig Sauerstoff (Hypoxie) wie auch zu viel Sauerstoff (Hyperoxie) kann die Zellen schädigen. Um Effekte von Hypoxie und Hyperoxie auf die neuronale Funktion zu untersuchen, sollte das EU-finanzierte Projekt BRAINCIROXCON (Functional and structural changes of brain circuitry in altered oxygen conditions) Neuronentypen identifizieren, die besonders empfindlich auf veränderte O2-Werte reagieren.

Mit neuroanatomischen und elektrophysiologischen Methoden wurde eine Karte geschädigter Hirnareale wie auch geschädigter inhibitorischer und exzitatorischer neuronaler Populationen erstellt. Am offensichtlichsten waren zytoskeletale Schäden - wie ein TUNEL-Assay und die Färbung von Apoptosemarkern ergab - vor allem im Hippocampus. Interessant war, dass selbst eine leichte Hyperoxie (30 %) über nur wenige Stunden hinweg neuronale Schäden verursachen kann. In vivo wurde die neuronale Schädigung mittels Magnetresonanztomographie (MRT) validiert.

Die neuronale Netzwerkaktivität wurde mittels Elektroenzephalographie (EEG) an Mehrkanal-Elektroden im Hippocampus unter verschiedenen Sauerstoffbedingungen (normoxisch, hypoxisch und hyperoxisch) gemessen. Erste Beobachtungen gehen von signifikanten Veränderungen der Netzoszillation im hyperoxischen und hypoxischen Zustand sowie einer stärkeren Aktivität bislang unbekannter inhibitorischer Neuronen aus.

Um zu untersuchen, nach welchem Muster Neuronen bei verschiedenen O2-Werten feuern, wurden mit einer Einzelzellmethode elektrische Aktivitäten sowie neuroanatomische und neurochemische Eigenschaften einzelner Zellen aufgezeichnet. Dabei wurden keine neuronalen Schäden im präfrontalen Cortex beobachtet, sodass man sich dem Hippocampus zuwandte. Die molekulare Analyse der geschädigten Neuronen wird zeigen, welche Prozesse durch Veränderung der O2-Werte beim beobachteten Phänotyp stattfinden.

Insgesamt lieferte BRAINCIROXCON aufschlussreiche Details zum Effekt veränderter O2-Werte im Gehirn, was die Erforschung neuronaler Krankheitsprozesse bei Neurodegeneration, gesundheitspolitische Vorgaben und direkte Therapiestrategien vereinfacht. Dies wiederum kann langfristig die Gesundheitsversorgung und Lebensqualität von Patienten verbessern.

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Schlüsselwörter

Gehirn, Sauerstoff, Hypoxie, Hyperoxie, BRAINCIROXCON
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