Zwischenhirn und Hirnstamm: Funktionen und Bedeutung für den Körper

In der medizinischen Behandlung, insbesondere bei Hirntumoren im Bereich der Sehbahn oder bei Strahlentherapien, begegnen Patienten oft Fachbegriffen wie "thalamisch", "Hypothalamus", "Hypophyse" oder "Hormonstatus". Diese Begriffe beziehen sich auf Aufgabenbereiche des Zwischenhirns und des Hirnstamms, zwei wichtige Strukturen im Gehirn. Dieser Artikel soll einen umfassenden Überblick über die Funktionen und die Bedeutung dieser beiden Hirnregionen geben.

Einführung in Zwischenhirn und Hirnstamm

Das Gehirn ist ein komplexes Organ, das Sinneseindrücke und Körperinformationen verarbeitet und Botschaften an alle Körperbereiche zurücksendet. Es ist der Sitz des Denkens, Fühlens und der Intelligenz. Das Gehirn besteht aus verschiedenen Teilen, die jeweils spezialisierte Aufgaben erfüllen.

Das Zwischenhirn (Diencephalon) ist die Fortsetzung des Hirnstamms in Richtung des Großhirns und liegt zwischen diesem und dem Mittelhirn. Es ist ein wichtiger Teil des Stammhirns. Der Hirnstamm (Truncus cerebri oder Truncus encephali) hingegen ist der älteste Teil des Gehirns und verbindet das Rückenmark mit den übrigen Hirnbereichen.

Das Zwischenhirn (Diencephalon)

Das Zwischenhirn entsteht während der Embryonalentwicklung aus einer Ausweitung des Vorderhirnbläschens des Neuralrohrs. Es erfüllt vielfältige Aufgaben und wird in fünf Bereiche unterteilt:

• Thalamus: Der Thalamus ist eine Ganglienmasse, die als "Tor zum Bewusstsein" fungiert. Er ist die Sammelstelle für alle Sinneseindrücke (außer Geruchssinn) und leitet ausschließlich relevante Informationen an das Großhirn weiter. Der Thalamus teilt dem Großhirn unter anderem Sinneseindrücke der Haut, der Augen und der Ohren mit.
• Hypothalamus: Der Hypothalamus bildet die unterste Etage des Zwischenhirns und liegt unterhalb des Thalamus. Er kontrolliert endokrine Funktionen und die Produktion von Neurohormonen. Er reguliert Atmung, Kreislauf, Stoffwechsel, Nahrungs- und Flüssigkeitsaufnahme, Körpertemperatur, Sexualverhalten sowie den Schlaf-Wach-Rhythmus. Der Hypothalamus reguliert zum Beispiel Hunger, Durst und Schlaf und kontrolliert zusammen mit der Hirnanhangdrüse (Hypophyse) den Hormonhaushalt. Alle Gemütsempfindungen, die mit diesen vielfältigen Funktionen zusammenhängen, sind ebenfalls in diesem Bereich des Zwischenhirns verankert.
• Epithalamus: Der Epithalamus liegt im hinteren Bereich des Zwischenhirns und oberhalb des Thalamus. Er besteht aus der Zirbeldrüse (Epiphyse) und den Habenulae (Epiphysenstiele), welche die Epiphyse mit dem Thalamus verbinden. Der Epithalamus ist eine Schaltstelle für Bahnen zwischen den Riechzentren sowie aus dem Hirnstamm und aus der Zirbeldrüse. Ein weiterer Bereich des Epithalamus enthält zahlreiche Kerne, von denen beidseits sieben Kerne Afferenzen aus der Retina (Netzhaut des Auges) erhalten. Die Zirbeldrüse produziert das Gewebshormon Melatonin, das den Tag-Nacht-Rhythmus und eine jahreszeitliche Rhythmik steuert. Kerne in den Habenulae sind Umschaltstationen für das olfaktorische System, durch die das Riechhirn mit dem Hirnstamm verbunden ist. Der Kernbereich des Epithalamus erhält Afferenzen aus der Netzhaut des Auges (Retina). Er sorgt dafür, dass sich die Pupillen bei Lichteinfall reflektorisch verengen.
• Subthalamus: Der Subthalamus liegt dem Mittelhirn an und besteht in erster Linie aus dem Nucleus subthalamicus und dem Pallidum - zwei Basalganglien, die zum extrapyramidalmotorischen System zählen. Der Subthalamus ist vor allem für die Steuerung der Grobmotorik verantwortlich. Der Nucleus subthalamicus steht mit dem Pallidum in Verbindung und empfängt von diesem Signale, die eine bewegungshemmende Funktion haben.
• Metathalamus: Der Metathalamus umfasst die beiden Kniehöcker (Corpus geniculatum mediale et laterale). Neurone, die vom Nucleus cochlearis dorsalis kommen, verlaufen über die Rautengrube zum medialen Kniehöcker, und die zentrale Hörbahn zieht von hier zur Hörrinde. Alle Seh- und Höreindrücke werden in den beiden Kniehöckern des Zwischenhirns umgeschaltet auf dem Weg zur Seh- und Hörrinde. Die Funktion dieser Schaltkerne liegt im Besonderen darin, die Durchgängigkeit für ankommende Erregungen so zu modifizieren, dass - bei konzentrierter Aufmerksamkeit - manche Sinneseindrücke stärker und andere geringer wahrgenommen werden.

Hypothalamus und Hypophyse: Ein Zusammenspiel

Ein wichtiger Aspekt des Zwischenhirns ist das Zusammenspiel von Hypothalamus und Hirnanhangsdrüse (Hypophyse). Der Hypothalamus beeinflusst verschiedene Organe, indem er Hormone produziert, die die Bildung und Ausschüttung anderer Hormone in der Hypophyse regulieren. Die Hirnanhangsdrüse ist das funktionelle "Ausführungsorgan" des Hypothalamus.

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Die Hypophyse produziert verschiedene Hormone, darunter:

• Somatotropin (STH): Beeinflusst Stoffwechselvorgänge, Wachstum und Zelldifferenzierung. Reguliert das Körperwachstum nach der Geburt über die Anregung der IGF-1-Produktion in der Leber.
• Melanotropin (MSH): Reguliert die Bildung und Verteilung von Pigment (Melanin) in den Pigmentzellen der Haut (Melanozyten), das die Haut vor UV-Strahlen schützt.
• Oxytocin: Löst zum Ende der Schwangerschaft und während der Geburt die Wehentätigkeit der Gebärmutter aus und passt sie an.
• Antidiuretisches Hormon (ADH): Sorgt dafür, dass nicht zu viel Wasser über die Niere ausgeschieden wird.

Das Zusammenwirken von Hypothalamus, Hypophyse und den Hormondrüsen des Körpers unterliegt einem Regelkreis mit Gegenkoppelung. Bei Patienten mit ZNS-Tumoren im Zwischenhirnbereich oder nach Strahlentherapie im Bereich des Kleinhirns oder des Rückenmarks im Halswirbelsäulenbereich kann die Funktion der Hirnanhangsdrüse und der Schilddrüse beeinträchtigt werden. Daher werden regelmäßig Hormonuntersuchungen durchgeführt, um diesen Regelkreis zu überprüfen.

Klinische Bedeutung des Zwischenhirns

Störungen im Bereich des Zwischenhirns können verschiedene Probleme verursachen:

• Diencephal-autonome Krise: Atypische epileptische Anfälle, die durch Erkrankungen des Hypothalamus entstehen.
• Gliome im Diencephalon: Können zu psychischer Verlangsamung, Desinteresse, Herabsetzung der Affekte und gesteigertem Schlafbedürfnis führen.
• Schädigung des Nucleus subthalamicus: Führt zum Krankheitsbild des Ballismus (blitzartig auftretende, schnelle, spontane, schleudernde Bewegungen der Extremitäten).
• Schluck- und Sprachstörungen: Können ebenfalls auf eine Störung in diesem Bereich hindeuten.
• Ausfall des Pallidums im Thalamus: Bewirkt Muskelstarre und Verminderung der Motorik (z.B. bei Parkinson-Krankheit).

Die elektrische Stimulation des Nucleus subthalamicus wird therapeutisch zur Linderung der Symptome der Parkinson-Krankheit eingesetzt.

Der Hirnstamm (Truncus cerebri)

Der Hirnstamm ist der entwicklungsgeschichtlich älteste Teil des Gehirns und verbindet das Rückenmark mit den übrigen Hirnbereichen. Er ist für die Steuerung essenzieller Lebensfunktionen zuständig und besteht aus drei Abschnitten:

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• Mittelhirn (Mesencephalon): Das Mittelhirn ist der kleinste Hirnabschnitt und liegt zwischen Brücke und Zwischenhirn. Es enthält Leitstrukturen wie die Colliculi superiores, den Ncl. ruber, die Crura cerebri, die Substantia nigra, den N. oculomotorius und seinen Kern sowie den Aquaeductus mesencephali. Das Mittelhirn ist an Reflexbewegungen der Augen, der Augenmotorik, der Verarbeitung akustischer Reize, der Schmerzwahrnehmung, der Bewegungssteuerung und der Willkürmotorik beteiligt. Die arterielle Versorgung erfolgt über verschiedene Äste der A. cerebri posterior aus der A. basilaris.
• Brücke (Pons): Die Brücke (Pons) ist ein kräftiger weißer Wulst an der Hirnbasis über der Medulla oblongata und durch den Kleinhirnstiel mit dem Kleinhirn verbunden. Durch die Brücke verläuft die Pyramidenbahn, die für willkürlich-motorische Signale wichtig ist. Über den Pons werden diese Signale, die von der Großhirnrinde kommen, ins Kleinhirn weitergeleitet. Die Blutversorgung erfolgt hauptsächlich über Äste der A. basilaris.
• Verlängertes Mark (Medulla oblongata): Das verlängerte Mark (Medulla oblongata) bildet den Übergang zum Rückenmark. Es steuert lebenswichtige Systeme wie Herzschlag, Atmung und Blutdruck sowie wichtige Reflexe wie den Lidschluss-, Schluck- und Husten-Reflex. Im verlängerten Mark kreuzen sich die vom Gehirn kommenden Nervenbahnen auf die Gegenseite (Pyramidenkreuzung). Die arterielle Versorgung erfolgt über die A. spinalis anterior, A. vertebralis und A. cerebellaris posterior inferior (PICA).

Funktion des Hirnstamms

Der Hirnstamm bildet die Schnittstelle zwischen dem übrigen Gehirn und dem Rückenmark. Er leitet aufsteigende und absteigende Informationen überkreuz weiter, wodurch die rechte Gehirnhälfte für die linke Körperhälfte zuständig ist und umgekehrt.

Der Hirnstamm ist für essenzielle Lebensfunktionen wie die Steuerung der Herzfrequenz, des Blutdrucks und der Atmung verantwortlich. Zudem ist er für wichtige Reflexe wie den Lidschluss-, Schluck- und Husten-Reflex zuständig. Auch der Schlaf und die verschiedenen Schlaf- und Traumphasen werden hier kontrolliert.

Der Hirnstamm ist von der Formatio reticularis durchzogen - einer netzartigen Struktur aus Nervenzellen und ihren Fortsätzen. Sie ist an verschiedenen vegetativen Funktionen des Organismus beteiligt, etwa an der Steuerung der Aufmerksamkeit und des Wachheitszustandes. Auch Kreislauf, Atmung und Erbrechen werden hier kontrolliert.

Hirnnerven und Hirnstamm

Die Kerngebiete der Hirnnerven III bis XII verlaufen durch den Hirnstamm. Die Hirnnerven übertragen sensorische, motorische und autonome Informationen zu und von den intrakraniellen und perikraniellen Strukturen und verbinden diese mit dem Rest des Körpers.

• Mittelhirn: N. oculomotorius (III) und N. trochlearis (IV)
• Pons: N. trigeminus (V), N. abducens (VI), N. facialis (VII) und N. vestibulocochlearis (VIII)
• Medulla oblongata: N. glossopharyngeus (IX), N. vagus (X), N. accessorius (XI) und N. hypoglossus (XII)

Klinische Bedeutung des Hirnstamms

Schädigungen des Hirnstamms führen zu sogenannten Hirnstamm-Syndromen, die meist durch den Ausfall von Hirnnerven gekennzeichnet sind. Je nach Höhe der Läsion (Mittelhirn, Pons oder verlängertes Mark) fallen die Funktionen verschiedener Nerven aus. Bei unvollständigen Hirnstamm-Läsionen können die Symptome auf der gleichen oder auf der gegenüberliegenden Körperseite auftreten.

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Wenn Nervenbahnen, die innerhalb des Hirnstamms zu weiter abwärts gelegenen Hirnnervenkernen führen, beidseitig geschädigt sind, entsteht eine Pseudobulbärparalyse. Die wichtigsten Symptome sind Sprech- und Schluckstörungen, beeinträchtigte Zungenbeweglichkeit und Heiserkeit.

Bei einer alleinigen Schädigung des Großhirns werden die Lebensfunktionen nur noch durch den Hirnstamm aufrechterhalten. Beim sogenannten Wachkoma sind die Betroffenen zwar wach, erlangen aber kein Bewusstsein und können keinen Kontakt mit ihrer Umgebung aufnehmen.

Ein Hirnstamm-Infarkt kann jene Areale betreffen, die für das Bewusstsein oder die Atmung von Bedeutung sind und ist in einem solchen Fall lebensbedrohend.

Einklemmungssyndrome

Unter Einklemmungssyndromen versteht man Verschiebungen von Hirnanteilen, die (zum Beispiel infolge eines Tumors) durch aufgebrauchten Reserveraum und erhöhten Druck in der Schädelhöhle ausgelöst werden. Dabei geht es besonders um die Verschiebung von Großhirnanteilen in Richtung Zwischenhirn und Hirnstamm mit Druckschädigung dieser Strukturen (auch als diencephales Syndrom bezeichnet).

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