Hü­ter von Herz und Hirn

Lang galt es nur als Gift, dann be­merk­te man sei­nen Se­gen: Stick­stoff­mon­oxid. Nun ver­blüfft es wie­der: Es stärkt bei Be­darf die Blut-Hirn-Schran­ke.

Die Presse am Sonntag - - Wissen - VON JÜR­GEN LANGENBACH

Ist es nicht ei­ne Iro­nie des Schick­sals, dass mir N/G 1 ver­schrie­ben wur­de, zum Ein­neh­men! Sie nen­nen es Trini­trin, um den Apo­the­ker und die Öf­fent­lich­keit nicht zu er­schre­cken!“Das schrieb Al­f­red No­bel in ei­nem Brief im Ok­to­ber 1896, die Iro­nie lag im „N/G 1“, er be­nutz­te es als Ab­kür­zung für Ni­tro­gly­ce­rin, den Spreng­stoff, der ihn reich ge­macht hat­te. Er­fun­den hat­te ihn 1847 der ita­lie­ni­sche Arzt und Che­mi­ker Ascia­no Sobre­ro. Er spür­te üb­le Ne­ben­wir­kun­gen – Kopf­schmer­zen –, und bei der Haupt­wir­kung war höchs­te Vor­sicht ge­bo­ten, leich­tes­te Er­schüt­te­run­gen lös­ten schwers­te Ex­plo­sio­nen aus. Auch in den Fa­b­ri­ken No­bels in Schwe­den gab es so bö­se Un­fäl­le, dass die Re­gie­rung das Han­tie­ren mit dem bri­san­ten Zeug ver­bot. Des­halb zog No­bel sich da­mit in ei­ne Fa­b­rik bei Ham­burg zu­rück, dort lief ein Fass aus, schad­los. Es stand zu­fäl­lig auf ei­ner La­ge Kie­sel­gur, das saug­te es auf. Mit die­ser Mi­schung konn­te do­siert ge­sprengt wer­den.

Zu Eh­ren des Pro­blem­lö­sers wur­de sie Gur-Dy­na­mit ge­nannt, bald ent­fiel das Gur: Das Ni­tro­gly­ce­rin war ge­bän­digt – und wur­de als No­bel’s Sa­fe­ty Blas­ting Pow­der ver­mark­tet –, über die Ver­wen­dung mach­te sich der Er­fin­der nicht all­zu vie­le Kopf­schmer­zen. Aber das Ni­tro­gly­ze­rin mach­te sie ihm, wie Sobre­ro, ganz un­me­ta­pho­ri­sche. Des­halb nahm er nicht, was ihm die Ärz­te ge­gen sei­ne An­gi­na pec­to­ris ver­schrie­ben – die vom Her­zen kom­men­de be­drü­cken­de Be­en­gung der Brust –, kei­ne zwei Mo­na­te spä­ter war er tot.

Hät­te er län­ger ge­lebt, wenn er den Spreng­stoff ge­schluckt hät­te? Zu sei­ner Zeit wa­ren or­ga­ni­sche Stick­stoff­ver­bin­dun­gen wie Ni­tro­gly­ce­rin bei die­sem Lei­den die Mit­tel der Wahl, bei Blut­hoch­druck auch. Sie blie­ben es, sie wir­ken, aber was in ih­nen wirkt, blieb fast hun­dert Jah­re ein Rät­sel. In den frü­hen 1980er-Jah­ren be­kam es ei­nen Na­men – „en­do­the­li­um-de­ri­ved re­la­xing fac­tor“–, und 1987 wur­de ge­klärt, was das En­do­thel, die In­nen­wand der Blut­ge­fä­ße, ent­spannt: Stick­stoff­mon­oxid, NO. Das war bis da­hin nur als Gift be­kannt bzw. als ag­gres­si­ves frei­es Ra­di­kal, und als Luft­schad­stoff, der in der Som­mer­hit­ze Ozon­be­las­tung bringt. Nun zeig­te es Se­gen, mit­ten im Kör­per und in so vie­len Rol­len, dass Sci­ence es 1992 zum „Mole­cu­le of the Ye­ar“aus­rief: „NO News is good news“(258, S. 1862).

Die gu­ten Neu­ig­kei­ten be­schränk­ten sich nicht auf die ent­span­nen­de Wir­kung auf Blut­ge­fä­ße, über die um­we­gig auch Via­gra wirkt, NO ist zu­dem ei­ne Waf­fe des Im­mun­sys­tems, NO ist ein Neu­ro­trans­mit­ter, und NO sorgt, zu­rück zum Blut, da­für, dass über­haupt et­was durch die Ge­fä­ße fließt. Es ist an der Bil­dung von Blut be­tei­ligt: Des­sen Vor­läu­fer­zel­len rei­fen im Em­bryo in der Aor­ta des Her­zens. Aber sie tun das nur, wenn in der Aor­ta­wand NO frei­ge­setzt wird, und das wird es nur, wenn die Wand un­ter Druck ge­rät, durch schon flie­ßen­des Blut: NO ist das che­mi­sche Bin­de­glied zwi­schen phy­si­ka­li­schem Druck und bio­lo­gi­scher Gen­ak­ti­vi­tät, Leo­nard Zon (Har­vard) hat es an Ze­bra­fi­schen ge­zeigt, ih­re Jun­gen sind trans­pa­rent, man sieht das Herz mit blo­ßem Au­ge (Cell 137, S. 736). Ent­gif­ter Hä­mo­glo­bin. Und NO ist bzw. war in ei­nem noch viel tie­fe­ren Sinn an der Bil­dung von Blut be­tei­ligt: Heute wird es vom Im­mun­sys­tem sei­ner Ag­gres­si­vi­tät we­gen als Waf­fe ge­gen Bak­te­ri­en ein­ge­setzt. Aber es wirkt nicht ge­gen al­le: Man­che ha­ben sehr früh, vor et­wa 3,8 Mil­li­ar­den Jah­ren, ei­nen Schutz ge­gen NO ent­wi­ckelt, das hing in der Ur-At­mo­sphä­re, frei­en Sau­er­stoff gab es noch nicht. Und doch hat­ten Bak­te­ri­en Hä­mo­glo­bin, das ku­gel­för­mi­ge („glo­bu­lar“) Pro­te­in mit dem Ei­sen, das heute un­ser Blut rot färbt und Sau­er­stoff trans­por­tiert. Wo­zu war es da, als es die­sen noch gar nicht gab?

Zum Ent­gif­ten von NO: Das ers­te Hä­mo­glo­bin wan­del­te es an­ae­rob in Lach­gas um (N2O). Die­ses Hä­mo­glo­bin hät­te NO auch ae­rob ent­schär­fen kön­nen, aber frei­en Sau­er­stoff gab es ja nicht. Als der kam – durch fo­to­syn­the­se­trei­ben­de Bak­te­ri­en –, war auch er ein Gift. Wie­der half Hä­mo­glo­bin, nun mach­te es mit der Hil­fe von NO das O2 un­schäd­lich. Wie, das zeigt ein ur­al­ter ek­li­ger Pa­ra­sit, der heute noch Men­schen in vie­len Re­gio­nen plagt, der Wurm As­ca­ris: Er hat sein Hä­mo­glo­bin so um­ge­baut, dass es Sau­er­stoff ex­trem stark an sich bin­det, 20.000-mal stär­ker als un­ser Hä­mo­glo­bin, dann wird er mit NO schad­los ge­macht, in zehn Schrit­ten, zu Ni­tra­ten: „Das As­ca­ris-Hä­mo­glo­bin funk­tio­niert als ,Di­oxy­ge­na­se‘, die NO ver­wen­det, um Sau­er­stoff zu ent­gif­ten“, er­klärt Jo­na­than Stam­ler (Du­ke): „Da­mit scheint es ei­ne Brü­cke in der Evo­lu­ti­on zu sein, die zwi­schen dem Hä­mo­glo­bin der frü­hen Bak­te­ri­en und dem der Wir­bel­tie­re, ins­be­son­de­re der Säu­ge­tie­re“(Na­tu­re 401, 497).

Die Wir­bel­tie­re bau­ten noch ein­mal um: Mit ih­rem Hä­mo­glo­bin neu­tra­li­sie­ren sie we­der NO noch O2, sie trans­por­tie­ren sie da­mit, bei­de, und die spie­len zu­sam­men: NO ist der Scout, der be­merkt, wo Sau­er­stoff ge­braucht wird, und dort zum bes­se­ren Durch­lass die Ge­fäß­wand er­wei­tert. So ist das grund­sätz­lich auch im Ge­hirn, das mit 600 Ki­lo­me­tern Ge­fä­ßen durch­zo­gen ist, sie ver­sor­gen je­de Zel­le mit Blut. Aber nicht al­les, was in die­sen ist, darf in das Ge­hirn hin­ein, dar­über wacht die Blut- Hirn-Schran­ke. Sie lässt nur klei­ne Mo­le­kü­le durch, das soll das Zen­tral­or­gan vor Krank­heits­er­re­gern schüt­zen (und stellt die Phar­ma­ko­lo­gie vor Pro­ble­me: 98 Pro­zent der in Tier­ver­su­chen viel­ver­spre­chen­den Wirk­stof­fe schaf­fen es nicht durch die Schran­ke, sie sind zu groß). Drin­gen doch Er­re­ger ein – mit vie­len Tricks –, kommt wie­der NO ins Spiel, als Waf­fe des Im­mun­sys­tems. Es wird von Ab­wehr­zel­len sehr rasch pro­du­ziert, mit dem En­zym NO-Syntha­se aus der Ami­no­säu­re L-Ar­gi­nin (so wird es in al­len Zel­len pro­du­ziert, in den Ab­wehr­zel­len nur bei Be­darf ).

Aber das Ar­senal ist zwei­schnei­dig, Ab­wehr ist oft mit Ent­zün­dung ver­bun­den, und die ist vor al­lem im Ge­hirn un­er­wünscht. Des­halb über­nimmt NO im Ge­hirn bei Be­dro­hung ei­ne zwei­te Rol­le, ei­ne ganz kon­trä­re zu der im Rest des Kör­pers: Im Ge­hirn macht es die Ge­fäß­wän­de – in die­sem Fall die der Blut-Hirn-Schran­ke – nicht durch­läs­si­ger, im Ge­gen­teil, es stärkt sie, und zwar dort, wo Ag­gres­so­ren sie durch­bro­chen ha­ben (PLoS Pa­tho­gens 25. 2.). Mar­tin Rot­ten­berg (Stockholm) hat es bei Ex­pe­ri­men­ten mit Try­p­a­no­so­men be­merkt, den Er­re­gern der Schlaf­krank­heit.

»NO news is good news«: Das Gas ent­spannt Blut­ge­fä­ße und hilft, Bak­te­ri­en ab­zu­weh­ren. Ge­gen al­le Bak­te­ri­en hilft NO nicht, man­che neu­tra­li­sie­ren es, mit ih­rem Hä­mo­glo­bin.

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