Die Wirkung des Hypothalamus auf das vegetative Nervensystem

Das Nervensystem dient als Kommunikations- und Steuerorgan zwischen allen Organen im Körper. Es gliedert sich anatomisch in das zentrale und das periphere Nervensystem sowie funktionell in das sensorische und das vegetative Nervensystem. Diese beiden Teile sind untrennbar miteinander verbunden. Das vegetative Nervensystem, auch autonomes Nervensystem genannt, steuert die Tätigkeit der inneren Organe.

Definition des vegetativen Nervensystems

Die Bezeichnung "vegetativ" stammt vom lateinischen Wort "vegetare" ab, was "bewegen" bedeutet. Das vegetative Nervensystem (VNS), auch Eingeweidenervensystem oder unwillkürliches Nervensystem genannt, ist der Teil des Nervensystems, der für die Versorgung von Herz, Blutgefäßen, Drüsen, inneren Organen und der glatten Muskulatur zuständig ist. Es leitet Erregungen aus den Eingeweiden zentralwärts und steuert Atmung, Verdauung, Kreislauf, Temperaturausgleich und Sexualfunktionen. Das vegetative Nervensystem regelt lebenswichtige Vorgänge im Gesamtorganismus, die weitgehend unabhängig vom Bewusstsein sind.

Aufbau des vegetativen Nervensystems

Das vegetative Nervensystem ist die Gesamtheit der Nerven- und Ganglienzellen zur autonomen Regelung der Vitalfunktionen im menschlichen Organismus. Es unterteilt sich in Sympathikus, Parasympathikus und enterisches Nervensystem.

Aus den Seitenhörnern des Rückenmarks gehen die sympathischen Nervenfasern hervor, die in Kopf-, Hals- und Brustregion über den Spinalnerv zum rechten und linken Grenzstrang verlaufen. Dieser Grenzstrang besteht aus einer Nervenzellenansammlung außerhalb des Zentralnervensystems und befindet sich nahe der Wirbelkörper. Die sympathischen Nervenzellen ziehen sich vom Grenzstrang einzeln oder zusammen mit den Spinalnerven zu den innervierenden Organen.

Die sympathischen Fasern im Bauch- und Beckenbereich werden in prävertebrale Ganglien umgeschaltet und bilden Nervengeflechte zusammen mit den parasympathischen Fasern. Solche Nervengeflechte werden als Plexus bezeichnet. Diese Nervengeflechte führen mit den Blutbahnen zu den korrespondierenden Organen.

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Funktionen des vegetativen Nervensystems

Das vegetative Nervensystem dient der Regulierung verschiedener Prozesse im menschlichen Körper, zu denen gehören:

• Herz- und Atemfrequenz
• Blutdruck
• Verdauung
• Körpertemperatur
• Stoffwechsel
• Wasser- und Elektrolythaushalt
• Bildung von Speichel, Schweiß und Tränenflüssigkeit
• Harn lassen
• Stuhlgang
• Sexuelle Erregung

Da auch der Stoffwechsel vom vegetativen Nervensystem gesteuert wird, beeinflusst es auch das Körpergewicht. Die Steuerung vieler Organe erfolgt primär durch den sympathischen oder parasympathischen Abschnitt des vegetativen Nervensystems. Die beiden Abschnitte können Antagonisten darstellen und in verschiedenen Fällen völlig gegensätzlich auf ein Organ wirken. Allerdings kooperieren die beiden Abschnitte auch miteinander, um eine angemessene Reaktion des Körpers auf verschiedene Situationen zu gewährleisten. Sympathikus und Parasympathikus tragen zur Steuerung der männlichen Sexualhormone bei. Sympathische Nervenfasern führen zu einer Ejakulation, während parasympathische Nervenfasern zu einer Erektion führen.

Aufgaben des Sympathikus

Der Sympathikus hat zumeist eine leistungssteigernde Wirkung. Er arbeitet nach dem Prinzip „Kampf oder Flucht“ und bereitet den Körper auf Stress- oder Notfallsituationen vor. Er erhöht den Puls und steigert die Herzkontraktionsfähigkeit. Zur Erleichterung der Atmung werden die Atemwege erweitert. Der Körper wird zur Freisetzung der gespeicherten Energie veranlasst. In Stresssituationen ist die Wirkung des Sympathikus durch schwitzende Handflächen, sich sträubende Nackenhaare und erweiterte Pupillen spürbar. In Notfallsituationen können weniger wichtige Körperfunktionen wie Verdauung oder Harndrang verlangsamt werden.

Aufgaben des Parasympathikus

Im Gegensatz zum Sympathikus, der für die Funktion des Körpers in Notsituationen verantwortlich ist, steuert der Parasympathikus die Körperfunktionen in normalen Situationen. Er dient der Erhaltung und Wiederherstellung. Der Puls wird verlangsamt, der Blutdruck gesenkt. Der Darmtrakt wird zur Verarbeitung der Nahrung und zur Beseitigung der Abfallprodukte stimuliert. Die Energie, die aus der Nahrungsverarbeitung gewonnen wird, dient der Bildung und Wiederherstellung von Gewebe. Seine Devise lautet: „Rest and digest“ (pausiere und verdaue). Durch den Botenstoff Acetycholin sinkt der Blutdruck und der Organismus hat Zeit, sich auf die Verdauung zu konzentrieren. Sind wir in einem entspannten Zustand, kann der Parasympathikus arbeiten - Energiereserven werden aufgeladen und der Organismus kann zur Ruhe kommen. Durch das Glückshormon Serotonin, welches beruhigend wirkt, soll der Schlaf eingeleitet werden. Im Schlaf regenerieren wir also am besten.

Krankheiten des vegetativen Nervensystems

Primärerkrankungen des vegetativen Nervensystems sind selten. Eine Verletzung kann den Hypothalamus schädigen und den Wasserhaushalt sowie die Regulierung der Körpertemperatur beeinträchtigen. Systemerkrankungen wie Krebs oder Diabetes mellitus können die Funktion des Sympathikus beeinträchtigen. Das Horner-Syndrom entsteht, wenn der Halssympathikus ausfällt. Es kommt zu einer Verengung der Pupillen, hängenden Augenlidern und tiefer liegenden Augäpfeln.

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Der Hypothalamus als Schaltzentrale

Der Hypothalamus ist ein wichtiger Teil des Zwischenhirns und spielt eine zentrale Rolle bei der Steuerung des vegetativen Nervensystems. Er fungiert als Schnittstelle zwischen dem Nerven- und dem Hormonsystem und ist an der Regulation zahlreicher lebenswichtiger Funktionen beteiligt.

Lage und Verbindung zur Hypophyse

Der Hypothalamus bildet die unterste Etage des Zwischenhirns. Aus ihm stülpt sich ein Teil der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) heraus. Über den Hypothalamus besteht die Verbindung des Hormonsystems mit dem Nervensystem. Die Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) ist das funktionelle "Ausführungsorgan" des Hypothalamus. Sie steuert verschiedene Körperfunktionen und die Produktion vieler Hormone im Körper.

Funktionen des Hypothalamus

Der Hypothalamus ist der Vermittler zwischen dem Hormon- und Nervensystem: Er erhält Informationen von verschiedenen Messstationen im Körper (z.B. über Blutzucker, Blutdruck, Temperatur). Über die Ausschüttung von Hormonen kann er solche Parameter je nach Bedarf regulieren. So steuert der Hypothalamus zum Beispiel die Körpertemperatur, den Schlaf-Wach-Rhythmus, das Gefühl für Hunger und Durst, den Sexualtrieb und das Schmerzempfindungen. In Abhängigkeit von den durch die Erregungen in den Nerven übermittelten Informationen werden im Zwischenhirn (Hypothalamus) Hormone ausgeschüttet, die die Tätigkeit der Hirnanhangsdrüse hemmen oder in Gang setzen.

Hypothalamus-Hormone

Die Hypothalamus-Hormone lassen sich in drei Gruppen einteilen: Effektorhormone, Steuerhormone und weitere Hormone (Neuropeptide).

• Effektorhormone: Zu den Effektorhormonen gehören Oxytocin und Adiuretin. Oxytocin regt die Wehentätigkeit bei der Geburt sowie das Einschießen der Muttermilch in die weibliche Brust aus. Adiuretin ist für die Wasserrückresorption in der Niere zuständig. Beide Hormone werden in den Hypothalamus-Kernen synthetisiert, dann zum Hypophysenhinterlappen transportiert, von wo aus sie in den Körperkreislauf abgegeben werden.
• Steuerhormone: Steuerhormone werden in Releasing- und Inhibiting-Hormone unterschieden. Über Releasing-Hormone regt der Hypothalamus die Hypophyse zur Synthese und Sekretion diverser Hormone an. Beispielsweise stößt das Gonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH) die Freisetzung des Follikelstimulierenden Hormons (FSH) und des Luteinisierenden Hormons (LH) an. Mit Inhibiting-Hormonen bremst der Hypothalamus die Sekretion der Hypophysenhormone. So hemmt zum Beispiel das Prolaktin-Release-Inhibiting-Hormon (PIH) die Ausschüttung von Prolaktin.
• Weitere Hormone: Neben Effektor- und Steuerhormonen verfügt der Hypothalamus noch über einige weitere Hormone (Neuropeptide). Diese beeinflussen zusammen mit den beiden anderen Gruppen von Hypothalamus-Hormonen die Funktion des Hypophysenvorderlappens oder fungieren als Kommunikatoren zwischen dem Hypothalamus und anderen Bereichen des Gehirns. Zu diesen weiteren Neuropeptiden des Hypothalamus zählen beispielsweise Enkephaline und Neuropeptid Y.

Regelkreise und Thermoregulation

Die Wirkungen der Hormone müssen immer genau an die Bedürfnisse des Organismus angepasst sein. Deshalb müssen die Systeme der Synthese, der Sekretion, des Rezeptors, des Transports an das Zielorgan und der Stoffwechsel des jeweiligen Hormons exakt aufeinander abgestimmt sein. Um das zu erreichen, gibt es Regelkreise, die all dies beeinflussen - wozu in besonderem Maße das Hypothalamus-Hypophysen-System gehört.

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Ein Beispiel hierfür ist die Thermoregulation. Um eine Kerntemperatur von etwa 37 Grad Celsius aufrechtzuerhalten, hat der Körper in der Haut und in den Organen „Messfühler“ - freie Nervenendigungen sensibler Nervenzellen. Deren Informationen werden an den Thalamus und dann weiter an den Hypothalamus übermittelt. Sinkt die Körperkerntemperatur ab, setzt ein Regelkreis zur Temperaturregulation ein. Der Hypothalamus setzt das Hormon TRH (Thyreotropin-Releasing-Hormon) frei. TRH animiert den Hypophysenvorderlappen, TSH (Thyroidea-stimulierendes Hormon) auszuschütten. TSH wiederum reguliert die Bildung des Schilddrüsenhormons Thyroxin (T4). Dieses gelangt in Fettgewebe und Skelettmuskulatur und wird dort in Trijodthyronin (T3) umgewandelt. T3 steigert den Grundumsatz, kurbelt die Energiebereitstellung aus der Leber an, erhöht die Herzfrequenz - mit dem Ergebnis einer Erhöhung der Temperatur. Erhöht sich die Körperkerntemperatur, dann erfolgt durch den Hypothalamus eine Absenkung des Sympathikotonus, der die Gefäße in der Peripherie weitet und die Schweißsekretion fördert - mit dem Ergebnis einer Abkühlung des Körpers.

Zusammenspiel von Hypothalamus, Hypophyse und Hormondrüsen

Das Zusammenwirken von Hypothalamus, Hypophyse und den Hormondrüsen des Körpers unterliegt einem Regelkreis, also einem Steuerungssystem mit Gegenkoppelung. Aus diesem Grund wird vor und während der Behandlung sowie im Rahmen der Nachsorge regelmäßig anhand von Hormonuntersuchungen überprüft, ob dieser Regelkreis noch intakt ist. Die Auswertung erfolgt in den großen Behandlungszentren durch Kinder-Endokrinologen, also durch Ärzte, die auf den Hormonhaushalt im Kindes- und Jugendalter spezialisiert sind.

Insbesondere bei Patienten mit ZNS-Tumoren im Zwischenhirnbereich (zum Beispiel Gliome im Bereich der Sehbahn) und Hirntumorpatienten, die eine Strahlentherapie im Bereich des Kleinhirns oder des Rückenmarks im Halswirbelsäulenbereich erhalten, kann die Hirnanhangsdrüse und auch die Schilddrüse Strahlung abbekommen und dadurch in ihren Funktionen beeinträchtigt werden.

Stress und die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse (HPA-Achse)

Die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse (HPA-Achse), auch Stressachse genannt, ist das System unserer Stressaktivierung. Es handelt sich dabei um ein komplexes Aktivierungs- und Hemmungsmuster, das die Basis unserer Anpassungsfähigkeit bei Stress legt.

Die Akteure der Stressachse

Die wichtigsten Akteure und ihre Hauptfunktionen der HPA-Achse sind:

• Der Präfrontale Cortex (PFC): Er ist das neuronale Steuerungszentrum und unter anderem zuständig für kognitive Prozesse.
• Die Amygdala: Sie ist unter anderem das emotionale Alarmsystem.
• Der Hippocampus: Die Schaltstelle zwischen Kurzzeit- und Langzeitgedächtnis und emotionales Bewertungssystem.
• Der Hypothalamus: Das Steuerungszentrum des vegetativen (autonomen) Nervensystems und des Hormonsystems.
• Die Hypophyse: Die Schnittstelle zwischen dem Hormonsystem und dem autonomen Nervensystem.
• Noradrenalin: Hormon und Neurotransmitter
• Cortisol: Hormon

Die Stressreaktion

Jeder Stressreiz von außen wird in Erregungspotentiale umgewandelt, die Sprache unserer Neuronen, und an unsere zwei Hauptbewertungsinstrumente weitergeleitet - an die Amygdala und den Hippocampus. Aufgrund unserer gemachten Erfahrung wird der Stressreiz hier bewertet und analysiert, ob wir uns in der Lage sehen, neue Lösungswege für das auftretende Problem zu finden. Das Ergebnis dieser Analyse wird an den Hypothalamus weitergeleitet. Als Direktor des autonomen Nervensystems und des Hormonsystems kann er nun die Reaktion in Gang setzten. Der Hypothalamus aktiviert, mittels eines Hormons namens CRH (Cortico Tropin Releasing Hormone) den Locus coeruleus. Er ist das Noradrenalinsystem unseres Gehirns. Das dadurch freigesetzte Noradrenalin sorgt dafür, dass wir wach, aktiv und handlungsbereit sind. Gleichzeitig wird vom Hypothalamus ausgehend der Sympathikus aktiviert. Dieser wiederum regt das Nebennierenmark an, das Noradrenalin und Adrenalin in die Körperperipherie freilässt. Dadurch ist nicht nur unser Gehirn bereit zur Handlung, sondern auch unsere Gliedmaßen. Das ist die sogenannte Fight-or-Flight-Reaktion, unserem Körper stehen blitzschnell die Ressourcen zur Verfügung, um zu kämpfen oder zu fliehen.

Die Selbstregulation der Stressachse

Die Stressachse kann sich selbst regulieren. Die Voraussetzung ist, dass es sich um eine kontrollierbare Stressreaktion handelt. Diese Regulation wird durch Noradrenalin und Cortisol selbst initiiert. Das Noradrenalin im Gehirn, das durch den Locus coeruleus freigesetzt wird, wirkt nämlich bei einem weiterhin aktivierten präfrontalen Cortex hemmend auf seinen eigenen Produktionsort, den Locus coeruleus. Dadurch wird zwar Noradrenalin ausgeschüttet, allerdings gleichzeitig durch die Ausschüttung selbst reguliert.

Ähnliches zeigt sich beim Cortisol. Obwohl es zunächst nur in der Körperperipherie vorhanden ist, kann es die Blut-Hirn-Schranke leicht durchwandern, weil es ein Fettmolekül ist. Im Hirn entfaltet es dann seine regulierende Wirkung. Es hemmt einerseits die Hypophyse, die daraufhin weniger die Nebennierenrinde anregt. Es hemmt auch den Hypothalamus, der ebenfalls die Aktivierung der Hypophyse einschränkt. Und es aktiviert den Hippocampus. Dieser wiederum hemmt ebenfalls den Hypothalamus. Mit anderen Worten, das Cortisol hemmt alle Vorgänge, die zur weiteren Ausschüttung von Cortisol führen. Das Ergebnis ist, dass die Stressachse sich wieder beruhigt.

Unkontrollierbarer Stress und Resilienz

Wenn Amygdala und Hippocampus nicht zu dem Ergebnis kommen, dass wir den Stressor aus eigener Kraft beseitigen können, gelangen wir in die unkontrollierbare Stressreaktion. Der Aktivierungsprozess läuft hierbei ebenfalls ab, mit dem Unterschied, dass Noradrenalin und Cortisol in sehr großen Mengen ausgeschüttet werden. Dadurch kann sich die Stressachse nicht selbst regulieren, und zwar aus zwei Gründen: Zum einen schaltet in extremen Stresssituationen der PFC ab. Unser emotionales Stresszentrum (die Amygdala) hat die Oberhand und fährt unser kognitives Steuerungsnetzwerk herunter. Der runtergefahrene PFC verhindert allerdings, dass das Noradrenalin im Gehirn den Locus coerulerus hemmen kann - es wird also unkontrolliert weiter Noradrenalin ausgeschüttet. Der zweite Grund ist das veränderte Andocken von Cortisol am Hippocampus. Wenn Cortisol in großer Menge vorhanden ist, dockt es eher an einem anderen Rezeptor-Typen an, was dazu führt, dass der Hippocampus den Hypothalamus eben nicht mehr hemmt und weiterhin Cortisol produziert wird.

Um Stress als Kompetenz nutzen zu können, brauchen wir Regulationsmechanismen - wir brauchen Resilienz. Resilienz ist das Lernen aus Krisen und die Fähigkeit, sich selbst in die Regulation zu bringen. Mit einer starken Resilienz kultivieren Sie diese Fähigkeiten und bilden Mechanismen, dem PFC eine Starthilfe zu geben, um die Regulation der Stressachse anzukurbeln.

Vegetatives Nervensystem und ADHS

Eine Metastudie von 55 Untersuchungen zum VNS bei ADHS fand bei knapp der Hälfte der Untersuchungen keinen Einfluss des VNS auf ADHS. Bei ADHS sind die Adrenalinwerte verringert und der Parasympathikus überhöht und unflexibel. Die Befunde zum Sympathikus bei ADHS sind uneinheitlich.

Studien zu ADHS und dem vegetativen Nervensystem

• Bei einer langweiligen, unterstimulierenden Aufgabe schnitten (unbelastete) Probanden mit höheren Adrenalinspiegeln besser ab als diejenigen mit niedrigeren Adrenalinspiegeln.
• Junge Männer (Altersschnitt 24), die auf Stress einen höheren Noradrenalin- und Adrenalinanstieg zeigten, waren in Tests effizienter.
• Die Adrenalinausschüttung der sympathetischen Nebenniere ist bei Kindern mit Aggressivität, motorischer Unruhe und Konzentrationsschwierigkeiten unter Stressbelastung wie ohne Stressbelastung signifikant verringert.
• Hyperaktive Jungen weisen unter Stress wie außerhalb Stressbelastung eine signifikant geringere Adrenalinausschüttung auf als Nichtbetroffene.
• Eine Replikationsstudie bestätigte das starre Muster der erhöhten PRS bei Kindern mit ADHS, und fand zudem eine erhöhte Sympathikus-Reaktion.
• Eine Studie an Kindern mit und ohne ADHS fand keine durchschlagenden Unterschiede der Ruheaktivität oder Reaktivität der respiratorischen Sinusarrhythmie (RSA).
• Eine Studie an Kindern mit und ohne ADHS fand keine durchschlagenden Unterschiede der Ruheaktivität oder Reaktivität der kardialen Präejektionsperiode (PEP).
• Eine weitere Studie fand dagegen eine erhöhte Sympathikus-Reaktion bei Kindern mit ADHS.
• Eine Studie fand bei Jugendlichen mit ADHS mit und ohne komorbide Conduct Disorder eine signifikante Verringerung der elektrodermalen Aktivität, was sich mit dem geringeren Angstempfinden bei Impulsivität deckt.
• Eine Studie an Jugendliche mit ADHS fand eine verringerte Aktivität des Sympathikus und des Parasympathikus im Verglich zu Nichtbetroffenen.

Gezielte Atmung zur Beeinflussung des vegetativen Nervensystems

Mit gezielter Atmung können wir Stress abbauen und Schmerzen reduzieren. Weniger Schmerzen bedeutet mehr Mobilität. Das vegetative Nervensystem besteht aus dem Sympathikus (sympathisches Nervensystem) und dem Parasympathikus (parasympathisches Nervensystem). „Fight or flight“ (kämpfe oder fliehe) steht auf seiner Brust und bedeutet: Wenn wir eine Gefahr erkennen oder unterbewusst wahrnehmen, werden dementsprechend Hormone (Stresshormon Noradrenalin) ausgeschüttet, die dann Neurotransmitter (Adrenalin) veranlassen, um uns zur Flucht zu verhelfen. Befinden wir uns in einer solchen Situation, steigt unser Blutdruck und unsere Muskeln der Luftwege erweitern sich, um den Körper mit mehr Sauerstoff zu versorgen. All das tut unser Körper, damit wir uns in einer Gefahrensituation in Sicherheit bringen können.

Aktivierung des Sympathikus und Parasympathikus durch Atmung

Bei gezielter Aktivierung des Sympathikus kannst du eine Leistungssteigerung erzeugen und somit einer Vagotonie entgegenwirken. Beim Kraftsport wird diese Methode genutzt, um die Leistungsfähigkeit beim Heben von Gewichten zu verbessern. Effektiv hierbei ist die Widerstandsatmung mit dem Fokus auf die Einatmung. Hierzu gibt es Übungen wie das „Crocodile Breathing“, die viele Athlet_innen vor dem Krafttraining ausführen.

Beim Parasympathikus gilt es, eine ruhige und langsame Ausatmung zu praktizieren, um ihn zu aktivieren. Einer der „Hauptangestellten“ des Parasympathikus ist der X-Hirnnerv, auch Vagus-Nerv bzw. Nervus vagus genannt. Dieser ist an der Regulation der Tätigkeiten von allen inneren Organen beteiligt. Um den Vagus-Nerv zu aktivieren, helfen jegliche Relaxübungen, Achtsamkeitstraining oder generell Übungen, die langsames und ruhiges Ausatmen beinhalten.

Atmung und Entzündungen

Entsteht eine Entzündung im Gewebe durch eine Verletzung, passiert folgendes auf der Ebene des vegetativen Nervensystem: Der Sympathikus wird aktiviert und es kommt zur Adrenalinausschüttung aus dem Nebennierenmark. Das wiederum veranlasst den Hypothalamus, Neurohormone freizusetzen und damit aus der Nebennierenrinde Kortisol freizusetzen. Wir brauchen unsere eigenen Entzündungshemmer, um mit einer Schmerzsituation umgehen zu können. Wenn sich aber der Sympathikus durch dauerhafte körperliche und psychische Anspannung im Ungleichgewicht befindet, kann der eben beschriebene Ablauf dem Heilungsprozess im Weg stehen. Genau das ist der Grund, warum wir auf diesen negativen Vorgang mit der Aktivierung des Parasympathikus und der Hemmung des Sympathikus einwirken sollten. Parasympathische Ausatmung kann somit auch Entzündungshemmend wirken und Stress reduzieren. Die Produktion vom Stresshormon Kortisol wird gehemmt und reduziert im - Achtung,Wortspiel! - gleichen Atemzug Entzündungen.

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