Das zentrale Nervensystem (ZNS) ist die Steuerzentrale des Körpers. Es besteht aus dem Gehirn und dem Rückenmark und ist für die Verarbeitung von Informationen, die Steuerung von Bewegungen und die Regulation lebenswichtiger Körperfunktionen zuständig. Innerhalb des ZNS spielen das Zwischenhirn mit seinen Bestandteilen Hypothalamus und Hypophyse eine zentrale Rolle bei der hormonellen Steuerung des Körpers.
Das Gehirn: Die zentrale Steuereinheit
Das Gehirn, auch Encephalon genannt, ist der Teil des zentralen Nervensystems, der innerhalb des knöchernen Schädels liegt und diesen ausfüllt. Es besteht aus unzähligen Nervenzellen, die über zuführende und wegführende Nervenbahnen mit dem Organismus verbunden sind und ihn steuern.
Das Gehirnvolumen beträgt etwa 20 bis 22 Gramm pro Kilogramm Körpermasse. Das Gewicht macht mit 1,5 bis zwei Kilogramm ungefähr drei Prozent des Körpergewichts aus. Ein Mensch hat ungefähr 100 Milliarden Gehirnzellen, die das zentrale Nervensystem, unser Gehirn, aufbauen und untereinander verknüpft sind. Die Zahl dieser Verknüpfungen wird auf 100 Billionen geschätzt.
Gliederung des Gehirns in Hauptabschnitte
Das menschliche Gehirn lässt sich grob in fünf Abschnitte gliedern:
- Großhirn (Telencephalon): Verantwortlich für höhere kognitive Funktionen wie Denken, Sprache und Gedächtnis.
- Zwischenhirn (Diencephalon): Enthält wichtige Strukturen wie Thalamus, Hypothalamus und Hypophyse, die für die Steuerung von Hormonen, Schlaf-Wach-Rhythmus und anderen lebenswichtigen Funktionen zuständig sind.
- Mittelhirn (Mesencephalon): Beteiligt an der Steuerung von Augenbewegungen, Reflexen und der Weiterleitung von sensorischen Informationen.
- Kleinhirn (Cerebellum): Koordiniert Bewegungen, hält das Gleichgewicht und speichert erlernte Bewegungsabläufe.
- Nachhirn (Myelencephalon, Medulla oblongata): Steuert lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Herzschlag und Blutdruck.
Das Zwischenhirn (Diencephalon)
Das Zwischenhirn ist die Fortsetzung des Hirnstamms in Richtung des Großhirns und besteht unter anderem aus dem Thalamus und dem Hypothalamus. Es ist ein wichtiger Umschlagplatz für Informationen und spielt eine entscheidende Rolle bei der Steuerung verschiedener Körperfunktionen.
Lesen Sie auch: Anatomie der Nerven im Detail
Bestandteile des Zwischenhirns
Epithalamus: Eine Schaltstelle für Bahnen zwischen den Riechzentren sowie aus dem Hirnstamm und aus der Zirbeldrüse (Epiphyse oder Pinealisdrüse). Die Zirbeldrüse produziert Melatonin, ein Hormon, das den Schlaf-Wach-Rhythmus reguliert.
Thalamus: Die Endigungsstätte der Bahnen für verschiedene Gefühlsempfindungen. Er filtert sensorische Informationen und leitet sie an die entsprechenden Bereiche des Großhirns weiter. Er gilt als "Tor zum Bewusstsein".
Subthalamus: Liegt dem Mittelhirn an und ist an der Steuerung von Bewegungen beteiligt.
Hypothalamus: Bildet die unterste Etage des Zwischenhirns. Aus ihm stülpt sich ein Teil der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) heraus.
Der Hypothalamus: Schaltzentrale für Hormone und vegetative Funktionen
Der Hypothalamus ist ein kleines, aber sehr wichtiges Gebiet im Gehirn. Er beeinflusst verschiedene Organe, indem er bestimmte Hormone produziert, die wiederum die Bildung und Ausschüttung anderer Hormone in der Hypophyse regulieren. Er ist ein wichtiges Koordinationszentrum im Körper und der Schlüssel zur Umwandlung und Integration von Nervensignalen in endokrine Signale.
Lesen Sie auch: Nervensystem: Grundlagen verständlich gemacht
Funktionelle Kerngruppen im Hypothalamus
Der Hypothalamus kann in drei Kerngruppen unterteilt werden, die sich von anterior (rostral) nach posterior (kaudal) erstrecken:
- Vordere Kerngruppe (chiasmatische Region): Beteiligt an der Thermoregulation (insbesondere der Abkühlung des Körpers), dem Schlaf-Wach-Rhythmus und der Freisetzung von Gonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH), das die Freisetzung von Sexualhormonen steuert.
- Mittlere Kerngruppe (tuberal Region): Produziert Hormone, die die Freisetzung von Hormonen aus dem Hypophysenvorderlappen steuern, wie z.B. Thyreotropin-Releasing-Hormon (TRH) und Corticotropin-Releasing-Hormon (CRH).
- Hintere Kerngruppe (mamilläre Region): Beteiligt an Gedächtnisprozessen und der Steuerung des autonomen Nervensystems.
Aufgaben des Hypothalamus
Der Hypothalamus ist ein sensorisches und motorisches Integrationszentrum und ein primärer Regulator des endokrinen und autonomen Nervensystems. Er steuert:
- Hormonelle Funktionen: Über die Hypophyse werden zahlreiche Hormone reguliert, die lebenswichtige Körperfunktionen beeinflussen.
- Vegetative Funktionen: Steuerung von Körpertemperatur, Hunger, Durst, Schlaf-Wach-Rhythmus, Sexualverhalten und emotionalen Reaktionen.
- Autonomes Nervensystem: Beeinflussung von Herzfrequenz, Blutdruck, Atmung und Verdauung.
Klinische Bedeutung des Hypothalamus
Störungen des Hypothalamus können zu einer Vielzahl von Erkrankungen führen, darunter:
- Diabetes insipidus: Mangel an ADH führt zu starkem Durst und erhöhter Urinausscheidung.
- Hypothalamische Amenorrhö: Ausbleiben der Menstruation aufgrund einer verminderten pulsatilen Freisetzung von GnRH.
- Hyperthermie: Schädigung des Ncl. anterior des Hypothalamus verhindert die Abkühlung des Körpers.
- Narkolepsie: Mangel an Orexin im lateralen Hypothalamus führt zu Tagesschläfrigkeit und Kontrollverlust über den Schlaf-Wach-Rhythmus.
- Hyperprolaktinämie: Verlust der hemmenden Dopamin-Sekretion durch den Hypothalamus führt zu erhöhten Prolaktinspiegeln.
Die Hypophyse (Hirnanhangsdrüse): Das "Ausführungsorgan" des Hypothalamus
Die Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) ist das funktionelle "Ausführungsorgan" des Hypothalamus. Sie ist eine etwa erbsen- bis kirschgroße Ausstülpung an der Unterseite des Gehirns und liegt gut geschützt in einer Vertiefung des Schädelknochens, etwa in der Mitte des Kopfes auf Höhe der Augen. Die Hypophyse steuert verschiedene Körperfunktionen und die Produktion vieler Hormone im Körper.
Gliederung der Hypophyse
Die Hirnanhangsdrüse besteht aus drei Teilen:
Lesen Sie auch: Gehirnaufbau: Eine leicht verständliche Einführung
- Hypophysenvorderlappen (Adenohypophyse): Macht etwa drei Viertel der Hirnanhangsdrüse aus und produziert eine Reihe von Hormonen, die andere Hormondrüsen im Körper oder direkt bestimmte Organe beeinflussen.
- Hypophysenhinterlappen (Neurohypophyse): Besteht hauptsächlich aus einem Geflecht von Nervenfasern, die dem Hypothalamus entstammen. Er speichert und setzt Hormone frei, die im Hypothalamus produziert werden.
- Zwischenteil (Pars intermedia): Bereich zwischen beiden Lappen, der ebenfalls hormonbildendes Gewebe enthält.
Hormone des Hypophysenvorderlappens
Der Hypophysenvorderlappen produziert folgende Hormone:
- Somatotropin (Somatotropes Hormon, STH, auch Wachstumshormon genannt): Beeinflusst zahlreiche Stoffwechselvorgänge sowie das Wachstum und die Differenzierung von Zellen. Eine wichtige Wirkung ist zum Beispiel die Regulierung des Körperwachstums nach der Geburt. Diese Wirkung erfolgt über die Anregung der IGF-1-Produktion in der Leber.
- Melanotropin (Melanozyten-stimulierendes Hormon, MSH): Reguliert u.a. in den Pigmentzellen der Haut (Melanozyten) die Bildung und Verteilung von Pigment (Melanin), das die Haut gegenüber UV-Strahlen schützt.
- Thyreoidea-stimulierendes Hormon (TSH): Beeinflusst die Schilddrüse.
- Adrenokortikotropes Hormon (ACTH): Regt die Nebennieren an.
- Follikel-stimulierendes Hormon (FSH) und luteinisierendes Hormon (LH): Wirken auf die Eierstöcke und Hoden.
- Prolaktin: Fördert das Wachstum der Brustdrüse und bewirkt bei Müttern die Milchproduktion.
Hormone des Hypophysenhinterlappens
Der Hypophysenhinterlappen speichert und setzt folgende Hormone frei, die im Hypothalamus produziert werden:
- Oxytocin: Dieses ist zum Ende einer Schwangerschaft und während des Geburtsvorgangs für das Auslösen und die Anpassung der Wehentätigkeit der Gebärmutter zuständig. Es bewirkt auch den Milcheinschuss nach der Geburt.
- Antidiuretisches Hormon (ADH): Es sorgt dafür, dass nicht zu viel Wasser über die Niere ausgeschieden wird. Es steuert die Wasseraufnahme in der Niere und verengt die Blutgefäße, wodurch sich der Blutdruck erhöhen kann.
Hormone des Zwischenteils
Im Zwischenteil werden Melanozyten-stimulierende Hormone (MSH) gebildet. Sie fördern unter anderem in der Haut die Bildung von Melanin, einem Farbstoff, der vor schädlichen UV-Strahlen schützt.
Regulation der Hormonproduktion
Die Hormonproduktion der Hypophyse wird über den Hypothalamus gesteuert, der anregende Hormone (Releasing-Hormone) oder hemmende Hormone (Inhibiting-Hormone) bildet. Zusätzlich erhält der Hypophysenvorderlappen "Meldung" der Endorgane: Haben die Körperdrüsen genügend Hormone gebildet, hört der Hypophysenvorderlappen auf, Hormone zu produzieren. Ist der Hormonspiegel zu niedrig, kurbelt die Hirnanhangsdrüse die Produktion des entsprechenden Hormons an.
Klinische Bedeutung der Hypophyse
Verschiedene Erkrankungen können die Hormonbildung in der Hirnanhangsdrüse stören, so dass diese entweder zu viele Hormone oder zu wenige Hormone produziert.
- Hypopituitarismus: Zustand, der durch einen Mangel an allen Hormonen der Hypophyse gekennzeichnet ist.
- Hypophysenadenome: Tumoren, die sich im Hypophysenvorderlappen entwickeln und entweder zu einer Überproduktion oder zu einer Unterproduktion von Hormonen führen können.
- Hyperprolaktinämie: Erhöhter Prolaktinspiegel im Blut, meist verursacht durch ein Prolaktin-produzierendes Adenom (Prolaktinom).
- Akromegalie und Großwuchs: Verursacht durch die übermäßige Produktion von GH in der Hypophyse.
- Diabetes insipidus: Mangel an ADH führt zu starkem Durst und erhöhter Urinausscheidung.
- Syndrom der inadäquaten ADH-Sekretion (SIADH): Störung der beeinträchtigten Wasserausscheidung aufgrund der Unfähigkeit, die Sekretion von ADH zu unterdrücken.
Zusammenwirken von Hypothalamus und Hypophyse
Der Hypothalamus und die Hypophyse bilden eine funktionelle Einheit, den Hypothalamus-Hypophysen-Komplex. Der Hypothalamus steuert die Hypophyse über Hormone und Nervenverbindungen. Die Hypophyse setzt daraufhin Hormone frei, die andere Organe und Drüsen im Körper beeinflussen. Dieses Zusammenspiel ist entscheidend für die Aufrechterhaltung des hormonellen Gleichgewichts und die Steuerung lebenswichtiger Körperfunktionen.
Bedeutung von Hormonuntersuchungen bei ZNS-Tumoren
Insbesondere bei Patienten mit ZNS-Tumoren im Zwischenhirnbereich (zum Beispiel Gliome im Bereich der Sehbahn) und Hirntumorpatienten, die eine Strahlentherapie im Bereich des Kleinhirns oder des Rückenmarks im Halswirbelsäulenbereich erhalten, kann die Hirnanhangsdrüse und auch die Schilddrüse Strahlung abbekommen und dadurch in ihren Funktionen beeinträchtigt werden. Aus diesem Grund wird vor und während der Behandlung sowie im Rahmen der Nachsorge regelmäßig anhand von Hormonuntersuchungen überprüft, ob der Regelkreis zwischen Hypothalamus, Hypophyse und den Hormondrüsen des Körpers noch intakt ist. Die Auswertung erfolgt in den großen Behandlungszentren durch Kinder-Endokrinologen, also durch Ärzte, die auf den Hormonhaushalt im Kindes- und Jugendalters spezialisiert sind.