Herzstillstand: Leber reaktiviert Schweinegehirne nach fast einer Stunde

Forschenden ist es gelungen, in Schweinegehirnen noch bis fast eine Stunde nach dem Stillstand des Blutkreislaufs wieder Aktivität auszulösen. Dank einer überraschenden Entdeckung eines Teams aus China konnte diese Funktion in einigen Fällen sogar über mehrere Stunden erhalten werden.

Dieser Erfolg ist ein bedeutender Fortschritt auf dem Weg zu verstehen, wie sich die Gehirnfunktion nach einem plötzlichen Herzstillstand wiederherstellen lässt. Er deutet darauf hin, dass Ärztinnen und Ärzte das bislang sehr kurze Zeitfenster für eine erfolgreiche Reanimation nach einem Herzstillstand möglicherweise erweitern könnten.

Der entscheidende Ansatz bestand darin, die unversehrte Leber des Patienten – jenes Organ, das das Blut im Körper reinigt – in das Lebenserhaltungssystem einzubinden, mit dem das Gehirn nach Ablauf dieser Zeit wiederbelebt werden soll.

Herzstillstand und ischämische Hirnschäden

Ein plötzlicher Herzstillstand löst im gesamten Körper zahlreiche Probleme aus, weil der Blutfluss abrupt endet. Die dadurch verursachte Minderdurchblutung einzelner Körperregionen wird als Ischämie bezeichnet. Tritt sie im Gehirn auf, kann sie bereits innerhalb weniger Minuten schwere und nicht rückgängig zu machende Schäden hervorrufen. Deshalb ist das Reanimationsfenster nach einem Herzstillstand so begrenzt.

Dass eine Ischämie mehrerer Organe die Erholungsfähigkeit des Gehirns nach einem Herzstillstand beeinflusst, ist bekannt. Die jeweiligen Beiträge der einzelnen Organe wurden jedoch bislang nicht umfassend untersucht.

Seit einigen Jahren setzen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Schweinemodelle ein, um Methoden zur Begrenzung von Hirnschäden zu prüfen. Unter der Leitung des Arztes Xiaoshun He von der Sun-Yat-Sen-Universität in China untersuchte ein Forschungsteam nun die Rolle der Leber bei der Erholung des Gehirns nach einer durch Herzstillstand verursachten Ischämie.

Die Leber als Schutzfaktor für das Gehirn

Das Team arbeitete mit 17 im Labor gezüchteten tibetischen Minischweinen und verglich, welchen Unterschied die Beteiligung der Leber während eines Kreislaufstillstands macht. In einem Versuchsteil wurden zwei Gruppen von Schweinen 30 Minuten lang einer Hirnischämie ausgesetzt. Bei einer dieser Gruppen wurde zusätzlich eine Leberischämie herbeigeführt, bei der anderen nicht. Eine Kontrollgruppe erlitt keinerlei Ischämie.

Nachdem die Tiere eingeschläfert und ihre Gehirne untersucht worden waren, zeigte die Kontrollgruppe erwartungsgemäß die geringsten Hirnschäden. In der Gruppe ohne Leberischämie waren die Schäden jedoch deutlich geringer als bei den Tieren, deren Leber ebenfalls von der Minderdurchblutung betroffen gewesen war.

Im nächsten Forschungsschritt versuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, eine unbeschädigte Leber in ein Lebenserhaltungssystem einzubinden, das ein vollständig aus einem eingeschläferten Schwein entnommenes Gehirn wiederbelebte. Für die Behandlung von Menschen dürfte ein solches Szenario zwar kaum infrage kommen, doch es hilft dabei, die Zeiträume besser einzugrenzen, in denen eine Reanimation möglich sein könnte.

Leberunterstützte normotherme Maschinenperfusion des Gehirns

Das grundlegende Lebenserhaltungssystem nutzte ein künstliches Herz und eine künstliche Lunge, um Flüssigkeit durch das Gehirn zu pumpen. Bei einer Gruppe wurde zusätzlich die Leber eines Schweins in das System integriert. Diese Methode wird als leberunterstützte normotherme Maschinenperfusion des Gehirns bezeichnet.

Zunächst verband das Team die Gehirne 10 Minuten nach Beginn des Lebenserhaltungsverfahrens mit den Systemen. Im System ohne Leber trat innerhalb einer halben Stunde elektrische Aktivität im Gehirn auf, die anschließend im Laufe der Zeit wieder abnahm.

Die Forschenden testeten außerdem unterschiedliche Verzögerungen und schlossen Gehirne nach 30 Minuten, 50 Minuten, 60 Minuten und 240 Minuten an das leberunterstützte System an. Das vielversprechendste längste Intervall lag bei 50 Minuten ohne Blutversorgung: Das Gehirn nahm seine elektrische Aktivität wieder auf, die bis zum Ende des Versuchs sechs Stunden später erhalten blieb.

Bemerkenswert war, dass in Gehirnen, denen 60 Minuten lang Sauerstoff entzogen worden war, die Aktivität nur für drei Stunden zurückkehrte und danach nachließ. Dies weist auf ein kritisches Zeitintervall hin, in dem eine Reanimation durch die Ergänzung einer funktionsfähigen Leber erfolgreich sein kann.

Nach Einschätzung der Forschenden legen die Ergebnisse nahe, dass die Leber bei der Entstehung von Hirnschäden nach einem Herzstillstand eine wichtige Rolle spielt. Die Befunde eröffnen neue Forschungswege zu Hirnschäden und könnten künftig hoffentlich die Überlebensraten sowie die Erholungsaussichten menschlicher Patientinnen und Patienten verbessern.

Die Studie wurde in EMBO Molecular Medicine veröffentlicht.