Physiologie des Liquors

Zusammenfassung

Die biologischen Strukturen, die sich in der Evolution herausgebildet haben, mögen eine unüberschaubar scheinende Vielfalt darstellen, und dennoch beruhen die Mechanismen der Gestaltbildung und auch die damit verbundenen Funktionen auf den wenigen Grundprinzipien der Physik, wie Diffusion und Materiefluss, aber auch auf den Symmetrieregeln der Geometrie. Da alle lebenden Systeme nur fernab des chemischen Gleichgewichts unter steter Energiezufuhr existieren und dazu biochemischen Kontrollmechanismen unterliegen, müssen diese naturwissenschaftlichen Prinzipien um das Konzept der selbstorganisierten Entstehung von Ordnung (dissipative Strukturen), der nicht linearen Funktionen (nichtprognostizierbare Verläufe von Zeitserien) und um die fraktale Geometrie (Selbstähnlichkeit oder Größeninvarianz) erweitert werden. Ohne diese Zusammenhänge ist die biologische Stabilität des Gesunden, aber auch der Krankheiten nicht zu erklären. Selbst die Genexpression ist Teil dieser phänotypischen Selbstorganisation. In diesem Kontext ist das von Reiber (J Neurol Sci 122:189–203, 1994) entwickelte Blut-Liquor-Schrankenmodell zu verstehen. Die Diffusion der Proteine (Proteinstrom) zwischen Blut und Liquorraum werden moduliert durch den abtransportierenden Liquorfluss. Diese Rückkopplung zwischen Molekülstrom und Materiefluss ist die Basis für die Ausbildung eines selbstorganisierenden Fließgleichgewichts der Proteinkonzentrationen im Liquor, das, wie alle rückgekoppelten Systeme, durch einen nicht linearen Funktionszusammenhang beschreibbar ist. Mit der möglichen Reduktion auf die biophysikalischen Zusammenhänge wird deutlich, dass auch für die Beschreibung der pathophysiologischen Prozesse die Beschreibung der Dynamik in der Physiologie Vorrang vor der strukturellen anatomischen Beschreibung hat. Dennoch wird das Gebiet der Schrankendysfunktion immer noch mehr von den Strukturdiskussionen mit bestenfalls linearen Modellen beherrscht. Oftmals wird auch nicht zwischen Blut-Hirn-Schranke und Blut-Liquor-Schrankenfunktion unterschieden. Mit der Arbeit von Reiber (J Neurol Sci 122:189–203, 1994) wurde eine geschlossene Theorie der normalen und pathologischen Blut-Liquor-Schrankenfunktion und deren mathematisch korrekte Behandlung gefunden, mit der auch die Dynamik der Hirnproteine und leptomeningealen Proteine des Liquors eine quantitative Erklärung findet: Die Erklärung der Blut-Liquor-Schrankenstörung als reduzierte Flussgeschwindigkeit ist hinreichend für alle Arten neurologisch-pathophysiologischer Prozesse, wie bakterielle, virale oder parasitenbedingte entzündliche Prozesse ebenso wie mechanische Blockaden des spinalen Flussweges durch Tumoren, Stenosen und Parasiten oder durch Behinderungen des Abflussweges bei Entzündungen im Bereich der Spinalwurzeln. Neben molekülgrößenabhängiger Diffusion und Liquorfluss werden keine zusätzlichen Annahmen über Änderungen an den vielfältigen morphologischen Strukturen der Blut-Hirn-Schranke nötig, um eine Blut-Liquor-Schrankendysfunktion quantitativ zu beschreiben. Neben der Dynamik der Serumproteine wurde auch die Dynamik der Hirnproteine und der leptomeningealen Proteine als Ausdruck der Variation des Liquorflusses quantitativ beschreibbar.