Hirnhäute und Liquor Funktion

Das Gehirn und das Rückenmark, als sehr empfindliche Gewebe, sind stets von einer Flüssigkeit umspült, die Schutz bietet und die Versorgung mit Nährstoffen sicherstellt. Diese Flüssigkeit wird als Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit, Nervenwasser oder Liquor bezeichnet. Die Hirnhäute (Meningen) und der Liquor cerebrospinalis spielen eine zentrale Rolle für den Schutz und die Funktion des zentralen Nervensystems.

Die Hirnhäute: Schutzschilde des Gehirns

Die Hirnhäute sind drei dicht aneinander liegende Hüllen, die unser Gehirn umgeben. Zwischen ihnen befindet sich Liquor (Hirn-Rückenmarksflüssigkeit) und verlaufen Blutgefäße. Die Hirnhäute bilden einen Schutz für das Gehirn vor mechanischen Einflüssen und vor größeren Temperaturschwankungen.

Was sind die Hirnhäute?

Die drei Hirnhäute sind Bindegewebsschichten, die das gesamte Gehirn und Rückenmark umhüllen. Sie entwickeln sich aus dem embryonalen Neuralrohr. Von außen nach innen werden sie wie folgt bezeichnet:

• Dura mater (harte Hirnhaut)
• Arachnoidea (Spinngewebshaut)
• Pia mater (weiche Hirnhaut)

Wo befinden sich die Hirnhäute?

Die Hirnhäute sind bindegewebige Schichten, die das gesamte Gehirn umschließen. Am Foramen magnum, dem großen Hinterhauptsloch in der hinteren Schädelgrube, besteht eine Verbindung mit dem Wirbelkanal. Hier gehen die Hirnhäute in die Rückenmarkshäute über.

Aufbau und Funktion der einzelnen Hirnhäute

Dura mater

Die Dura mater ist die äußerste der drei Hirnhäute und recht straff. Sie kleidet die Schädelhöhle aus und besteht aus zwei Schichten: aus Bindegewebe und einer niedrigen, inneren Epithelschicht. Die äußere Schicht, in der Gefäße verlaufen, die den Schädelknochen versorgen, ist gleichzeitig die Knochenhaut (Periost) des Schädelknochens. Dieses Periost ist bis ins Jugendalter hinein noch fest mit dem Schädelknochen verwachsen. Dadurch wird sichergestellt, dass sich der kindliche Schädel, dessen einzelne Knochen noch durch weiche Nähte getrennt sind, nicht verformen kann. Beim Erwachsenen dann lässt sich das Periost leicht vom Knochen lösen - nur an der Schädelbasis bleibt es immer fest mit dem Knochen verbunden.

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Dura mater bildet Duplikaturen

Die Dura mater bildet auch Duplikaturen, die trennend zwischen die beiden Großhirnhälften und zwischen Großhirn und Kleinhirn vorspringen: die Hirnsichel (Falx cerebri), die Kleinhirnsichel (Falx cerebelli) und das Kleinhirnzelt (Tentorium cerebelli). Die beiden Hirnsicheln trennen in der Mitte des Schädels die beiden Großhirnhemisphären tief voneinander ab, bis hinunter zum Balken. Das Kleinhirnzelt (Tentorium cerebelli) dagegen ist quer gestellt und trennt die Großhirn- von der Kleinhirnhemisphäre. Diese Dura mater-Duplikatur geht in den Teil der Dura mater über, die den inneren Schädelknochen auskleidet. Unter dem Tentorium cerebelli liegt in der hinteren Schädelgrube das Kleinhirn; durch einen kleinen Ausschnitt tritt der Hirnstamm hindurch.

Aufteilung in zwei Blätter

An drei Stellen teilt sich die Dura mater in zwei Blätter auf:

• An der Felsenbeinpyramide (in der sich das Innenohr befindet) umschließt sie das Ganglion trigeminale (einen Knoten aus Nervenzellen und -fasern des Nervus Trigeminus).
• An der Spitze der Felsenbeinpyramide umschließt sie den Saccus endolymphaticus (Sinneszellen für das Gleichgewichtsorgan).
• Im Bereich der Sella turcica (Türkensattel) umfasst sie die Hypophyse (Hirnanhangsdrüse).

Unter der Dura mater liegt ein enger Raum, der Subduralraum, der die Dura mater von der mittleren der drei Hirnhäute, der Arachnoidea (Spinngewebshaut), trennt. Zwischen den beiden Schichten der Dura mater befinden sich die Hirnsinus. Sie dienen als venöse Blutleiter. Die zwei Schichten der Dura mater verlaufen über den größten Teil des Schädels zusammen. Wo sie sich trennen, wird die Lücke zwischen ihnen als duraler Venensinus bezeichnet. Diese Sinus leiten Blut und Liquor aus dem Gehirn ab und münden in die V. jugularis interna.

Funktionen der Dura mater:

• Schutz des Schädels vor Verformungen in der Wachstumsphase durch die äußere Schicht.
• Begrenzung des Subduralraums und Auffangen von Volumenschwankungen des Gehirns durch die innere Schicht.
• Sicherung der Lage aller Gehirnteile in jeder Körperstellung durch die drei Septen (Falx cerebri, Falx cerebelli und Tentorium cerebelli).

Arachnoidea

Die Arachnoidea besteht aus Bindegewebe, ist gefäßlos und verbindet sich auf der Innenseite über kleine Bälkchen und Häutchen mit der darunter liegenden, inneren Hirnhaut, der weichen Pia mater. Nach außen hin, zur Dura mater, bildet die Arachnoidea eine Abschlussmembran für den Liquor, der diese Grenze nicht passieren kann. Die Arachnoidea liegt glatt auf der Hirnoberfläche auf, sie übergeht die Furchen und Vertiefungen des Gehirns im Bereich der gesamten gewölbten Schädelkalotte. Nur an der Hirnbasis bilden sich, bedingt durch knöcherne Erhebungen und Vertiefungen, zisternenähnliche Erweiterungen. Die Arachnoidea bildet zottenartige bindegewebige, gefäßlose Auswüchse (Arachnoidalzotten), die in die Dura mater, in Venen und auch in den Schädelknochen reichen. Über diese Arachnoidalzotten wird der Liquor aus dem Subarachnoidalraum resorbiert und ins Blut abgegeben. Ihren Namen trägt die Arachnoidea wegen der feinen Bindegewebsfasern aus Kollagen (= Trabekel), die sie durchziehen. Wie auch die Dura Mater, folgt die Arachnoidea der Kontur des Gehirns, ohne in seine Furchen (= Sulci) einzudringen. Gemeinsam mit Dura mater und Pia mater schützt und stabilisiert die Arachnoidea das menschliche Gehirn.

Funktion der Arachnoidea:

• Bildung einer Barriere für den Liquorraum, den sie nach außen abdichtet.

Pia mater

Die dritte Schicht der Hirnhäute, die Pia mater, liegt direkt auf dem Gehirn auf, folgt den Furchen und Vertiefungen des Groß- und Kleinhirns und führt die Gefäße und Nerven, die in das Gehirn hineinführen. Die Pia mater reicht auch in die Hirnkammern hinein.

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Funktion der Pia mater:

• Bildung der Plexus choroidei in den Hirnventrikeln zusammen mit Teilen des Nervenrohres. Diese Gefäßknäuel sondern in den Ventrikeln den Liquor ab. Sie legt sich als innerste Schicht direkt an die Oberfläche von Gehirn bzw. Rückenmark.

Klinische Relevanz: Erkrankungen der Hirnhäute

Die Hirnhäute können von verschiedenen Erkrankungen betroffen sein, die oft schwerwiegende Folgen haben können:

• Epidurales Hämatom: Ein Bluterguss aus arterieller Blutung zwischen der Dura mater und dem Schädelknochen, der nach Schädelverletzungen entsteht. Die raumfordernde Blutung führt zu einer Quetschung des Gehirns. Epidurale Blutungen treten am häufigsten nach einem direkten Trauma des Kopfes auf. Die Patient*innen präsentieren sich typischerweise mit einem veränderten Bewusstseinszustand.
• Subdurales Hämatom: Entsteht durch venöse Blutungen zwischen den Hirnhäuten Dura mater und Arachnoidea oder durch einen Riss des Tentorium cerebelli unter der Geburt. Bei Säuglingen tritt sie typischerweise als Folge von Kindesmissbrauch auf. Bei jungen Erwachsenen sind Fahrrad- oder Autounfälle häufige Ursachen, wohingegen subdurale Blutungen bei älteren Erwachsenen häufig die Folge von Stürzen sind.
• Subarachnoidalblutung: Eine Blutung im Subarachnoidalraum - dem spaltförmigen Zwischenraum zwischen den beiden inneren Hirnhäuten, Arachnoidea und Pia mater. Sie entsteht oft durch das Reißen eines Aneurysmas (umschriebene Gefäßerweiterung). Symptome sind starke Kopfschmerzen, Blutdruckabfall und eine Steigerung des Hirndrucks durch die raumfordernde Blutung.
• Liquorfistel: Durch offene Verletzungen des Schädels, die mit einer Verletzung der Dura mater einhergehen, kann sich eine Liquorfistel bilden. Dabei handelt es sich um eine Verbindung zwischen dem Liquorraum und der Außenwelt. Über sie können Keime in das Gehirn eindringen. Anzeichen für eine Liquorfistel ist der Austritt von Liquor aus der Nase oder dem Gehörgang.
• Arachnoidalzysten: Sind Fehlbildungen der Arachnoidea mit gekammerten Flüssigkeitsansammlungen. Sie entstehen meist durch eine Subarachnoidalblutung unter der Geburt oder einer Hirnhautentzündung (Meningitis) in den ersten Lebensjahren. Arachnoidalzysten schädigen durch Druck das darunter liegende Hirngewebe.
• Meningitis: Eine Entzündung der Hirnhäute, die durch Bakterien (häufigste Ursache), Viren, Pilze, Parasiten oder Strahlenschäden ausgelöst wird. Zugleich kann auch das Hirngewebe selbst entzündet sein (Enzephalitis) - was zusammen als Meningoenzephalitis bezeichnet wird. Klinische Symptome sind intensiver Kopfschmerz, Nackensteifigkeit, hohes Fieber und Bewusstseinsminderung.
• Meningismus: Symptome, die einer Meningitis ähneln, aber eine andere Ursache haben. Dazu gehören Kopf- und Rückenschmerzen, Krämpfe, Nackensteife und Fieber. Ein Meningismus tritt oft als Begleiterscheinung von fieberhaften Erkrankungen auf.
• Meningeome: Hirntumoren, die ihren Ursprung in einer der Hirnhäute, der Arachnoidea, haben. Sie haften der Dura mater breitflächig an und wachsen in Hirngewebe hinein. Meningeome sind typischerweise gutartige, langsam wachsende Tumore, die sich jedoch in seltenen Fällen auch atypisch oder maligne präsentieren können. Die Symptome von Meningeomen hängen von ihrer Lage ab. Sie treten dann auf, wenn der Tumor benachbarte Strukturen komprimiert. Sie werden meistens operativ behandelt. Meningeome sind die häufigste kraniale Neoplasie und gehen aus den Arachnoidalzellen hervor, die sich in den Arachnoidalzotten befinden.
• Sinusvenenthrombose: Als Folge eines Traumas oder einer Infektion können sich Blutgerinnsel in den venösen Sinus bilden. Eine Sinusvenenthrombose kann zu hämorrhagischen Infarkten und einem Hirnödem führen.
• Arachnoiditis: Eine chronische Entzündung der Arachnoidea. Wer von dieser Erkrankung betroffen ist, leidet an anhaltenden Schmerzen im unteren Rückenbereich, im Rumpf, in Armen und Beinen. Darüber hinaus können Gleichgewichtsstörungen, Taubheitsgefühle, Sehschwäche und eine Störung der Blasen-, Darm und Sexualfunktion auftreten.

Der Liquor cerebrospinalis: Nährstofflieferant und Stoßdämpfer

Der Liquor cerebrospinalis ist die Gehirn-Rückenmarksflüssigkeit - also jene Flüssigkeit, die in den Liquor-Räumen des Gehirns und des Wirbelkanals zirkuliert. Er stellt einen wichtigen Schutz für das Gehirn und das Rückenmark dar. Druck von außen wird durch die Flüssigkeitsummantelung des Gehirns abgeschwächt, und eine Überwärmung des empfindlichen Zentralen Nervensystems kann durch das Hirnwasser abgeleitet werden.

Was ist der Liquor?

Der Liquor cerebrospinalis ist eine klare, farblose, eiweiß- und zellarme Flüssigkeit. Ein Erwachsener hat etwa 130 bis 150 Milliliter Liquor. Etwa ein Viertel davon befindet sind in den Hirnkammern (Ventrikeln), und drei Viertel umgeben als umhüllender Flüssigkeitsmantel das Gehirn und das Rückenmark.

Liquor: Hirnwasser und Rückenmarkswasser

Der Liquor wird in den Plexus chorioidei (Adergeflechten) von speziellen Epithelzellen in den Hirnkammern gebildet. Durch Öffnungen im III. Ventrikel (Foramina interventricularia) mit Verbindungen zum jeweiligen Seitenventrikel und durch den Aquaeductus cerebri (liquorhaltige Verbindung zwischen den Ventrikeln) gelangt der Liquor dann zum IV. Ventrikel. Von dort fließt er durch verschiedene Öffnungen und Zwischenräume in den Subarachnoidalraum - den spaltförmigen Zwischenraum zwischen der mittleren Hirnhaut (Arachnoidea) und der inneren Hirnhaut (Pia mater). Von hier aus umspült der Liquor aufsteigend als Gehirnflüssigkeit (Hirnwasser) das Gehirn, absteigend als Rückenmarksflüssigkeit das Rückenmark.

Liquorräume:

• den beiden Seitenventrikeln der Großhirnhälften (I. und II. Ventrikel), deswegen nennt man sie auch 1. und 2. Ventrikel.
• dem Ventrikel des Zwischenhirns (III. Ventrikel), der 3. Ventrikel liegt zentral im Gehirn.
• dem Ventrikel von Brücke und verlängertem Mark im Hirnstamm (IV. Ventrikel). Über ihn fließt der Liquor über eine Engstelle im Hirnstamm (Aquädukt) in den 4. Ventrikel ab.
• Der äußere Liquorraum befindet sich zwischen der Spinngewebshaut (Arachnoidea) und der weichen Hirn-/Rückenmarkshaut (Pia mater).

Täglich werden etwa 500 bis 700 Milliliter Liquor neu gebildet. Über die Granulationes arachnoidales (Wucherungen der Arachnoidea) und Nervenwurzeln wird so viel davon weit resorbiert, dass die Gesamtmenge an zirkulierendem Liquor 150 bis 200 Milliliter nicht übersteigt.

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Welche Bedeutung hat der Liquor?

Die Gehirn-Rückenmarksflüssigkeit dient dem Stoffwechsel der Nervenzellen von Gehirn und Rückenmark. Sie ist auch für deren mechanischen Schutz zuständig: Der Liquor bewahrt das empfindliche Nervengewebe vor Verformung durch äußere Einflüsse und kann für einen schnellen Druckausgleich im Liquorsystem sorgen. Außerdem sorgt der Liquor cerebrospinalis im Gehirn und Rückenmark für Wärmeschutz. Die Gehirn-Rückenmarksflüssigkeit ist zudem der Ursprung der Perilymphe. Das ist die wässrige Flüssigkeit im Innenohr. Die Verbindung von Rückenmark und Gehirn über den Liquorraum wird therapeutisch genutzt bei einer Spinal- oder Lumbalanästhesie. Dies ist eine Leitungsanästhesie, bei der das Medikament über eine Punktion des Lumbalbereichs direkt in den Subarachnoidalraum gelangt.

Klinische Relevanz: Erkrankungen und Störungen des Liquorsystems

• Hydrozephalus: Wenn die mit Liquor gefüllten Räume im Gehirn auf Kosten der Hirnsubstanz vergrößert sind, spricht man von einem Hydrozephalus ("Wasserkopf"). Es gibt zwei Arten: den Hydrocephalus internus, bei dem die Ventrikel erweitert sind, und den Hydrocephalus externus, bei dem die äußeren Liquorräume erweitert sind. Die Ursache dafür kann eine Liquorzirkulationsstörung sein. Hirntumoren können je nach ihrer Lage den normalen Fluss der Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit behindern, so dass es zum lebensgefährlichen Aufstau dieser Flüssigkeit kommt. Dadurch können zusätzliche Maßnahmen, zum Beispiel eine Shunt-Operation, notwendig werden. Ein Tumor im Kleinhirn (zum Beispiel ein Medulloblastom oder Astrozytom) wiederum kann zum Beispiel von hinten den IV. Hirnventrikel verschließen und dadurch zum Liquoraufstau in den beiden Seitenventrikeln (I. und II. Ventrikel) und dem III. Ventrikel führen. Ein solcher Verschlusshydrocephalus kann vorübergehend sein oder aber (durch narbige Verwachsungen nach einer Tumorentfernung oder Bestrahlung) dauerhaft bestehen bleiben.
• Liquordiagnostik: Bei einem entzündlichen Prozess im Gehirn oder im Rückenmark ist die Zellzahl der weißen Blutkörperchen (Leukozyten) im Liquor erhöht. Der Arzt kann das dadurch feststellen, indem er eine Probe der Gehirn-Rückenmarksflüssigkeit entnimmt und im Labor untersuchen lässt (Liquordiagnostik). Finden sich rote Blutkörperchen (Erythrozyten) im Liquor, spricht dies für eine Subarachnoidalblutung (Blutung im Subarachnoidalraum). Die labortechnische Untersuchung des Liquors liefert Hinweise auf Entzündungen (zum Beispiel eine Meningitis), Tumorwachstum, eine Alzheimer-Erkrankung und Hirnblutungen. Störungen der Blut-Liquor-Schranke schlagen sich in einer erhöhten Eiweißkonzentration nieder. Die Entnahme von Liquor erfolgt über eine sogenannte Lumbalpunktion. Bei einer Lumbalpunktion sticht der Arzt, meist unter örtlicher Betäubung, mit einer sehr feinen und langen Hohlnadel zwischen zwei Wirbeln der Lendenwirbelsäule in den Nervenwasserkanal ein. Dort ist der Raum, der die Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit (Liquor) enthält, am besten zu erreichen. Im Rahmen einer Behandlung können auch Medikamente (Zytostatika) an dieser Stelle eingespritzt werden. Der Patient wird entweder im Sitzen oder in Seitenlage punktiert. Nach der Punktion muss er in der Regel für einige Zeit (circa zwei Stunden) in Kopftieflage liegen, damit keine Kopfschmerzen auftreten. Bei einer Ventrikelpunktion wird Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit (Liquor) über eine Hirnkammer (Hirnventrikel) entnommen oder aber, im Rahmen einer Behandlung, ein Zytostatikum in eine Hirnkammer verabreicht. Ein auf diese Weise verabreichtes Medikament kann sich von dort aus im gesamten Liquorraum verteilen. Die Ventrikelpunktion erfolgt über ein so genanntes Rickham-Reservoir oder Ommaya-Reservoir, das zuvor durch einen neurochirurgischen Eingriff implantiert wurde. Bei beiden Eingriffen können die Eltern zugegen sein, um dem Kind Trost und Ruhe zu vermitteln und, entsprechend der Anleitung des Arztes, bei der richtigen Lagerung des Kindes zu helfen. Sowohl Lumbal- als auch Ventrikelpunktion sind zügige Eingriffe, nach denen die Patienten normalerweise selten über Beschwerden klagen. In seltenen Fällen treten Kopfschmerzen auf.
• Liquoraufstau: Die Menge an Liquor kann zum Beispiel durch eine Hirnhautentzündung, durch raumfordernde Blutungen oder Tumoren oder aber genetisch bedingt erhöht sein. Dann steigt der Schädelinnendruck, und das Gehirn wird komprimiert. Der Körper behilft sich mit einer Gefäßerweiterung oder einer Erhöhung des arteriellen Blutdrucks, um die Durchblutung des Gehirns sicherzustellen.
• Liquorblockade: Mediziner bezeichnen die Behinderung der normalen Liquor-Zirkulation als Liquorblockade. Mögliche Gründe sind Blutungen, Entzündungen, Tumoren, aber auch ein Bandscheibenvorfall. Bei einer Liquorblockade im Bereich der Ventrikel entwickelt sich ein Hydrocephalus internus, bei einer Blockade im Rückenmark entsteht ein Querschnittssyndrom.
• Liquorrhoe: Wenn Liquor aus der Nase oder dem Ohr austritt, sprechen Ärzte von einer Liquorrhoe. Grund ist meist eine Schädelbasisfraktur.

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