Hirnstamm: Durchgang, Hirnnervenkerne und lebenswichtige Netzwerke

Wo liegt der Hirnstamm?

Von unten nach oben folgen verlängertes Mark, Brücke und Mittelhirn aufeinander. Das verlängerte Mark heißt auch Medulla oblongata, die Brücke Pons und das Mittelhirn Mesencephalon. Nach kaudal geht die Medulla in das Rückenmark über. Rostral schließt das Zwischenhirn an. Hinter Brücke und oberer Medulla liegt das Kleinhirn; drei paarige Kleinhirnstiele verbinden es mit benachbarten Hirnstammabschnitten. Diese Lage erklärt, weshalb Störungen in der hinteren Schädelgrube unterschiedliche Kombinationen von Gleichgewichts-, Hirnnerven- und Leitungsbahnzeichen verursachen können. [5][53]

Die Längsachse des menschlichen Zentralnervensystems knickt im Übergang zum Großhirn ab. Am Hirnstamm bedeutet ventral zur Vorderfläche mit den Pyramiden und der vorgewölbten Brücke; dorsal weist zum Kleinhirn beziehungsweise zum Dach des Mittelhirns. Ein Schnittbild braucht deshalb eine benannte Ebene und Orientierung. Ein vorderes Oberflächenbild und ein waagerechter Schnitt durch die Brücke zeigen dieselbe Region unter verschiedenen räumlichen Bedingungen. Links und rechts beziehen sich stets auf den betrachteten Menschen. [12][53]

Die Vorderfläche als Landkarte

Auf der ventralen Medulla liegen beiderseits der Mittellinie die Pyramiden. Darin verlaufen viele kortikospinale Fasern auf ihrem Weg vom Großhirn zum Rückenmark. Seitlich davon erkennt man die Oliven als längliche Erhebungen. Die untere Olive enthält einen gefalteten Kernkomplex mit wichtigen Verbindungen zum Kleinhirn. Oberhalb folgt die deutlich breitere Brücke mit zahlreichen quer verlaufenden pontozerebellären Fasern. Im Mittelhirn werden ventral die beiden Großhirnschenkel sichtbar; zwischen ihnen liegt die Fossa interpeduncularis. [5][19][53]

Die Hirnnervenwurzeln ordnen sich an diesen Landmarken an. Der Trigeminus tritt seitlich an der Brücke hervor, der Abducens nahe der Mittellinie an deren Unterrand. Fazialis und Vestibulocochlearis liegen weiter lateral im Kleinhirnbrückenwinkel. Hypoglossuswurzeln erscheinen zwischen Pyramide und Olive; Glossopharyngeus- und Vaguswurzeln weiter seitlich hinter der Olive. Der Trochlearis besitzt eine besondere Lage: Er verlässt den Hirnstamm dorsal und zieht anschließend um das Mittelhirn herum. [6][54]

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Hohlräume und dorsale Flächen

Der vierte Ventrikel liegt zwischen Brücke beziehungsweise oberer Medulla und Kleinhirn. Sein Boden wird als Rautengrube bezeichnet. In diese Oberfläche zeichnen sich tiefer liegende Strukturen ein: Der Fazialiskolliculus entsteht durch die räumliche Beziehung des Abducenskerns zum inneren Bogen von Fazialisfasern. Das Wort Fazialis in der Erhebung benennt somit einen Faserverlauf; der zugehörige motorische Fazialiskern liegt an anderer Stelle in der Brücke. [17][19]

Im Mittelhirn verengt sich der Liquorweg zum Aquädukt, der dritten und vierten Ventrikel verbindet. Dorsal des Aquädukts liegt das Tectum mit oberen und unteren Hügeln. Ventrale Abschnitte gehören zum Tegmentum und weiter vorne zur Basis der Hirnschenkel. Rund um den Aquädukt liegt das periaquäduktale Grau. Die Lage zum Hohlraum ist eine besonders verlässliche Orientierung, weil sich Form und Anordnung der übrigen Strukturen über wenige Millimeter verändern. [5][53]

Drei Schnitthöhen, drei unterschiedliche Bilder

Ein Schnitt durch das Mittelhirn auf Höhe der oberen Hügel zeigt Aquädukt und umgebendes Grau dorsal, den Nucleus ruber im Tegmentum und weiter ventral die Substantia nigra. In den Großhirnschenkeln verlaufen absteigende kortikale Fasern. Auf dieser Höhe liegen auch Bestandteile des Okulomotoriuskernkomplexes. Weiter kaudal, auf Höhe der unteren Hügel, ändert sich das Kernmuster; dort hat der Trochleariskern seine typische Lage. Die beiden Hügelpaare gehören zu unterschiedlichen Verarbeitungsnetzwerken für orientierende visuelle beziehungsweise auditive Signale. [5][18]

In einem kaudalen Brückenschnitt liegen längs verlaufende kortikale Bahnen zwischen Brückenkernen und querenden Fasern. Dorsal davon folgt das Tegmentum mit Bahnen, retikulären Anteilen und Hirnnervenkernen; dahinter öffnet sich der vierte Ventrikel. Ein Medullaschnitt auf Olivenhöhe zeigt dagegen die ventralen Pyramiden, seitliche Olivenkerne und dorsal anders angeordnete sensible sowie motorische Kerngebiete. Ein Lernbild kann diese Unterschiede exemplarisch ordnen. Für die genaue Zuordnung einer Läsion müssen Schnitthöhe und betroffene Seite mitbedacht werden. [19][53]

Graue Kerne und weiße Leitungsbahnen

Im Rückenmark liegt die graue Substanz als zusammenhängende zentrale Figur. Im Hirnstamm wird sie durch aufsteigende, absteigende und querende Fasern in zahlreiche Kerngebiete gegliedert. Einige Kerne gehören eng zu Hirnnerven, andere zu eigenständigen Netzwerken wie unterer Olive, Brückenkernen oder Substantia nigra. Der Ausdruck Kern bezeichnet hier eine Gruppe von Nervenzellkörpern im Zentralnervensystem. Ein Ganglion ist demgegenüber eine Nervenzellkörperansammlung im peripheren Nervensystem. [12][53]

Durch diese Kernlandschaft ziehen unterschiedliche Bahnsysteme. Der Lemniscus medialis führt bereits im verlängerten Mark gekreuzte Informationen über differenzierte Berührung, Vibration und bewusste Tiefensensibilität weiter zum Thalamus. Das anterolaterale System enthält unter anderem aufsteigende Schmerz- und Temperaturinformationen. Kortikospinale Bahnen ziehen nach unten; kortikobulbäre Fasern erreichen motorische Hirnnervenkerngebiete. Der Fasciculus longitudinalis medialis verknüpft insbesondere Blick- und vestibuläre Netzwerke. Die Richtung einer Bahn und die Lage ihrer Kreuzung bestimmen gemeinsam, welche Körperseite eine Schädigung betrifft. [14][17][53]

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Hirnnervenkerne: Eingang, Ausgang und Verarbeitung

Motorische Hirnnervenkerne enthalten Nervenzellen, deren Axone zu Muskeln ziehen. Präganglionäre parasympathische Kerne entsenden Fasern, die erst in peripheren Ganglien auf nachgeschaltete Neurone umgeschaltet werden. Sensible Kerne erhalten dagegen Eingänge aus Haut, Schleimhaut, Sinnesorganen oder Eingeweiden. Die zugehörigen primär sensiblen Zellkörper liegen meist in peripheren sensiblen Ganglien. Ein einzelner gemischter Hirnnerv kann deshalb mit mehreren räumlich getrennten Kerngebieten verbunden sein. [20][54]

Der Nucleus tractus solitarii verarbeitet Geschmacks- und viszerale Informationen aus mehreren Hirnnerven. Trigeminale sensible Kerngebiete erstrecken sich über verschiedene Höhen und ordnen unterschiedliche Arten der Gesichtsensibilität. Für Augenbewegungen sind III-, IV- und VI-Kerngebiete mit Blickzentren und Verbindungsbahnen gekoppelt. Am Abducenskern wird die Bedeutung einer solchen Verschaltung besonders deutlich: Neben Motoneuronen für den seitlichen geraden Augenmuskel enthält er Interneurone für das Zusammenspiel mit dem gegenüberliegenden Okulomotoriuskern. [17][20][54]

Die Formatio reticularis als verteiltes Netzwerk

Zwischen den deutlich begrenzten Kernen liegt ein ausgedehntes Netz von Nervenzellen und Faserverbindungen, die Formatio reticularis. Verschiedene Anteile beteiligen sich an Wachheitsregulation, Haltung, Muskeltonus, Schmerzmodulation und vegetativer Koordination. Aufsteigende Verbindungen erreichen unter anderem Thalamus, Hypothalamus und Vorderhirn; absteigende retikulospinale Bahnen beeinflussen spinale Schaltkreise. Der Ausdruck bezeichnet eine organisierte Vielfalt von Zellgruppen mit verschiedenen Zielgebieten. [12][53]

Wachheit entsteht im Zusammenwirken mehrerer Hirnstamm-, hypothalamischer und Vorderhirnsysteme. Dazu gehören auch neuromodulatorische Zellgruppen mit weitreichenden Projektionen. Aktivitätszustände verändern, wie kortikale und thalamische Netzwerke auf eintreffende Signale reagieren. Die anatomische Nähe solcher Systeme zu langen Bahnen und Hirnnervenkernen erklärt, warum eine ausgedehnte Hirnstammschädigung die Bewusstseinslage verändern kann. Aufmerksamkeit und Reaktionsfähigkeit werden bei der Untersuchung jeweils gezielt beurteilt. [39][53]

Atmen, Kreislauf und Schlucken

Respiratorische Netzwerke in Medulla und Brücke koordinieren Atemrhythmus und seine Anpassung. Sie stehen mit chemischen und mechanischen Rückmeldungen, spinalen Atemmuskelmotoneuronen und höheren Zentren in Verbindung. Im verlängerten Mark treffen außerdem viszerale Rückmeldungen aus dem Kreislauf ein. Daraus entstehen über weitere medulläre Verschaltungen Anpassungen des autonomen Ausflusses. Atmung und Kreislaufregulation besitzen somit gemeinsame Nachbarschaften und Verbindungen, während ihre jeweiligen Zellgruppen und Aufgaben unterscheidbar bleiben. [53][54]

Beim Schlucken müssen Zunge, Rachen, Kehlkopf und Atmung zeitlich zusammenpassen. Sensible Rückmeldungen und motorische Ausgänge über mehrere Hirnnerven werden dabei in Hirnstammnetzwerken koordiniert. Auch Husten, Niesen oder Erbrechen umfassen geordnete Muskel- und vegetative Reaktionen. An einem solchen Vorgang lässt sich der Grundbauplan des Hirnstamms nachvollziehen: ankommende Information, örtliche Verarbeitung, abgestimmte Ausgänge und Rückmeldung über das Ergebnis. Bewusste Absicht kann einen Vorgang beginnen, die Feinabstimmung läuft über mehrere Ebenen. [53][54]

Blutversorgung und klinische Lagebeziehungen

Der Hirnstamm erhält sein Blut überwiegend aus dem vertebrobasilären System. Beide Vertebralarterien vereinigen sich zur Basilararterie an der Vorderfläche der Brücke. Kleine durchdringende und umgreifende Äste versorgen unterschiedliche mediale und laterale Gebiete; zusätzliche Beziehungen bestehen zu Kleinhirnarterien. Die Versorgung einzelner Kern- und Bahnregionen erklärt typische, aber je nach Gefäßanatomie variable Ausfallmuster. Für die klinische Zuordnung werden Ort und Umfang der betroffenen Kern- und Bahnregionen gemeinsam betrachtet. [11][53]

Bei manchen umschriebenen Hirnstammläsionen treten Zeichen im Gesicht auf der Läsionsseite gemeinsam mit Zeichen am gegenüberliegenden Körper auf. Dies ergibt sich aus dem Nebeneinander örtlicher Hirnnervenausgänge und bereits gekreuzter langer Bahnen. Welche Kombination entsteht, hängt von Höhe und Ausdehnung ab. Bildgebung untersucht die Gewebeläsion; die neurologische Untersuchung prüft beispielsweise Augenbewegungen, Pupillen, Gesichtsmotorik, Sprache, Schlucken, Kraft, Sensibilität und Koordination. Die beiden Zugänge ergänzen die örtliche Zuordnung. [17][20][53]

So liest man ein Hirnstammbild

Für die Orientierung helfen nacheinander drei Fragen: Welcher Hohlraum ist zu sehen? Welche äußeren Landmarken oder großen Kerngebiete bestimmen die Höhe? Wo liegen die zugehörigen langen Bahnen? Aquädukt, vierter Ventrikel und Übergang zum Zentralkanal geben die erste Richtung vor. Substantia nigra, quer gegliederte Brückenbasis und untere Olive unterscheiden weitere Ebenen. Erst danach lohnt es sich, kleine Hirnnervenkerne und Faserbündel im jeweiligen Schnitt zuzuordnen. So wächst aus einer dichten Namenlandschaft eine räumlich nachvollziehbare Anatomie. [5][19][53]

Drei Höhen und ihre Orientierungspunkte

Wichtige Begriffe

Mesencephalon

Mittelhirn; rostraler Hirnstammabschnitt mit Aquädukt, Hügelplatte und Hirnschenkeln. [5]

Pons

Brücke; Hirnstammabschnitt mit ventralen Brückenkernen und Querfasern sowie dorsalem Tegmentum. [19][53]

Medulla oblongata

Verlängertes Mark zwischen Brücke und Rückenmark. [53]

Formatio reticularis

Verteilte Zellgruppen mit weitreichenden Verbindungen innerhalb des Hirnstamms und zu weiteren Hirngebieten. [53]

Im Gesundheitswissen weiterlesen

• Das Gehirn: Räume, Strukturen und verbundene Netzwerke
• Das Rückenmark: Segmente, Bahnen und lokale Netzwerke
• Hirnhäute und Liquor: Schichten, Kammern und Austauschwege
• Das autonome Nervensystem: Organregulation in verbundenen Kreisen

Diese Zusammenhänge vertiefen

• Die zwölf Hirnnerven: Ursprünge, Schädelöffnungen und Aufgaben
• Kleinhirn: Aufbau, Verschaltungen und die Abstimmung von Bewegung