Das Gehirn, das zentrale Organ unseres Nervensystems, ist auf eine kontinuierliche und effiziente Blutversorgung angewiesen, um seine komplexen Funktionen ausführen zu können. Diese Versorgung wird durch ein Netzwerk von Arterien und Venen gewährleistet, deren Anatomie von entscheidender Bedeutung für die Gesundheit und Funktion des Gehirns ist. Dieser Artikel bietet einen detaillierten Einblick in die Anatomie der Hirngefäße, ihre Funktion und klinische Bedeutung.
Einführung in die Gefäßversorgung des Gehirns
Das Gehirn hat einen hohen Energiebedarf bei einer sehr beschränkten Speicherkapazität, wodurch die zerebrale Durchblutung (CBF) entscheidend für seine Arbeitsfähigkeit wird. Die Gefäßversorgung des Gehirns erfolgt durch zwei Hauptquellen: die paarigen inneren Halsschlagadern (Arteriae carotides internae, ACI) und das vertebrobasiläre System, das aus den beiden Wirbelarterien (Arteriae vertebrales, AV) gebildet wird, die sich zur Arteria basilaris (AB) vereinigen.
Die arteriellen Gefäße des Gehirns
Arteria carotis interna (ACI)
Die ACI entspringt an der Gabelung der A. carotis communis, zieht neben der Pharynxwand nach oben und tritt im Canalis caroticus durch die Schädelbasis. Während ihres Verlaufs zwischen Hals und Schädelbasis gibt die ACI (im Gegensatz zur A. carotis externa, ACE) keine Äste ab. Nach einer S-förmigen Krümmung (Karotissyphon) taucht sie an der Medialseite des Proc. clinoideus anterior auf und durchbohrt die Dura mater. Im Subarachnoidalraum teilt sie sich in die Hauptäste: A. cerebri anterior (ACA) und A. cerebri media (ACM).
Die ACI versorgt den gesamten Frontal- und Parietallappen, den anterolateralen Temporallappen, die Hypophyse und das Auge. 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.
Die ACI wird klinisch nach Bouthillier in 7 Segmente unterteilt (C1-C7):
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- C1: zervikales Segment
- C2: petröses Segment
- C3: Foramen-lacerum-Segment
- C4: kavernöses Segment
- C5: Klinoid-Segment
- C6: ophthalmisches Segment
- C7: terminales Segment
Wichtige Äste der ACI sind:
- A. hypophysialis inferior (Äste zur Hypophyse)
- Rr. ganglionares trigeminales (Äste zum Ganglion trigeminale)
- R. meningeus (Ast zur Dura mater)
- A. ophthalmica (Abgang gemeinsam mit dem N. opticus)
- A. cerebri anterior (ACA)
- A. cerebri media (ACM)
- A. communicans posterior (ACoP)
- A. choroidea anterior
Arteria vertebralis (AV) und Arteria basilaris (AB)
Die A. vertebralis entspringt aus der A. subclavia; sie steigt im Hals durch die Öffnungen der Querfortsätze der (6.-1.) Halswirbel zum Trigonum vertebrale auf und tritt durch das Foramen magnum in die Schädelhöhle. Auf dem Clivus vereinigt sie sich mit dem korrespondierenden Gefäß der Gegenseite zur A. basilaris. Durch Teilung der A. basilaris entsteht die A. cerebri posterior (ACP) am Vorderrand der Brücke, vor dem Austritt des CN III. Vorher gehen aus der A. vertebralis und A. basilaris 3 Äste zur Versorgung des Kleinhirns ab.
Die VAs besitzen häufig anlagebedingt einseitige Hypoplasien ohne krankhaften Wert. In der Sonografie wird die A. vertebralis abgangsnah häufig mit der A. thyroidea inferior verwechselt.
Klinisch und anatomisch werden keine Segmente der A. basilaris 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 %).
Arteria cerebri anterior (ACA)
Die ACA verläuft nach vorn und medial und zieht im Hemisphärenspalt zwischen beiden Frontallappen über dem Balken nach hinten. Über die A. communicans anterior steht sie mit dem entsprechenden Gefäß der Gegenseite in Verbindung. Ihre Kortexäste versorgen die Medialseite bis zum Sulcus parieto-occipitalis und einen fingerbreiten Streifen der angrenzenden Konvexität. Damit versorgt dieses Gefäß die Fußregion des Gyrus praecentralis.
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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.
Wichtige Äste der ACA sind:
- Aa. centrales breves (Versorgung des Chiasma opticum, des N. opticus und der Hypophyse)
- A. frontobasalis medialis
- A. callosomarginalis
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. cerebri media versorgt.
Arteria cerebri media (ACM)
Die ACM verläuft zunächst auf der Hirnbasis lateralwärts. Hier gibt sie einige wichtige zentrale Äste ab. Sie zieht dann im Sulcus lateralis der Seitenfläche der Hemisphären. Die Kortexäste versorgen die gesamte Seitenfläche mit Ausnahme des genannten Versorgungsgebietes der A. cerebri anterior, sowie des Okzipitalpols und der Unterseitenfläche, die von der A. cerebri posterior versorgt werden. Die gesamte motorische Region (mit Ausnahme der Fußregion) wird damit von der ACM versorgt.
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.
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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.
Arteria cerebri posterior (ACP)
Die ACP versorgt den gesamten Hinterhauptslappen einschließlich des Sehzentrums. 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 ACoP (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 ACoP mit der ACI verbunden. Eine häufige Gefäßvariation ist der entwicklungsgeschichtlich bedingte Abgang der PCA aus der ACI (ca. 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.
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.
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.
Circulus arteriosus Willisii
Der Circulus arteriosus Willisii (Synonym: Circulus arteriosus cerebri) ist ein arterieller Gefäßring an der Gehirnbasis. Er wurde nach Thomas Willis (1621-1675) benannt, einem britischen Mediziner, der als Mitbegründer der Neuroanatomie gilt und diesen Gefäßring erstmals beschrieb.
Der Circulus arteriosus Willisii wird von zwei großen, paarigen Arterien gespeist und bildet einen geschlossenen Kreis um den Hypophysenstiel. Er liegt in der Cisterna basilaris (Teil des äußeren Liquorsystems) und ist von diversen Strukturen umrahmt.
Der Circulus arteriosus cerebri wird im vorderen Teil durch die beiden Arteriae carotis internae und Arteriae cerebri anteriores gebildet, welche durch die Arteria communicans anterior verbunden sind. Der hintere Teil besteht aus der Arteria basilaris sowie der rechten und linken Arteria cerebri posterior und der beidseitigen Arteria communicans posterior.
Der Circulus ateriosus cerebri weist eine sehr variantenreiche Anatomie auf. Der “Normalfall” mit einer ACoA findet sich beispielsweise nur in 60 Prozent aller Fälle. Auch die ACoP ist nur zu 50 bis 60 Prozent beidseits voll ausgeprägt.
Im Allgemeinen ist der Circulus arteriosus cerebri für die Blutversorgung des gesamten Gehirns zuständig. Indem er einen Kollateralkreislauf ausbildet, können Drücke zwischen den verschiedenen Stromgebieten gewissermaßen ausgeglichen und somit eine gleichmäßige Durchblutung sichergestellt werden. Außerdem können durch den Circulus arteriosus cerebri auch langsam fortschreitende Einengungen der zufließenden Gefäße bis zu einem gewissen Maße kompensiert werden.
Die venösen Gefäße 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 hingegen 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.
Die Vv. emissariae verbinden durch Öffnungen im Schädel die Sinus durae matris mit Diploevenen und äußeren Kopfvenen. Durch fehlende Klappen ist ein Blutfluss in beide Richtungen möglich, sodass sie intrakranielle Druckschwankungen ausgleichen können.
Sinus durae matris
Bevorzugt an den Stellen, wo die Duraduplikaturen septenartig in die Schädelhöhle hineinragen, kommt es zur Bildung von Blutleitern, die als Sinus durae matris (kurz: Sinus) bezeichnet werden. Aufgrund dieser Anordnung sind sie auf einem Querschnitt annähernd triangulär. In sie entleeren sich die oberflächlichen zerebralen Venen.
Die wichtigsten Sinus finden sich entlang der Anhaftung von Falx cerebri und Tentorium cerebelli. Es sind der Sinus sagittalis superior, der rechte und linke Sinus transversus und an der Oberkante des Tentoriums der Sinus rectus. Alle 4 Sinus münden in den Confluens sinuum (auch Torcular bezeichnet), der an der Protuberantia occipitalis interna gelegen ist. Vom Confluens sinuum fließt das venöse Blut durch den Sinus transversus und Sinus sigmoideus in die V. jugularis interna.
Einen Sinus anderer Bauart, der eher einem venösen Gefäßkomplex gleicht, bildet der Sinus cavernosus. Er ist anatomisch, funktionell und klinisch sehr wichtig. Er liegt zu beiden Seiten des Corpus ossis sphenoidalis, ist aber quer mit der gegenseitigen Struktur verbunden, so daß er die Hypophyse zirkulär umgibt. Von vorne nimmt dieser Sinus die V. ophthalmica inf. und die zentrale Netzhautvene auf. Nach hinten hat er Verbindung mit dem Sinus transversus. Außerdem ist er mit dem Plexus pterygoideus an der äußeren Schädelbasis verbunden.
Gefäßversorgung des Rückenmarks
Das Rückenmark wird durch 3 längs orientierte Gefäße (A. spinalis anterior und Aa. spinales posteriores) und ein quer verlaufendes Gefäßnetz versorgt, die aus segmentalen Zuflüssen gespeist werden.
Die A. spinalis anterior verläuft in der Fissura mediana anterior als unpaarer Stamm. Zum Stromgebiet der A. spinalis anterior zählen das motorische Vorderhorn, die Basis der Hinterhörner und der Vorderseitenstrang. Die Aa. spinales posteriores versorgen die dorsalen Anteile der grauen Substanz und den Hinterstrang.
Die segmentale Versorgung erfolgt aus:
- Zervikal: A. subclavia → Aa. vertebrales, A. cervicalis ascendens
- Thorakal: Aorta thoracica → Aa. intercostales posteriores
- Lumbal: Aorta abdominalis → Aa. lumbales
Ursprünglich existieren 31 paarige Aa. intercostales bzw. lumbales, von denen jedoch nur etwa 6-8 das Rückenmark tatsächlich erreichen. Der Lumbosakralbereich wird durch die bis zu 2 mm starke A. radicularis magna (Adamkiewicz) gespeist, welche in variabler Höhe BWK 9-LWK 1 das Rückenmark erreicht.
Über intramedulläre Venen gelangt das Blut in Vv. perimedullares auf die piale Oberfläche des Rückenmarks. Es bilden sich zwei durchgehende venöse Längsstämme, die V. spinalis anterior in der Fissura mediana anterior und die V. spinalis posterior im Sulcus medianus posterior. Aus dem pialen Venengeflecht wird das Blut durch Vv. radiculares in den Plexus venosus vertebralis internus und anschließend über Vv. intervertebrales in den Plexus venosus vertebralis externus weitergeleitet. Die Vv. radiculares verlassen in enger topografischer Beziehung zu den Nervenwurzeln den Durasack.
Klinische Bedeutung der Anatomie der Hirngefäße
Die Kenntnis der Anatomie der Hirngefäße ist von entscheidender Bedeutung für das Verständnis und die Behandlung verschiedener neurologischer Erkrankungen.
Zerebrale Aneurysmen
Im Bereich des Circulus arteriosus Willisii trifft man häufig auf zerebrale Aneurysmen. Dabei handelt es sich um Aussackungen der Gefäßwand. Kommt es bei diesen Aneurysmen im Kopf zu einer Ruptur, tritt eine gefährliche Subarachnoidalblutung (SAB) auf. 85 Prozent aller Subarachnoidalblutungen sind dabei auf geplatzte Aneurysmen zurückzuführen. Die 30-Tage-Letalität einer SAB liegt zwischen 35 und 40 Prozent.
Schlaganfall (Apoplex)
Der Schlaganfall ist die dritthäufigste Todesursache in der Bundesrepublik und die häufigste Ursache der Invalidität überhaupt. Er kann durch einen Verschluß einer Hirnarterie (anämischer Infarkt), durch eine Massenblutung oder durch eine Hirnvenenthrombose ausgelöst werden. Die Symptomatik des Schlaganfalls wird wesentlich von der Topographie der Durchblutungsstörung bestimmt.
Die zwei Arten von Schlaganfällen sind ischämisch und hämorrhagisch. Risikofaktoren sind Bluthochdruck, zerebrale Amyloid-Angiopathie, neoplastische Erkrankungen und zerebrale Aneurysmen.
Arteriovenöse Malformationen (AVM)
AVM sind angeborene Fehlbildungen der Blutgefäße, bei denen es zu einer direkten Verbindung zwischen Arterien und Venen ohne dazwischenliegendes Kapillarbett kommt. Dies kann zu Blutungen und neurologischen Ausfällen führen.
Arteriendissektionen
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.
Zerebrale Autoregulation
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 (Abb. 1) durch Kurzschlüsse der Stromgebiete untereinander eine Umverteilung des Blutflusses zwischen den Hemisphären.