Die Funktion des Hypothalamus: Eine zentrale Schaltstelle des Körpers

Das Gehirn, ein komplexes Organ, fungiert als zentrale Verarbeitungsstelle für Sinneseindrücke und Informationen aus dem Körper. Es sendet daraufhin Botschaften an alle Körperbereiche. Es ist unser Denkorgan, das uns fühlen lässt und die Wurzel unserer Intelligenz ist. Das Gehirn ist ungefähr so groß wie zwei Fäuste und wiegt etwa 1,5 Kilogramm. Äußerlich ähnelt es einer überdimensionalen Walnuss, mit Windungen und engen Spalten.

Das Großhirn besteht aus zwei Hälften, die durch den Balken, ein dickes Nervenfaserbündel, verbunden sind. Jede Hälfte ist in sechs Bereiche (Lappen) unterteilt, die unterschiedliche Funktionen haben. Das Großhirn steuert Bewegungen, verarbeitet Sinneseindrücke und ist für bewusste und unbewusste Handlungen, Gefühle, Sprache, Hören, Intelligenz und Gedächtnis zuständig. Die linke Gehirnhälfte ist meist auf Sprache und abstraktes Denken spezialisiert, während die rechte Hälfte räumliches Denken und bildhafte Zusammenhänge verarbeitet. Dabei steuert die rechte Hälfte die linke Körperseite und umgekehrt. Im Großhirn ist die Hirnrinde der linken Hälfte für die Sprache zuständig, während die Hirnrinde der rechten Hälfte die räumliche Orientierung des Körpers vermittelt. Der Thalamus leitet Sinneseindrücke der Haut, Augen und Ohren an das Großhirn weiter.

Neben diesen wichtigen Strukturen spielt der Hypothalamus eine entscheidende Rolle als Regulator lebensnotwendiger Körperfunktionen.

Einführung in den Hypothalamus

Der Hypothalamus ist ein kleiner, aber äußerst wichtiger Teil des Gehirns. Er befindet sich im Zwischenhirn, direkt unterhalb des Thalamus (daher der Name "Hypo-Thalamus", also "unterhalb des Thalamus"). Er bildet einen Teil der Wände und des Bodens des dritten Ventrikels. Obwohl er nur etwa die Größe einer Mandel hat, spielt er eine zentrale Rolle bei der Steuerung zahlreicher lebenswichtiger Körperfunktionen. Der Hypothalamus kann in 3 Kerngruppen unterteilt werden, die sich von anterior (rostral) nach posterior (kaudal) erstrecken. Sie beschreiben die Lage verschiedener funktioneller Kerne im Hypothalamus (die sich alle im medialen Hypothalamus befinden).

Anatomische Struktur des Hypothalamus

Der Hypothalamus bildet den Boden des Zwischenhirns und ist demnach direkt unterhalb des Thalamus zu finden. Der Aufbau der Hirnanhangsdrüse kann anhand der verschiedenen Kerngebiete recht gut aufgegliedert werden. Denn diese können aufgrund ihrer Lage in eine vordere, mittlere und hintere Gruppe eingeordnet werden.

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Vereinfachend kann man sagen, dass der vordere Hypothalamus vegetative Funktionen verrichtet. Nach oben, zum Scheitel hin, markiert eine flache Furche in der Wand des dritten Ventrikels die Grenze des Hypothalamus gegen den dorsalen Thalamus. Unterhalb dieser Furche, in den Wänden des Zwischenhirns, liegen die hypothalamischen Kerngebiete. Vorne, also stirnwärts, kann man an der Basis des Hypothalamus die Sehnervenkreuzung, das Chiasma opticum, sehen. Dahinter senkt sich im Boden des Zwischenhirns ein Trichter, das Infundibulum, herab. Am Ende seiner „Tülle“ hängt die Hypophyse. Der hintere Hypothalamus, der im Wesentlichen nur aus den Corpora mammillaria besteht, wird auch als der „markreiche“ Hypothalamus bezeichnet - weil er von dicken, „markhaltigen“ Nervenfasern durchzogen wird. Es sind dies die Axone des Fornix, die zu den Corpora mammillaria ziehen, und deren Axone, die zum anterioren Thalamus aufsteigen. All diese Strukturen gehören zum limbischen System und dienen der Gedächtnisbildung.

Wesentlich heterogener geht es im vorderen, „markarmen“ Hypothalamus zu, der von dünneren Nervenfasern durchzogen wird. Hier liegen zahlreiche - also mehrere Dutzend - voneinander abgrenzbare Kerngebiete, die im Dienste des vegetativen Nervensystems stehen. Zudem ist dieser vordere Hypothalamus eine endokrine Drüse, die viele verschiedene Hormone produziert. Und nicht nur das, er ist auch vollgepackt mit Rezeptoren, an die Hormone anderer endokriner Drüsen binden. Kurzum: Wir sind hier an einer der „Schnittstellen“ zwischen nervöser und hormoneller Regulation der Körperfunktionen.

Einige „berühmte“ Kerngebiete sollten wir etwas genauer betrachten: Da wäre zum Beispiel der Nucleus suprachiasmaticus Nomen est omen- er liegt direkt über der Sehnervenkreuzung. Zudem erhält er direkte Eingänge von den Ganglienzellen der Netzhaut, ist also stets wohlinformiert, ob es draußen gerade Tag ist oder Nacht. Unter den diversen inneren Uhren des Organismus bildet er die „Master-​Clock“, die Chef-​Uhr. Denn in ihm tickt sozusagen das Netzwerk von Neuronen, das unseren eigenen Biorhythmus erzeugt und an den Tag-​Nacht-​Rhythmus anpasst. Weitere wichtige Kerne sind der Nucleus paraventricularis und der Nucleus supraopticus Auch diese beiden liegen da, wo es die Namen vermuten lassen - am optischen Trakt bzw. gleich am Ventrikel, ganz in der Nähe des Sehnervs. Sie beherbergen Drüsennervenzellen: endokrine Neurone, die Hormone produzieren. Das Oxytocin und das Antidiuretische Hormon (ADH) nämlich. Und erneut sind die Namen Omen: ADH verringert die Menge des ausgeschiedenen Urins - fehlt es aufgrund einer Schädigung des Nucleus supraopticus, kommt es zum Diabetes insipidus. Hier wird auch unser Durstgefühl ausgelöst. Oxytocin heißt wörtlich: die „rasche Geburt“, denn das Hormon löst unter anderem die Wehen am Ende der Schwangerschaft aus. - Unter anderem, denn es hat nicht nur mit der Geburt, sondern auch mit den davor stattfindenden fortpflanzungsrelevanten Aktivitäten zu tun. So wird es beim Orgasmus ausgeschüttet - auch bei dem des Mannes - und ist körperlicher Nähe und Vertrauen dienlich. Auch dies ebenfalls beim Mann. Die Ausschüttung von Oxytocin beim Stillen des Kindes dagegen ist dem weiblichen Geschlecht vorbehalten.

Zahlreiche Kerne liegen in der Nähe der Öffnung des Trichters, des oben genannten Infundibulums. Da sie beiderseits davon kleine Höcker aufwerfen, nennt man diese Gegend das Tuber cinereum („grauer Höcker“) und die Kerne entsprechend die „Tuber-​Kerne“. Auch sie sind endokrine Drüsen. Sie produzieren Hormone - „Releasing-​“, also auslösende und hemmende, „Inhibiting“-Hormone -, die wiederum den Hypophysenvorderlappen dazu veranlassen, seinerseits Hormone zu produzieren - oder es zu unterlassen. Zum Beispiel produziert der Nucleus infundibularis Dopamin, das als Inhibiting-​Hormon die Freisetzung von Prolactin in der Adenohypophyse hemmt. Prolactin wiederum wirkt auf die Brustdrüse, es bewirkt dort die Milchbildung. Zellen in anderen Tuber-​Kernen produzieren ein Releasing-​Hormon namens „GnRH“, ausgeschrieben das „Gonadotropin-​Releasing Hormone“. In Antwort auf dieses Hormon produziert der Vorderlappen der Hypophyse Gonadotropine, und die wieder regen Ovar und Hoden dazu an, die „eigentlichen“ Geschlechtshormone, nämlich Östrogen und Testosteron zu bilden. Außerdem spielt der Nucleus infundibularis gemeinsam mit dem Nucleus dorsomedialis hypothalami, der ein wenig oberhalb von ihm liegt, eine tragende Rolle für die Steuerung der Nahrungsaufnahme und des Stoffwechsels.

Der markarme Hypothalamus nimmt aber nicht nur - wie oben beschrieben - auf hormonellem Weg Einfluss auf die Körperfunktionen. Aus fast all seinen Kerngebieten steigen dünne Axone als Tractus hypothalamo-​spinalis zum Rückenmark hinab.

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Wichtige Kerngebiete des Hypothalamus

Der Hypothalamus besteht aus verschiedenen Kerngebieten, die jeweils spezifische Funktionen erfüllen:

• Vordere Kerngruppe (chiasmatische Region):
  • Ncl. preopticus medialis
  • Ncll. supraoptici
  • Ncl. paraventricularis
  • Ncl. suprachiasmaticus
  • Area hypothalamica anterior
• Mittlere Kerngruppe (tuberal Region):
  • Ncll. arcuati (infundibularis)
  • Ncl. dorsomedialis hypothalami
  • Ncl. ventromedialis hypothalami
  • Ncl. posterior hypothalami
• Hintere Kerngruppe (mamilläre Region):
  • Ncll. mamillares
  • Ncl. premamillaris dorsalis
  • Ncl. premamillaris ventralis

Funktionen des Hypothalamus

Der Hypothalamus ist ein sensorisches und motorisches Integrationszentrum und ein primärer Regulator des endokrinen und autonomen Nervensystems. Er koordiniert als übergeordnetes Zentrum Wasser-, Salzhaushalt und Blutdruck. Er sorgt dafür, dass unsere Körpertemperatur konstant bleibt und regelt die Nahrungsaufnahme. Der Hypothalamus beeinflusst unser Gefühls- und Sexualverhalten und bestimmt, wann wir schlafen und wann wir wach sind. Außerdem ist er ein wichtiges Steuerorgan innerhalb des Hormonsystems, denn er reguliert, wann welche Menge eines Hormons gebildet wird.

Der Hypothalamus fungiert als Schnittstelle zwischen dem Nervensystem und dem Hormonsystem und reguliert somit periodische Rhythmen. Er sammelt Informationen über Blutdruck, Blutzucker und Körpertemperatur und sendet entsprechende Signale aus.

Steuerung des Hormonsystems

Der Hypothalamus spielt eine zentrale Rolle bei der Steuerung des Hormonsystems, indem er Hormone produziert, die die Freisetzung von Hormonen aus der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) entweder anregen oder hemmen. Im Hypothalamus werden in bestimmten Nervenzellen verschiedene Hormone gebildet. Einige Hormone heißen „releasing" Hormone (englisch; release: freisetzen): Sie bewirken, dass in der Hirnanhangsdrüse Hormone produziert und ausgeschüttet werden. Releasing Hormone des Hypothalamus sind das Gonadotropin-releasing Hormon (GnRH), das Thyreotropin-releasing Hormon (TRH), das Growth hormone-releasing Hormon (GH-RH) und das Corticotropin-releasing Hormon (CRH)

Releasing-Hormone:

• Gonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH): Bewirkt in der Hirnanhangsdrüse die Bildung des Follikel-stimulierenden Hormons (FSH) und des luteinisierenden Hormons (LH), die bei der Frau in den Eierstöcken die Reifung der Eizellen fördern und den Eisprung auslösen und beim Mann die Bildung der Spermien bewirken. Außerdem bilden Eierstöcke und Hoden auf den Reiz von LH bzw. FSH männliche und weibliche Geschlechtshormone.
• Thyreotropin-Releasing-Hormon (TRH): Regt die Hirnanhangsdrüse an, das Thyreoidea stimulierende Hormon (TSH) zu bilden. TSH fördert in der Schilddrüse die Produktion von Schilddrüsenhormonen.
• Growth Hormone-Releasing-Hormon (GHRH): Stößt in der Hirnanhangsdrüse die Bildung des Wachstumshormons (Growth hormone = Somatotropin = STH) an, das einerseits auf die Leber wirkt, andererseits viele Wachstumsvorgänge im Körper anregt.
• Corticotropin-Releasing-Hormon (CRH): Fördert in der Hirnanhangsdrüse die Produktion des adrenocorticotropen Hormons (ACTH). ACTH stimuliert die Nebennierenrinde zur Produktion von Kortison, Aldosteron und Androgenen.

Im Hypothalamus werden nicht nur „releasing" Hormone gebildet, die die Produktion anderer Hormone fördern. Einige seiner Hormone hemmen vielmehr die Ausschüttung anderer Hormone. Diese Hormone heißen „inhibiting" Hormone (englisch; inhibit: hemmen, blockieren). Solche inhibiting Hormone sind z. B. Somatostatin oder das Prolaktin-inhibiting Hormon (PIH). PIH bremst in der Hirnanhangsdrüse die Produktion und Freisetzung von Prolaktin. Ein anderer Name für PIH ist Dopamin.

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Inhibiting-Hormone:

• Somatostatin: Hemmt die Ausschüttung von Wachstumshormon (GH) und anderen Hormonen.
• Prolaktin-Inhibiting-Hormon (PIH) / Dopamin: Bremst die Produktion und Freisetzung von Prolaktin in der Hirnanhangsdrüse.

Die Hormone des Hypothalamus gelangen über Nervenfasern oder Blutgefäße in die Hirnanhangsdrüse. Der Hypothalamus enthält nur eine winzige Menge der verschiedenen Hormone und nur ein Bruchteil davon wird an die Hirnanhangsdrüse weitergeleitet. Aber diese geringen Mengen reichen aus, dass die Hirnanhangsdrüse ein Tausendfaches an Hormonen produziert und ausschüttet. Die Hormone aus der Hirnanhangsdrüse bewirken ihrerseits eine Tausendfach höhere Ausschüttung von Hormonen aus den Enddrüsen. Wann der Hypopothalamus releasing oder inhibiting Hormone bildet und wie viele er davon an die Hirnanhangsdrüse abgibt, regeln andere Teile des Gehirnes. Emotionaler Stress, körperliche Anstrengung, der biologische Rhythmus, unsere Umgebung und viele andere Faktoren mehr können den Hypothalamus zur Hormonproduktion anregen oder die Bildung von Hormonen bremsen. Die meisten Hormone werden nach einem bestimmten regelmäßigen Rhythmus produziert und ausgeschüttet.

Regulation des autonomen Nervensystems

Der Hypothalamus übt auch eine wichtige Kontrollfunktion über das autonome Nervensystem aus, das unbewusste Körperfunktionen wie Herzfrequenz, Atmung, Verdauung und Körpertemperatur steuert.

• Autonome Effekte: (z. B. Herzfrequenz, Blutdruck, Atmungsfrequenz, Schwitzen, Hunger, Durst, Schlaf-Wach-Zyklus).
• Lateraler Anteil: Hat einige direkte Projektionen zum N. vagus und sympathischen Neuronen im Rückenmark.
• Ncl. paraventricularis und Ncl. dorsomedialis: Projizieren zum Hirnstamm und präganglionären autonomen Neuronen im Rückenmark.

Weitere wichtige Funktionen

• Thermoregulation: Der Ncl. anterior des Hypothalamus ist an der Thermoregulation, insbesondere der Abkühlung des Körpers, beteiligt ist.
• Zirkadiane Rhythmen: Der Ncl. suprachiasmaticus (SCN) ist der Hauptschrittmacher für viele physiologische zirkadiane Rhythmen (z. B. Schlaf-Wach-Zyklus, Körpertemperatur, Hormonsekretion).
• Durst und Wasserhaushalt: Der Hypothalamus reguliert das Durstgefühl und die Freisetzung von antidiuretischem Hormon (ADH), um den Wasserhaushalt des Körpers zu kontrollieren.

Blutversorgung des Hypothalamus

Die Blutversorgung des Hypothalamus erfolgt über Äste aus:

• A. cerebri anterior → Rr. hypothalamici
• A. communicans posterior (A. carotis interna) → Rr. hypothalamici
• A. cerebri posterior → Rr. thalamotuberales

Diese Arterien bilden den Circulus arteriosus Willisii, der eine wichtige Rolle bei der Versorgung des Gehirns mit Blut spielt.

Klinische Bedeutung des Hypothalamus

Aufgrund seiner verschiedenen lebenswichtigen Funktionen und Beziehungen, kommt dem Hypothalamus eine große klinische Bedeutung zu. Störungen in diesem Bereich können aufgrund der vielen Steuerungszentren einen erheblichen Einfluss auf das endokrine System haben. So werden infolge eines gutartigen Tumors, den man als Hypophysenadenom bezeichnet, beispielsweise zu viele oder zu wenig Hormone produziert. Dies kann unter anderem zu einer Akromegalie, also einer Vergrößerung von Nase, Kinn, Fingern und Schädelknochen führen. Eine Beeinträchtigung des Hypothalamus kann jedoch auch das Ess- und das Sättigungszentrum betreffen und zu einer pathologischen Gewichtszunahme beziehungsweise Abnahme führen. Ist beispielsweise das Esszentrum geschädigt, nehmen Betroffene dieser Erkrankungen keine oder kaum noch Nahrung zu sich und magern stark ab.

Funktionsstörungen des Hypothalamus können vielfältige Auswirkungen haben:

• Diabetes insipidus: Die Niere sind aufgrund eines Mangels an zirkulierendem ADH nicht in der Lage, den Urin zu konzentrieren. Der niedrige ADH-Spiegel ist entweder auf eine verminderte Produktion im Hypothalamus oder eine verminderte Freisetzung aus dem Hypophysenhinterlappen zurückzuführen. Kaliumregulation durch die Niere, Nykturie und Polydipsie auf. Diabetes insipidus werden basierend auf den gemessenen ADH-Spiegeln und der Reaktion auf einen Durstversuch unterschieden.
• Amenorrhö: (Ausbleiben der Menstruationsblutung für einen Menstruationszyklus länger als 3 Monate). Kongenitale Fehlbildungen der weiblichen Geschlechtsorgane resultiert aus der verminderten pulsatilen Freisetzung von GnRH aus dem Hypothalamus, die in Zeiten schwerer körperlicher oder psychischer Belastung auftritt. Die Erkrankung wird am häufigsten in Verbindung mit Essstörungen oder Überanstrengung (häufig bei Sportlerinnen) beobachtet.
• Hyperthermie: Kann auftreten, wenn eine Läsion (Schlaganfall oder ZNS-Schädigung) im Ncl. anterior des Hypothalamus vorliegt, der an der Thermoregulation, insbesondere der Abkühlung des Körpers, beteiligt ist. Eine Schädigung dieser Region verhindert, dass sich der Körper selbst runterkühlen kann.
• Narkolepsie: Tritt auf, wenn der laterale Hypothalamus nicht in der Lage ist, Orexin zu sekretieren, eine Substanz, die in vielen Bereichen des Gehirns die Wachheit fördert.
• Hyperprolaktinämie: Erhöhte Prolaktinspiegel im Blut. Hypophysenadenome ist, kann auch ein Verlust der hemmenden Dopamin-Sekretion durch den Hypothalamus eine Ursache sein. Dieser Zustand kann auftreten, wenn dopaminerge Neurone aus dem Hypothalamus beschädigt sind oder wenn das Infundibulum während einer suprasellären Operation durchtrennt wird.

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