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Hirnstamm

Abstract

Der Hirnstamm ist ein wichtiges Regulationszentrum im menschlichen Gehirn. Alle auf- und absteigenden Bahnen des zentralen Nervensystems durchziehen ihn, viele werden in den Kerngebieten des Hirnstamms verschaltet. Er erstreckt sich zwischen dem Rückenmark und dem Zwischenhirn längs vor dem Kleinhirn und wird von unten nach oben in drei Teile gegliedert: Die Medulla oblongata (verlängertes Mark), den Pons (Brücke) und das Mesencephalon (Mittelhirn).

Die Kerngebiete und Bahnen im Mesencephalon und Pons spielen vor allem bei der Steuerung und Planung von Bewegungen eine Rolle, gehören also hauptsächlich dem motorischen System an. Die Kerngebiete und Bahnen in der Medulla oblongata hingegen sind sowohl Teil des motorischen als auch Teil des sensiblen und sensorischen Systems: Beispielsweise verlaufen hier Anteile der Hörbahn und sensible Fasern, die für die feine Berührungsempfindung von Bedeutung sind.

Über den ganzen Hirnstamm verteilt liegt die sog. Formatio reticularis, ein komplexes Netzwerk aus Nervenzellen. In ihr befinden sich die Zentren für viele lebenswichtige Funktionen, wie z.B. das Atem-, Kreislauf-, Aufmerksamkeits- und das Brechzentrum. Außerdem koordiniert die Formatio reticularis die Verschaltung der vielen Hirnnervenkerne, die sich im Hirnstamm befinden.

Allgemeines

Aufbau

Der Hirnstamm setzt sich von oben nach unten aus Mesencephalon, Pons und Medulla oblongata zusammen. Er hat eine längliche Form und ist leicht nach vorne (rostral) geneigt. Seine äußere Struktur kommt hauptsächlich durch die innen liegenden Kerngebiete und Bahnen zustande.

Außenansicht

Der Hirnstamm ist von hinten nur nach Entfernung des Kleinhirns sichtbar. Schaut man von vorn auf den Hirnstamm fällt vor allem der Pons (die Brücke) ins Auge. Seine Fasern verlaufen quer, anders als jene von Mesencephalon (Mittelhirn) und Medulla oblongata (verlängertes Mark). Die von außen sichtbaren Strukturen der drei Anteile des Hirnstamms werden im Folgenden von oben nach unten aufgelistet.

Dorsalansicht Ventralansicht

Mesencephalon

Pons

Medulla oblongata

Topographie

Der Hirnstamm liegt im Rhombencephalon (Rautenhirn) in der Nähe vom Clivus, einer knöchernen Struktur im Os occipitale.

Lagebeziehung

Gefäßversorgung

Arteriell
Venös

Arterielle Versorgung

Der Hirnstamm wird von Kleinhirnästen und anderen Ästen der Arteriae vertebrales versorgt, die sich auf Höhe des Pons zur Arteria basilaris vereinen. Diese Äste ziehen dann von dort zu ihren jeweiligen Versorgungsgebieten im Hirnstamm. Die arterielle Blutversorgung von Mesencephalon, Pons und Medulla oblongata wird in den jeweiligen Sektionen besprochen.

Venöser Abfluss

Das venöse Blut des Hirnstamms fließt über ein feines Venennetz in den Sinus transversus, den Sinus petrosus superior sowie in die Vena magna cerebri ab. Das Blut sammelt sich gemeinsam im Sinus sigmoideus, der dann in die Vena jugularis mündet. Man unterscheidet zwischen einem supra- (Mesencephalon) und infratentoriellen (Pons, Medulla oblongata) Abflussgebiet, das durch Anastomosen verbunden ist . Der venöse Abfluss von Mesencephalon, Pons und Medulla oblongata wird im Detail in den jeweiligen Sektionen besprochen.

Venenverschluss im Hirnstamm
Die venösen Anastomosen im Hirnstamm sind von großer Bedeutung, wenn es z.B. aufgrund von Thrombosen zu einem Verschluss von Venen kommt. Die Anastomosen ermöglichen dann den weiteren Abfluss des Blutes. Im klinischen Alltag sollte daher bedacht werden, dass ein venöser Verschluss oft auch symptomlos bleibt.

Mesencephalon (Mittelhirn)

Das Mesencephalon liegt zwischen Diencephalon und Pons und ist damit der am weitesten kranial gelegene Teil des Hirnstamms. Es ist für die Modulierung der Extrapyramidalmotorik sowie für die Verschaltung von Bewegungsimpulsen und -abläufen verantwortlich. Hier liegen außerdem die Kerne des dritten (N. oculomotorius) und vierten (N. trochlearis) Hirnnerven.

Gliederung

Das Mesencephalon wird im Querschnitt von ventral nach dorsal in drei Abschnitte unterteilt. Diese enthalten jeweils unterschiedliche Kerngebiete und Bahnen.

Gefäßversorgung

Arteriell
Venös

Kerngebiete und Bahnen

In diesen Tabellen werden die verschiedenen Kerngebiete des Mesencephalons näher besprochen. Die Hirnnervenkerne werden hier nur erwähnt (für weitere Informationen siehe: Hirnnerven).

Crura cerebri

Kerngebiete + Bahnen

Faserverlauf Funktion
  • Fasern ziehen ungekreuzt vom Kortex durch die Capsula interna zu den Ncll. pontis
  • Weiterleitung von Informationen über geplante Bewegungen zum Kleinhirn
  • Fibrae corticonucleares
  • Fasern ziehen vom präzentralen motorischen Kortex durch die Capsula interna zu den motorischen Hirnnervenkernen (von Nervus V, VII, IX, X, XI und XII)
  • Steuerung der Bewegung von Kopf und Hals
  • Fibrae corticospinales
  • Steuerung der feineren Motorik der distalen Extremitätenmuskulatur

Läsion der Crura cerebri
Die verschiedenen Bahnen der Crura cerebri sind von medial nach lateral angeordnet. Bei einer Schädigung kommt es somit zu typischen funktionellen Störungen der betroffenen Bahn. Schreitet die Schädigung von medial nach lateral fort, sind erst eine funktionelle Beeinträchtigung des Kleinhirns, anschließend Hirnnervenausfälle und letztlich Pyramidenbahnsymptome zu beobachten.

Tegmentum mesencephali

Kerngebiete + Bahnen Faserverlauf Funktion
  • Moduliert die Extrapyramidalmotorik
    • Fibrae cerebellorubrales: Willkürbewegungen, Körperhaltung und Muskeltonus
    • Tractus rubrospinalis: Distale Extremitätenmuskeln (Flexoren)
    • Tractus rubroreticularis: Weiterleitung von motorischen Impulsen ans Rückenmark
    • Tractus rubroolivaris: Weiterleitung von hauptsächlich motorischen Informationen zur Olive
  • Modulierung der Extrapyramidalmotorik
  • Verschaltung von Bewegungsimpulsen und -abläufen
    • Hemmende Wirkung auf inhibitorische Neurone des Striatums (Transmitter: Dopamin)
    • Bewegungsantrieb
    • Bewegungsinitiation
    • (wahrscheinlich) Verarbeitung sensorischer Informationen auf externe Reize

Tectum mesencephali

Kerngebiete + Bahnen

Faserverlauf

Funktion

  • Weiterleitung und Verschaltung von willkürlichen und reflektorischen Augenbewegungen
    • Entstehung von Sakkaden
    • Lidschlussreflex
    • Akkomodationsreflex
    • Verarbeitung von sich rasch ändernden optischen Reizen (z.B. sich ändernde Umgebung bei Bewegung)
    • Augen- und Kopfwendung hin zu einem akustischen Reiz

Schädigung der Colliculi superiores
Bei Schädigung der Colliculi superiores kann es zu Ausfällen der reflektorischen Augenbewegungen bzw. der Augenschutzreflexe kommen.
Schädigung der Colliculi inferiores
Bei Schädigung der Colliculi inferiores kann es zu einseitigen, contralateralen Hörminderungen kommen.

Pons (Brücke)

Der Pons ist der mittlere Abschnitt des Hirnstamms, in dem sich die Nuclei pontis („Brückenkerne“) und einige Hirnnervenkerne befinden. Anders als die Fasern von Mesencephalon und Medulla oblongata verlaufen die pontinen Fasern quer. Die Nuclei pontis steuern zusammen mit den Olivenkernkomplexen in der Medulla oblongata viele Bewegungsabläufe.

Gliederung

Im Querschnitt wird der Pons von ventral nach dorsal in zwei Abschnitte unterteilt, die verschiedene Kerngebiete enthalten.

Gefäßversorgung

Arteriell
Venös

Kerngebiete

Hier werden die verschiedenen Kerngebiete des Pons detaillierter besprochen. Die Hirnnervenkerne werden nur erwähnt (für weitere Informationen siehe: Hirnnerven).

Pars basilaris pontis

  • Ncll. pontis
    • Afferenzen: Tractus corticopontinus
    • Efferenzen: Tractus pontocerebellaris
    • Funktion: Korrektur und Erlernen von Bewegungen

Tegmentum pontis

Schädigung der Brückenkerne
Da die Brückenkerne funktionell eng mit dem Kleinhirn verknüpft sind, kann das klinische Erscheinungsbild einer Schädigung dem einer Kleinhirnschädigung (Ataxie, herabgesetzter Muskeltonus, Blickstabilisierungsprobleme) sehr ähnlich sein. Zu beachten ist hierbei, dass die Pyramidenbahn durch den ventralen Anteil des Pons zieht und somit zusätzlich geschädigt werden kann. Es kommt dann zu Lähmungen bzw. Muskelschwächen

Medulla oblongata (Verlängertes Mark)

Die Medulla oblongata liegt zwischen Pons und Rückenmark und ist damit der am weitesten kaudal gelegene Abschnitt des Hirnstamms. In ihr befinden sich die Hinterstrangkerne (Ncl. gracilis und Ncl. cuneatus) sowie einige Hirnnervenkerne. Die Medulla oblongata wird von ab- und aufsteigenden Bahnen durchzogen und steuert lebenswichtige Funktionen des Körpers wie die Atmung, den Kreislauf und den Würgereflex.

Gliederung

Die Medulla oblongata wird von ventral nach dorsal in zwei Abschnitte unterteilt, die verschiedene Kerngebiete und Bahnen enthalten.

Gefäßversorgung

Arteriell
Venös

Kerngebiete

In dieser Tabelle werden die verschiedenen Kerngebiete der Medulla oblongata detaillierter besprochen. Die Hirnnervenkerne werden hier nur erwähnt (für weitere Informationen siehe: Hirnnerven). Umfangreichere Ausführungen zu den in der Medulla oblongata liegenden Zentren sind in der Sektion zur Formatio reticularis zu finden.

Pyramis

Kerngebiete Faserverlauf Funktion
  • Koordination und Regulation von Präzisionsbewegungen über verschiedene Feedbackschleifen

Oliväre Läsionen
Aufgrund der engen Verknüpfung des Olivenkernkomplexes mit dem Kleinhirn kommt es bei Läsionen der Olivenkerne zu ähnlichen Symptomen, die jedoch in der Regel schwächer ausgeprägt sind als die bei Kleinhirnläsionen. Bei betroffenen Patienten sind „unglatte“ Bewegungsabläufe, herabgesetzter Muskeltonus, Stand- und Gangstörungen sowie ein rhythmisches Zucken der Gaumenmuskulatur (Palatomyoklonus) zu beobachten.

Tegmentum myelencephali

Kerngebiete

Faserverlauf Funktion
  • Feine Berührungsempfindung
    • Berührung
    • Druck
    • Vibration

Hirnstamm-übergreifend: Formatio reticularis

Formatio reticularis

Die Formatio reticularis besteht aus grauer Substanz und bildet ein Netz aus Nervenzellen, das den ganzen Hirnstamm bis ins Rückenmark durchzieht. Ihre Hauptaufgabe ist die koordinierte Verschaltung von Hirnstammkernen und somit auch die Verschaltung lebenswichtiger Funktionen (u.a. Atmung, Kreislauf).

Hirnstammreflexe“:
Unter Hirnstammreflexen versteht man alle Reflexe, die auf dem Weg zu ihrem Effektororgan im Hirnstamm umgeschaltet werden. Sie gelten als Fremdreflexe, d.h. der Reflex wird in einem Organ wahrgenommen, die Reaktion erfolgt jedoch in einem anderen Organ. Hirnstammreflexe sind erst bei schwerer Hirnschädigung nicht mehr auslösbar. Ihre Funktionsüberprüfung hat daher vor allem bei der klinischen Beurteilung komatöser Patienten und in der Hirntoddiagnostik eine große Bedeutung. Zu ihnen gehören neben dem vestibulooculären Reflex auch der Pupillen-, Corneal-, Husten- und Würgereflex.

Weckzentrum (ARAS)

Schädigung des ARAS
Eine Schädigung des ARAS hat schwere Bewusstseinsstörungen bis hin zum Koma zur Folge. Grund dafür kann eine isolierte Schädigung des Mesencephalons sein, die z.B. im Rahmen einer sog. oberen Einklemmung , von Tumoren oder Perfusionsstörungen auftritt.

Brechzentrum (Area postrema)

Hirndruckerhöhung
Über die Area postrema vermitteltes Erbrechen ist oft das einzige Symptom einer Erhöhung des intracraniellen Drucks und somit klinisch besonders relevant.

Antiemetika
Die Area postrema besitzt viele Rezeptoren für die Neurotransmitter Dopamin und Serotonin. Dies macht man sich in der Therapie von Übelkeit und Erbrechen zu Nutze und verschreibt Dopamin- oder Serotoninantagonisten. In der zweiten Lebenshälfte atrophiert die Area postrema und es kommt seltener zu Erbrechen.

Atemzentrum

Apnoetest
Der Apnoetest gehört ebenso zu den Untersuchungen im Rahmen der Hirntoddiagnostik und überprüft die Funktion des Atemzentrums. Dabei wird nach vorheriger Oxygenierung die Beatmungsmaschine mindestens vier Minuten abgestellt und mithilfe einer Blutgasanalyse (BGA) der erhöhte CO2-Wert fortlaufend gemessen. Bei lebenden Menschen würde diese Hyperkapnie eine spontan eintretende, reflektorische Inspiration zur Folge haben, bei Hirntoten fällt dieser Reflex jedoch aus. Der Apnoetest sollte erst nach allen anderen Untersuchungen im Rahmen der Hirntoddiagnostik durchgeführt werden.

Zentrales Schlafapnoe-Syndrom
Die in- und exspiratorischen Neurone und somit das automatische Atmen werden von dem sog. Prä-Bötzinger-Komplex in der Medulla oblongata koordiniert. Während die automatische Atmung im wachen Zustand willkürlich gesteuert werden kann, wird sie im Schlaf über chemische Reize und vegetative Reflexe moduliert. Kommt es zu einer Schädigung der Medulla oblongata oder im Alter zum (physiologischen) Neuronenverlust in diesem Prä-Bötzinger-Komplex, kann es daher zu Atempausen im Schlaf kommen. Dies ist klinisch unter dem Begriff „Zentrales Schlafapnoe-Syndrom“ bekannt.

Kreislaufzentrum

Motorisches Zentrum

Pontines Miktionszentrum

Periaquäductales Grau (Substantia grisea periaquaeductalis/centralis)

Morphine
Viele Afferenzen, die im periaquäductalen Grau enden, nutzen Endorphine als Transmitter Sie haben eine ähnliche Wirkung wie Morphium und binden an die gleichen Rezeptoren. Diese Afferenzen sind wichtig für die endogene Schmerzunterdrückung, was man sich in der Schmerztherapie zu Nutze macht. Hauptangriffspunkt für Opioide, den stärksten Schmerzmitteln, liegt daher im periaquäductalen Grau und im Hinterhorn des Rückenmarks Unter dem Begriff „Opioide“ sind Morphium und andere verwandte Substanzen zusammengefasst..

Augenbewegungszentren

Lage im Hirnstamm Faserverlauf Funktion
  • Horizontale Augenbewegungen
  • Vertikale und horizontale Augenbewegungen
  • Blickfolgebewegungen
  • Fixierung auf ein Blickziel

Monoaminerge Zellgruppen

Lage im Hirnstamm Faserverlauf Funktion
  • Diffus verteilt

Dopaminerge Zellgruppen

  • Steuerung der Motorik
  • Steuerung endokriner und vegetativer Prozesse
  • Beeinflussung psychischer und verhaltensbiologischer Prozesse (z.B. Wohlgefühl im Rahmen des Belohnungssystems)

Noradrenerge Zellgruppen

  • Schmerzhemmendes System
  • Zusammen mit ARAS Regulierung des Schlaf-Wach-Rhythmus
  • Alarmsystem“

Serotoninerge Zellgruppen (= Raphekerne)

  • Steuerung emotionaler Prozesse
  • Teil des deszendierenden schmerzhemmenden Systems
  • Beteiligung am Schlaf-Wach-Rhythmus

Hirnstamm-übergreifend: Hirnstammbahnen

Viele Bahnen ziehen auf ihrem Weg nach unten oder oben zu ihren Zielorganen durch den Hirnstamm. Einige von ihnen werden hier noch einmal kurz zusammengefasst besprochen.

Pyramidenbahn

Für weitere Informationen zur Pyramidenbahn, auch als Tractus corticospinalis bekannt, siehe: Spinale Leitungsbahnen und Reflexe.

Corticonucleäre Bahn

Verlauf

  • Zieht mit der Pyramidenbahn vom motorischen Kortex durch die Capsula interna
  • Dabei kreuzt ein Teil der Fasern nach contralateral
  • Endet in verschiedenen motorischen Hirnnervenkernen

Corticopontine Bahnen

Für weitere Informationen, siehe: Pons

Lemniscus medialis und Lemniscus trigeminalis

Der Lemniscus medialis ist eine wichtige Bahn für die feine Berührungsempfindung. Er liegt im Mesencephalon und wird von Fasern der Hinterstrangkerne (Ncl. gracilis, Ncl. cuneatus) gebildet. Zusammen mit dem Lemniscus trigeminalis, der dem sensiblen Trigeminuskern im Pons entspringt, leitet er seine Informationen zum Thalamus.

Verlauf

Tractus spinothalamicus

Der Tractus spinothalamicus leitet Fasern der groben Berührungsempfindung zum Thalamus (siehe auch: Rückenmark).

Verlauf

Lemniscus lateralis

Der Lemniscus lateralis ist ein Teil der Hörbahn und wird unter „Auditives System“ ausführlicher behandelt.

Verlauf im Hirnstamm

Fasciculus longitudinalis medialis

  • Zusammenschluss mehrerer Fasergruppen, die zwischen Mesencephalon und thorakalem Rückenmark zu finden sind und auf unterschiedlichen Höhen in den Hirnstamm ein- oder austreten
  • Wichtigste Funktion: Vernetzung einzelner Hirnnerven- und anderer Hirnstammkerne (vor allem der Augenmuskeln) und damit auch die Verschaltung vieler Reflexbögen und Bewegungsautomatismen (Stützmotorik, reflektorische und willkürliche Blickbewegungen)

Fasciculus longitudinalis dorsalis

Das sog. Schütz-Bündel ist eine wichtige Verbindung zwischen Hypothalamus und Hirnstamm und ermöglicht die Kommunikation und Regulation von Zentren des Hypothalamus und parasympathischen Kernen im Hirnstamm bzw. Rückenmark.

Tractus tegmentalis centralis

Die sog. zentrale Haubenbahn zieht vom Mesencephalon zur Olive und leitet Informationen aus motorischen Zentren (z.B. Nucleus ruber, Formatio reticularis) zur Olive.

Hirnnervenkerne

Für weitere Informationen zu den Hirnnervenkernen siehe: Hirnnerven.

Wiederholungsfragen zum Kapitel Hirnstamm

Mesencephalon

Wo liegt das Mesencephalon und in welche Abschnitte kann es von ventral nach dorsal untergliedert werden?

Welche Funktion hat die Substantia nigra und wohin laufen ihre efferenten Bahnen?

Was sind die Crura cerebri und welche Faserbündel verlaufen in ihnen?

Pons

Wo im Hirnstamm wird die Hörbahn verschaltet?

Medulla oblongata

Welche Kerngebiete liegen in der Medulla oblongata?

Hirnstamm-übergreifend: Formatio reticularis

Welche Funktion hat das Atemzentrum? In welcher klinischen Situation wird diese getestet?

Über welchen Neurotransmitter kommunizieren die Raphekerne und was ist ihre Funktion?

Hirnstamm-übergreifend: Hirnstammbahnen

Welche Informationen werden im Lemniscus medialis transportiert? Welche zwei Hirnregionen verbindet er?

Welche Struktur verbindet Hypothalamus und Hirnstamm? Welche Funktion hat diese?

Eine Sammlung von allgemeineren und offeneren Fragen zu den verschiedenen prüfungsrelevanten Themen findest du im Kapitel Beispielfragen aus dem mündlichen Physikum.