Das Kleinhirn (Cerebellum) ist ein wesentlicher Bestandteil des Gehirns und spielt eine entscheidende Rolle bei der Koordination von Bewegungen, dem Gleichgewicht und dem Muskeltonus. Obwohl es nur etwa 10 % des Gewichts des Großhirns ausmacht, besitzt es etwa 75 % seiner Oberfläche und ist damit ein sehr effizientes Organ.
Anatomie des Kleinhirns
Das Kleinhirn befindet sich im hinteren Teil des Schädels, unterhalb des Großhirns und hinter dem Hirnstamm. Es besteht aus zwei Hauptteilen:
Kleinhirnhemisphären: Die beiden wulstigen, stark gefältelten Hemisphären des Kleinhirns koordinieren vor allem willkürliche Bewegungen. Von oben und unten betrachtet erscheinen die beiden Kleinhirnhemisphären entfernt wie wulstige Flügel eines Schmetterlings. Die Kleinhirnhemisphären sind die beiden großen seitlichen Strukturen des Kleinhirns und sind für die Koordination von Bewegungen der Extremitäten verantwortlich.
Kleinhirnwurm (Vermis): Der Wurm, auch Vermis genannt, trennt die beiden Hemisphären voneinander. Der Kleinhirnwurm ist der zentrale Teil des Kleinhirns und befindet sich zwischen den beiden Hemisphären.
Oberflächenstruktur
Wie auch das Großhirn nutzt das Kleinhirn das Prinzip der Oberflächenvergrößerung für sich: Seine Rinde ist nicht glatt, sondern stark gefaltet, mit zahlreichen Erhebungen - den Windungen - und tiefen Tälern - den Furchen. Die lateinischen Namen für diese Erscheinungen sind allerdings unterschiedlich: Beim Großhirn spricht man von Gyri und Sulci, beim Kleinhirn von Foliae und Fissurae. Die vielen Furchen des Kleinhirns verlaufen annähernd parallel zueinander, zudem ist seine Rinde sehr viel feiner zerklüftet, die Windungen sind schmaler.
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Innere Struktur
Das Kleinhirn besteht aus einer äußeren Rinde (Cortex) und einem inneren Mark. Die Kleinhirnrinde folgt allen Windungen und ist - im Gegensatz zur Großhirnrinde - überall fast gleichförmig aufgebaut. Sie besteht aus drei Schichten:
Molekularschicht (Stratum moleculare): Die Molekularschicht, die dickste Schicht der Rinde, enthält kaum Nervenzellen, aber sehr viele Fasern. Darunter sind vor allem Parallelfasern - die Axone von Körnerzellen aus der innersten Schicht - und Kletterfasern. Diese sind Ausläufer von Nervenzellen aus der Olive und ihren Nebenkernen, wichtigen Zuleitungssystemen zum Kleinhirn.
Purkinje-Zellschicht (Stratum ganglionare): Die mittlere Purkinje-Zellschicht fällt durch ihre außergewöhnlich großen Nervenzellkörper auf: Diese nach ihrem Entdecker benannten Purkinje-Zellen sind in einer Schicht angeordnet und senden ihre Dendriten in die darüberliegende Molekularschicht aus. Eine einzelne Purkinje-Zelle nimmt auf diese Weise mit mehr als 100.000 Parallelfasern Kontakt auf. Die Axone der Purkinje-Zellen ziehen in dessen Inneres zu den Kleinhirnkernen. Das menschliche Kleinhirn enthält etwa 15 Millionen Purkinje-Zellen. Dort verzweigen sich diese Dendriten stark - allerdings nicht in alle drei Raumrichtungen, sondern eher wie ein scheibenförmiger Baum: Alle Äste dieses Baumes liegen senkrecht zur jeweiligen Kleinhirnwindung in einer Ebene. Und diese Äste bilden eine ungeheure Zahl von Synapsen mit Parallel- und Kletterfasern.
Körnerzellschicht (Stratum granulosum): In der innersten Körnerzellschicht wiederum wimmelt es nur so von Nervenzellen, hauptsächlich von Körnerzellen mit kleinem, rundem Zellkörper. Sie stellen die größte zusammenhängende Population von Nervenzellen im menschlichen Gehirn. Ihre Axone senden die Körnerzellen in die oberflächennahe Molekularschicht, wo sie sich T-förmig in zwei Äste aufspalten und die Parallelfasern bilden, die jeweils etwa 1,5 Millimeter in beide Richtungen verlaufen. Dabei kommen sie mit den Zellbäumen von etwa 350 Purkinje-Zellen in Kontakt.
Kleinhirnkerne
Tief im Inneren des Kleinhirns verstecken sich die vier paarigen Kleinhirnkerne. Sie sind die einzigen Systeme des Kleinhirns, die Informationen nach außen senden. Drei der Kleinhirnkerne zählen funktionell zum Spino- und Pontocerebellum und damit zu den Kleinhirnhemisphären.
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Nucleus dentatus (gezahnter Kern): Er ist mit zwei Zentimetern Durchmesser der größte und am weitesten seitlich gelegene Kleinhirnkern. Der Nucleus dentatus, der gezahnte Kern, sieht ein wenig wie ein Teil eines Zahnrades aus.
Nucleus emboliformis (Pfropfkern): Das Profil des Pfropfkerns erinnert an eine Träne.
Nuclei globosi (Kugelkerne): Der Name der beiden Kugelkerne ist selbsterklärend. Der Pfropfkern und die Kugelkerne arbeiten eng zusammen und werden daher oft als Nucleus interpositus zusammengefasst.
Nucleus fastigii (Dachkern): Der vierte Kleinhirnkern sitzt im Vermis.
Verbindungen zum Gehirn
Das Kleinhirn ist durch die Kleinhirnstiele mit anderen Teilen des Gehirns verbunden, einschließlich Hirnstamm (truncus cerebri) und Rückenmark. Durch diese Verbindung können Informationen vom Kleinhirn durch den Hirnstamm in den Körper und das Rückenmark weitergeleitet bzw. aufgenommen werden. Viele Afferenzen gehen durch die drei Kleinhirnstiele zur Kleinhirnrinde.
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Funktionen des Kleinhirns
Das Kleinhirn hat eine Vielzahl von Funktionen, die für die Koordination von Bewegungen und die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts unerlässlich sind. Die Aktivität des Kleinhirns erzeugt keine Bewegungen, sie kontrolliert vielmehr den Bewegungsablauf.
Bewegungskoordination: Das Kleinhirn empfängt Informationen von den Sinnesorganen und anderen Teilen des Gehirns und nutzt diese Informationen, um motorische Bewegungen und Handlungen zu steuern und zu koordinieren. Es hilft dabei, die Kraft, Geschwindigkeit und Genauigkeit von Bewegungen zu kontrollieren.
Gleichgewichtskontrolle: Das Kleinhirn unterstützt dabei, dass wir aufrecht stehen und uns bei Bewegungen stabilisieren können.
Muskeltonus: Das Kleinhirn sorgt dafür, dass die Muskeln in einem bestimmten Zustand bleiben, auch wenn keine Bewegung stattfindet.
Augenbewegungen: Das Kleinhirn hilft dabei, dass unsere Augen sich schnell und präzise bewegen können, um auf visuelle Reize zu reagieren.
Sprachkoordination: Das Kleinhirn wirkt mit bei der Kontrolle motorischer Bewegungen, die erforderlich sind, um Sprache zu produzieren und zu verstehen.
Langzeitgedächtnis: Das Kleinhirn ist an der Bildung des Langzeitgedächtnisses beteiligt, insbesondere bei motorischen Fähigkeiten und Verhaltensweisen.
Emotions- und Gedächtnisgestaltung: Aus Studien geht hervor, dass das Kleinhirn auch eine wichtige Rolle in der Emotions- und Gedächtnisgestaltung spielt.
Funktionelle Einteilung
Eine übliche, allerdings relativ grobe, funktionelle Einteilung des Kleinhirns hält sich nur teilweise an anatomisch definierte Lappengrenzen.
Vestibulocerebellum: Das Vestibulocerebellum beeinflusst die Köperhaltung und die Feinabstimmung von Augenbewegungen. Über die zugehörigen aufsteigenden (afferenten) Nervenfaserbahnen erhält es Informationen vom Gleichgewichtsorgan im Innenohr, die es dann über die absteigenden (efferenten) Bahnen zu den beiden Kernen des Gehör- und Gleichgewichtsnervs beziehungsweise zu den Augenmuskelnervenkernen im Hirnstamm weiterleitet. Der Funktionsbereich des Vestibuloceberellum sitzt im hintersten Bereich des Kleinhirns, dem Lobus flocculonodularis.
Spinocerebellum: Das Spinocerebellum wird hauptsächlich durch den Kleinhirnwurm gebildet. Aus dem Rückenmark erhält es Nachrichten über die Stellung von Armen, Beinen, Rumpf sowie über die Muskelspannung. Hier werden Bewegungsabfolgen beeinflusst und vor allem aber die Bein- und Hüftposition angepasst und kontrolliert. Der Vorderlappen und Abschnitte der Kleinhirnhemisphären, die jeweils direkt an den Wurm grenzen, sind Teil des Altkleinhirns oder Spinocerebellums: Es kontrolliert über den Muskeltonus unwillkürliche Bewegungen - zum Beispiel beim Gehen.
Pontocerebellum (Neocerebellum): Die beiden Kleinhirnhemisphären bilden das Pontocerebellum. Es steht in enger Beziehung zur Großhirnrinde und koordiniert zielgerichtete präzise Bewegungen wie das Greifen eines Glases. Hier werden motorische Bewegungen erlernt, ausgeführt, abgespeichert und präzisiert. Zum Beispiel wird geplant, wie weit etwa der Arm ausfahren muss, um zur Tasse zu gelangen. Der größte Teil der Kleinhirnhemisphären zählt zum Neukleinhirn oder Pontocerebellum, das entwicklungsgeschichtlich zuletzt ausgebildet wurde.
Erkrankungen des Kleinhirns
Es gibt verschiedene Erkrankungen und Störungen, die das Kleinhirn betreffen können. Eine Schädigung des Kleinhirns hat häufig sehr ernste Konsequenzen. Diese können vielfältig sein. Die meisten Erkrankungen machen sich vor allem im Bereich des Gleichgewichtsausgleichs und Körperhaltung bemerkbar. Patienten schaffen es in der Regel nicht mehr aufrecht zu gehen oder aufrecht zu sitzen, da das Kleinhirn Informationen nicht mehr richtig verarbeiten und weiterleiten kann. Neben diesen Symptomen gibt es weitere, die sich vor allem im Bereich der Sprache sowie Einschätzung von Entfernung und Muskelkontrolle zeigen. Durch die Störung im Cerebellum wird die Sprache teilweise schwieriger verständlich und kann nicht mehr klar kontrolliert werden. Bewegungen von Körperteilen wie Armen oder Beinen leiden auch häufig. Muskelpartien werden entweder zu stark oder zu leicht beansprucht.
Kleinhirn-Ataxie: Dies ist eine Erkrankung, die durch eine Störung der Kleinhirnfunktionen verursacht wird und zu einer Störung von Bewegungsabläufen und des Gleichgewichts führt. Ein Ausfall der Kleinhirn-Kerne führt zu unterschiedlichen Formen der Ataxie wie Gangataxie (bei Ausfall des Nucleus fastigii) oder eine skandierende Sprache (bei Ausfall des Nucleus dentatus).
Kleinhirninfarkt: Ein Kleinhirninfarkt tritt auf, wenn eine Arterie, die das Kleinhirn versorgt, blockiert wird, was zu Schädigungen des Kleinhirns führt.
Kleinhirntumore: Tumore im Kleinhirn können zu einer Kompression des Gewebes und einer Schädigung des Kleinhirns führen. Ein Großteil der ZNS-Tumoren im Kindes- und Jugendalter, zum Beispiel Astrozytome und Medulloblastome, wachsen im Kleinhirn.
Multiple Sklerose: MS ist eine Autoimmunerkrankung, die das zentrale Nervensystem betrifft und Schäden an den Myelinscheiden der Nerven verursacht.
Alkoholische Zerebelläre Degeneration: Diese Erkrankung ist eine Folge von chronischem Alkoholismus und kann zu Schäden an den Kleinhirnzellen führen.
Kleinhirnbrückenwinkeltumor: Ein Kleinhirnbrückenwinkeltumor geht von der Hülle des achten Hirnnerven, des Gleichgewichtsnerven (Nervus vestibulocochlearis), aus. Schwindel und Hörminderung sind manchmal die ersten Zeichen eines zwischen Hirnstamm und Kleinhirn (Kleinhirnbrückenwinkel) gelegenen Krankheitsherdes.
Chiari-Malformation: Angeborene Fehlbildung des Kleinhirns, bei der Kleinhirnanteile durch das Hinterhauptsloch in den Wirbelkanal verlagert sind.
Friedreich-Ataxie: Tritt aufgrund der Expansion des GAA-Repeats im FXN-Gen auf.
Kleinhirn-Agenesie: Genetisch bedingt oder durch Störungen in der frühen embryonalen Entwicklung können einige Kleinhirnbereiche fehlen, zum Beispiel der Kleinhirnwurm. Es kann aber auch das gesamte Cerebellum fehlen. Leitsymptom ist eine Kleinhirnataxie (Störungen der Bewegungsabläufe).
Symptome bei Erkrankungen des Kleinhirns
Die Symptome entsprechen häufig Funktionsausfällen der betroffenen Nerven:
- Hörminderung
- Ohrgeräusche (Tinnitus)
- Schwindel und Gangunsicherheit
- Schmerzen und Taubheitsgefühl im Gesicht oder äußeren Ohr
- Doppelbilder
- Schluckstörungen
- Heiserkeit
- Schwäche der Gesichts-, Kopf- und Schultermuskulatur
- Trigeminusneuralgie (V. Hirnnerv) und Hemispasmus fazialis ("Fazialis-Tic", 7. Hirnnerv)
Behandlungsmöglichkeiten
Aufgrund der unterschiedlichen Beschaffenheit von Krankheitsherden bestehen grundsätzlich mehrere Möglichkeiten. Bei langsam wachsenden Tumoren besteht oft medizinisch kein unmittelbarer Zeitdruck und man kann Kontrolluntersuchungen abwarten. Manchmal werden abschwellende oder wachstumshemmende Medikamente eingesetzt. Gefäßreiche Prozesse sind geeignet für eine Behandlung mit Kathetern (Embolisation). Grundsätzlich wird eine Operation zur Beseitigung des Krankheitsherdes angestrebt. Dies gilt insbesondere dann, wenn andere Behandlungen weniger wirksam sind, zu starke Nebenwirkungen hervorrufen oder die Diagnose in Frage steht. Die Wahl der Operationsmethode richtet sich nach der Beschaffenheit und der Lage des Krankheitsprozesses. Der operative Zugang sollte so minimal wie möglich gestaltet werden. Dazu eignen sich besonders mikrochirurgische und endoskopische Verfahren, die manchmal zusammen eingesetzt werden. Navigationsgeräte unterstützen die exakte Operationsplanung. Unter dem Mikroskop kann der Operateur den Krankheitsprozess sehen. Mit speziellen Mikroinstrumenten, Ultraschallzertrümmerern, elektrischer Verödung und Verdampfung, Laser oder Saugkanülen können Tumore entfernt werden. Während einer Operation im Kleinhirnbrückenwinkel wird die Funktion der Nerven und des Hirnstamms durch Monitoring mit Elektroden überwacht.
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