Das arterielle Gefäßsystem des Gehirns ist ein komplexes Netzwerk, das für die Versorgung des Gehirns mit sauerstoffreichem Blut und Nährstoffen verantwortlich ist. Das Gehirn hat einen hohen Energiebedarf bei gleichzeitig sehr begrenzter Speicherkapazität, was den zerebralen Blutfluss (CBF) entscheidend für seine Funktionsfähigkeit macht. Dieser Artikel beleuchtet die Anatomie dieses Systems, seine Regulation und klinische Relevanz.
Einführung
Das Gehirn, als zentraler Teil des Nervensystems, benötigt eine konstante und ausreichende Blutversorgung, um seine vielfältigen Funktionen aufrechtzuerhalten. Die Blutversorgung des Gehirns erfolgt über ein komplexes Netzwerk von Arterien und Venen. Dieses System gewährleistet, dass das Gehirn auch unter wechselnden Bedingungen ausreichend mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt wird.
Anatomie des arteriellen Gefäßsystems des Gehirns
Das Gehirn wird von vier Hauptarterien versorgt:
- Arteria carotis interna (ACI): Die innere Halsschlagader, die den vorderen Teil des Gehirns versorgt.
- Arteria vertebralis (VA): Die Wirbelarterie, die den hinteren Teil des Gehirns versorgt.
Diese Arterien zweigen sich im Schädelinneren auf und bilden ein komplexes Netzwerk, das als Circulus arteriosus cerebri (Willis-Kreis) bekannt ist.
Circulus arteriosus cerebri (Willis-Kreis)
Der Circulus arteriosus cerebri ist ein arterieller Gefäßring an der Hirnbasis, der die ACI und die VA miteinander verbindet. Er ermöglicht eine Umverteilung des Blutflusses bei Verschluss einer der zuführenden Arterien. Die Hauptkomponenten des Willis-Kreises sind:
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- Arteria communicans anterior (ACoA): Verbindet die beiden Aa. cerebri anteriores miteinander.
- Arteria cerebri anterior (ACA): Versorgt den medialen Frontal- und Parietallappen sowie basale Vorderhirnstrukturen.
- Arteria carotis interna (ACI): Hauptzuführendes Gefäß zum vorderen Gehirn.
- Arteria communicans posterior (PCoA): Verbindet die ACI mit der A. cerebri posterior.
- Arteria cerebri posterior (PCA): Versorgt den Okzipitallappen und den basalen Teil des Temporallappens sowie kaudale Abschnitte von Striatum und Thalamus.
Arteria carotis interna (ACI)
Die ACI versorgt den gesamten Frontal- und Parietallappen, den anterolateralen Temporallappen, die Hypophyse und das Auge. Sie geht an der Gabelung der A. carotis communis ab, zieht neben der Pharynxwand nach oben und tritt im Canalis caroticus durch die Schädelbasis. Im Verlauf des Gefäßes kann es zu ausgedehnten Windungen und/oder Schleifenbildungen kommen. Die klinische Einteilung nach Bouthillier (Bouthillier et al. 1996) unterteilt die ACI in 7 Segmente (C1-C7):
- C1: Zervikales Segment
- C2: Petrös Segment
- C3: Foramen-lacerum-Segment
- C4: Kavernöses Segment
- C5: Klinoid-Segment
- C6: Ophthalmisches Segment
- C7: Terminales Segment
Die ACI teilt sich in die A. cerebri anterior (ACA) und die A. cerebri media (MCA).
Arteria cerebri anterior (ACA)
Die ACA 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. Sie versorgt den medialen Frontal- und Parietallappen sowie die basalen Vorderhirnstrukturen. Bei einem Verschluss der ACA sind die Gyri prae- und postcentralis mit ihren medialen Anteilen betroffen, was überwiegend eine beinbetonte Parese und Hypästhesie bedingt.
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. 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.
Arteria vertebralis (VA) und Arteria basilaris
Die VAs entspringen aus der A. subclavia und verlaufen nach dorsal in Richtung auf den Proc. transversus des 7. Halswirbelkörpers (HWK). Sie vereinigen sich zur A. basilaris überwiegend am Ponsunterrand, selten schon auf Höhe der Medulla oblongata. Die A. basilaris gibt die paarige A. cerebelli inferior anterior (AICA), die Aa. pontis und die paarige A. cerebelli superior (SUCA) ab. Am pontomesenzephalen Übergang erfolgt die Aufteilung der A. basilaris in die paarige A. cerebri posterior (ca.
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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. Es werden drei Abschnitte (P1-P3) der PCA unterschieden. Ein ischämischer Schlaganfall im Posteriorstromgebiet kann zu einer kontralateralen homonymen Hemianopsie führen, da die A. calcarina die Area striata in 25 % allein versorgt.
Kleinhirnarterien
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.
Primitivarterien
Während der Fetalperiode gibt es sog. Primitivarterien, die das Stromgebiet der späteren ACI und VA (karotidobasiläre Anastomosen) miteinander verbinden. Sie obliterieren der Reihe nach, wenn sich die PCoA ausbildet: A. otica → A. hypoglossica → A. proatlantica → A. trigemina.
Zerebrale Autoregulation
Das Gehirn verfügt über Mechanismen zur Autoregulation des CBF, um eine konstante Durchblutung trotz Schwankungen des systemischen Blutdrucks zu gewährleisten. Zwischen 50 und 180 mmHg des peripheren Blutdrucks findet 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.
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Venöses System 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:
- Oberflächliches 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.
- Tiefes 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.
Klinische Relevanz
Störungen der arteriellen Versorgung des Gehirns können zu schwerwiegenden neurologischen Ausfällen führen. Hier sind einige klinische Beispiele:
- Schlaganfall (Apoplex): Tritt auf, wenn die Blutversorgung eines Teils des Gehirns unterbrochen wird, entweder durch einen Verschluss (ischämischer Schlaganfall) oder durch eine Blutung (hämorrhagischer Schlaganfall). Die Symptome hängen von der Lokalisation und dem Ausmaß der Schädigung ab.
- Intrakranielle Aneurysmen: Abnormale Erweiterungen der Arterienwand im Gehirn, die platzen und zu einer Subarachnoidalblutung führen können.
- Arterielle Dissektionen: Können zu Aneurysmen, Stenosen oder Verschlüssen führen und die Blutversorgung des Gehirns beeinträchtigen.
- Subclavian-Steal-Syndrom: Eine Verengung oder ein Verschluss der A. subclavia proximal des Ursprungs der A. vertebralis führt zu einer Umkehr des Blutflusses in der A. vertebralis, um den ipsilateralen Arm zu versorgen.
Die Kenntnis der Anatomie und Funktion des arteriellen Gefäßsystems des Gehirns ist entscheidend für das Verständnis und die Behandlung neurologischer Erkrankungen.
Bildgebung
Die Darstellung der zerebralen Gefäße ist wichtig für die Diagnose und Behandlung von Gefäßerkrankungen des Gehirns. Zu den gängigen bildgebenden Verfahren gehören:
- Computertomographie (CT): Zur Beurteilung von Blutungen und Infarkten.
- Magnetresonanztomographie (MRT): Für eine detailliertere Darstellung der Hirnstrukturen und Gefäße.
- Angiographie: Zur Darstellung der Gefäße mit Kontrastmittel.
- Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT): Angewendet wird das Wissen zur Autoregulation bei der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT).
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