Wo sitzt der Hypothalamus anatomisch? Eine umfassende Untersuchung

Der Hypothalamus ist eine kleine, aber entscheidende Struktur im Gehirn, die eine Vielzahl von Körperfunktionen steuert. Er ist ein wichtiger Vermittler zwischen dem Nervensystem und dem endokrinen System und spielt eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase. Dieser Artikel untersucht die Anatomie des Hypothalamus, seine Lage, Struktur und Funktion sowie seine klinische Bedeutung.

Einführung in den Hypothalamus

Der Hypothalamus ist eine der ältesten Hirnregionen der Säugetiere und befindet sich im Zwischenhirn (Diencephalon). Er ist ein Kontrollzentrum für lebenswichtige Funktionen wie Fortpflanzung, Ernährung, Temperaturregulation und Zeitmessung. Prof. Dr. zufolge ist der Hypothalamus das "Kellergeschoss" des Zwischenhirns.

Anatomische Lage des Hypothalamus

Der Hypothalamus bildet die unterste Etage des Zwischenhirns und liegt direkt unterhalb des Thalamus. 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 Hypothalamus grenzt anterior an das Chiasma opticum und kaudal an den Thalamus. Medial bildet er Anteile der Wand und des Bodens des 3. Ventrikels. Er besteht aus 3 Kerngruppen und liegt am Boden des 3. Ventrikels.

Struktur des Hypothalamus

Der Hypothalamus kann in drei 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).

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Vordere Kerngruppe (chiasmatische Region)

• Ncl. preopticus medialis
• Ncl. suprachiasmaticus
• Ncl. supraopticus
• Ncl. paraventricularis
• Ncl. anterior hypothalami

Mittlere Kerngruppe (tuberaler Bereich)

• Ncll. arcuati
• Ncl. dorsomedialis hypothalami
• Ncl. ventromedialis hypothalami

Hintere Kerngruppe (mamilläre Region)

• Corpora mamillaria - Ncll. mamillares
• Ncl. posterior hypothalami

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.

Der vordere, „markarme“ Hypothalamus ist wesentlich heterogener und von dünneren Nervenfasern durchzogen. Hier liegen zahlreiche voneinander abgrenzbare Kerngebiete, die im Dienste des vegetativen Nervensystems stehen. Zudem ist dieser vordere Hypothalamus eine endokrine Drüse, die viele verschiedene Hormone produziert. Er ist auch vollgepackt mit Rezeptoren, an die Hormone anderer endokriner Drüsen binden.

Funktionen des Hypothalamus

Der Hypothalamus ist ein wichtiges Koordinationszentrum im Körper und ein sensorisches und motorisches Integrationszentrum. Er ist ein primärer Regulator des endokrinen und autonomen Nervensystems.

Der Hypothalamus erhält Informationen von verschiedenen Messstationen im Körper, z. B. über Blutzucker, Blutdruck und 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 Schmerzempfinden.

Hormone des Hypothalamus

Die Hypothalamus-Hormone lassen sich in drei Gruppen einteilen:

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• Effektorhormone: 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: Releasing- und Inhibiting-Hormone. 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 (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

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.

Ein Beispiel ist die Thermoregulation, die für den Organismus wichtig ist, um eine Kerntemperatur von etwa 37 Grad Celsius aufrecht zu erhalten. Diese muss - in gewissen Grenzen - immer konstant sein. Um das zu erreichen, 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.

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.

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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.

Weitere klinische Manifestationen von Hypothalamus-Dysfunktion umfassen:

• Diabetes insipidus: Die Niere ist 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.
• Hypothalamische Amenorrhö: Ausbleiben der Menstruation (definiert als Menstruationszyklus länger als 3 Monate). Sie 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: Sie 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: Sie 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. Neben Hypophysenadenomen 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.

Die Hypophyse: Das funktionelle "Ausführungsorgan" des Hypothalamus

Die Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) ist das funktionelle "Ausführungsorgan" des Hypothalamus. Sie ist eine etwa erbsen- bis kirschgroße Ausstülpung an der Unterseite des Gehirns und steuert verschiedene Körperfunktionen und die Produktion vieler Hormone im Körper.

Lage der Hypophyse

Die Hirnanhangdrüse liegt gut geschützt in einer Vertiefung des Schädelknochens, etwa in der Mitte des Kopfes auf Höhe der Augen.

Struktur der Hypophyse

Die Hypophyse besteht aus drei Hauptteilen:

• Vorderlappen (Adenohypophyse)
• Hinterlappen (Neurohypophyse)
• Bereich zwischen beiden Lappen (Zwischenteil oder Pars intermedia)
• Hypophysenstiel: Er verbindet die Hirnanhangdrüse mit dem Zwischenhirn.

Der Vorderlappen macht etwa drei Viertel der Hirnanhangdrüse aus. Er produziert verschiedene Hormone, die andere Hormondrüsen oder Organe im Körper beeinflussen, darunter:

• Thyreoidea-stimulierendes Hormon (TSH): Beeinflusst die Schilddrüse.
• Adrenokortikotropes Hormon (ACTH): Regt die Nebennieren an.
• Follikel-stimulierendes Hormon (FSH) und luteinisierendes Hormon (LH): Wirken auf die Eierstöcke und Hoden.
• Somatotropin (Somatotropes Hormon, STH, auch Wachstumshormon genannt): Es beeinflusst zahlreiche Stoffwechselvorgänge sowie das Wachstum und die Differenzierung von Zellen. Eine wichtige Wirkung ist zum Beispiel die Regulierung des Körperwachstums nach der Geburt. Diese Wirkung erfolgt über die Anregung der IGF-1-Produktion in der Leber.
• Melanotropin (Melanozyten-stimulierendes Hormon, MSH): Es reguliert u.a. in den Pigmentzellen der Haut (Melanozyten) die Bildung und Verteilung von Pigment (Melanin), das die Haut gegenüber UV-Strahlen schützt.

Die Hormonproduktion im Vorderlappen wird von zwei Faktoren reguliert:

• Über den Hypothalamus, der anregende Hormone (Releasing-Hormone) oder hemmende Hormone (Inhibiting-Hormone) bildet.
• Über den Hormonspiegel im Blut: So bringt beispielsweise TSH die Schilddrüse dazu, je nach Bedarf mehr oder weniger Schilddrüsenhormone zu bilden. Enthält das Blut genug Schilddrüsenhormone, hört die Hirnanhangdrüse auf, TSH zu produzieren. Ist der Hormonspiegel zu niedrig, kurbelt die Hirnanhangdrüse die Produktion von TSH an. Die Schilddrüse produziert dann mehr Schilddrüsenhormone.

Der Hinterlappen der Hirnanhangdrüse besteht hauptsächlich aus einem Geflecht von Nervenfasern, die dem Hypothalamus entstammen. Er speichert und setzt zwei Hormone frei, die im Hypothalamus produziert werden:

• Oxytocin: Wirkt auf die Gebärmutter und die Brustdrüse und löst zum Beispiel die Wehen aus.
• Antidiuretisches Hormon (ADH): Steuert die Wasseraufnahme in der Niere und verengt die Blutgefäße. Dadurch kann sich der Blutdruck erhöhen.

Zwischen Vorder- und Hinterlappen befindet sich ebenfalls hormonbildendes Gewebe. In diesem Zwischenteil werden Melanozyten-stimulierende Hormone (MSH) gebildet. Sie fördern unter anderem in der Haut die Bildung von Melanin, einem Farbstoff, der vor schädlichen UV-Strahlen schützt.

Zusammenwirken von Hypothalamus und Hypophyse

Der Hypothalamus und die Hypophyse arbeiten eng zusammen, um viele Körperfunktionen zu steuern. Der Hypothalamus produziert Hormone, die die Freisetzung von Hormonen aus dem Vorderlappen der Hypophyse steuern. Der Hinterlappen der Hypophyse speichert und setzt Hormone frei, die im Hypothalamus produziert werden.

Dieses 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.

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