Das zentrale Nervensystem (ZNS), bestehend aus Gehirn und Rückenmark, ist ein komplexes und lebensnotwendiges System, das eine Vielzahl von Funktionen ausführt. Es verarbeitet sensorische Informationen, steuert Bewegungen, reguliert innere Organe und ermöglicht uns das Denken und Erinnern. Um diese wichtigen Aufgaben erfüllen zu können, ist das ZNS durch verschiedene Schutzmechanismen geschützt. Dazu gehören der Schädel für das Gehirn und die Wirbelsäule für das Rückenmark. Zusätzlich umgeben drei bindegewebige Hirn- und Rückenmarkshäute, die sogenannten Meningen, das ZNS und bieten zusätzlichen Schutz. Diese Meningen bestehen aus der Dura mater (harte Hirnhaut), der Arachnoidea mater (Spinngewebshaut) und der Pia mater (weiche Hirnhaut).
Die Hirnhäute: Ein Überblick
Die Hirnhäute (Meningen) sind drei dicht aneinander liegende Bindegewebsschichten, die das Gehirn und das Rückenmark umschließen. Sie entwickeln sich aus dem embryonalen Neuralrohr und sorgen für Formstabilität und Schutz vor mechanischen Einflüssen, Volumenänderungen und Temperaturschwankungen. Zwischen den Hirnhäuten befindet sich Liquor (Hirn-Rückenmarksflüssigkeit) und verlaufen Blutgefäße. Von außen nach innen werden die Hirnhäute wie folgt unterschieden:
- Dura mater (harte Hirnhaut): Die äußerste und dickste Schicht, die den Schädel auskleidet und aus zwei Schichten besteht: einer äußeren Bindegewebsschicht und einer inneren Epithelschicht. Die äußere Schicht ist gleichzeitig die Knochenhaut des Schädelknochens. Die Dura mater bildet Duplikaturen wie die Hirnsichel (Falx cerebri), die Kleinhirnsichel (Falx cerebelli) und das Kleinhirnzelt (Tentorium cerebelli), die die Gehirnteile voneinander trennen und ihre Lage sichern.
- Arachnoidea (Spinngewebshaut): Die mittlere, gefäßlose Schicht, die über kleine Bälkchen und Häutchen mit der Pia mater verbunden ist. Nach außen hin bildet die Arachnoidea eine Abschlussmembran für den Liquor. Sie liegt glatt auf der Hirnoberfläche auf und übergeht die Furchen und Vertiefungen des Gehirns. Über Arachnoidalzotten wird der Liquor aus dem Subarachnoidalraum resorbiert und ins Blut abgegeben.
- Pia mater (weiche Hirnhaut): Die innerste, von Gefäßen durchzogene Schicht, die direkt auf dem Gehirn aufliegt und seinen Furchen und Windungen folgt. Sie führt die Gefäße und Nerven, die in das Gehirn hineinführen.
Pia Mater: Die Weiche Hirnhaut im Detail
Die Pia mater ist ein weiches Gewebe, welches das Gehirn und das Rückenmark umgibt. Damit bildet sie einen Teil der Hirnhäute (Meningen). Die Pia mater zählt zu den weichen Hirnhäuten (Meningen), der sogenannten Leptomeninx.
Leptomeninx
Die Leptomeninx bezeichnen Bindegewebsschichten der Hirnhäute (Meningen), welche einen eher geringen Faseranteil besitzen. Grundbestandteil der Pia mater ist weiches Bindegewebe, welches von zahlreichen Blutgefäßen durchzogen ist. Gemeinsam mit der Arachnoidea mater, der Spinngewebshaut, bildet sie die Leptomeninx. Der Spalt zwischen diesen beiden Schichten nennt sich Subarachnoidalraum, welcher mit Liquor cerebrospinalis gefüllt ist. Er bildet den äußeren Liquorraum. Neben dem Liquor ziehen im Subarachnoidalraum die oberflächlichen Venen und Arterien des Gehirns und des Rückenmarks entlang.
Embryologische Entwicklung
Embryologisch entsteht die Pia mater aus dem Ektoderm. Dieses bildet im Verlauf die Neuralleiste, welche anschließend Mesenchymzellen des Kopfmesektoderms bilden.
Lesen Sie auch: Faszination Nesseltiere: Wie sie ohne Gehirn leben
Aufbau der Pia Mater Encephali
Die Pia mater encephali bedeckt mit ihrem dünnen Bindegewebe und den darin enthaltenen Blutgefäßen direkt die Sulci und Gyri des Hirns. Die Lamina interna, also die “innere” Schicht, liegt auf der Membrana limitans gliae superficialis (Gliagrenzmembran). Dabei handelt es sich um eine Gewebsschicht der Hirnoberfläche, welche von den Astrozyten gebildet wird. Die breiten Fortsätze dieser Zellen bilden gemeinsam mit einer anliegenden, teils lückenhaften Basalmembran die äußere Grenze des Hirngewebes. Die Lamina externa enthält ein breites System an Bündeln von Kollagenfibrillen, die verschiedene Durchmesser aufweisen. Daneben finden sich Meningealzellen, Makrophagen und Lymphozyten. Ein weiteres Charakteristikum ist die Verbindung mit der Adventitia, einer Wandschicht von größeren Blutgefäßen. Durch diese Anbindung kann die Pia mater den Blutgefäßen bis in die Hirnsubstanz folgen, was sie von anderen Hirnhäuten abgrenzt.
Virchow-Robin-Raum
Der Virchow-Robin-Raum ist mit Flüssigkeit gefüllt und nimmt eine zentrale Rolle der Flüssigkeitszirkulation im zentralen Nervensystems ein. Vermutlich übernimmt er damit die Funktion des eigentlich fehlenden Lymphsystems. Weiterhin stellt er die Kommunikation zwischen dem Extrazellulärraum des Hirngewebes mit dem Subarachnoidalraum und den Lymphgefäßen außerhalb des Gehirns sicher.
Leptomeninx-Mesothel
Es besteht des Weiteren eine Abgrenzung der Pia zum Subarachnoidalraum durch das Leptomeninx-Mesothel, eine kontinuierliche Zellschicht, welche dem Mesothel ähnelt. Zwischen den Zellen bilden sich Tight Junctions, Gürteldesmosomen (Zonulae adherentes) und Gap Junctions aus. Dennoch stellt das Mesothel damit keine Diffusionsbarriere dar.
Tela choroidea und Plexus choroidei
Das Gewebe der Pia bildet einen speziellen Abschnitt aus, die Tela choroidea. Das Bindegewebe funktioniert hierbei als Lamina propria der Plexus choroidei, welche sich in den Hirnventrikeln befinden und für die Bildung und Resorption des Liquors verantwortlich sind. Ein Teil des Plexus choroidea ist die Taenia choroidea, der Punkt, an der der Plexus angeheftet ist.
Pia Mater spinalis
Analog zur Pia encephali, lässt sich die Pia spinalis in zwei Blätter unterteilen. Man unterscheidet hier die Lamina interna von der Lamina externa, welche auch Epipia genannt wird. Die Lamina externa besteht aus Kollagenfasern und elastischen Fasern, welche scherenartig das Rückenmark umhüllen. Das Filum terminale, welches sich durch die Cauda equina erstreckt, ist ebenfalls von der spinalen Pia bedeckt.
Lesen Sie auch: Lesen Sie mehr über die neuesten Fortschritte in der Neurowissenschaft.
Kapillarsysteme
Sowohl die Pia mater spinalis als auch die Lamina externa der Pia mater encephali besitzen je ein eigenes Kapillarsystem. Das System der Lamina externa fließt in die oberflächlichen Hirnvenen, wobei die Endothelzellen ähnliche Eigenschaften wie die Blut-Hirn-Schranke aufweisen. Lymphgefäße existieren hier nicht. Das System der spinalen Pia wird durch die Arteriae radiculopiales versorgt. Dabei handelt es sich um Arterien, welche den Rami spinales vorgeschalteter Arterien entspringen. Die Endäste bilden Anastomosen mit den Arteriae radiculomedullares. Auch hier sind keine Lymphgefäße vorhanden.
Funktion der Hirnhäute
Die Hirnhäute erfüllen eine Reihe wichtiger Funktionen zum Schutz und zur Unterstützung des Gehirns und des Rückenmarks:
- Schutz vor mechanischen Einflüssen: Die Dura mater schützt den Schädel in der Wachstumsphase vor Verformungen. Die Hirnhäute insgesamt schützen das Gehirn und Rückenmark vor Stößen und Erschütterungen.
- Formstabilität: Die Dura mater gibt dem Gehirn Struktur und sorgt dafür, dass alle Teile des Gehirns in der richtigen Lage bleiben - unabhängig von der Körperstellung.
- Volumenausgleich: Die innere Schicht der Dura mater gleicht die in Folge von Atmung und Herzschlag entstehenden Volumenschwankungen des Gehirns aus.
- Barrierefunktion: Die Arachnoidea mater dichtet den Liquorraum nach außen ab und bildet auf diese Weise eine natürliche Barriere.
- Liquorproduktion: Die Pia mater ist Teil der Gefäßknäuel namens Plexus choroidei, die in den Ventrikeln Liquor absondern. Der Liquor umgibt das Gehirn und Rückenmark und dient als zusätzlicher Schutz und Nährstofflieferant.
Erkrankungen und Probleme der Hirnhäute
Erkrankungen und Verletzungen der Hirnhäute können schwerwiegende Folgen haben. Hier sind einige Beispiele:
- Meningitis (Hirnhautentzündung): Eine Entzündung der Hirnhäute, die durch Bakterien, Viren, Pilze oder Parasiten ausgelöst werden kann. Symptome sind Kopfschmerzen, Fieber, Nackensteifigkeit, Übelkeit und Erbrechen. Unbehandelt kann eine Meningitis lebensbedrohlich sein.
- Epidurales Hämatom: Eine Blutung zwischen der Dura mater und dem Schädelknochen, die meist nach Schädelverletzungen entsteht. Die Blutung führt zu einer Quetschung des Gehirns.
- Subdurales Hämatom: Eine Blutung zwischen der Dura mater und der Arachnoidea, die durch venöse Blutungen oder einen Riss des Tentorium cerebelli entstehen kann.
- Subarachnoidalblutung: Eine Blutung im Subarachnoidalraum, oft durch das Reißen eines Aneurysmas verursacht. Symptome sind starke Kopfschmerzen, Blutdruckabfall und eine Steigerung des Hirndrucks.
- Liquorfistel: Eine Verbindung zwischen dem Liquorraum und der Außenwelt, die durch offene Verletzungen des Schädels entstehen kann. Über die Fistel können Keime in das Gehirn eindringen.
- Arachnoidalzysten: Fehlbildungen der Arachnoidea mit gekammerten Flüssigkeitsansammlungen, die durch Druck das darunter liegende Hirngewebe schädigen können.
- Meningeome: Tumoren, die ihren Ursprung in einer der Hirnhäute, meist der Arachnoidea, haben. Sie können gut- oder bösartig sein und Symptome verursachen, wenn sie auf benachbarte Bereiche drücken.
- Sinusvenenthrombose: Nach einem Trauma (und auch nach einer Infektion) kann sich in den venösen Sinus ein Blutgerinnsel bilden. Diese sogenannte Sinusvenenthrombose kann einen hämorrhagischen Infarkt oder ein Hirnödem verursachen.
Diagnostik
Zur Untersuchung des Gehirns und der Hirnhäute stehen verschiedene diagnostische Verfahren zur Verfügung:
- Neurologische Untersuchung: Die genaue Prüfung der Funktion der abgehenden Nerven kann wichtige Hinweise auf Erkrankungen des Gehirns liefern.
- Liquorpunktion: Die Entnahme von Gehirnflüssigkeit (Liquor) mittels Subokzipitalpunktion oder Lumbalpunktion ermöglicht eine genaue Untersuchung des Liquors auf Zellen, Eiweiß und andere Substanzen. Veränderungen im Liquor können auf Entzündungen, Blutungen oder andere Erkrankungen hindeuten.
- Enzephalografie: Eine Röntgenaufnahme des Gehirns, bei der zuvor Hirnflüssigkeit abgelassen und durch Luft ersetzt wird, um die Hirnkammern besser darzustellen.
- Elektroenzephalogramm (EEG): Eine Methode, bei der die Aktionsströme der Gehirnzellen vom Kopf abgeleitet werden, um die Hirnaktivität zu messen.
- Bildgebende Verfahren: Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) ermöglichen detaillierte Darstellungen des Gehirns und der Hirnhäute, um Verletzungen, Tumoren oder andere Veränderungen zu erkennen.
Lesen Sie auch: Tinnitus und Gehirnaktivität: Ein detaillierter Einblick