Der Hirnstamm ist ein wichtiger Teil des Gehirns, der zahlreiche Nerven, Bahnen, Reflexzentren und Kerne enthält. Er dient als zentrale Schaltstelle für sensorische, motorische und autonome Informationen. Im Hirnstamm entspringen die meisten Hirnnerven (mit Ausnahme von I und II), und er spielt eine entscheidende Rolle bei der Steuerung von Herz-Kreislauf- und Atemfunktion, Bewusstsein und Schlaf-Wach-Rhythmus. Der Hirnstamm besteht aus der Medulla oblongata (verlängertes Mark), dem Pons (Brücke) und dem Mesencephalon (Mittelhirn). Der Nucleus ruber, auch roter Kern genannt, ist ein wichtiger Kern im Mittelhirn und somit ein Bestandteil des Hirnstamms.
Lage und Anatomie des Hirnstamms
Der Hirnstamm befindet sich zwischen dem Rückenmark und dem Zwischenhirn (Diencephalon), vor dem Kleinhirn. Er grenzt kranial an den Hypothalamus und lateral an den Temporallappen. Der vierte Ventrikel liegt dorsal zum Hirnstamm, zwischen ihm und dem Kleinhirn. In aufsteigender Reihenfolge besteht der Hirnstamm aus der Medulla oblongata an der Basis, dem Pons in der Mitte und dem Mesencephalon am rostralen Ende.
Die Entwicklung des zentralen Nervensystems (ZNS), des Neurocraniums und des Viscerocraniums findet in der Nähe des Clivus des Os occipitale statt.
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 und verbinden diese mit dem Rest des Körpers. Die Ursprungsorte (Hirnnervenkerne) der Hirnnerven I und II liegen im Großhirn bzw. im Zwischenhirn. Die Ursprungsorte der übrigen Hirnnervenpaare befinden sich meist in Mittelhirn, Brücke oder verlängertem Mark, also im Hirnstamm.
- Mesencephalon: Die Hirnnerven III (N. oculomotorius) und IV (N. trochlearis) entspringen hier.
- Pons: Die Hirnnerven V (N. trigeminus), VI (N. abducens), VII (N. facialis) und VIII (N. vestibulocochlearis) haben ihren Ursprung im Pons. Alle diese stammen aus dem Tegmentum pontis.
- Medulla oblongata: Die Hirnnerven IX (N. glossopharyngeus), X (N. vagus), XI (N. accessorius) und XII (N. hypoglossus) entspringen in der Medulla oblongata.
Der Nucleus ruber: Definition und Lage
Der Nucleus ruber, auch roter Kern genannt, ist der größte Kern des Mittelhirns und gehört zum extrapyramidalen System. Seinen Namen verdankt er seiner rötlichen Färbung, die durch einen hohen Gehalt an Eisen und eine gute Durchblutung bedingt ist. Er liegt dorsal im Tegmentum des Mesencephalons, zwischen dem periaquäduktalen Grau und der Substantia nigra. Der Nucleus ruber ist im Querschnitt als großer, rötlich gefärbter Bereich sichtbar.
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Histologische Struktur
Histologisch lässt sich der rote Kern in zwei klar abgrenzbare Anteile unterteilen:
- Pars magnocellularis: Enthält große Nervenzellen und stellt den entwicklungsgeschichtlich älteren Teil des Kerns dar.
- Pars parvocellularis: Dieser Teil besteht aus kleineren Zellen.
Arterielle Versorgung des Hirnstamms
Die arterielle Versorgung des Hirnstamms ist komplex und erfolgt durch verschiedene Äste der A. basilaris und der A. vertebralis:
- Mesencephalon: Äste der A. cerebri posterior, insbesondere die A. collicularis, die Aa. thalamoperforans anterior und die A. chorioidea posterior, die ihrerseits Äste der A. basilaris sind. Die A. cerebelli superior trägt ebenfalls zur Versorgung bei.
- Pons: Hauptsächlich über kurze Äste der A. basilaris, lange periphere Äste der A. basilaris sowie Äste der A. cerebellaris superior. Paramediane Äste der A. basilaris tragen ebenfalls zur Versorgung bei.
- Medulla oblongata: Der mediale Teil wird von der A. spinalis anterior versorgt. Die Aa. vertebrales versorgen einen weiteren Bereich. Lateral wird die Medulla oblongata von der A. cerebellaris posterior inferior (PICA) versorgt.
Funktion des Nucleus ruber
Der Nucleus ruber ist eine zentrale Schaltstelle im motorischen System und fungiert als motorisches Integrationszentrum. Er ist Teil des extrapyramidalen Systems, das maßgeblich an der Beeinflussung der Motorik beteiligt ist, jedoch nicht zur Pyramidenbahn gehört. Das extrapyramidale System besteht aus multisynaptischen Neuronenketten.
Motorisches Integrationszentrum
Der Nucleus ruber beeinflusst den Muskeltonus und die Körperhaltung, indem er motorische Signale koordiniert und weiterleitet. Er ist an der Willkürmotorik und dem motorischen Lernen beteiligt.
Efferenzen
Seine Efferenzen projizieren direkt in das Rückenmark (Tractus rubrospinalis), wodurch er eine wesentliche Rolle im extrapyramidalmotorischen System übernimmt. Der Tractus rubrospinalis wirkt in der Regel hemmend auf Extensoren und erregend auf Flexoren, was eine nuanciertere Kontrolle der Extremitätenbewegungen ermöglicht.
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Afferenzen
Der Nucleus ruber erhält Afferenzen aus mehreren Bereichen des zentralen Nervensystems:
- Motorischer Cortex: Via Tractus corticorubralis
- Cerebellum: Via Tractus cerebellorubralis
- Colliculi superiores: Via Tractus tectorubralis
- Pallidum: Via Tractus pallidorubralis
- Weitere: Gyrus praecentralis, Thalamus und Nuclei vestibulares
Beteiligung an der Stützmotorik
Der Hirnstamm, einschließlich des Nucleus ruber, ist zuständig für die Koordination der Stützmotorik, d.h. für die Sicherung der Körperhaltung im Raum (sogenannte posturale Stabilität) und der Anpassung an aktuelle Gegebenheiten, wie es z.B. beim Gehen der Fall ist.
Klinische Bedeutung: Schädigung des Nucleus ruber
Eine Schädigung des Nucleus ruber, beispielsweise im Rahmen einer Multiplen Sklerose oder durch andere Läsionen, kann erhebliche motorische Störungen verursachen.
Symptome
- Intentionstremor: Zittern, das bei zielgerichteten Bewegungen auftritt und sich verstärkt, je näher man dem Ziel kommt.
- Verminderung des Muskeltonus: Auf der kontralateralen Körperseite.
- Choreatisch-athetotische Bewegungen: Unwillkürliche Muskelaktivität, die zu unkontrollierten Bewegungen führt.
- Ausfall des Nervus oculomotorius: Da Fasern des Nervus oculomotorius durch den Nucleus ruber verlaufen, kann eine Schädigung dieser Region zu Doppelbildern durch eine Beeinträchtigung dieses Hirnnervs auf der ipsilateralen Seite führen.
Guillain-Mollaret-Dreieck
Das "Guillain-Mollaret-Dreieck", ein dreieckiges Netzwerk aus Nucleus ruber, Nucleus dentatus (Kleinhirn) und Nucleus olivaris inferior (Medulla oblongata), ist essenziell für die Bewegungskoordination. Eine Unterbrechung dieser Schleife kann zu einem Intentionstremor führen.
Weitere wichtige Strukturen im Hirnstamm
Neben dem Nucleus ruber gibt es weitere wichtige Strukturen im Hirnstamm, die für verschiedene Funktionen verantwortlich sind:
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- Substantia nigra: Beteiligt an der Bewegungskontrolle und spielt eine Rolle bei der Entstehung von Parkinson.
- Formatio reticularis: Ein Netzwerk von Kernen, das an der Steuerung von Bewusstsein, Schlaf-Wach-Rhythmus, Schmerzunterdrückung und autonomen Funktionen beteiligt ist.
- Locus coeruleus: Produziert Noradrenalin und ist an der Regulation von Aufmerksamkeit und Stressreaktionen beteiligt.
- Raphé-Kerne: Produzieren Serotonin und sind an der Regulation von Stimmung, Schlaf und Appetit beteiligt.
- Nucleus vestibularis lateralis (Deiters-Kern): Wichtig für die Gleichgewichtserhaltung und Körperhaltung.
Entwicklung des Nervensystems
Die Entwicklung des Gehirns umfasst mehrere komplexe Entwicklungsschritte. Während der Gastrulation und Neurulation wird das Neuralrohr gebildet, aus dem Neuralleistenzellen auswandern. Störungen in diesen Prozessen können zu Fehlbildungen des ZNS führen.
Klinische Relevanz des Hirnstamms
Der Hirnstamm ist aufgrund seiner zentralen Lage und der Vielzahl von Funktionen, die er steuert, klinisch sehr relevant. Schädigungen des Hirnstamms können schwerwiegende Folgen haben, da sie lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Herzfrequenz und Bewusstsein beeinträchtigen können.
Chiari-Malformationen
Chiari-Malformationen sind strukturelle Defekte des Kleinhirns, die dazu führen können, dass Hirngewebe in den Spinalkanal hineinragt. Dies kann zu einer Kompression des Hirnstamms und zu verschiedenen neurologischen Symptomen führen.
Hydrozephalus
Hydrozephalus ist eine Störung des Liquor-Gleichgewichts, die zu einer Zunahme des Flüssigkeitsvolumens in der Schädelhöhle führt. Dies kann den Hirnstamm komprimieren und seine Funktion beeinträchtigen.
Hirnstammtumoren
Hirnstammtumoren können das Gewebe verdrängen (exophytisches Wachstum) oder in das Hirnstammgewebe hineinwachsen (intrinsisches Wachstum). Beide Arten von Tumoren können den Hirnstamm schädigen und zu neurologischen Defiziten führen.
Vaskuläre Ereignisse
Schlaganfälle oder andere vaskuläre Ereignisse im Hirnstamm können zu einer Schädigung der Nervenzellen und zu neurologischen Ausfällen führen.