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Göttingen Göttinger Forscher: Wie der Körper seine Energieversorgung organisiert
Campus Göttingen Göttinger Forscher: Wie der Körper seine Energieversorgung organisiert
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14:22 02.12.2019
Wie organisiert sich unser Körper selbst? Mit dieser Frage haben sich Göttinger Forscher auseinandergesetzt (Symbolbild). Quelle: dpa
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Göttingen

Wenn die Zellen unseres Körpers arbeiten, benötigen sie Energie. Diese Energie beziehen sie aus dem Blut, das in Kapillaren, sehr kleinen Adern, an ihnen vorbei fließt. Denn das Blut transportiert Sauerstoff, Hormone und Nährstoffe durch sogenannte vaskuläre Systeme zu den Zellen. Göttinger Forscher haben sich mit der Frage beschäftigt, wie der Körper sich auf veränderte Nährstoffbedarfe einstellt.

Das Rätsel

Tiere – und damit auch der Mensch – haben die Fähigkeit, einzelne Kapillaren in Körperteilen, die einen akut erhöhten Energiebedarf haben, zu erweitern. Es ist jedoch noch weitgehend ungeklärt, was genau dabei im Körper passiert. Karen Alim und Felix Meigel von der Arbeitsgruppe „Biologische Physik und Morphogenese“ am Göttinger Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation beschäftigten sich mit diesem Rätsel.

Wie wird der Nährstofftransport in Blutgefäßen gesteuert? Was muss geschehen, damit zum Beispiel ein bestimmter Muskel mit mehr Nährstoffen versorgt wird und somit besser arbeiten kann? Und wie kommt es, dass unser Körper zu dieser Selbstregulierung fähig ist?

Um den Antworten auf diese Fragen näherzukommen, versuchten die Forscher zunächst, den Blut- und damit auch den Nährstofffluss im Körper besser zu verstehen. Dafür arbeiteten sie mit theoretischen Modellen und Computersimulationen. In digitalen Kopien echter vaskulärer Systeme simulierten Alim und Meigel die Weitung einzelner Kapillaren und untersuchten, wie sich dadurch der Blutfluss und die Aufnahme von Nährstoffen aus den Kapillaren in die umgebenden Zellen veränderten.

Die Ergebnisse

Ihr Ergebnis: Nicht der Aufbau und die Struktur eines Kapillarnetzwerks sind ausschlaggebend für die Verteilung von Nährstoffen, sondern der Blutfluss. Entscheidend ist, wie schnell das Blut durch bestimmte Kapillaren fließt. Denn: Je schneller das Blut durch eine Kapillare fließt, desto weniger Zeit verbleibt, in der Nährstoffe in die umgebenden Zellen abgegeben werden können. Weitet sich aber eine Kapillare, fließt das Blut langsamer durch sie hindurch, die umgebenden Zellen können mehr Nährstoffe aus dem Blut aufnehmen und mehr Arbeit verrichten.

Den Anstoß für diesen Prozess geben die arbeitenden Zellen selbst, indem sie Signalstoffe an ihre Umgebung aussendet. Dabei können bereits kleine Veränderungen, also die Weitung einzelner Kapillaren, große Auswirkungen haben. „Die Netzwerke zeigen komplexe Dynamiken“, heißt es in der Veröffentlichung von Alim und Meigel.

Umso wichtiger sei es, den Aufbau dieser Netzwerke genau zu kennen – sonst könne man nicht erklären, wie diese Selbstorganisation funktioniert. „Die Mikrovaskulatur ist ein Paradebeispiel für ein sich anpassendes Transportnetzwerk. Wir wollen verstehen, wie Transport und Versorgung von Gewebe in einem Netzwerk zusammenhängen, das sich selbst verändern kann“, sagt Alim.

Der Nutzen

Die neuronalen Aktivitäten in einem Körper – also die Menge und Art der Signale, die die Nerven aussenden – werden üblicherweise mit Hilfe von Magnetresonanztomographie (MRT) gemessen. Dabei werde häufig in Wirklichkeit der Blutfluss gemessen, heißt es in der Veröffentlichung der Göttinger Forscher. Ihre Ergebnisse könnten dabei helfen, den Zusammenhang zwischen der Funktion von Nerven, der Arbeit von Zellen und der Lenkung des Blutflusses zu verstehen.

Meigel erklärt das so: „Mit unserer Forschung geben wir eine Handreichung dafür, wie aus dem Blutfluss auf die Zellversorgung in einem Gewebe geschlossen werden kann. Dies ist von grundlegender Bedeutung, um letztlich die Frage zu beantworten, wie eine erhöhte neuronale Aktivität mit einer Veränderung der Durchblutung verbunden ist.“

Mit der vorliegenden Arbeit gewinnen die Forscher ein besseres Verständnis dafür, wie sich unser Körper, vor allem jedoch unser Gehirn – in dem die meisten Nervenimpulse ausgesendet werden und das für einen großen Teil des Energieverbrauchs unseres Körpers verantwortlich ist – zu jeder Zeit selbst organisiert. Dieses Wissen könne helfen, die richtige Anwendung von Medikamenten herauszufinden oder die Herstellung künstlichen Gewebes zu verbessern, sagt Alim.

Von Tammo Kohlwes

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