Das Zentralnervensystem (ZNS), bestehend aus Gehirn und Rückenmark, ist das zentrale Steuerungsorgan des menschlichen Körpers. Es ist durch Knochen vor äußeren Einwirkungen geschützt: das Gehirn durch die Schädelknochen und das Rückenmark partiell durch die Wirbelkörper. Die Knochen sind zum ZNS hin mit verschiedenen Epithelschichten ausgekleidet. Direkt am Periost befindet sich die Dura mater mit zwei Epithelschichten, gefolgt von der Arachnoidea, die unmittelbar an die Dura mater anschließt. Die Pia mater, bestehend aus nur einer Zellschicht, bedeckt direkt die neuronalen Strukturen des Gehirns und folgt dabei auch der gewundenen Struktur der ZNS-Oberfläche.
Die Rolle des Liquors Cerebrospinalis
Der Liquor cerebrospinalis (Liquor) ist eine klare Flüssigkeit, deren erste Beschreibungen sich bereits in ägyptischen Schriften 1.500 Jahre vor Christus finden. Es wird angenommen, dass noch ältere Aufzeichnungen bereits 3.000 Jahre vor unserer Zeitrechnung existierten. Im 15. Jahrhundert schuf Leonardo da Vinci eine erste annähernd realistische dreidimensionale Abbildung der Anatomie des Ventrikelsystems.
Heute ist die Analyse des Liquors, gewonnen durch eine entsprechende Punktion, ein fester Bestandteil bei der Erkennung und Differenzialdiagnose einer Vielzahl neurologischer Erkrankungen. Grundkenntnisse der Anatomie der Liquorräume und der Liquorphysiologie sind daher essenziell zur Interpretation der Ergebnisse einer Liquordiagnostik.
Lokalisation und Kontakt des Liquors
Der Liquor ist lokalisiert im Subarachnoidalraum, der sich zwischen der Pia mater und der Arachnoidea befindet und im Bereich des Gehirns den einzigen physiologischen Hohlraum darstellt. Der Liquor hat somit nur durch die Pia mater getrennt direkten Kontakt zu den neuronalen Zellen des Gehirns.
Bildung des Liquors
Der Liquor wird zu mehr als 50 % - wahrscheinlich bis zu 80 % - im Plexus choroideus gebildet, einer besonderen Formation aus Gefäßen und Epithelien. Dieser findet sich jeweils am Boden der Temporalhörner der Seitenventrikel, am Boden des Corpus der Seitenventrikel, im Bereich des Foramen Monroi, im Dach des dritten Ventrikels und in der Medulla des vierten Ventrikels bis zum Foramen Luschka. Die übrigen ca. 20 % des Liquors stammen sehr wahrscheinlich aus den Zellzwischenräumen und dem perivaskulären Gewebe des ZNS.
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Die Schrankenfunktion im ZNS
Die mikroanatomische Struktur des Gefäßsystems und der perivaskulären Umgebung führt sowohl im Bereich des Plexus choroideus als auch in den anderen Bereichen des ZNS zu einer erhöhten Selektivität des Transports von Substanzen in den Liquor und die neuronalen Gewebestrukturen, die allgemein als Schranke oder besser als Schrankenfunktion bezeichnet werden (Blut-Hirn-Schranke, Blut-Liquor-Schranke, Liquor-Hirn-Schranke).
Das Nervensystem: Eine Übersicht
Das Nervensystem, ein komplexes Netzwerk, ist entscheidend für die Steuerung und Koordination der Körperfunktionen. Es lässt sich in zwei Hauptbereiche unterteilen: das zentrale Nervensystem (ZNS) und das periphere Nervensystem (PNS). Das ZNS umfasst das Gehirn und das Rückenmark, während das PNS die Nervenbahnen außerhalb des ZNS beinhaltet.
Funktionelle Aspekte des Nervensystems
Funktionell betrachtet, lässt sich das Nervensystem in einen willkürlich steuerbaren (somatischen) Anteil und einen unwillkürlich steuerbaren (autonomen) Anteil unterteilen. Der somatische Anteil steuert bewusste Bewegungen, während der autonome Anteil vegetative Abläufe wie Atmung, Verdauung und Temperaturregulation kontrolliert.
Zentrales vs. Peripheres Nervensystem
Das ZNS verarbeitet sowohl willkürlich als auch autonom zu steuernde Reize. Im Gehirn liegt die graue Substanz außen (Cortex), während sie im Rückenmark von der weißen Substanz umhüllt wird. Die Hirn- bzw. Rückenmarkshäute (Meningen) umschließen Gehirn und Rückenmark und werden wiederum vom Schädelknochen und den Wirbelkörpern geschützt. Im Gegensatz zum PNS sind Nerven des ZNS nicht in der Lage, sich zu regenerieren.
Das Autonome Nervensystem
Das vegetative/autonome Nervensystem besteht aus dem Sympathikus, dem Parasympathikus und dem enterischen Nervensystem (ENS). Sympathikus und Parasympathikus arbeiten in der Feinregulierung der Körperfunktionen zusammen, während das ENS als eigene Einheit funktioniert. Alle Aktionen in den drei autonomen Bereichen erfolgen ohne absichtliche Steuerung durch den Menschen.
Sympathikus und Parasympathikus
Der Sympathikus vermittelt anregende, leistungssteigernde Reize, während der Parasympathikus die Erholung fördert. Beide Systeme senden ständig Signale an die Organe, wobei die Wirkung vom Verhältnis dieser Reize abhängt.
Enterisches Nervensystem
Das enterische Nervensystem (ENS) ist ein Netzwerk von Neuronen in den Wänden des Gastrointestinaltrakts. Es empfängt Reize und beantwortet sie reflexartig, etwa durch Absonderung von Stoffen oder Kontraktion der Muskulatur.
Nervenbahnen des Sympathikus und Parasympathikus
Die Nervenbahnen des Sympathikus verlassen das Rückenmark in Höhe der Thorakalsegmente und Lumbalsegmente (T1 bis L1/L2), während die Bahnen des Parasympathikus im Bereich des Sakralmarks (S2 bis S4) verlaufen, sowie als Hirnnerv (Nervus vagus) vom Kopf aus in fast alle Organe.
Neuronen: Die Bausteine des Nervensystems
Neuronen, zusammen mit den umhüllenden Gliazellen, bilden das Nervensystem. Ein Neuron besteht aus Zellfortsätzen, den Dendriten, die kurze, stark verzweigte Ausläufer bilden, und dem Neurit/Axon, einem langen Strang, der den Zellkörper fortsetzt. Das Axon leitet den elektrischen Impuls einer Nervenzelle weiter, während ein Dendrit ihn aufnimmt.
Synapsen: Die Verbindungsstellen
Beide Zellfortsätze sind mit dem Zellkörper verbunden und verknüpfen sich untereinander über Kontaktstellen, die Synapsen. Nervenzellen reagieren ständig auf sich ändernde Umweltbedingungen und bewahren somit eine lebenslange Veränderbarkeit. Im Mittel haben Nervenzellen 10.000 bis 100.000 Synapsen, über die sie mit anderen Nervenzellen in Kontakt stehen.
Myelin und Schwann'sche Scheide
Jedes Axon ist von einer fettartigen Schicht (Myelin) umgeben, die es isoliert. Eine zweite Umhüllung mit kleinen Einschnürungen (Schwann'sche Scheide) schützt es zusätzlich. Das menschliche Axon kann eine Länge von 1,5 m erreichen und endet entweder an einer weiteren Nervenzelle oder an einer Drüse, einem Muskel oder anderem Gewebe.
Neurotransmitter
Die meisten Synapsen übermitteln Informationen in Form einer chemischen Reaktion. Dazu geben synaptische Bläschen im Umfeld der Synapse einen chemischen Stoff ab, der die Reizübertragung erst möglich macht. Sympathikus und Parasympathikus nutzen unterschiedliche Neurotransmitter zur Übertragung ihrer Impulse: Sympathische Reize werden vor allem mit den Stoffen Adrenalin und Noradrenalin übertragen, während parasympathische Einflüsse Azetylcholin zum Transport brauchen.
Arten von Neuronen
Neuronen verbinden das zentrale Nervensystem mit Muskeln, Drüsen oder anderen ausführenden Geweben. Die Zellkörper der Nervenzellen liegen größtenteils im ZNS, aber auch in den Nervenknoten (Ganglien) außerhalb von Rückenmark und Gehirn.
- Efferente/motorische Neuronen: Sie verlaufen vom ZNS zu den Organen, Drüsen und Geweben.
- Afferente/sensible Neuronen: Sie verbinden Organe, Drüsen, Muskeln und andere Gewebe mit dem ZNS und leiten u. a. Sinnesinformationen weiter.
Nerven: Bündel von Neuronen
Obwohl der Begriff „Nerven“ genau genommen ein Bündel aus unterschiedlichen Neuronen meint, wird dennoch häufig von motorischen bzw. sensiblen Nerven gesprochen. Als Nerv im eigentlichen Sinne werden Bündel von Axonen bezeichnet, die meist sensible und motorische Neurone enthalten. Man unterscheidet 31 paarige Spinalnerven, die dem Rückenmark entspringen, und 12 Hirnnerven.
Spinalnerven (Rückenmarksnerven)
Die meisten Nerven zweigen vom Rückenmark ab. Die Spinalnerven werden nach den Abschnitten der Wirbelsäule benannt, aus denen sie austreten:
- Halsmark/Zervikalmark (C1-C8)
- Brustmark/Thorakalmark (Th1-Th12)
- Lendenmark/Lumbalmark (L1-L5)
- Kreuzmark/Sakralmark (S1-S5)
- Schwanzmark/Kokzygealmark (Co1)
Das eigentliche Rückenmark verläuft nur durch etwa zwei Drittel der Wirbelsäule, d. h. die Wirbelkörper im unteren Bereich umschließen nicht mehr das Rückenmark, sondern lediglich Spinalnerven, die weiter oben aus einem bestimmten Rückenmarksabschnitt ausgetreten sind (Cauda equina). Von jedem Segment führen rein motorische und rein sensible Neuronen in den Zwischenwirbelkanal, um sich dort zu einem Nerv zu verbinden.
Hirnnerven
Alle zwölf Kranialnerven entspringen dem Hirnstamm, dazu gehören beispielsweise der Sehnerv (Nervus opticus) und der Nervus vestibulocochlearis, der Gehör und Gleichgewichtssinn versorgt. Drei weitere Hirnnerven regeln die Bewegungen der Augenmuskeln. Der Nervus vagus (10. Hirnnerv) gehört zum parasympathischen System und verlässt das Gehirn, um über die Kehlkopfmuskulatur, das Herz und den Magen zum Darm zu gelangen.
Erkrankungen des Nervensystems und Therapieansätze
Erkrankungen des Nervensystems können unterschiedliche Funktionen der Bewegungskontrolle beeinträchtigen, wie Lähmungen, Beeinträchtigungen der Haltungskontrolle, Steifigkeit, Spastizität sowie Schwierigkeiten, Reize aus der Umwelt richtig zu verarbeiten.
Bobath-Therapie
Die Bobath-Therapie ist ein Behandlungskonzept bei Erkrankungen des zentralen Nervensystems (ZNS). Im Vordergrund steht die Verbesserung der Selbstständigkeit bei Aktivitäten des täglichen Lebens. Bobath-Therapeuten untersuchen die für Alltagsbewegungen notwendigen Bewegungsfunktionen und erarbeiten oder optimieren dann mit den Patienten zusammen wichtige Handlungen und die dafür notwendigen Bewegungen. Zusätzlich zum motorischen Training wird daran gearbeitet, das Körperschema zu verbessern.
Extrazelluläre Matrix (EZM)
Etwa zwanzig Prozent des Volumens des zentralen Nervensystems (ZNS) stellt die extrazelluläre Matrix (EZM) dar. Diese ist aus Makromolekülen zusammengesetzt, die den extrazellulären Raum des ZNS füllen und als ein wesentlicher Faktor für die Struktur und Funktion des ZNS angesehen werden.
Perineuronale Netze (PN)
Perineuronale Netze (PN) und ihre Proteoglykane (PG) stellen eine einzigartige Zusammensetzung dieser EZM dar und umhüllen bestimmte Gruppe von Nervenzellen. Die Bedeutung der PN und ihrer PG für die synaptische Übertragung und die Informationsverarbeitung des Gehirns wird intensiv erforscht.
Embryonale Entwicklung des Nervensystems
Während der embryonalen Entwicklung des Zentralnervensystems (ZNS) wandern neuroektodermale Zellen von den Neuralleisten aus, um spezialisierte Strukturen des peripheren Nervensystems zu bilden, einschließlich sympathischer und parasympathischer Ganglien, chromaffiner Zellen und Schwann-Zellen.
Entstehung des Neuralrohrs
Neuralleistenzellen entstehen aus den Rändern der Neuralplatten, die sich zum Neuralrohr falten. Aus dem Neuralrohr entsteht das ZNS, während Neuralleistenzellen um den sich entwickelnden Embryo wandern und sich vermehren, um Pigmentzellen, autonome und sensorische Nervenzellen, Schwann-Zellen und endokrine Zellen (chromaffine Zellen in der Medulla) hervorzubringen.
Entwicklung der Hirnbläschen
Das Prosencephalon, Mesencephalon und Rhombencephalon bilden fünf sekundäre Hirnbläschen. Das Telencephalon wird zur linken und rechten Großhirnrinde; das Diencephalon wird zum Thalamus, Hypothalamus und zur Glandula pienalis; das Mesencephalon wird zum Mittelhirn; das Metencephalon wird zum Pons und Kleinhirn; und das Myelencephalon wird zur Medulla oblongata. Der Rest des Neuralrohrs entwickelt sich zum Rückenmark.
Plexus Choroideus
Der Plexus choroideus entwickelt sich aus der ependymalen Auskleidung des Seiten-, 3. und 4. Ventrikels. Seine Funktion ist die Filtration des Blutes, um Ultrafiltrat in Form von Liquor in die Ventrikel abzugeben.
Flexuren des Neuralrohrs
Wenn das Neuralrohr wächst, beugt es sich mehrmals in der Sagittalebene. Eine zervikale Flexur tritt zwischen dem Rückenmark und dem Rhombencephalon auf. Die cephale Flexur tritt zwischen dem Prosencephalon und dem Mesencephalon auf.
Entwicklung des Rückenmarks
Die Marginalzone ist der Bereich neben der Intermediärzone. Die Zellen proliferieren aus der ventrikulären Zone, um die Lücke zu füllen, so dass der Bereich des Rückenmarks begrenzt wird. Die Basalplatte wird zum Vorderhorn des Rückenmarks und ihre Neuronen haben eine motorische Funktion. Das Neuralrohr ist hinten durch eine Dachplatte und vorne durch eine Bodenplatte verschlossen.
Entwicklung des Hirnstamms
Im kranialen Hirnstamm ist die Dachplatte mehr geöffnet und hat ein „offenes Buch“-Aussehen. Der Sulcus limitans trennt noch die Flügel- und die Basalplatte, aber sie liegen jetzt lateral (Flügelplatte) und medial (Basalplatte). Wenn sich der Hirnstamm entwickelt, erscheint der Olivenkern; er ist eine charakteristische Struktur im Hirnstamm, da er als sensorischer Relaisbereich fungiert. Pontine Kerne werden sensorischen Ursprungs sein, sie wandern anterior zur Basalplatte. Der Pons sitzt ventral und anterior.
Ventrikel und Foramina
Das interventrikuläre Foramen verbindet die Seitenventrikel mit dem 3. Ventrikel. Neurone wandern von der ventrikulären Zone zur Randzone, indem sie Gliazellen folgen, die sich über die gesamte Länge ausdehnen.
Schädelentwicklung und -anatomie
Auf dem Schädeldach sind sechs Fontanellen zu finden, darunter zwei unpaare Hauptfontanellen und vier kleinere, paarige Fontanellen.
Fontanellen
- Fonticulus anterolateralis (vordere Seitenfontanelle): paarig, Begrenzung durch das Os parietale, Os frontale, Os temporale und die Ala major des Os spheonoidale und Verknöcherung im 6. Monat.
- Fonticulus posterolateralis (hintere Seitenfontanelle): paarig, Begrenzung durch das Os parietale, Os temporale und Os occipitale begrenzt und Verknöcherung im 18. Monat.
- Fontanelle an der Stirn, welche im 2. Lebensjahr verknöchert.
- Fontanelle am Hinterhaupt, welche im 3. Monat verschlossen wird.
Schädelnähte
- Sutura sagittalis (Pfeilnaht): Verbindung von Fonticulus anterior mit dem Fonticulus posterior und Verknöcherung im 20. bis 30. Lebensjahr.
- Sutura coronalis (Kranznaht): Verbindung von Fonticulus anterior nach links und rechts mit dem Fonticulus anterolateralis und Verknöcherung im 30. bis 40. Lebensjahr.
- Sutura lambdoidea (Lambdanaht): Verbindung von Fonticulus posterior nach links und rechts mit dem Fonticulus posterolateralis und Verknöcherung im 40. bis 50. Lebensjahr.
Die Schädelknochen sind zu Beginn paarig angelegt und verschmelzen erst im 2. Lebensjahr. Die Verknöcherung der Naht erfolgt erst im 3. bis 8. Lebensjahr.
Gesichtsentwicklung
Ende der 4. Woche: Stomodeum ist inferior von Unterkieferwülsten, lateral von Oberkieferwülsten und superior von frontonasalen Wülsten umgeben. Nasolacrimal markiert den Bereich des Übergangs zwischen der frontonasalen Wulst und der maxillaren Wulst. Nach Kontakt zwischen den medialen Nasenwülsten und der Oberkieferwulst dehnen diese sich nach inferior und verschmelzen mit den Oberkieferwülsten zu Wange und Oberlippe. Mediane Nasen- und Maxillar-Wülste breiten sich nach außen aus und bilden die Oberlippe. Diesem Prozess folgt die Verschmelzung der rechten und linken medialen Nasenwülste zur Nasenmitte und dem Philtrum entlang der Mittellinie der Oberlippe.
Angeborene Fehlbildungen des ZNS
Hydrozephalus
Hydrozephalus bei Kindern: Blockade des Ventrikelsystems, die Schwellungen und Druck auf das Gehirn verursacht. Die Schädelknochen sind bereits entwickelt, sodass angesammelte Flüssigkeit auf das Gehirn drückt. Da der Aufbau der Knochen noch nicht vollständig verknöchert ist, können sie sich bei der Geburt verformen.
Arnold-Chiari-Malformationen (CM)
Die Chiari-I-Fehlbildung ist eine angeborene Erkrankung, die mit ektopen Kleinhirntonsillen unterhalb des Foramen magnum einhergeht. Die Kinder sind in der Regel asymptomatisch. Die Chiari-II-Fehlbildung wird durch Herniation der Kleinhirntonsillen sowie des Vermis durch das Foramen magnum verursacht.
Kraniosynostosen
Kraniosynostosen: vorzeitige Verknöcherung von Schädelnähten. Damit wird das normale Wachstum des Schädels gestört und es kommt zu einer Kompensation, indem andere Bereiche verstärkt wachsen. Der Scaphocephalus (Kahnschädel) ist die häufigste Form der Kraniosynostosen. Es ist die Sutura sagittalis betroffen, wodurch ein Breitenwachstum des Schädels verhindert wird und dieser eine nach oben längliche Form annimmt, um dem Gehirn ausreichend Platz zu ermöglichen. Beim Turricephalus (Turmschädel) ist die Kranznaht von der vorzeitigen Verknöcherung betroffen.
Holoprosenzephalie
Holoprosenzephalie: eine Störung, die durch eine verminderte Aktivität des Sonic-Hedgehog-Gens verursacht wird und zu einer Verengung des Gesichts führt. Schwerere Fälle umfassen eine fehlende Trennung der rechten und linken Großhirnrinde sowie Zyklopie.
Neuralrohrdefekte
Neuralrohrdefekte: Eine der häufigsten angeborenen ZNS-Fehlbildungen. Die Defekte entwickeln sich zwischen der 3. und 4. Schwangerschaftswoche und werden oft durch einen Folsäuremangel verursacht.
Ependymzellen: Schlüsselzellen in den physiologischen Räumen des ZNS
Ependymzellen sind eine spezielle Art von Gliazellen im zentralen Nervensystem. Sie bilden die innere Auskleidung der Ventrikel im Gehirn und des Zentralkanals im Rückenmark. Diese Zellen spielen eine entscheidende Rolle bei der Produktion und Zirkulation des Liquor cerebrospinalis (Gehirn- und Rückenmarksflüssigkeit).
Aufbau und Funktion der Ependymzellen
Ependymzellen sind außergewöhnlich, da sie sowohl die Fähigkeit zur Bildung von Barrieren als auch eine Filterfunktion aufweisen. Im Biologie Studium ist das Verständnis ihres Aufbaus und ihrer Funktion von großer Bedeutung, da sie in zahlreichen neurologischen Prozessen involviert sind. Ependymzellen sind spezielle Gliazellen, die die Hohlräume des Gehirnventrikelsystems und des Rückenmarkkanals auskleiden. Sie sind verantwortlich für die Regulierung des Flüssigkeitsflusses im Zentralnervensystem.
Aufgaben der Ependymzellen im ZNS
Ependymzellen sind für verschiedene wichtige Funktionen im zentralen Nervensystem (ZNS) verantwortlich. Diese Zellen sind nicht nur an der Regulierung des Liquor cerebrospinalis (Gehirn- und Rückenmarksflüssigkeit) beteiligt, sondern unterstützen auch die neuronale Gesundheit und Regeneration. Eine der Hauptaufgaben von Ependymzellen besteht darin, den Stoffaustausch zwischen dem Liquor und dem umliegenden Nervengewebe zu ermöglichen. Dies wird durch ihre spezielle Struktur und Anordnung ermöglicht.
Produktion und Regulation von Liquor cerebrospinalis
Ependymzellen bilden eine Barriere zwischen dem Liquor und dem Nervengewebe. Diese Zellen sind mit Zilien ausgestattet, die helfen, den Fluss des Liquors durch die Ventrikel zu regulieren. Dies stellt sicher, dass die Nährstoffverteilung und der Abtransport von Abfallprodukten im ZNS effizient erfolgt.
Funktionen von Ependymzellen im Liquor:
- Regulierung des Drucks im Ventrikelsystem
- Filtration und Reinigung des Liquors
- Unterstützung bei der Aufrechterhaltung des chemischen Gleichgewichts
Beteiligung an der Regeneration von Nervengewebe
Ein bemerkenswerter Aspekt von Ependymzellen ist ihre Rolle in der neuronalen Regeneration. Sie können sich unter bestimmten Bedingungen zu Vorläuferzellen entwickeln, die das Potenzial haben, beschädigte Neuronen zu ersetzen. Dies macht sie zu einem interessanten Forschungsobjekt in der medizinischen Wissenschaft.
Rolle der Ependymzellen im Gehirn
Ependymzellen spielen eine bedeutende Rolle im Gehirn. Sie sind nicht nur essenziell für die Struktur, sondern tragen auch zur Funktionserhaltung und Gesundheit des Zentralnervensystems bei. Das Verständnis der Ependymzellen und ihrer Rolle hilft dir, die Komplexität des Gehirns besser zu begreifen. Im Kontext neurologischer Prozesse und Erkrankungen ist das Wissen über Ependymzellen von zentraler Bedeutung. Diese Gliazellen sind in mehreren wichtigen Prozessen involviert.
Aufgaben und Funktionen in den Gehirnventrikeln
Ependymzellen kleiden die inneren Ventrikeln des Gehirns aus. Diese Zellen regulieren den Liquorfluss und fungieren als Barriere, um das Hirngewebe vor schädlichen Substanzen zu schützen. Ihre Zilienbewegung hilft, den Fluss und die Zirkulation des Liquors cerebrospinalis aufrechtzuerhalten.
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