Hypothalamus und Hypophyse: Zwei Wege vom Gehirn zum Hormonsignal

Eine kleine Drüse an einer anatomischen Kreuzung

Der Hypothalamus bildet einen Teil des Zwischenhirns und liegt unterhalb des Thalamus an den Wänden und am Boden des dritten Ventrikels. Nach unten setzt sich der Boden in das Infundibulum fort, den Hypophysenstiel. Unterhalb liegt die Hypophyse in einer knöchernen Vertiefung des Keilbeins, der Sella turcica oder dem Türkensattel. Unter der knöchernen Begrenzung befindet sich die Keilbeinhöhle. Oberhalb des vorderen Hypophysenbereichs liegt die Sehnervenkreuzung. Diese Nachbarschaft ist für die Beurteilung raumfordernder Veränderungen besonders wichtig. [2][20]

Im Hypothalamus sind viele funktionell spezialisierte Nervenzellgruppen angeordnet. Sie verarbeiten Informationen über Körpertemperatur, Wasserhaushalt, Energieversorgung, Tageszeit und Fortpflanzung und stehen mit weiteren Hirnregionen in Verbindung. Von dort reichen Verbindungen sowohl zu autonomen Steuergebieten als auch zur Hypophyse. Auf diese Weise können Verhalten, nervale Organregulation und hormonelle Antworten gemeinsam verändert werden. Der hypothalamische Beitrag reicht von der Freisetzung einzelner Botenstoffe bis zur zeitlichen Abstimmung ganzer Hormonachsen. [2][20]

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Vorderlappen und Hinterlappen entstehen verschieden

Der große glanduläre Teil, die Adenohypophyse, entwickelt sich aus einer epithelialen Aussackung des frühen Munddachs, der Rathke-Tasche. Der größte Anteil heißt Pars distalis. Die Pars tuberalis liegt am Stiel; die Pars intermedia bildet beim Menschen einen vergleichsweise kleinen Übergangsbereich. Im Vorderlappen liegen hormonbildende Drüsenzellen in Verbänden zwischen reichlich Blutkapillaren. Ihre Produkte gelangen nach der Freisetzung in den Kreislauf. [2][11][14]

Die Neurohypophyse entsteht als Fortsetzung des Zwischenhirnbodens. Ihr hinterer Anteil enthält Axone, deren Zellkörper weiter oben im Hypothalamus liegen, sowie spezialisierte Gliazellen, die Pituizyten. Zwischen den Nervenendigungen verlaufen Kapillaren. Ansammlungen sekretorischen Materials in den Axonen können als Herring-Körper auffallen. Vorder- und Hinterlappen liegen dicht beieinander und besitzen dadurch zwei unterschiedliche Gewebearchitekturen mit verschiedenen Bildungs- und Freisetzungsorten ihrer Hormone. [2][11][14]

Der Portalweg führt zu Drüsenzellen

Kleine neurosekretorische Nervenzellen geben ihre steuernden Hormone in ein erstes Kapillarnetz im Bereich der Eminentia mediana und des oberen Stiels ab. Das Blut erreicht dieses Gebiet vor allem über obere Hypophysenarterien. Anschließend führen Portalvenen die Botenstoffe entlang des Stiels zu einem zweiten Kapillarnetz im Vorderlappen. Zwei Kapillargebiete sind damit über Venen hintereinander geschaltet. Dieser lokale Blutweg ermöglicht, dass hypothalamische Signale die Drüsenzellen gezielt und in geeigneter Konzentration erreichen. [2][20][39]

An den Vorderlappenzellen wirken sie an Membranrezeptoren. Releasing-Hormone fördern bestimmte Produktions- und Freisetzungsvorgänge, Inhibiting-Hormone begrenzen sie. Die Hypophysenhormone werden danach in das zweite Kapillarnetz abgegeben und fließen über venöse Wege in den Körperkreislauf. Der erste Teil dieser Strecke übermittelt eine Nachricht vom Gehirn zur Drüse, der zweite deren Antwort an andere Organe. Beide Schritte nutzen das Blut und bleiben durch ihren jeweiligen Bildungsort getrennt. [2][20]

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Die Schilddrüsen- und Nebennierenachsen

TRH, das Thyreotropin-Releasing-Hormon, fördert im Vorderlappen TSH. TSH regt die Follikelzellen der Schilddrüse an und beeinflusst deren Hormonbildung sowie ihr Wachstum. Mit dem Blut erreichen T4 und T3 Zielgewebe im ganzen Körper und wirken auf die übergeordneten Stationen zurück. Diese negative Rückkopplung erlaubt eine fortlaufende Anpassung der weiteren Anregung. Der mehrstufige Aufbau erklärt die Unterscheidung zwischen einer Erkrankung der Schilddrüse selbst und einer Störung ihrer zentralen Anregung. [2][3]

In der Nebennierenachse fördert CRH die ACTH-Freisetzung aus kortikotropen Zellen. ACTH entsteht durch Verarbeitung des Vorläuferproteins POMC und regt vor allem die Cortisolbildung der Nebennierenrinde an. Cortisol wirkt rückkoppelnd auf Hypophyse und Hypothalamus. Die Glomerulosa mit ihrer Aldosteronbildung steht dagegen besonders unter dem Einfluss von Angiotensin II und Kalium. Innerhalb desselben Zielorgans bestehen damit verschiedene Anregungswege. [2][5][18]

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FSH und LH verbinden die Achse mit den Keimdrüsen

Gonadotropin-Releasing-Hormon, GnRH, stimuliert die gonadotropen Vorderlappenzellen. Sie bilden FSH und LH. Im Eierstock unterstützt FSH das Wachstum von Follikeln und deren Östrogenbildung. LH wirkt an weiteren steroidbildenden Zellen und spielt für Eisprung und Gelbkörper eine zentrale Rolle. Im Hoden fördert LH die Testosteronbildung der Leydig-Zellen; FSH wirkt an den Sertoli-Zellen und unterstützt die Bedingungen für die Spermienbildung. Die Zielzelltypen übersetzen dadurch verwandte Signale in unterschiedliche Gewebeaufgaben. [2][39]

Die Keimdrüsen melden ihren Funktionszustand über Sexualsteroide und weitere Botenstoffe zurück. Die Ausschüttung der beteiligten Hormone verändert sich mit Entwicklung, Lebensphase und gegebenenfalls dem Zyklus. Entscheidend ist auch die zeitliche Struktur der hypothalamischen Anregung. Solche Achsen sind dynamische Verbindungen zwischen Gehirn, Vorderlappen und Keimdrüse. Eine einzelne Hormonmessung wird daher zusammen mit dem dazugehörigen physiologischen Zeitpunkt und der übergeordneten Frage ausgewertet. [2][39]

Wachstumshormon wirkt direkt und über IGF-I

Somatotrope Zellen bilden Wachstumshormon, GH oder Somatotropin. GHRH fördert, Somatostatin hemmt seine Freisetzung. Das Hormon wird in einzelnen Schüben abgegeben; Schlaf, Ernährung, Alter und Körperzusammensetzung beeinflussen den Verlauf. GH verändert den Stoffwechsel direkt und unterstützt über Insulin-like Growth Factor I, IGF-I, weitere Wachstums- und Aufbauvorgänge. IGF-I entsteht in der Leber sowie lokal in verschiedenen Geweben und wirkt auf die GH-Steuerung zurück. [2][21]

Während des Wachstums unterstützt diese Achse unter anderem den Aufbau von Knochen und anderen Geweben. Beim Erwachsenen bleibt GH für die Regulation von Substratnutzung und Proteinumsatz wichtig. Ein anhaltender Überschuss vor dem Schluss der Wachstumsfugen kann zu übermäßigem Längenwachstum führen. Nach Abschluss des Längenwachstums steht bei Akromegalie die Vergrößerung bestimmter Knochen- und Weichteilbereiche im Vordergrund. Die Funktion der Achse wird bei passender Fragestellung mit IGF-I und gezielten dynamischen Tests untersucht. [2][21][51]

Prolaktin steht besonders unter hemmender Kontrolle

Laktotrope Zellen bilden Prolaktin. Es unterstützt die Entwicklung der Brustdrüse und die Milchbildung. Hypothalamisches Dopamin erreicht den Vorderlappen über das Portalsystem und begrenzt die Prolaktinfreisetzung. Diese fortlaufende Hemmung ist ein charakteristisches Merkmal der Regulation. Wenn der Kontakt zwischen Hypothalamus und Vorderlappen beeinträchtigt ist, kann deshalb die Prolaktinkonzentration ansteigen. Verschiedene physiologische Zustände, Arzneimittel und Erkrankungen können den Messwert ebenfalls beeinflussen. [2][20]

Der Saugreiz verändert die neuroendokrine Regulation und unterstützt eine erhöhte Prolaktinfreisetzung für die weitere Milchbildung. Gleichzeitig wird Oxytocin aus dem Hinterlappen freigesetzt und bewirkt die Milchejektion. Bildung und Abgabe der Milch greifen damit über zwei unterschiedliche hormonelle Wege ineinander. Prolaktin und Oxytocin haben jeweils eigene Bildungsorte, Zielzellen und Regelungen, obwohl sie bei derselben alltäglichen Funktion eng zusammenarbeiten. [2][20][39]

Der Axonweg führt zum Hinterlappen

Größere neurosekretorische Zellen befinden sich unter anderem in den supraoptischen und paraventrikulären Kerngebieten des Hypothalamus. Dort entstehen ADH und Oxytocin. Sekretvesikel transportieren die Hormone entlang der Axone durch den Stiel bis in den Hinterlappen. Die Nervenendigungen liegen dicht an Blutkapillaren. Treffen Aktionspotenziale ein, führt der Calcium-abhängige Freisetzungsvorgang zur Abgabe der Vesikelinhalte in den Extrazellularraum und anschließend in das Blut. Die Nervenzelle verbindet dadurch räumlich getrennte Bildungs- und Freisetzungsorte. [2][14][20]

ADH heißt auch Vasopressin. Bei steigender Osmolalität fördern entsprechende hypothalamische Signale seine Freisetzung. Änderungen des zirkulierenden Volumens und des Blutdrucks wirken ebenfalls über sensorische und zentrale Verbindungen ein. In der Niere erhöht ADH die Wasserpermeabilität der passenden Sammelrohrzellen. Mehr Wasser kann in den Körper zurückgewonnen werden; der Urin wird konzentrierter. Der Regelweg verbindet so eine im Gehirn erfasste Blutgröße mit einer örtlichen Veränderung des Nierenepithels. [2][39]

Oxytocin verknüpft Dehnung und Kontraktion

Im geburtsbereiten Uterus fördert Oxytocin die Kontraktion glatter Muskelzellen. Dehnungssignale aus dem Geburtskanal können die Freisetzung zusätzlich anregen. Dadurch entsteht während der Geburt eine zeitlich begrenzte positive Rückkopplung. In der Brustdrüse kontrahieren unter Oxytocin die myoepithelialen Zellen um die milchbildenden Endstücke und unterstützen die Weiterleitung der Milch. Beide Beispiele zeigen einen Nervenreiz, eine endokrine Strecke und eine mechanische Antwort des Zielgewebes. [2][39]

Was aus der Anatomie für die Untersuchung folgt

Eine Störung im Hypophysenbereich kann einzelne Zellpopulationen, mehrere Vorderlappenfunktionen, den Stiel oder den Hinterlappen betreffen. Deshalb werden passende Steuer- und Zielhormone zusammen betrachtet. Niedriges FT4 mit fehlender angemessener TSH-Erhöhung lenkt die Frage auf die zentrale Schilddrüsensteuerung. Vermindertes Cortisol wird gemeinsam mit ACTH und bei Bedarf einem Funktionstest beurteilt. Prolaktin, die GH/IGF-I-Achse und Keimdrüsenhormone werden entsprechend der klinischen Frage ergänzt. [2][22][25][27]

Die räumliche Beurteilung durch Magnetresonanztomografie kann anschließend zeigen, ob eine Veränderung der Drüse, des Stiels oder der Nachbarschaft vorliegt. Die Nähe zur Sehnervenkreuzung erklärt die zusätzliche Bedeutung der Sehfunktion bei bestimmten Raumforderungen. Bei ADH-bezogenen Fragestellungen werden Urinmenge, Konzentrationsverhältnisse und die Wasserregulation gezielt untersucht. Die Anatomie hilft so, Laborbefunde und körperliche Funktionen einem nachvollziehbaren Ort und Leitungsweg zuzuordnen. [2][20][51][52]

Im Gesundheitswissen weiterlesen

• Das Hormonsystem
• Schilddrüse und ihre Hormonachse
• Nebennieren: Rinde, Mark und Regulation
• Das Nervensystem
• Wasser, Elektrolyte und Säure-Basen-Haushalt

Die wichtigsten Wege im Vergleich

Wichtige Begriffe

Portalsystem

Zwei Kapillargebiete, die über Venen hintereinander verbunden sind.

Adenohypophyse

Drüsiger Hypophysenanteil mit eigenen hormonbildenden Zellpopulationen.

Neurohypophyse

Neuraler Hypophysenanteil mit hypothalamischen Axonen, Gliazellen und Kapillaren.

[2][11][14][20]

Diese Zusammenhänge vertiefen

• Hormonsystem: Wie Organe ihren Stoffwechsel gemeinsam steuern
• Schilddrüse: Follikel, Hormonspeicher und die Steuerung des Stoffwechsels
• Nebennieren: Rinde, Mark und die Verbindung von Kreislauf und Stoffwechsel
• Das Gehirn: Räume, Strukturen und verbundene Netzwerke