Hirnstamm: Lage, Anatomie und Funktionen

Der Hirnstamm, auch Truncus cerebri genannt, ist ein lebenswichtiger Teil des Gehirns. Er koordiniert lebensnotwendige Funktionen wie Herzfrequenz, Atmung und Temperaturregulation. Obwohl er klein ist, spielt er eine zentrale Rolle für das Funktionieren des Gehirns und des gesamten Organismus.

Was ist der Hirnstamm?

Prinzipiell werden unter dem Begriff Stammhirn zwei wichtige Hirnregionen zusammengefasst, die wiederum aus jeder Menge Einzelstrukturen bestehen. Das Stammhirn befindet sich am und im Gehirn an der Grenze zum Rückenmark. Es besteht aus dem Hirnstamm und dem Zwischenhirn. Hier werden darüber hinaus viele essentielle Lebensfunktionen kontrolliert. Dabei macht allerdings diese Zusammenfassung der beiden Hirnregionen lediglich entwicklungsgeschichtlich Sinn.

Vorsicht Verwechslungsgefahr! Stammhirn und Hirnstamm sind nicht dasselbe!

Wie bereits erwähnt, setzt sich das Stammhirn aus Hirnstamm (Truncus cerebri / encephali) und Zwischenhirn (Diencephalon) zusammen. Das Stammhirn schließt sich zunächst an das Rückenmark an und verläuft dann weiter in das Innere des Gehirns hinein. Am weitesten oben, direkt unter dem Cortex befindet sich der Thalamus. Darunter liegt, ganz dem Namen nach, der Hypothalamus. Zwischen Diencephalon und Pons befindet sich das Mesencephalon, welches der oberste Teil des Hirnstamms ist. Das Mesencephalon wiederum, steht über die Pons mit dem Kleinhirn (Cerebellum) in Verbindung, wobei dies nicht zum Stammhirn gezählt wird.

Der Hirnstamm ist der entwicklungsgeschichtlich älteste Teil des Gehirns. Zusammen mit dem Zwischenhirn (Diencephalon), teils auch mit dem Kleinhirn und Teilen des Endhirns wird er oft auch synonym als Stammhirn bezeichnet. Das ist aber nicht korrekt: Der Hirnstamm umfasst alle Teile des Gehirns, die sich in der embryonalen Entwicklung aus dem sogenannten zweiten und dritten Hirnbläschen entwickelt haben. Zum Stammhirn dagegen werden alle Hirnteile außer dem Großhirn gerechnet.

Lage des Hirnstamms

Der Hirnstamm befindet sich im unteren Schädelbereich an der Schädelbasis, nahe dem Clivus des Os occipitale, verdeckt von Groß- und Kleinhirn. Er befindet sich zwischen der Medulla spinalis und dem Diencephalon und liegt vor dem Cerebellum. Nach kranial grenzt er an den 3. Hypothalamus, lateral grenzt er an den Temporallappen. Der 4. Ventrikel befindet sich posterior zum Hirnstamm zwischen ihm und dem Cerebellum. Nach unten geht er mit einer nicht genau definierten Grenze in das Rückenmark über - dieser Bereich wird Medulla oblongata (verlängertes Mark) genannt. In diesem Bereich, der Pyramidenkreuzung, kreuzen die vom Gehirn kommenden Nervenbahnen auf die Gegenseite.

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In aufsteigender Reihenfolge von der Medulla an der Basis bis zum Pons in der Mitte, die mit dem Mesencephalon am rostralsten Teil des Hirnstamms endet.

Anatomische Struktur des Hirnstamms

Der Hirnstamm besteht aus drei Hauptteilen:

• Verlängertes Mark (Medulla oblongata): Bildet den Übergang zum Rückenmark.
• Brücke (Pons): Befindet sich zwischen dem verlängerten Mark und dem Mittelhirn und ist mit dem Kleinhirn verbunden.
• Mittelhirn (Mesencephalon): Ist der kleinste Hirnabschnitt und verbindet die Brücke mit dem Zwischenhirn.

Die Brücke und das Kleinhirn werden auch als Metencephalon (Hinterhirn) bezeichnet. Es bildet zusammen mit dem Myelencephalon (verlängerten Mark) das Rautenhirn (Rhombencephalon).

Verlängertes Mark (Medulla oblongata)

Das verlängerte Mark geht nach unten direkt ins Rückenmark‎ und nach oben in die Brücke über. Nach hinten ist es vom Kleinhirn‎ überdeckt. In seinem hinteren Anteil befinden sich die Ursprungsorte für den IX. bis XII. Hirnnerv (siehe unten). In seinem vorderen Anteil verdickt sich die größte vom Gehirn durch das Rückenmark absteigende Nervenbahn mit den Erregungsleitungen für die Muskelantworten, die Pyramidenbahn, zu den Pyramiden.

Brücke (Pons)

Die Brücke ist nach unten durch das verlängerte Mark, nach oben durch das Mittelhirn und nach hinten durch das Kleinhirn‎ begrenzt. Sie enthält die Nervenzellkörper für den V. bis VIII. Hirnnerv (siehe unten) sowie Teile des Atem-, Kreislauf- und Aktivitätszentrums.

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Mittelhirn (Mesencephalon)

Das Mittelhirn ist nach oben durch das Zwischenhirn‎ und nach unten durch die Brücke begrenzt. der Mittelhirnhaube (Tegmentum mesencephali): Dort befinden sich große Ansammlungen von Nervenzellkörpern für Muskelaktivitäten (zum Beispiel Substantia nigra, Nucleus ruber) und für den III. und IV.

Funktionelle Organisation

Die anatomische Organisation des Hirnstamms ähnelt in vieler Hinsicht der des Rückenmarks: auch hier entstehen die sensiblen koordinierenden Kerne aus der Flügelplatte, während die motorischen Kerne Abkömmlinge der Grundplatte sind. Beide Teile sind durch einen Sulcus limitans getrennt. Kreuzungen von sog. e, Hirnnerven anstelle der Rückenmarksnerven.

Wie im Rückenmark sind die End- und Ursprungskerne in Zellsäulen (Kolumnen) angeordnet. Ihre Zahl ist allerdings auf 6 angewachsen. Blick auf die Rautengrube und Darstellung der Lage der Zellsäulen im Vergleich zum Rückenmark. Während die 4 Komponenten im Rückenmark ventro-dorsal angeordnet sind, sind die Hirnnervenkerne medio-lateral, entsprechend ihrer Funktion, in 6 Längssäulen gruppiert. Neurone einer bestimmten funktionellen Komponente liegen jeweils an derselben Stelle und bilden somit eine Säule in rostro-kaudaler Ausdehnung des Hirnstamms.

Funktionen des Hirnstamms

Im Stammhirn sind einige lebensnotwendige Funktionen angesiedelt. Der Hirnstamm bildet die Schnittstelle zwischen dem übrigen Gehirn und dem Rückenmark. Aus dem Körper aufsteigende und in den Körper absteigende Informationen leitet er überkreuz weiter, daher ist die rechte Gehirnhälfte für die linke Körperhälfte zuständig und umgekehrt.

Der Hirnstamm ist für die essenziellen Lebensfunktionen zuständig wie die Steuerung der Herzfrequenz, des Blutdrucks und der Atmung. Zudem ist er für wichtige Reflexe wie den Lidschluss-, Schluck- und Husten-Reflex verantwortlich. Auch der Schlaf und die verschiedenen Schlaf- und Traumphasen werden hier kontrolliert.

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Innerhalb der Brücke verläuft die Pyramidenbahn - die Verbindung zwischen dem motorischen Kortex und dem Rückenmark, die für willkürlich-motorische Signale (also willkürliche Bewegungen) wichtig ist. Über den Pons werden diese Signale, die von der Großhirnrinde kommen, ins Kleinhirn weitergeleitet.

Der Hirnstamm ist durchzogen von der Formatio reticularis - einer netzartigen Struktur aus Nervenzellen und ihren Fortsätzen. Sie ist an verschiedenen vegetativen Funktionen des Organismus beteiligt, etwa an der Steuerung der Aufmerksamkeit und des Wachheitszustandes. Auch Kreislauf, Atmung und Erbrechen werden hier kontrolliert.

Der Hirnstamm kontrolliert aber auch Blutdruck und Herzfrequenz, steuert Atmung und Schwitzen. Zudem reguliert er Wachen und Schlafen bis ins Detail, koordiniert also, wie aktiv das Gehirn gerade ist beziehungsweise in welcher Traumphase wir uns befinden. Als entscheidende Schaltzentrale erweist er sich auch bei einigen lebenswichtigen Reflexen wie Schlucken, Brechen oder Husten. Zentraler Taktgeber dieser zahlreichen Vitalfunktionen ist die Formatio reticularis, deren netzartige Struktur sich durch den gesamten Hirnstamm zieht. Besonders prominent sind hier die Raphe-​Kerne, die im gesamten reticulären System verteilt sind, weitflächig ins Gehirn projizieren und deren Botenstoff das Serotonin ist.

Die Hirnnerven

Außerdem liegen im Hirnstamm die Ursprungsorte der zwölf Hirnnervenpaare, die Hirnnervenkerne. In einem Hirnnervenkern entspringen die Fasern, die Erregungen unter anderem zu verschiedenen Muskeln im Kopf- und Halsbereich weiterleiten. Im Gegensatz zu den Spinalnerven der Wirbelsäule gibt es zwölf Hirnnerven, die direkt aus dem Gehirn austreten. Sie werden mit römischen Ziffern nummeriert und versorgen primär den Kopf und Halsbereich.

Überblick über die Hirnnerven

Die Hirnnerven versorgen Hirnstrukturen und erfüllen spezifische Funktionen. Sie übertragen sensorische, motorische und autonome Informationen zu und von den intrakraniellen und perikraniellen Strukturen, wobei sie mit dem Rest des Körpers verbunden sind.

• Nervus olfactorius (I): Riechnerv, zuständig für die Geruchswahrnehmung. Er setzt sich aus gebündelten Fortsätzen der Sinneszellen in der Riechschleimhaut der Nase zusammen.
• Nervus opticus (II): Sehnerv, leitet Signale aus der Netzhaut zum Metathalamus und ist somit für das Sehen zuständig. Er entspringt in der Netzhaut und tritt durch einen kleinen knöchernen Kanal aus der Augenhöhle in die Schädelhöhle ein. Von hier an nennt man den Sehnervenfaserzug zunächst "Tractus opticus".
• Nervus oculomotorius (III): Augenmuskelnerv, steuert zusammen mit dem N. trochlearis (IV) und N. abducens (VI) die Bewegung der Augenmuskeln und damit die Bewegung des Augapfels. Er führt motorische und parasympathische Fasern für äußere und innere Augenmuskeln. Seine beiden Kerngebiete liegen im Mittelhirn. Der Nerv verlässt das Gehirn am Vorderrand der Brücke in der Fossa interpeduncularis und zieht an der seitlichen Wand des Sinus cavernosus zur Fissura orbitalis superior, durch welche er in die Augenhöhle gelangt. R. superior (nur motorische Fasern) und R. inferior (motorische und parasympathische Fasern). Die parasympathischen Fasern spalten sich als Radix oculomotoria ab und ziehen zum Ganglion ciliare, wo die Fasern vom prä- auf das postganglionäre Neuron umgeschaltet werden. Aus dem Ggl. ciliare gehen die etwa 10 15 Nerven (Nn. ciliares breves) ab, die dann den Ciliarmuskel für die Akkommodation der Linse sowie den M. sphincter pupillae für die Verengung des Sehlochs innervieren.
• Nervus trochlearis (IV): Augen-Rollnerv, ebenfalls für die Bewegung des Augapfels zuständig. Er ist rein motorisch und hat sein Kernareal im kaudalen Bereich des Mittelhirns. Als einziger Hirnnerv tritt er dorsal, unterhalb der Vierhügelplatte aus dem Gehirn heraus, wendet sich in der Cisterna ambiens um den Hirnschenkel nach vorn und erscheint dann am lateralen und vorderen Rand der Brücke an der Hirnbasis. Er zieht neben dem N. oculomotorius an der lateralen Wand des Sinus cavernosus nach vorn und tritt durch die Fissura orbitalis superior in die Augenhöhle ein, wo er den M.
• Nervus trigeminus (V): Ein großer Nerv mit vielen Aufgaben, vermittelt Oberflächensensibilität aus der Gesichtshaut, aus den oro-nasalen Schleimhäuten, aus der Orbita und aus den Zähnen. Die sensiblen Fasern von N. V haben ihre zugehörige Perikarya im Ganglion trigeminale (Gasseri). Er leitet ferner propriozeptive Information aus der mimischen Muskulatur. Neben sensiblen Fasern besitzt der N. trigeminus auch eine motorische Komponente, die die Kaumuskulatur versorgt. Man unterscheidet drei Hauptäste: N. ophthalmicus (V1), N. maxillaris (V2) und N. Peripherer Abschnitt. Die 3 Hauptäste (Ophthalmicus, Maxillaris, Mandibularis; V1-3) verlassen den Schädel alle durch Foramina des Os sphenoidale (Fiss. orbitalis sup., For. rotundum, For. ovale). Jeder gibt jeder einen R.
• Nervus abducens (VI): Augenabwendnerv, steuert die seitliche Bewegung des Auges. Der N. abducens ist ein rein somatomotorischer Nerv. Er hat sein Kerngebiet in der hinteren Brückenhaube im Boden der Rautengrube und tritt medial zwischen Brücke und Pyramide aus. Er zieht über dem Clivus nach vorn, taucht in Höhe der Pyramidenspitze durch die Dura mater in den Sinus cavernosus und gelangt durch die Fissura orbitalis superior innerhalb des Anulus tendineus zum M. rectus lateralis (Augenbewegung nach lateral). Der N. abducens ist wegen seines langen intrakraniellen Verlaufs bis zu seinem Eintritt in die Augenhöhle (Schädelbasisbruch bzw. Entzündung des Sinus cavernosus) besonders verletzungsgefährdet (Abduzenslähmung). Als Folge stellt sich wegen des erhöhten Tonus der Adduktoren Einwärtsschielen (Strabismus convergens) ein.
• Nervus facialis (VII): Gesichtsnerv, steuert die Mimik und ist für den Geschmack im vorderen Teil der Zunge zuständig. Der N. facialis besitzt 4 Komponenten. Die branchial-motorischen Fasern (Hauptäste des Nervus facialis) versorgen die Muskeln, die sich aus dem 2. Kiemenbogen ableiten. Diese schließen alle Muskeln, die in der Haut des Gesichts inserieren, ein, zusätzlich auch M. stapedius, M. stylohyoideus und den hinteren Bauch des M. digastricus. Der N. intermedius führt sensorisch/sensible und sekretorische Fasern, der N. facialis allein die motorischen.
• Nervus vestibulocochlearis (VIII): Hörnerv und Gleichgewichtsnerv, zuständig für Hören und Gleichgewicht. Der VIII. Hirnnerv ist aus zwei Komponenten zusammengesetzt: den Nervenbahnen für das Hörorgan und denen für das Gleichgewichtsorgan. Diese übertragen zum einen die Erregungen aus dem Innenohr zum Hirnstamm‎ auf die Hörbahn und weiter zur Hörrinde des Großhirn‎s (siehe auch "Das Großhirn"), zum anderen auf die Gleichgewichtsbahn zum Kleinhirn‎ sowie auch zu den Ursprungsorten der Augenmuskelnerven (siehe auch: III., IV. und VI. Hirnnerv).
• Nervus glossopharyngeus (IX): Zungen-Rachen-Nerv, zuständig für Geschmack im hinteren Teil der Zunge, Schlucken und Speichelproduktion. Der N. glossopharyngeus ist der Nerv des 3. Kiemenbogens. Er ist ein zusammengesetzter Nerv mit einem weiten Funktionsspektrum.
• Nervus vagus (X): Zieht über den Hals hinaus in die inneren Organe des Körpers. Der N. Im Kopf- und Halsbereich versorgen seine Äste unter anderem Ohrmuschel und äußeren Gehörgang, die harte Hirnhaut, die Schleimhaut von Kehlkopf und Luftröhre und die Kehlkopfmuskeln. In diesem Bereich wird er auch Nervus phrenicus genannt.
• Nervus accessorius (XI): Führt nur absteigende (efferente) Fasern zu verschiedenen Schlund- und Halsmuskeln. Einige seiner Fasern entspringen im verlängerten Mark des Hirnstamms und verlaufen gemeinsam mit dem X.
• Nervus hypoglossus (XII): Zungennerv, steuert die Zungenbewegung. Sein Ursprungskern (Ncl. nervi hypoglossi) liegt im kaudalen Teil des verlängerten Marks. Der Nerv tritt mit etwa einem Dutzend Wurzelfäden zwischen der Oliva inferior und der Pyramide aus der Medulla oblongata und dann durch den Canalis hypoglossi aus dem Schädel heraus. Auf der äußeren Schädelbasis überkreuzt er die A. carotis externa im Bogen lateral, legt sich dann über dem Zungenbeinhorn auf die Außenfläche des M. hypoglossus und tritt mit fächerförmig ausstrahlenden Endästen von unten her an die Zungenmuskulatur heran. Er versorgt alle Binnenmuskeln sowie alle Außenmuskeln (M. styloglossus, M. hyoglossus, M. genioglossus) der Zunge mit Ausnahme des M. palatoglossus, der durch den IX. Gehirnnerv innerviert wird. Während seines Verlaufes im Hals verbindet sich der Nerv mit den oberen 3 Zervikalnerven zur schlingenförmigen Ansa cervicalis (lat. ansa = Schlinge), wodurch er einige sensible Fasern für die Hirnhaut und einige motorische Fasern für Teile des Mundbodens erhält.

Die drei Augenmuskelnerven III, IV und VI sind durch den Fc. longitudinalis des Gehirns miteinander verbunden. Alle drei Nn.

Kiemenbogennerven

Die Kiemenbogennerven (Hirnnerven V, VII, IX, X) besitzen aufgrund der phylogenetischen Entwicklung einen gemeinsamen Bauplan, dessen Kenntnis das Verständnis der Organisation dieser Nerven vor allem im Kopf-Halsbereich erleichtert. Jeder Kiemenbogennerv (N. branchialis) zeigt ursprünglich die typische Einteilung in ein epibranchiales Ganglion (sensibel), einen Ramus dorsalis (somatosensibel) und einen Ramus ventralis mit: a) Ramus posttrematicus (viszerosensibel, somatosensibel, viszeromotorisch); Hauptast, führt stets die motorischen Fasern und enthält außerdem auch sensible Fasern. b) Ramus praetrematicus (viszerosensibel); führt ursprünglich nur viszerosensible Fasern. c) Ramus pharyngeus dors. (viszerosensibel); Versorgung der Schleimhaut in den dorsalen KB-Bezirken. Im Laufe der Entwicklung wird dieses Einteilungsschema zugunsten einer Spezialisierung und Umgestaltung stark modifiziert.

Blutversorgung des Hirnstamms

Die Blutversorgung des Hirnstamms erfolgt durch verschiedene Arterien:

• Mittelhirn: Äste der A. collicularis, der Aa. thalamoperforans anterior und die A. chorioidea posterior. Alle diese Gefäße sind Äste der A. cerebri posterior aus der A. basilaris.
• Brücke: Äste der A. basilaris und Äste der A. cerebellaris superior.
• Verlängertes Mark: A. spinalis anterior, A. vertebralis und A. cerebellaris posterior inferior (PICA).

Arterielle Versorgung im Detail

• Mesencephalon: Verschiedene Äste der A. A. cerebelli superior Aa.
• Pons: Die Blutversorgung des Pons erfolgt hauptsächlich über die Äste der A. Zusätzliche Versorgung kommt von Ästen der A.
• Medulla oblongata: Der am weitesten mediale Teil wird von der A. spinalis anterior versorgt. Daneben das Versorgungsgebiet aus den Aa. vertebrales. Lateral wird die Medulla oblongata von der A. cerebellaris posterior inferior (PICA) versorgt.

Schädigungen des Hirnstamms

Schlaganfall, Traumata und Blutungen können Schäden an den Strukturen des Stammhirns verursachen. Diese sind allerdings meist lebensgefährlich, was einleuchtet, wenn man sich nochmals die Vielzahl an lebenswichtigen Funktionen dieser Hirnregion ins Gedächtnis ruft.

Schädigungen des Hirnstamms führen zu sogenannten Hirnstamm-Syndromen. Diese sind in den meisten Fällen durch den Ausfall von Hirnnerven gekennzeichnet (durch Schädigung der Hirnnervenkerne). Je nach Höhe der Läsion - in Mittelhirn, Pons oder verlängertem Mark - fallen die Funktionen verschiedener Nerven aus. Bei unvollständigen Hirnstamm-Läsionen können die Symptome auf der gleichen oder auf der gegenüber liegenden Körperseite auftreten (wegen der gekreuzten Bahnen).

Wenn Nervenbahnen, die innerhalb des Hirnstamms zu weiter abwärts gelegenen Hirnnervenkernen führen, beidseitig geschädigt sind, entsteht eine Pseudobulbärparalyse. Die wichtigsten Symptome sind Sprech- und Schluckstörungen, beeinträchtigte Zungenbeweglichkeit und Heiserkeit.

Bei einer alleinigen Schädigung des Großhirns werden die Lebensfunktionen nur noch durch den Hirnstamm aufrechterhalten. Beim sogenannten Wachkoma sind die Betroffenen zwar wach, erlangen aber kein Bewusstsein und können keinen Kontakt mit ihrer Umgebung aufnehmen.

Ein Hirnstamm-Infarkt kann jene Areale betreffen, die für das Bewusstsein oder die Atmung von Bedeutung sind. In einem solchen Fall ist die Läsion lebensbedrohend.

Ursachen für Schädigungen bei Kindern

In der Kinderkrebsheilkunde kommen vor allem die im Folgenden aufgeführten Ursachen für eine Schädigung des Hirnstamms und damit auch der Hirnnerven in Frage:

• Tumorbedingter Druck: Das Gehirn ist nach außen durch den knöchernen Schädel begrenzt. Wenn also ein wachsender Tumor im Bereich des Großhirns dessen Reserveräume ausgeschöpft hat, kann das Gehirn den dadurch ansteigenden Druck im Schädelinneren nicht mehr abpuffern. Es kommt dann, entweder ein- oder beidseitig, zu einer lebensbedrohlichen Massenverschiebung von Großhirnanteilen nach unten und folglich zu deren Einklemmung im Schlitz des Kleinhirnzeltes. Ein sehr großer Tumor in dieser Region kann zusätzlich dazu führen, dass Kleinhirnanteile nach unten auf den Hirnstamm gedrückt werden, der dann in der knöchernen Schädelöffnung zum Wirbelkanal (Foramen occipitale magnum) einklemmt. Diese Gefahr wird verstärkt, wenn durch eine Lumbalpunktion‎ der Druck im Rückenmark‎skanal gesenkt wird und sich dadurch der Druckunterschied zwischen Schädelhöhle und Rückenmarkskanal noch weiter vergrößert. Deshalb werden bei den betroffenen Patienten immer erst bildgebende Untersuchungen [siehe bildgebende Verfahren‎] durchgeführt, mittels derer das Ausmaß des Tumors abgeschätzt werden kann.
• Hirnstammgliome: Circa 20 % der Hirnstammgliome wachsen, indem sie das Gewebe verdrängen (exophytisches Wachstum) und verlängertes Mark, Brücke und Mittelhirn in erster Linie durch Druck auf diese Strukturen schädigen. Die verbleibenden 80 % wachsen infiltrierend, das heißt in das Hirnstammgewebe hinein (intrinsisches Wachstum).
• Hydrozephalus: Störung des Liquor-Gleichgewichts, was zu einer Zunahme des Flüssigkeitsvolumens in der Schädelhöhle führt.

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