Das zentrale Nervensystem
Das menschliche Nervensystem wird in der Medizin üblicherweise in zwei Teilbereiche eingeteilt. Das z entrale Nervensystem (ZNS) wird von Gehirn und Rückenmark gebildet und koordiniert sowohl unsere willkürliche Motorik als auch den sensorischen Input, den es vom peripheren Nervensystem erhält. Das p eriphere Nervensystem (PNS) besteht aus allen Nervenbahnen, die außerhalb des Gehirns und des Rückenmarks liegen. Es verbindet das zentrale Nervensystem mit der Außenwelt und dem Rest des Körpers.
2. GehirnAufbau des Gehirns Das Gehirn lässt sich grob in das Großhirn, das Zwischenhirn, das Kleinhirn und den Hirnstamm einteilen. Das Gehirn setzt sich zusammen aus:
dem Endhirn (Telencephalon)
dem Zwischenhirn (Diencephalon)
dem Kleinhirn (Cerebellum)
dem verlängerten Mark (Medulla oblongata)
der Brücke (Pons)
dem Mittelhirn (Mesencephalon)
Abb. 1: Aufbau des Gehirns
Der Hirnstamm wird gebildet durch:
Medulla oblongata
Pons
Mesencephalon
Der Hirnstamm stellt die Verbindung zwischen Hirn und Rückenmark dar und enthält unter anderem die Nervenzellkörper der Hirnnerven und die Neurone für die Regulation von Atmung und Kreislauf.
Das Großhirn ist in eine rechte und linke Hemisphäre (Gehirnhälfte) unterteilt und gliedert sich in fünf Lappen (lobus, Pl. lobuli), die durch Furchen (sulcus, pl. sulci) voneinander getrennt sind:
Frontallappen (Stirnlappen): Er ist in die Steuerung und Ausführung von Handlungen involviert und gilt auch als Sitz der Persönlichkeit durch die Steuerung des Sozialverhaltens.
Parietallappen (Scheitellappen): Er ist für die Integration von sensorischen Informationen verantwortlich. Auf ihm befindet sich auch der sogenannte Homunculus, eine neuronale Repräsentation unseres Körpers. Der Parietallappen verarbeitet die Informationen, die er aus der Peripherie erhält.
Okzipitallappen (Hinterhauptlappen): ist primär für die Verarbeitung visueller Informationen verantwortlich; in ihm befindet sich das Sehzentrum, in welchem visuelle Informationen ausgewertet werden
Temporallappen (Schläfenlappen): ist der Sitz des Gedächtnisses und das sensorische Sprachzentrum; dieses Sprachzentrum ist meistens nur in einer Gehirnhälfte ausgeprägt; bei 90% aller Menschen befindet sich das sensorische Sprachzentrum außerdem in der linken Hemisphäre
Insellappen (Insula): er ist von außen nicht sichtbar; spielt ein Rolle in der Geschmackswahrnehmung
Abb. 2: Hirnlappen
Das Großhirn ist wie das Rückenmark aus grauer und weißer Substanz aufgebaut. Im Querschnitt findet man die graue Substanz im Großhirn außen und die weiße Substanz im Inneren. In der grauen Substanz (ca. 50% der Gehirnzellen) sind hauptsächlich die Zellkörper der Neurone enthalten, aber auch Gliazellen, Synapsen und Kapillaren. Sie weisen keine Myelinschicht auf. Die Zellkörper der Neuronen sind mit den Synapsen an der Prozessierung, Speicherung und Weiterleitung von Informationen beteiligt. Die Gliazellen und die Kapillaren dienen dem Stoff- und Flüssigkeitstransport und daher der Aufrechterhaltung der Homöostase des Gehirns. Dieser Teil der grauen Substanz wird als Stützgerüst, Versorger und Schutz des Gehirns bezeichnet.
In der weißen Substanz befinden sich die Axone der Nervenzellen, mit deren Hilfe die Informationen innerhalb des Gehirns transportiert werden. Die Myelinscheiden verleihen ihnen ihre weiße Farbe. Im Unterkapitel ‚Neurone und Aktionspotentiale’ findest du mehr Informationen zu diesem Thema. Für einen noch detaillierteren Überblick schaust du am besten in das Unterkapitel zum Nervengewebe im Kapitel ‚Der menschliche Körper’.
Funktionen des Gehirns Das Kleinhirn spielt beim Gleichgewicht und der Motorik des Körpers eine zentrale Rolle und stellt quasi eine funktionelle Verbindung zwischen Großhirn und Rückenmark dar.
Die bedeutendsten Strukturen des Zwischenhirns sind:
der Thalamus
der Hypothalamus
Der Thalamus schaltet die afferenten (aus der Peripherie zum Gehirn führenden) Nervenfasern von Augen, Haut, Ohren etc. und auch von anderen Hirnteilen in seinen Kernen um und die nachfolgenden Nervenzellen leiten diese Signale an die Großhirnrinde weiter.
Der Hypothalamus koordiniert die vegetativen Prozesse und auch die meisten endokrinen (nach innen, ins Blut absondernde) Vorgänge werden von ihm geleitet. Er ist ebenfalls für den Schlaf-Wach-Rhythmus, die körperliche und geistige Entwicklung, das Wachstum, die Fortpflanzung sowie die Regelung des inneren Milieus (Homöostase) verantwortlich.
Dem Hypothalamus übergeordnet ist das limbische System , welches das angeborene und erworbene Verhalten steuert und als Entstehungsort von Motivation, Trieben und Emotionen gilt.
Während die meisten endokrinen Vorgänge unter der zentralen Kontrolle des Hypothalamus stehen, wird die ihm nachgeschaltete Hypophyse (Hirnanhangsdrüse) davon maßgeblich beeinflusst. Die Hormonausschüttung wird sehr oft durch einen nervalen Reiz aus dem zentralen Nervensystem ausgelöst, der im Hypothalamus selbst zu einer Hormonausschüttung führt. Diese Hormone des Hypothalamus beeinflussen die Hypophyse, die in einen Hypophysenvorderlappen (HVL) und einen Hypophysenhinterlappen (HHL) aufgeteilt wird. Die Hormonauschüttung aus dem HVL wird durch übergeordnete hemmende oder freisetzende Hypothalamus-Hormone (Releasing-Hormone oder Release-Inhibiting-Hormone) gesteuert. Die HVL-Hormone steuern periphere endokrine Drüsen (z.B. die HVL-Hormone FSH und LH an den Ovarien und Hoden), aus denen dann erst das Endhormon freigesetzt wird.
Das Großhirn (Cerebrum) ist aus Kerngebieten und Rindenbezirken aufgebaut. Die Basalganglien stellen Kerngebiete für die Motorik, die Kognition und für limbische Regulierungen dar und sind aus folgenden Strukturen aufgebaut:
Nucleus caudatus
Putamen
Globus Pallidus
zum Teil auch aus dem Corpus amygdaloideum (ist zusammen mit anderen Hirnteilen auch Teil des limbischen Systems)
Das Großhirn besteht aus einer linken und einer rechten Hemisphäre, die über den Balken (Corpus callosum) miteinander verbunden sind. Die Hirnrinde (Cortex ) ist in fünf Lappen (Lobuli ) eingeteilt, sogenannte Furchen (Sulci ) trennen diese voneinander. Außerdem wird der Cortex in mehrere Areale (nach Brodmann) eingeteilt, denen auch meist verschiedene Funktionen zugeordnet werden können. Alle bewussten und viele unbewusste Handlungen gehen von der Hirnrinde aus, die auch als eine Art Sammelstation aller bewussten Sinneseindrücke gilt. In den letzten Jahren ist die Forschung zu dem Schluss gekommen, dass der Cortex wohl auch (zumindest zum Teil) Sitz des Gedächtnisses ist.
Das Gehirn wird von einer Flüssigkeit (Liquor cerebrospinalis ) umgeben, die man in äußere und innere Liquorräume (Ventrikel) unterteilen kann. Für die Liquorproduktion ist das Ventrikelsystem verantwortlich - dieses hat auch über den 4. Ventrikel eine Verbindung zum Zentralkanal des Rückenmarks. Der Liquor dient dem Gehirn unter anderem als Schutzfunktion und dem Stoffwechsel der Nervenzellen des ZNS.
Die das gesamte Gehirn umgebenden Hirnhäute sind strukturierte Bindegewebsschichten und gliedern sich von außen nach innen wie folgt:
Dura Mater (harte Hirnhaut, dem Periost der Schädelhöhle anliegend)
Arachnoidea Mater
Pia Mater (weiche Hirnhaut, liegt dem Gehirn direkt auf)
Die Hirnhäute, die das gesamte Gehirn umgeben, ziehen durch das Hinterhauptsloch (Foramen magnum) durch und setzen sich unterhalb davon als Rückenmarkshäute fort. Gemeinsam mit den Hirnhäuten bilden sie die Meningen.
Das aus ca. 108 Nervenzellen (Neuronen) bestehende Rückenmark liegt im Kanal der Wirbelsäule und reicht vom Hinterhauptsloch der Schädelbasis bis zum ersten Lendenwirbel.
Der wichtigste Unterschied zwischen der grauen und weißen Substanz in Großhirn und Rückenmark ist die Aufteilung. Wie oben bereits erwähnt, findet man die graue Substanz im Großhirn außen und die weiße Substanz innen, jedoch ist dies im Rückenmark umgekehrt. Die graue Substanz ist dort zentral schmetterlingsförmig angeordnet und enthält die Nervenzellkörper. Bei der grauen Substanz unterscheidet man ein Vorderhorn von einem Hinterhorn.
Das Rückenmark hat mehrere Segmente, die jeweils für bestimmte Muskelgruppen zuständig sind. Zwischen je zwei Wirbeln entspringt beidseits ein Rückenmarksnerv (Spinalnerv), von dem jeder eine hintere und eine vordere Wurzel enthält. Die hintere Wurzel führt sensorische und die vordere Wurzel motorische Neuronen, welche zusammen insgesamt 31 Paare bilden.
Abb. 3: Anatomie des Rückenmarks
Die motorischen Neurone leiten Signale vom Gehirn weg in das jeweilige Rückenmarkssegment und werden als efferente Neurone bezeichnet. Die sensorischen Neurone leiten Impulse zum ZNS und werden auch afferente Neurone genannt. Diese vereinigen sich zu einem gemischten Rückenmarksnerv, der efferente und afferente Neuronen besitzt und versorgen je eine bestimmte Körperregion. Unmittelbar nach ihrem Austritt aus der Wirbelsäule verzweigen sie sich in dünnere Nerven.
Merkhilfe: Aus Sicht des ZNS: A fferent, wie in A rriving (ankommen). E fferent, wie in E xiting (verlassen).
Der Körper nimmt ständig Informationen durch sogenannte somatische Afferenzen auf, die unter anderem die Berührung der Haut durch Rezeptoren und die Stellung der Gelenke und Muskeln registrieren. Diese Informationen nehmen wir großteils bewusst wahr. Die viszeralen Afferenzen hingegen, die uns zum Beispiel Informationen über den Verdauungsstatus und die Darmfüllung geben, werden vom Gehirn aufgenommen und größtenteils unbewusst verarbeitet.
Bei einer Rückenmarksverletzung werden die Nervenverbindungen zu Sinnesorganen und Muskeln unterbrochen.
Abb. 4: Übersicht über das ZNS
Die Blut-Hirn-Schranke ist eine im Gehirn vorhandene physiologische Barriere zwischen dem Blutkreislauf und dem Zentralnervensystem. Sie schützt das Gehirn vor im Blut zirkulierenden Krankheitserregern, Toxinen und Botenstoffen. Sie stellt einen hochselektiven Filter dar, über den die vom Gehirn benötigten Nährstoffe zugeführt und die entstandenen Stoffwechselprodukte abgeführt werden. Sie dient dazu, die Milieubedingungen (Homöostase) im Gehirn aufrechtzuerhalten und sie von denen des Blutes abzugrenzen. Der wesentliche Bestandteil dieser Barriere sind Endothelzellen und Gliazellen, genauer gesagt Astrozyten. Die Endothelzellen sind über Tight Junctions eng miteinander verknüpft, die Astrozyten über Zonulae adhaerentes . Gemeinsam kleiden sie die kapillaren Blutgefäße zum Blut hin aus.
Abb. 5: Blut-Hirn-Schranke
Blut-Liquor-Schranke
Die Blut-Liquor-Schranke ist die physiologische Grenze zwischen dem Blutkreislauf und dem Liquorsystem des zentralen Nervensystems. Es basiert hauptsächlich auf der Barrierefunktion des Plexus choroideus , dessen Epithel mit Tight Junctions abgedichtet ist. Die Barriere besteht aus dem Kapillarendothel, der Basalmembran und dem nahezu undurchlässigen Plexusepithel.
Bis auf CO2 , O2 und H2 O ist der Stoffaustausch zwischen Blut und Gehirn bzw. Blut und Liquor mehr oder weniger stark beschränkt. Aminosäuren und Glucose sind durch spezielle Transportmechanismen in der Lage transportiert zu werden.
