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Meningen, Liquorräume und Blut-Hirn-Schranke

Abstract

Dem Gehirn und Rückenmark liegen außen die drei Hirnhäute Dura mater, Arachnoidea mater und Pia mater auf. Diese bindegewebigen Schichten befestigen, schützen und versorgen das ZNS und halten es in seiner Form. Die drei Hirnhäute sind zum Teil miteinander verwachsen oder durch Hohlräume voneinander getrennt. Der Subarachnoidalraum zwischen Arachnoidea mater und Pia mater ist mit Liquor gefüllt. Zu diagnostischen (und therapeutischen) Zwecken kann dieser im Lumbalbereich punktiert werden. Der Liquor wird von den Plexus choroidei des inneren Liquorraumes gebildet und ungefähr dreimal am Tag komplett ausgetauscht; seine Resorption erfolgt in den Pacchioni-Granulationen und an den Spinalwurzeln. Die Hauptaufgabe des Liquors besteht darin, das Gehirn vor Erschütterungen und anderen mechanischen Krafteinwirkungen zu schützen.

Das Gehirn hat des Weiteren eine besondere Schutzbarriere: die Blut-Hirn-Schranke (BHS). Sie verhindert, dass schädliche Substanzen aus dem Blut ins Hirngewebe übertreten. Nährstoffe können die BHS hingegen passieren und so eine ausreichende Versorgung des Gehirns sicherstellen.

Meningen

Gehirn und Rückenmark werden von Häuten umgeben, die auch Meningen genannt werden. Diese Häute befestigen, schützen und versorgen das ZNS und halten es in seiner Form. Man unterscheidet harte und weiche Hirn- und Rückenmarkshäute. Sie haben zwar einen ähnlichen Aufbau, jedoch einige verschiedene Eigenschaften.

Übersicht der Hirnhäute

Harte Hirn-/Rückenmarkshaut (Pachymeninx, Dura mater encephali/spinalis)

  • Stratum periostale: Äußeres Durablatt
    • Liegt dem Schädelknochen bzw. der Spinalkanalwand eng an und kann auch mit ihnen verwachsen sein
    • Besteht aus straffem, faserreichen Bindegewebe
  • Stratum meningeale: Inneres Durablatt
    • Liegt der Arachnoidea mater an
    • Besteht ebenfalls aus straffem, faserreichen Bindegewebe
    • Durasepten: Duplikatur des inneren Durablattes
      • Falx cerebri: Verläuft zwischen den Großhirnhälften
      • Falx cerebelli: Verläuft zwischen den Kleinhirnhälften
      • Tentorium cerebelli: Verläuft zwischen Groß- und Kleinhirn

Weiche Hirn-/bzw. Rückenmarkshäute (Leptomeninx)

Innervation der Meningen

Man geht davon aus, dass das Gehirn selbst nicht sensorisch innerviert wird, die Verletzung der Meningen wird hingegen als sehr schmerzhaft empfunden.

Blutversorgung der Meningen

Die Blutversorgung der Meningen erfolgt hauptsächlich über die A. meningea media, einen Ast der A. maxillaris.

Zwischenräume der Hirnhäute in Rückenmark und Gehirn

Zwischen Pia und Arachnoidea mater liegt der liquorgefüllte Subarachnoidalraum. Beim Rückenmark ist die Arachnoidea mater mit dem Stratum meningeale der Dura mater verwachsen, beim Gehirn liegen die beiden einander nur an, können jedoch bspw. durch eine Blutung auseinander geschoben werden - es bildet sich dann ein Subduralraum. Umgekehrt sind beim Gehirn beide Schichten der Dura fest verwachsen, beim Rückenmark liegt dazwischen der Epiduralraum.

Rückenmark

(Meninx medullae spinalis)

Gehirn

(Meninx encephali)

Pia mater

Subarachnoidalraum

Arachnoidea mater

Subduralraum
  • Nicht vorhanden
  • Nur im Rahmen von Pathologien vorhanden

Dura mater (Stratum meningeale und Stratum periostale)

Epiduralraum

  • Nur im Rahmen von Pathologien vorhanden

Epiduralblutung
Der Epiduralraum im Gehirn existiert normalerweise nur theoretisch, da Dura mater und Schädelknochen fest miteinander verwachsen sind. Im Rahmen eines schweren Schädel-Hirn-Traumas kann es aber zu einer Ruptur der A. meningea media kommen, die direkt unter dem Schädelknochen verläuft. Das Blut kann dann zwischen Dura mater und Schädelknochen treten und in dem nun entstandenen Epiduralraum ein Hämatom bilden (sog. Epiduralhämatom)

Subduralblutung
Einer Blutung im Subduralraum zwischen Dura mater und Arachnoidea liegt oft eine Ruptur der Brückenvenen zugrunde. Die Brückenvenen verbinden die oberflächlichen Hirnvenen mit den Sinus durae matris. Nach einem Schädel-Hirn-Trauma kann die Subduralblutung einen akuten, nach einem Bagatelltrauma hingegen einen chronischen Verlauf (oft über Wochen) nehmen und äußert sich dann oft durch unspezifische neurologische Symptome.

Subarachnoidalblutung
Der Subarachnoidalraum zwischen Arachnoidea und Pia mater beherbergt die Blutgefäße des ZNS. Eine Subarachnoidalblutung (SAB) ist häufig die Folge einer Ruptur eines Aneurysmas der Hirnbasisarterien.

Liquorsystem

Liquor (auch Nerven- oder Hirnwasser genannt) ist eine klare Flüssigkeit, die Gehirn und Rückenmark umgibt.

Steckbrief Liquor

  • Funktion
  • Volumen: 100–160 mL
  • Zusammensetzung : Klare, farblose Flüssigkeit mit geringem Zellgehalt
    • Zellzahl: <4/μL
    • Lactat: 1,2–2,1 mmol/L
    • Proteine (hauptsächlich Albumin): 15–45 mg/dL
    • Glucose: 40–75 mg/dL

Unter den gelösten Stoffen haben die Proteine, wie z.B. Albumin den größten Quotient aus Konzentration im Blutplasma und Konzentration im Liquor cerebrospinalis (er beträgt etwa 100:1)!

Liquorzirkulation

Liquorbildung

Der Liquor wird von den Plexus choroidei gebildet, die im inneren Liquorraum liegen.

Im Vorderhorn und Hinterhorn der Seitenventrikel gibt es keine Plexus choroidei!

Liquorresorption

Die Liquorresorption findet zum Teil bereits über die Granulationes arachnoidales im Subarachnoidalraum des Gehirns statt, der größte Teil wird jedoch erst im Bereich des Rückenmarks über Aussackungen im Bereich der Spinalnerven resorbiert.

Hydrocephalus
Eine Abflussstörung oder eine Überproduktion von Liquor führt zu einer pathologischen Erweiterung der Liquorräume. Dieses Krankheitsbild bezeichnet man als „Hydrocephalus“ (von griech. hydro = „Wasser“ und kephalos = „Kopf“). Ist die Ausdehnungskapazität der Liquorräume erschöpft, kann es bei den Betroffenen zu einer Erhöhung des intracraniellen Drucks und typischen Hirndruckzeichen (z.B. Kopfschmerzen, Übelkeit, Erbrechen, Koma) kommen.

Liquordiagnostik
Zu diagnostischen Zwecken kann der Liquor punktiert werden. Hierbei kann man bereits die Beurteilung der Farbe und Transparenz des Liquors einen ersten Hinweis auf eine Erkrankung geben: Eine Trübheit des Liquors spricht für eine Entzündung des Hirngewebes oder der Hirnhäute, wohingegen eine Blutbeimengung auf eine Verletzung von Hautgefäßen, oder aber eine Subarachnoidalblutung hindeuten kann.

Liquorräume

Es werden der äußere und innere Liquorraum unterschieden, in denen der Liquor zirkuliert. Beide Räume sind über den vierten Ventrikel miteinander verbunden. Die Bildung des Liquors erfolgt im inneren Liquorraum, während die Resorption im äußeren Liquorraum stattfindet.

Äußerer Liquorraum

Innerer Liquorraum

Der innere Liquorraum setzt sich aus den vier Hirnventrikeln (zwei Seitenventrikel, dritter Ventrikel und vierter Ventrikel), dem Aquaeductus mesencephali und dem Zentralkanal (Canalis centralis) des Rückenmarks zusammen. Er ist von besonderen Gliazellen des ZNS - den sog. Ependymzellen - ausgekleidet. Diese Zellen fungieren als Trennschicht zwischen Liquor und Hirngewebe, sind jedoch für die meisten Moleküle durchlässig, sodass auch Liquor frei ins Hirngewebe diffundieren kann. An ihren Spitzen besitzen die Ependymzellen bewegliche Zellfortsätze, sog. Kinocilien, die den Liquor transportieren. Der innere Liquorraum steht mit dem äußeren Liquorraum - dem Subarachnoidalraum- nur über den vierten Ventrikel im Kontakt .

Seitenventrikel (Ventriculus lateralis primus + secundus; I. + II. Ventrikel)

Dritter Ventrikel

Vierter Ventrikel

Der vierte Ventrikel ist als einziger Ventrikel mit dem äußeren Liquorraum verbunden!

Liquorfluss

Antriebskräfte für den Liquorfluss sind der Sekretionsdruck der Plexus choroidei und die Ependymzellen, deren Kinocilien den Liquor bewegen.

  1. I. und II. Ventrikel: Liquor fließt durch die Foramina interventricularia in den III. Ventrikel
  2. III. Ventrikel: Liquor fließt durch den Aqueductus mesencephali in den IV. Ventrikel
  3. IV. Ventrikel: Hier wird der Liquor des inneren Liquorraumes gesammelt
  4. Aperturae laterales und Apertura mediana: Durch die Öffnungen im IV. Ventrikel fließt der Liquor aus dem inneren in den äußeren Liquorraum
  5. Subarachnoidalraum: Weitere Zirkulation in den Zisternen des Subarachnoidalraums

Blut-Hirn-Schranke

Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist eine wichtige physiologische Schutzbarriere für das Gehirn und verhindert, dass schädliche Substanzen aus dem Blut ins Hirngewebe übertreten. Die Größe und die Ionenladung einer Substanz sind entscheidend dafür, ob sie die BHS passieren kann. Gleichzeitig ist die BHS für wichtige Nährstoffe wie Glucose durchlässig und stellt so die ausreichende Versorgung des Gehirns sicher.

Histologischer Aufbau

Die Blut-Hirn-Schranke hat, vom Blut zum Gehirn hin betrachtet, folgende Bestandteile:

  • Kapillarendothel
  • Basalmembran: Proteinschicht, die die Endothelschicht des Gefäßes vollständig umhüllt
  • Perizyten
    • Sind nicht direkt an der Schrankenfunktion der BHS beteiligt, beeinflussen aber die Durchlässigkeit der Endothelien und den Gefäßtonus
    • Besonderheit im Gehirn: Fähigkeit zur Phagozytose
  • Astrozytenfortsätze
    • Sind nicht direkt an der Schrankenfunktion der BHS beteiligt, beeinflussen aber die Durchlässigkeit der Endothelien durch das Ausschütten von Botenstoffen

Funktion

  • Barriere: Die Blut-Hirn-Schranke ist für viele schädliche Stoffe und Medikamente nicht durchlässig
    • Dabei gilt: Je lipophiler und kleiner ein Molekül ist, desto wahrscheinlicher kann es die Blut-Hirn-Schranke überwinden
    • Spezifische Transporter und Kanäle regulieren die Aufnahme bzw. Abgabe vieler Stoffe
  • Versorgung des Gehirns mit Glucose
  • Aufrechterhaltung der Homöostase
  • Abführung von Stoffwechselabbauprodukten

Zirkumventrikuläre Organe

Für manche Bereiche im Gehirn ist für den Stoffaustausch eine direkte Verbindung zur Blutbahn notwendig, weshalb hier die Blut-Hirn-Schranke meist entweder durchlässiger oder gar nicht vorhanden ist. Dies betrifft in erster Linie Areale in der Nähe des dritten Ventrikels und vierten Ventrikels (sog. zirkumventrikuläre Organe).

Schrankenstörung
Der Begriff „Schrankenstörung“ bezeichnet einen Zustand, in dem die Blut-Hirn-Schranke für gewisse Substanzen gar nicht oder vermehrt durchlässig ist. Ursachen dafür können ein Schädelhirntrauma oder andere Verletzungen sowie Vergiftungen, Entzündungen oder Raumforderungen sein.

Wiederholungsfragen zum Kapitel Meningen, Liquorräume und Blut-Hirn-Schranke

Meningen

Nenne die verschiedenen das Gehirn umgebenden Häute! Welche dazwischenliegenden Räume können unterschieden werden?

Was versteht man unter einer Subduralblutung, was ist deren häufigste Ursache und wie äußert sie sich klinisch?

Was versteht man unter einer Epiduralblutung und wie entsteht sie?

Liquorsystem

Was versteht man unter dem äußeren Liquorraum?

Welcher wesentliche Unterschied besteht in der Zusammensetzung von Liquor und Blutplasma beim Gesunden?

Was versteht man unter dem inneren Liquorraum?

Wo wird der Liquor gebildet?

Was versteht man unter der Fossa rhomboidea?

Wo kann eine ärztliche Entnahme von Liquor erfolgen?

Blut-Hirn-Schranke

Nenne die Bestandteile der Blut-Hirn-Schranke!

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