Das Gehirn, obwohl es nur einen geringen Anteil der Körpermasse ausmacht, benötigt einen unverhältnismäßig hohen Anteil an Sauerstoff und Energie. Die arterielle Versorgung des Gehirns ist daher von entscheidender Bedeutung für seine Funktion und das morphologische Substrat dessen, was einen Menschen ausmacht. Eine kontinuierliche und ausreichende Blutversorgung ist unerlässlich, da bereits nach etwa 20 Sekunden ohne Sauerstoff Gehirnzellen in einen "Sparmodus" versetzt werden. Eine Unterbrechung der Blutzufuhr über 5 Minuten kann zu irreversiblen Schäden führen.
Quellen der arteriellen Versorgung
Die Blutversorgung des Gehirns erfolgt hauptsächlich über zwei Hauptquellen:
- Die rechte und linke innere Halsschlagader (Arteria carotis interna dextra et sinistra): Diese entspringen jeweils der gemeinsamen Halsschlagader. Die A. carotis interna (ACI) versorgt den gesamten Frontal- und Parietallappen, den anterolateralen Temporallappen, die Hypophyse und das Auge.
- Die rechte und linke Wirbelarterie (Arteria vertebralis dextra et sinistra): Diese Arterien vereinigen sich im Bereich der Pons zur A. basilaris.
Der Circulus arteriosus willisii: Ein Gefäßkranz an der Hirnbasis
An der Hirnbasis vereinigen sich Äste dieser vier Arterien mittels Verbindungsarterien zu einem Gefäßkranz, dem Circulus arteriosus willisii. Dieser Gefäßkreis stellt einen Kreislauf des arteriellen Blutes dar und trägt zu einer gleichmäßigen Durchblutung des Gehirns bei. Er bietet ein Sicherheitsnetz, falls eines der zuführenden Systeme durch Okklusion, Trauma oder einen neoplastischen Prozess versagt.
Der Circulus arteriosus willisii besteht aus fünf Hauptkomponenten:
- A. communicans anterior
- A. cerebri anterior
- A. carotis interna
- A. communicans posterior
- A. cerebri posterior
Die Arteria carotis interna (ACI)
Die ACI entspringt der A. carotis communis. Intrakraniell verlaufende Anteile der A. carotis interna führen zur A. cerebri media (Endast) und zur A. cerebri anterior. In ca. 30 % treten anatomische Variationen der ACI auf, welche meist zufällig diagnostiziert werden. Die Karotisbifurkation liegt in den meisten Fällen (ca. 60 %) am oberen Schilddrüsenpol auf Höhe von Halswirbelkörper (HWK) 4. Im Verlauf des Gefäßes kann es zu ausgedehnten Windungen und/oder Schleifenbildungen kommen.
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Die klinische Einteilung nach Bouthillier (1996) unterteilt die ACI in 7 Segmente:
- C1: zervikales Segment
- C2: petröses Segment
- C3: Foramen-lacerum-Segment
- C4: kavernöses Segment
- C5: Klinoid-Segment
- C6: ophthalmisches Segment
- C7: terminales Segment
Aus der ACI gehen verschiedene Äste ab:
- Äste zur Hypophyse (A. hypophysialis inferior)
- Äste zum Ganglion trigeminale (Rr. ganglionares trigeminales)
- Ast zur Dura mater (R. meningeus)
- Abgang der A. ophthalmica (gemeinsamer Eintritt mit dem N. opticus in den Canalis opticus)
- Abgang der A. communicans posterior (PCoA)
- Abgang der A. choroidea anterior
- T-förmige Verzweigung lateral des Chiasma opticum in die A. cerebri anterior und A. cerebri media
Die Arteria cerebri anterior (ACA)
Die ACA versorgt den medialen Frontal- und medialen Parietallappen sowie die basalen Vorderhirnstrukturen. Sie verläuft als dünnerer Ast der ACI medial über dem N. opticus nach rostral und tritt in die Fissura longitudinalis ein, wo beide ACA über die A. communicans anterior (ACoA) miteinander verbunden sind. Die ACoA ist eine häufige Prädilektionsstelle für Aneurysmen und die Grenze zur klinischen Einteilung in das A1- und A2-Segement.
Aus der ACA gehen folgende Äste ab:
- Aa. centrales breves für die Versorgung des Chiasma opticum, des N. opticus und der Lamina terminalis
- Abgang der rückläufigen A. recurrens Heubner
Bei einem Verschluss der ACA sind die Gyri prae- und postcentralis mit ihren medialen Anteilen betroffen, was überwiegend eine beinbetonte Parese und Hypästhesie bedingt. Das Caput nuclei caudati wird meist von der A. recurrens Heubner versorgt.
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Die Arteria cerebri media (MCA)
Die MCA versorgt die Basalganglien (ohne Caput nuclei caudati), das Knie der Capsula interna, die Inselrinde, große laterale Anteile des Frontal-, Parietal- und Temporallappens. Sie setzt als stärkstes Gefäß die Verlaufsrichtung der ACI fort, indem sie nach lateral in den Sulcus lateralis (Sylvische Fissur) zieht. Es werden anatomisch und klinisch 4, teilweise 5 Gefäßabschnitte (M1-M4) unterschieden, wobei das M5-Segment eine unklar abgegrenzte Unterteilung der Pars terminalis darstellt.
Infarkte und ischämische Attacken betreffen wesentlich häufiger die MCA als die ACA und PCA. Ein M1-Verschluss hat durch die Beteiligung der Capsula interna eine kontralaterale Hemiparese zur Folge. Die M4-Äste versorgen den Gyrus praecentralis und den Gyrus postcentralis fast bis zur Mantelkante, was bei einer Schädigung eine kontralaterale brachiofazial betonte Parese bzw. Hypästhesie verursacht.
Das vertebrobasiläre System
Das vertebrobasiläre System besteht aus den beiden Aa. vertebrales und der A. basilaris.
Die Arteria vertebralis (VA)
Die VAs besitzen häufig anlagebedingt einseitige Hypoplasien ohne krankhaften Wert. Sie entspringen aus der A. subclavia und verlaufen nach dorsal in Richtung auf den Proc. transversus des 6. Halswirbelkörpers (HWK). Nach Durchtritt des Foramen transversarium des Atlas erfolgt ein subarachnoidaler Verlauf mit Abgang der A. cerebelli inferior posterior und A. spinalis anterior. Schließlich vereinigen sich die paarigen VA zur A. basilaris.
In der Sonografie wird die A. vertebralis abgangsnah häufig mit der A. thyreoidea inferior verwechselt.
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Die Arteria basilaris
Die VAs vereinigen sich zur A. basilaris überwiegend am Ponsunterrand, selten schon auf Höhe der Medulla oblongata. Klinisch und anatomisch werden keine Segmente unterschieden. In ihrem Verlauf gibt sie die paarige A. cerebelli inferior anterior (AICA), die Aa. pontis und die paarige A. cerebelli superior (SUCA) ab. Die A. labyrinthi zur Versorgung des Innenohrs kann direkt aus der A. basilaris oder aus der AICA hervorgehen. Am pontomesenzephalen Übergang erfolgt die Aufteilung der A. basilaris in die paarige A. cerebri posterior (ca. 85 %). Eine einfach angelegte A. basilaris birgt die Gefahr eines Ponsinfarkts mit dem klinischen Bild eines "Locked-in-Syndroms".
Die Arteria cerebri posterior (PCA)
Die PCA versorgt den Okzipitallappen und den basalen Teil des Temporallappens sowie kaudale Abschnitte von Striatum und Thalamus. Sie verzweigt sich an der medialen Fläche des Okzipitallappens und an der mediobasalen Fläche des Temporallappens. Der Thalamus wird vollständig aus dem vertebrobasilären Stromgebiet durch Äste der PCoA (vordere Anteile) und der PCA (P1-P2, mittlere und hintere Anteile) versorgt. Durchblutungsstörungen des Thalamus und der Capsula interna können zu kontralateralen Hemihypästhesien und Hemiparesen führen.
In ca. 90 % der Fälle ist die PCA nur über eine dünne PCoA mit der ACI verbunden. Eine häufige Gefäßvariation ist der entwicklungsgeschichtlich bedingte Abgang der PCA aus der ACI (ca. 10-20 %).
Es werden drei Abschnitte (P1-P3) der PCA unterschieden:
- P1: Pars praecommunicalis
- P2: Pars postcommunicalis
- P3: Pars quadrigemina
Ein ischämischer Schlaganfall im Posteriorstromgebiet kann zu einer kontralateralen homonymen Hemianopsie führen, da die A. calcarina die Area striata in 25 % allein versorgt.
Arterielle Versorgung des Hirnstamms
Die Medulla oblongata wird hauptsächlich aus Seitenästen der A. spinalis anterior, Aa. spinales posteriores, VA und A. cerebelli inferior posterior (PICA) versorgt. Kurz vor dem pontomedullären Übergang kommen Äste der A. basilaris und A. cerebelli inferior anterior (AICA) hinzu.
Für den Pons sind im Wesentlichen Äste der A. basilaris, AICA und A. cerebelli superior (SUCA) von Bedeutung.
Das Mesencephalon wird hingegen überwiegend von proximalen Ästen aus der PCA versorgt. Weiterhin beteiligen sich die A. collicularis, Aa. thalamoperforantes anteriores und die A. chorioidea posterior.
Arterielle Versorgung des Kleinhirns (Cerebellum)
Das Cerebellum wird von seinen drei paarigen Arterien mit hoher interindividueller Variabilität versorgt:
- A. cerebelli inferior posterior (PICA) ← A. vertebralis
- A. cerebelli inferior anterior (AICA) ← A. basilaris
- A. cerebelli superior (SUCA) ← A. basilaris
Die PICA teilt sich in einen medialen und einen lateralen Ast, um den inferioren Vermis cerebelli, die laterale Medulla oblongata und die posteroinferioren Kleinhirnhemisphären zu versorgen. Die AICA vaskularisiert den Pedunculus cerebellaris medius und inferior, den unteren lateralen Pons und Teile des ventralen Cerebellums mit dem paarigen Flocculus. Die SUCA besitzt einen medialen und einen lateralen Ast. Ihre Versorgungsgebiete sind der obere laterale Pons, der obere Vermis cerebelli, der Pedunculus cerebellaris superior und die obere Kleinhirnhemisphäre.
Die PICA kann in geringen Prozentsätzen auch einseitig oder beidseitig fehlen. Als „PICA ending“ wird eine meist hypoplastische VA bezeichnet, die als PICA endet und keine Verbindung zur A. basilaris aufweist.
Klinische Relevanz
Schlaganfall (Apoplex)
Die zwei Arten von Schlaganfällen sind ischämisch und hämorrhagisch. Risikofaktoren sind Bluthochdruck, zerebrale Amyloid-Angiopathie, neoplastische Erkrankungen und zerebrale Aneurysmen. Je schneller der Betroffene in klinische Behandlung kommt, umso größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass er sich von seinem Schlaganfall erholt.
Intrakranielle Aneurysmen
Ein zerebrales oder intrakranielles Aneurysma ist eine abnormale Erweiterung eines lokalen Bereichs der Arterienwand im ZNS. Sie treten häufig an den Arterien des Gehirns auf, normalerweise um den Circulus arteriosus willisii herum. Ca. 80 % der Aneurysmen liegen bevorzugt an Verzweigungen insbesondere der A. communicans anterior und ihrer Äste.
Arterielle Dissektionen
Die Aa. vertebralis und Aa. carotides internae sind lebenswichtige Bestandteile der Blutversorgung des Gehirns. Arterielle Dissektionen treten auf, wenn die Intaktheit der Arterienwandstruktur abrupt verloren geht, was zu einer intramuralen Hämatombildung und einem falschen Lumen zwischen der Tunica media und den Tunica Adventitia führt. Dieser Vorgang kann zu einem Aneurysma, einer Stenose oder einem Verschluss führen.
Subclavian-Steal-Syndrom
Tritt auf, wenn eine Verengung/Verschluss der A. subclavia proximal des Ursprungs der A. vertebralis eine Umkehr des Blutflusses in der A. vertebralis ipsilateral bewirkt, um den ipsilateralen Arm weiter zu durchbluten. Die häufigste Ursache des Subclavian-Steal-Syndroms ist die Arteriosklerose.
Stenosen der hirnversorgenden Gefäße
Bei Stenosen der hirnversorgenden Gefäße handelt es sich um Verengungen der Arterien, die an bestimmten Stellen sowohl am Hals als auch im Kopf gehäuft vorkommen. Die häufigste Ursache ist dabei die Arteriosklerose. Als Risikofaktoren gelten arterielle Hypertonie, Übergewicht, Hyperlipidämie, Hypercholesterinämie, Diabetes mellitus, männliches Geschlecht, Alter, aber auch die Lebensweise, wie kalorien- und fettreiche Ernährung, Rauchen, Stress, sowie genetische und konstitutionelle Faktoren.
Autoregulation der zerebralen Durchblutung
Das Gehirn hat einen hohen Energiebedarf bei einer sehr beschränkten Speicherkapazität, wodurch der CBF entscheidend für seine Arbeitsfähigkeit wird. Aus diesem Grund findet zwischen 50 und 180 mmHg des peripheren Blutdrucks eine zerebrale Autoregulation durch das vegetative Nervensystem und lokale Signalmoleküle statt. Die zuführenden Gefäße sind durch ein Geflecht aus noradrenergen, cholinergen, peptidergen und sensorischen Fasern umgeben, wodurch der Blutzufluss über den Gefäßtonus reguliert wird. Darüber hinaus kann die Durchblutung an die Aktivität einzelner Hirnbereiche mittels vasoaktiver Substanzen wie Stickstoffmonoxid (NO) angepasst werden. Zusätzlich erlaubt der Circulus arteriosus cerebri durch Kurzschlüsse der Stromgebiete untereinander eine Umverteilung des Blutflusses zwischen den Hemisphären.
Venöse Drainage des Gehirns
Das Blut verlässt passiv ohne spezielle Regulation das Gehirn vorwiegend über Venen, welche in venöse Sinus münden und letztlich das Blut in die paarige V. jugularis interna überleiten. Hirnvenen und die venösen Sinus besitzen keine Klappen. Kleinere Venen aus dem Parenchym speisen zwei Systeme:
- Das oberflächliche System: Im Subarachnoidalraum auf der Hirnoberfläche (Vv. cerebri superficiales) nimmt das Blut hauptsächlich aus den Rindengebieten des Cerebrums und Cerebellums auf. Von diesen Venen gehen kleine „Brückenvenen“ ab, die in Sinusnähe die Arachnoidea mater durchbrechen, kurzzeitig im Subduralraum verlaufen und in die Sinus durae matris einmünden.
- Das tiefe System: Sammelt das Blut aus den tiefen medullären und nukleären Hirnanteilen in die paarige V. cerebri interna und die paarige V. basalis (Rosenthal). Diese 4 Venen fließen in der V. magna cerebri (Galeni) zusammen, welche nach kurzem Verlauf in den Sinus rectus mündet.
Hirnvenen verlaufen räumlich unabhängig von den Hirnarterien.
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