Graue Substanz vs. Weiße Substanz

Das Gehirn ist eine immens komplexe Struktur, aber es gibt Möglichkeiten, seine anatomische Struktur in diskretere Teile aufzuteilen; die linke und rechte Hemisphäre, die Scheitel-, Schläfen-, Okzipital- und Frontallappen. Eine weitere gängige Unterteilung ist die Trennung der grauen und weißen Substanz des Gehirns. Aber was sind diese beiden Strukturen? Wie sehr unterscheiden sie sich voneinander? Wie bedeutsam, und physiologisch relevant, ist diese Unterteilung? Lesen Sie weiter, um es herauszufinden!

Unterschiede zwischen grauer und weißer Substanz

Was ist graue Substanz?

Die graue Substanz besteht hauptsächlich aus neuronalen Zellkörpern, dem Soma. Dies ist eine kugelförmige Struktur, die den Zellkern des Neurons beherbergt.

Was ist weiße Substanz?

Die weiße Substanz des Gehirns besteht hauptsächlich aus myelinisierten Axonen, das sind lange Relais, die sich vom Soma aus erstrecken und aufgrund des relativ hohen Lipidfettgehalts des Myelinproteins, das sie umhüllt, eine weißliche Farbe haben. Während die obige Einteilung auf Systemebene physiologisch korrekt ist, gibt es sowohl in der grauen als auch in der weißen Substanz eine Mischung von Zelltypen.
Die graue Substanz enthält auch:

• Axon-Bahnen
• Gliazellen
• Kapillare Blutgefäße
• Neuropil – eine Mischung aus Dendriten, nicht-myelinisierten Axonen und Glia

Die weiße Substanz enthält auch:

• Oligodendrozyten – Gliazellen, die Myelin produzieren
• Astrozyten

Wie sind graue Substanz und weiße Substanz im ZNS angeordnet?

Sowohl graue als auch weiße Substanz sind im menschlichen Zentralnervensystem – dem Gehirn und Rückenmark – verteilt

Abbildung 1: Die Anordnung von weißer und grauer Substanz im Gehirn.

Lage der grauen Substanz

Neuronale Zellkörper sind im Großhirn, Hirnstamm und Kleinhirn reichlich vorhanden. Letztere Struktur, die nur 10 % des Hirnvolumens ausmacht, enthält mehr Neuronen als der Rest des Gehirns zusammen. Im Rückenmark bildet die graue Substanz eine „Schmetterlings“-Struktur, die unten in Abbildung 2 visualisiert ist.

Welche Regionen des Zentralnervensystems haben also eine äußere Schicht grauer Substanz?

Als die Hirnregionen, die eine äußere Schicht grauer Substanz haben, können wir uns das Groß- und Kleinhirn vorstellen (siehe Abbildung 1). Die graue Substanz des Hirnstamms befindet sich in Gruppen von Neuronen, die Kerne genannt werden und in Bahnen der weißen Substanz eingebettet sind.

Lage der weißen Substanz

Wie bereits erwähnt, ist die weiße Substanz in Bahnen von Axonen organisiert. Im Groß- und Kleinhirn befindet sich die weiße Substanz vorwiegend in tieferen Bereichen, wobei die graue Substanz die weiße Substanz überzieht – siehe Abbildung 1. Andere Strukturen der grauen Substanz, wie die Basalganglien, sind in diesen Kern der weißen Substanz eingebettet. Auch die flüssigkeitsgefüllten Ventrikel des Gehirns befinden sich innerhalb der weißen Substanz.
Im Rückenmark ist es weitgehend umgekehrt – die weiße Substanz ist um den zentralen grauen Substanz-„Schmetterling“ verteilt.

Abbildung 2: Die Anordnung von weißer und grauer Substanz im Rückenmark.

Graue Substanz und weiße Substanz: Funktion

Welche Funktion hat die graue Substanz?

Zu den grauen Substanz-lastigen Hirnregionen gehören diejenigen, die muskuläre und sensorische Aktivitäten kontrollieren.

• Großhirnrinde – Die äußere Schicht des Gehirns, die Großhirnrinde, besteht aus Säulen von Neuronen der grauen Substanz, darunter liegt die weiße Substanz. Dieser Bereich ist wesentlich für viele Facetten des höheren Lernens, einschließlich Aufmerksamkeit, Gedächtnis und Denken.

• Cerebellum – Das Kleinhirn ist essentiell für die motorische Kontrolle, Koordination und Präzision.

Welche Funktion hat die weiße Substanz?

Neuronenreiche Hirnregionen würden nicht viel zählen ohne die reichhaltigen Adern von axonalen Verbindungen, die in der weißen Substanz enthalten sind, um sie zu verbinden.

Das weiße fetthaltige Myelin, das diesem Gewebe seinen Namen gibt, ist ebenfalls essentiell für seine Funktion – Myelin isoliert die Axone und lässt die Signale darin viel schneller wandern, was die Funktion der Nervenzellen ermöglicht, die für eine normale motorische und sensorische Funktion essentiell ist.

Erkrankungen der grauen und weißen Substanz

Erkrankungen der grauen Substanz

Erkrankungen, die zum Verlust der Neuronen führen, aus denen die graue Substanz besteht, werden hauptsächlich als neurodegenerative Krankheiten bezeichnet. Diese Krankheiten, zu denen Demenzerkrankungen wie die Alzheimer-Krankheit und die frontotemporale Demenz gehören, betreffen weltweit Millionen von Menschen. Veränderungen der weißen Substanz sind bei diesen Krankheiten häufig vorhanden, aber physiologische Merkmale wie Amyloid-Plaques und Tau-Neurofibrillen-Tangles befinden sich in der grauen Substanz. Wie zu erwarten, bestimmt die Region, in der die Neuronen verloren gehen, weitgehend den Krankheitsverlauf – die motorischen Symptome der Parkinson-Krankheit stehen in direktem Zusammenhang mit dem Verlust der Dopamin-produzierenden Neuronen in der Substantia nigra.

Erkrankungen der weißen Substanz

Wie James Balm in seinem Artikel für das BMC formuliert, sind die Bahnen der weißen Substanz die Unterführungen des Gehirns, lebenswichtige Verbindungen, die den reibungslosen Betrieb unseres Nervensystems gewährleisten. Als solche können Krankheiten, die unsere weiße Substanz betreffen, diesen Nervensignaltransit stören und ein ernstes Problem darstellen.

• Multiple Sklerose – Bei Multipler Sklerose (MS) wird die weiße fettige Myelinschicht um die Axone zerstört, was zu motorischen oder sensorischen Störungen führt. Bei schubförmig-remittierender Multipler Sklerose kann dieses Myelin mehrfach erneuert werden und verloren gehen. Bei der progressiven Multiplen Sklerose folgt auf die axonale Schädigung der Tod der Neuronen, der irreversibel ist.
• Erkrankungen der weißen Substanz – verantwortlich für etwa ein Fünftel der Schlaganfälle weltweit, betreffen Erkrankungen der weißen Substanz Blutgefäße, die in der weißen Substanz vergraben sind. Diese verhärten und verhindern, dass Sauerstoff und andere Nährstoffe die weiße Substanz erreichen.
• Rückenmarksverletzung – Wenn die Axonbündel im Rückenmark beschädigt werden, geht die Verbindung zwischen dem Gehirn und der grauen Substanz des Rückenmarks verloren. Dies kann zu Lähmungen und Sensibilitätsstörungen führen, die oft dauerhaft sind, wenn die Nervenkörper beschädigt sind.