Bau und Aufgaben des Zwischenhirns und Hypothalamus

Das Zwischenhirn (Diencephalon), das zwischen dem Großhirn (Endhirn) und dem Mittelhirn liegt, erfüllt äußerst vielfältige und wichtige Aufgaben. Es fungiert als „Tor zum Bewusstsein“, ist wichtig für endokrine und vegetative Steuerung und hat Einfluss auf den Schlaf-Wach-Rhythmus. Alle netDoktor.de-Inhalte werden von medizinischen Fachjournalisten überprüft.

Was ist das Zwischenhirn?

Das Zwischenhirn entsteht in der embryonalen Entwicklung aus einer unteren Ausweitung des Vorderhirnbläschens des Neuralrohres. Der Hohlraum, den das Zwischenhirn-Bläschen umgibt, bildet dann im weiteren Verlauf den Zwischenhirn-Teil des 3. Ventrikels, den er umschließt; die verdickten Seitenwände werden zum Thalamus (Sehhügel, weil er eine Beziehung zur zentralen Sehbahn hat) und zum Pallidum des Linsenkerns (gehört zu den Basalganglien).

Das Zwischenhirn, mit Fachbegriff “Diencephalon” bezeichnet, ist eine Struktur des Zentralen Nervensystems im Gehirn des Menschen. Es bildet eine Brücke zwischen dem Hirnstamm (Mesencephalon, Pons, Medulla oblongata) sowie dem Großhirn und erfüllt eine Vielzahl von wichtigen Funktionen, die für das reibungslose Funktionieren des Organismus unerlässlich sind. Das Zwischenhirn umschließt den dritten (unpaaren) Ventrikel und besteht insgesamt aus mehreren Einzelstrukturen. Hierzu zählen Thalamus, Subthalamus, Metathalamus, Epithalamus sowie Hypothalamus. Insgesamt sind diese Gebiete fast vollständig von den Lappen des Großhirns bedeckt, weshalb man von außen lediglich den Hypothalamus erkennen kann.

Das Zwischenhirn ist die Fortsetzung des Hirnstamms in Richtung des Großhirns. Es bildet einen zentralen Knotenpunkt für die Steuerung verschiedener lebenswichtiger Prozesse und die Integration von sensorischen Informationen.

Das Zwischenhirn wird in fünf Bereiche unterteilt:

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• Thalamus
• Hypothalamus
• Epithalamus
• Subthalamus
• Metathalamus

Der Thalamus (auch: “Thalamus dorsalis”) liegt zentral im Zwischenhirn und dient als Orientierungspunkt für die anderen Bestandteile, was an deren Namen erkennbar ist. Im unteren Bereich des Diencephalons befindet sich der Hypothalamus. Er liegt am Boden des dritten Ventrikels und enthält wichtige Strukturen. Der Epithalamus liegt seinem Namen nach oberhalb des Thalamus im Zwischenhirn und ist dabei leicht nach hinten versetzt. Die Subthalamus-Region (Thalamus ventralis) befindet sich unter dem Thalamus. Die hier angesiedelten Kerngebiete, Nucleus subthalamicus und Globus pallidus, zählen zu den Basalganglien. Schließlich stellt auch noch der Metathalamus einen wichtigen Bestandteil des Diencephalons dar.

Welche Funktion hat das Zwischenhirn?

Das Zwischenhirn erfüllt in seinen verschiedenen Bereichen vielfältige Aufgaben. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung und Weiterleitung sensorischer Informationen, der Regulation von Hormonen über die Hypophyse, der Steuerung von Schlaf-Wach-Rhythmen und der Kontrolle grundlegender Instinkte wie Hunger, Durst und Fortpflanzung durch Regionen wie den Hypothalamus.

Das Zwischenhirn erfüllt eine breite Palette von Funktionen, die für das reibungslose Funktionieren des Organismus von entscheidender Bedeutung sind. Diese Aufgaben sind vielfältig und reichen von der Verarbeitung sensorischer Informationen bis zur Steuerung von lebenserhaltenden Prozessen und emotionalen Reaktionen.

So gut wie alle Nervenfasern, die zum Gehirn laufen, werden zunächst im Thalamus nochmals umgeschaltet. Weitere lebenswichtige Funktionen des Zwischenhirns finden sich daneben im Hypothalamus. Dieser steuert unter anderem Kreislauf, Temperatur, Atmung, Schlaf-Wach-Rhythmus, Nahrungsaufnahme sowie das Reproduktionsverhalten. Auch am Hormon- und Elektrolythaushalt ist dieser Teil des Diencephalons beteiligt. Er stellt somit das oberste Regulationszentrum des vegetativen und endokrinen Systems dar. Des Weiteren steuert der Epithalamus den zirkadianen Rhythmus, also die “innere Uhr” des Menschen. Reize aus der Hör- und Sehbahn hingegen werden im Metathalamus umgeschaltet. Insgesamt trägt das Zwischenhirn dazu bei, die verschiedenen Systeme im Körper zu koordinieren und auf äußere und innere Reize angemessen zu reagieren.

Thalamus

Der Thalamus ist eine Ganglienmasse, die das eigentliche Tor zum Bewusstsein darstellt. Er ist die Sammelstelle für alle Sinneseindrücke mit Ausnahme des Geruchssinns, die auf dem Weg zur Großhirnrinde hier umgeschaltet werden. Er entscheidet, welche Sinneseindrücke aus der Umwelt und dem Organismus ins Bewusstsein dringen sollen. Der Thalamus ist die wichtigste Schaltstation für Informationen aus den Sinnesorganen. Äußere Sinneseindrücke wie Sehen, Hören oder Tasten gehen hier ein. Hier werden sie verarbeitet und bewertet - jedoch, ohne dass sie uns bereits bewusst sind. Wichtige Informationen werden an das Großhirn weitergeleitet und dort bewusst gemacht. Der Thalamus ist also ein wichtiger Informationsfilter. Er sorgt dafür, dass das Großhirn und das Bewusstsein nicht von Signalen überflutet werden. Der Thalamus teilt dem Großhirn unter anderem Sinneseindrücke der Haut, der Augen und der Ohren mit.

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Hypothalamus

Unterhalb des Thalamus liegt der Hypothalamus. Der Hypothalamus findet die Kontrolle der endokrinen Funktionen und der Produktion von Neurohormonen statt. So werden in diesem Zwischenhirn-Bereich die Atmung, der Kreislauf, der Stoffwechsel, die Nahrungs- und Flüssigkeitsaufnahme, die Körpertemperatur, das Sexualverhalten sowie der Schlaf-Wach-Rhythmus reguliert. Alle Gemütsempfindungen, die mit diesen vielfältigen Funktionen zusammenhängen, sind ebenfalls in diesem Bereich des Zwischenhirns verankert. Der Hypothalamus regelt zahlreiche automatische Vorgänge im Körper. Dazu gehören die Körpertemperatur, Wasser- und Salz-Haushalt oder auch die Magen-Darm-Funktion. Er ist auch am Entstehen des Durst-, Hunger- und Sättigungs-Gefühls beteiligt. Gemeinsam mit der Hirn-Anhang-Drüse (Hypophyse) reguliert der Hypothalamus wichtige Hormone im Körper. Im Zusammenspiel mit anderen Gehirn-Bereichen ist der Hypothalamus auch für Gefühle zuständig. Der Hypothalamus reguliert zum Beispiel Hunger, Durst und Schlaf und kontrolliert zusammen mit der Hirnanhangdrüse (Hypophyse) den Hormonhaushalt.

Der Hypothalamus besteht aus 3 Kerngruppen und liegt am Boden des 3. Ventrikels. Er kann in 3 Kerngruppen unterteilt werden, die sich von anterior (rostral) nach posterior (kaudal) erstrecken. Sie beschreiben die Lage verschiedener funktioneller Kerne im Hypothalamus (die sich alle im medialen Hypothalamus befinden).

Der Hypothalamus ist ein wichtiges Koordinationszentrum im Körper. Er ist daher der Schlüssel zur Umwandlung und Integration von Nervensignalen in endokrine Signale. Der Hypothalamus ist ein sensorisches und motorisches Integrationszentrum und ein primärer Regulator des endokrinen und autonomen Nervensystems.

Der hintere Hypothalamus, der im Wesentlichen nur aus den Corpora mammillaria besteht, wird auch als der „markreiche“ Hypothalamus bezeichnet - weil er von dicken, „markhaltigen“ Nervenfasern durchzogen wird. Es sind dies die Axone des Fornix, die zu den Corpora mammillaria ziehen, und deren Axone, die zum anterioren Thalamus aufsteigen. All diese Strukturen gehören zum limbischen System und dienen der Gedächtnisbildung. Wesentlich heterogener geht es im vorderen, „markarmen“ Hypothalamus zu, der von dünneren Nervenfasern durchzogen wird. Hier liegen zahlreiche - also mehrere Dutzend - voneinander abgrenzbare Kerngebiete, die im Dienste des vegetativen Nervensystems stehen. Zudem ist dieser vordere Hypothalamus eine endokrine Drüse, die viele verschiedene Hormone produziert. Und nicht nur das, er ist auch vollgepackt mit Rezeptoren, an die Hormone anderer endokriner Drüsen binden. Kurzum: Wir sind hier an einer der „Schnittstellen“ zwischen nervöser und hormoneller Regulation der Körperfunktionen.

Einige „berühmte“ Kerngebiete sollten wir etwas genauer betrachten: Da wäre zum Beispiel der Nucleus suprachiasmaticus: Nomen est omen- er liegt direkt über der Sehnervenkreuzung. Zudem erhält er direkte Eingänge von den Ganglienzellen der Netzhaut, ist also stets wohlinformiert, ob es draußen gerade Tag ist oder Nacht. Unter den diversen inneren Uhren des Organismus bildet er die „Master-​Clock“, die Chef-​Uhr. Denn in ihm tickt sozusagen das Netzwerk von Neuronen, das unseren eigenen Biorhythmus erzeugt und an den Tag-​Nacht-​Rhythmus anpasst. Weitere wichtige Kerne sind der Nucleus paraventricularis und der Nucleus supraopticus: Auch diese beiden liegen da, wo es die Namen vermuten lassen - am optischen Trakt bzw. gleich am Ventrikel, ganz in der Nähe des Sehnervs. Sie beherbergen Drüsennervenzellen: endokrine Neurone, die Hormone produzieren. Das Oxytocin und das Antidiuretische Hormon (ADH) nämlich. Und erneut sind die Namen Omen: ADH verringert die Menge des ausgeschiedenen Urins - fehlt es aufgrund einer Schädigung des Nucleus supraopticus, kommt es zum Diabetes insipidus. Hier wird auch unser Durstgefühl ausgelöst. Oxytocin heißt wörtlich: die „rasche Geburt“, denn das Hormon löst unter anderem die Wehen am Ende der Schwangerschaft aus. - Unter anderem, denn es hat nicht nur mit der Geburt, sondern auch mit den davor stattfindenden fortpflanzungsrelevanten Aktivitäten zu tun. So wird es beim Orgasmus ausgeschüttet - auch bei dem des Mannes - und ist körperlicher Nähe und Vertrauen dienlich. Auch dies ebenfalls beim Mann. Die Ausschüttung von Oxytocin beim Stillen des Kindes dagegen ist dem weiblichen Geschlecht vorbehalten.

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Zahlreiche Kerne liegen in der Nähe der Öffnung des Trichters, des oben genannten Infundibulums. Da sie beiderseits davon kleine Höcker aufwerfen, nennt man diese Gegend das Tuber cinereum („grauer Höcker“) und die Kerne entsprechend die „Tuber-​Kerne“. Auch sie sind endokrine Drüsen. Sie produzieren Hormone - „Releasing-​“, also auslösende und hemmende, „Inhibiting“-Hormone -, die wiederum den Hypophysenvorderlappen dazu veranlassen, seinerseits Hormone zu produzieren - oder es zu unterlassen. Zum Beispiel produziert der Nucleus infundibularis Dopamin, das als Inhibiting-​Hormon die Freisetzung von Prolactin in der Adenohypophyse hemmt. Prolactin wiederum wirkt auf die Brustdrüse, es bewirkt dort die Milchbildung. Zellen in anderen Tuber-​Kernen produzieren ein Releasing-​Hormon namens „GnRH“, ausgeschrieben das „Gonadotropin-​Releasing Hormone“. In Antwort auf dieses Hormon produziert der Vorderlappen der Hypophyse Gonadotropine, und die wieder regen Ovar und Hoden dazu an, die „eigentlichen“ Geschlechtshormone, nämlich Östrogen und Testosteron zu bilden. Außerdem spielt der Nucleus infundibularis gemeinsam mit dem Nucleus dorsomedialis hypothalami, der ein wenig oberhalb von ihm liegt, eine tragende Rolle für die Steuerung der Nahrungsaufnahme und des Stoffwechsels.

Der markarme Hypothalamus nimmt aber nicht nur - wie oben beschrieben - auf hormonellem Weg Einfluss auf die Körperfunktionen. Aus fast all seinen Kerngebieten steigen dünne Axone als Tractus hypothalamo-​spinalis zum Rückenmark hinab.

Epithalamus

Der Epithalamus liegt im hinteren Bereich des Zwischenhirns und oberhalb des Thalamus. Er setzt sich unter anderem zusammen aus der Zirbeldrüse (Epiphyse) und den Habenulae (Epiphysenstiele), welche die Epiphyse mit dem Thalamus verbinden. Ein weiterer Bereich des Epithalamus enthält zahlreiche Kerne, von denen beidseits sieben Kerne Afferenzen aus der Retina (Netzhaut des Auges) erhalten. Die Zirbeldrüse als Teil des Epithalamus im hinteren Bereich des Zwischenhirns produziert das Gewebshormon Melatonin. Die Produktion unterliegt einer Tagesrhythmik und steuert den Tag-Nacht-Rhythmus und auch eine jahreszeitliche Rhythmik. Kerne in den Habenulae sind Umschaltstationen für das olfaktorische System, durch die das Riechhirn mit dem Hirnstamm verbunden ist. Der Kernbereich des Epithalamus erhält Afferenzen aus der Netzhaut des Auges (Retina). Er sorgt dafür, dass sich die Pupillen bei Lichteinfall reflektorisch verengen. Der Epithalamus steuert den zirkadianen Rhythmus, also die “innere Uhr” des Menschen. Der Epithalamus ist eine Schaltstelle für Bahnen zwischen den Riechzentren sowie aus dem Hirnstamm und aus der Zirbeldrüse (Epiphyse oder Pinealisdrüse).

Subthalamus

Der Subthalamus besteht in erster Linie aus dem Nucleus subthalamicus und dem Pallidum - zwei Basalganglien, die zum extrapyramidalmotorischen System zählen. Der Subthalamus ist in erster Linie für die Steuerung der Grobmotorik verantwortlich. Der Nucleus subthalamicus steht mit dem Pallidum in Verbindung und empfängt von diesem Signale, die eine bewegungshemmende Funktion haben. Im Subthalamus hingegen laufen diverse Prozesse zur Steuerung der Grobmotorik ab. So wird dieser Bereich des Zwischenhirns gezielt durch elektrische Stimulation angesprochen, um Symptome der Parkinson-Krankheit abzuschwächen.

Metathalamus

Der Metathalamus umfasst die beiden Kniehöcker (Corpus geniculatum mediale et laterale). Neurone, die vom Nucleus cochlearis dorsalis kommen, verlaufen über die Rautengrube zum medialen Kniehöcker, und die zentrale Hörbahn zieht von hier zur Hörrinde. Alle Seh- und Höreindrücke werden in den beiden Kniehöckern des Zwischenhirns umgeschaltet auf dem Weg zur Seh- und Hörrinde. Die Funktion dieser Schaltkerne liegt im Besonderen darin, die Durchgängigkeit für ankommende Erregungen so zu modifizieren, dass - bei konzentrierter Aufmerksamkeit - manche Sinneseindrücke stärker und andere geringer wahrgenommen werden. Reize aus der Hör- und Sehbahn hingegen werden im Metathalamus umgeschaltet.

Wo befindet sich das Zwischenhirn?

Zwischen den beiden Stirnlappen (Frontallappen) und den beiden Schläfenlappen (Temporallappen) des Großhirns und dem vorderen Rand der Brücke (Pons) befindet sich der untere Teil des Zwischenhirns (Diencephalon), der auf der mittleren Schädelgrube aufliegt. Vorne in der Mitte, zwischen den beiden Hirnschenkeln und an der Basis des Hirnstamms, befinden sich zwei Halbkugeln, (Corpus mamillare). Der Epithalamus, der hintere Bereich des Zwischenhirns, liegt direkt auf dem Thalamus. Das Zwischenhirn befindet sich im zentralen Bereich des Gehirns.

Welche Probleme kann das Zwischenhirn verursachen?

Beschwerden beziehungsweise Funktionseinschränkungen des Zwischenhirns können beispielsweise durch ZNS-Tumore oder durch Nebenwirkung bei deren Behandlung hervorgerufen werden. Vor allem Störungen in der Hormonregulation sind oftmals auf Tumore im Bereich der Hypophyse zurückzuführen. Auch bei epileptischen Anfällen kann das Zwischenhirn beteiligt sein. Außerdem können sich Gliome (Tumore von Zellgewebe des Nervensystems) im Zwischenhirn manifestieren. Eine letzte Störung bezieht sich spezifisch auf die motorische Komponente des Diencephalons. Beim sogenannten „Ballismus“ liegen Schäden im Nucleus subthalamicus vor.

Eine diencephal-autonome Krise zeichnet sich durch atypische epileptische Anfälle aus, die durch Erkrankungen des Hypothalamus entstehen. Gliome (vom Zellgewebe des Nervensystems ausgehende Tumoren) im Diencephalon bewirken eine starke psychische Verlangsamung, allgemeines Desinteresse mit einer Herabsetzung der Affekte und einem gesteigerten Schlafbedürfnis.

Eine Schädigung des Nucleus subthalamicus im Subthalamus führt zum Krankheitsbild des Ballismus. Es zeichnet sich durch blitzartig auftretende, schnelle, spontane, schleudernde Bewegungen der Extremitäten aus. Die Störung tritt meist nur einseitig, auf der Gegenseite der Schädigung, auf (Hemiballismus). Schluckstörungen und Sprachstörungen wie Wort- und Satzteilwiederholungen, verwaschene Sprache deuten ebenfalls auf eine Störung in diesem Bereich hin.

Die elektrische Stimulation des Nucleus subthalamicus im Subthalamus wird therapeutisch genutzt, um die Symptome der Parkinson-Krankheit zu lindern. Ein Ausfall des Pallidums im Thalamus im Zwischenhirn bewirkt eine Muskelstarre und damit verbunden eine Verminderung der Motorik. Krankheitsbilder, denen eine solche Störung zugrunde liegt, sind die Parkinson-Krankheit, die Littlesche Krankheit und die Wilsonsche Krankheit.

Auswirkungen auf den Hypothalamus

• Diabetes insipidus: Niere sind aufgrund eines Mangels an zirkulierendem ADH nicht in der Lage, den Urin zu konzentrieren. Der niedrige ADH-Spiegel ist entweder auf eine verminderte Produktion im Hypothalamus oder eine verminderte Freisetzung aus dem Hypophysenhinterlappen zurückzuführen. Kaliumregulation durch die Niere, Nykturie und Polydipsie auf. Diabetes insipidus werden basierend auf den gemessenen ADH-Spiegeln und der Reaktion auf einen Durstversuch unterschieden.
• Hypothalamische Amenorrhö: Menstruationszyklus länger als 3 Monate). Kongenitale Fehlbildungen der weiblichen Geschlechtsorgane resultiert aus der verminderten pulsatilen Freisetzung von GnRH aus dem Hypothalamus, die in Zeiten schwerer körperlicher oder psychischer Belastung auftritt. Die Erkrankung wird am häufigsten in Verbindung mit Essstörungen oder Überanstrengung (häufig bei Sportlerinnen) beobachtet.
• Hyperthermie: kann auftreten, wenn eine Läsion (Schlaganfall oder ZNS-Schädigung) im Ncl. anterior des Hypothalamus vorliegt, der an der Thermoregulation, insbesondere der Abkühlung des Körpers, beteiligt ist. Eine Schädigung dieser Region verhindert, dass sich der Körper selbst runterkühlen kann.
• Narkolepsie: tritt auf, wenn der laterale Hypothalamus nicht in der Lage ist, Orexin zu sekretieren, eine Substanz, die in vielen Bereichen des Gehirns die Wachheit fördert.
• Hyperprolaktinämie: erhöhte Prolaktinspiegel im Blut. Hypophysenadenome ist, kann auch ein Verlust der hemmenden Dopamin-Sekretion durch den Hypothalamus eine Ursache sein. Dieser Zustand kann auftreten, wenn dopaminerge Neurone aus dem Hypothalamus beschädigt sind oder wenn das Infundibulum während einer suprasellären Operation durchtrennt wird.

Das Zusammenspiel von Hypothalamus und Hypophyse

Der Hypothalamus beeinflusst verschiedene Organe, indem er bestimmte Hormone produziert, die wiederum die Bildung und Ausschüttung anderer Hormone in der Hypophyse regulieren. Die Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) ist das funktionelle "Ausführungsorgan" des Hypothalamus.

• Somatotropin (Somatotropes Hormon, STH, auch Wachstumshormon genannt): Es 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): Es reguliert u.a. in den Pigmentzellen der Haut (Melanozyten) die Bildung und Verteilung von Pigment (Melanin), das die Haut gegenüber UV-Strahlen schützt.
• Oxytocin: Dieses ist zum Ende einer Schwangerschaft und während des Geburtsvorgangs für das Auslösen und die Anpassung der Wehentätigkeit der Gebärmutter zuständig.
• Antidiuretisches Hormon (ADH): Es sorgt dafür, dass nicht zu viel Wasser über die Niere ausgeschieden wird.

Das Zusammenwirken von Hypothalamus, Hypophyse und den Hormondrüsen des Körpers unterliegt einem Regelkreis, also einem Steuerungssystem mit Gegenkoppelung. Aus diesem Grund wird vor und während der Behandlung sowie im Rahmen der Nachsorge regelmäßig anhand von Hormonuntersuchungen überprüft, ob dieser Regelkreis noch intakt ist. Die Auswertung erfolgt in den großen Behandlungszentren durch Kinder-Endokrinologen, also durch Ärzte, die auf den Hormonhaushalt im Kindes- und Jugendalter spezialisiert sind. 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.

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