Hypothalamus

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Hypothalamus und Hypophyse

In diesem Artikel gewinnen Sie einen Einblick in das hochkomplexe Universum des Hypothalamus. Der im Vergleich zwar eine der kleineren Strukturen im Gehirn ist, doch wichtige, wenn nicht mit die wichtigsten Funktionen für seine Träger erfüllt.

Hier eine Zusammenfassung von ein paar bekannten Fakten über den Hypothalamus. Andere wurden der Übersicht halber weggelassen.

Was ist der Hypothalamus?

Im basalen Diencephalon, dem Zwischenhirn, befindet sich der mandelgroße Hypothalamus mit der ventral anhängenden Hypophyse. Der griechische Name beschreibt seine topografische Lage unter dem taubeneigroßen Thalamus, dem „Tor zum Bewusstein (Kortex)“ als „Unterzimmer“, sprich: Keller.

Benachbarte Strukturen sind der dritte Hirnventrikel mit der Lamina Terminalis und die Kreuzung der Sehbahnen (Chiasma opticum) mit dem Tractus opticus. Der Meister der Drüsen (master gland) fungiert als Mediator zwischen der neuronalen und der hormonalen Signalstraße im Auftrag der Homöostase. Seine Kommunikationswege verlaufen bi-direktional.

Er besteht aus elf Nerven-Clustern, den Nuklei, die für bestimmte Aufgaben verantwortlich sind. Eingehende Informationen kommen hier aus dem Rückenmark an oder werden vom Gehirn verarbeitet und von einem Teil des Gehirns (Hippocampus, Thalamus, Striatum, limbisches System) zum Hypothalamus gesendet.

Neurotransmitter wie Serotonin und Dopamin, ACh, GABA, Glutamat und Noradrenaline, die er nicht selbst bildet, gelangen über diese Axone afferent in den Hypothalamus. So weiß er über Vorgänge im Körper Bescheid, erfährt aber auch, was in der äußeren Umgebung passiert. Gefühle spielen eine Rolle.

Auf Afferenzen reagiert er mit Neurosekretion in die Hypophyse, aber auch direkt in die Blutbahn zu Zielzellen. Denn der Hypothalamus übersetzt Basensequenz der mRNA in Aminosäureketten von Proteinen.

Durch die hypothalamische Proteinbiosynthese entstehen einerseits die Liberine und Statine für die Adenohypophyse, andererseits die Effektorhormone für die Neurohypophyse. Via Releasing- oder Release-Inhibiting-Hormone initiiert oder hemmt der Hypothalamus die Hormonproduktion in der Adenohypophyse, mit dessen Kapillarhaarnetz er über die Nervenfaserbahn Tractus tuberoinfundibularis verbunden ist.

Mithilfe der Adenohypophyse steuert er weitere endokrine Drüsen: Schilddrüse (Thyreotroper Regelkreis), Nebenniere, endokrine Bauchspeichdrüse mit Langerhans-Inseln, Keimdrüsen etc.

Homöostase & Gleichgewicht

In die Neurohypophyse reichen seine Axone. Durch diese Neuronenenden transportiert er Hormonvorstufen, die er mit ihren Neurophysinen translatiert hat. Die Neurohypophyse speichert diese Effektorhormone um sie bei Bedarf von ihren Trägerproteinen abzuspalten und in die Blutbahn abzugeben. Außerdem reichen die Nervenreizleitungen des Hypothalamus efferent zum Thalamus und zur Formatio reticularis.

Der Hypothalamus bewahrt also das innere Gleichgewicht des Menschen, die Homöostase (homeo = gleich, stasis = bleibend), in Anpassung an die wechselnden Bedingungen im inneren und äußeren Milieu, indem er wie ein Trainer seinen Spielern zuruft, Funktionen zu erfüllen.

Funktionen & Aufgaben

Rostral (kopfwärts) koordiniert der Hypothalamus die topotrophe Entspannungswirkung des Parasympathikus‘ und im kaudalen (fußwärtigen) Teil koordiniert er die ergotrope Stressreaktion des Sympathikus‘. Diese beiden Gegenspieler dirigieren die glatten Muskelfasern der Blutgefäße und Drüsen, der Verdauungsorgane und Bronchien (die Lunge wird von beiden Nervensystemen gesteuert).

Der Hypothalamus besteht aus Neuronen, die aus Zellkörper (Soma), Dendriten und Axon aufgebaut sind. Diese verknüpfen sich über die Synapsen zu Klustern, die wie Bundesländer Regionen seines Körpers ausmachen. Die laterale Region mit dem Nukleus perifornical vermittelt über Orexin das Gefühl von Appetit. Erwähnenswert: Hier sitzen Rezeptoren für die psychoaktive Droge Cannabis – verantwortlich für „Munchies“ nach dem „Kiffen“.

Gegenteilig wirkt die ventromediale Kernregion am Tuber cinerum mit dem Sättigungsgefühl – in Reaktion auf afferentes Leptin aus den Adipozyten, das über vorhandene Energiespeicher informiert. Unter Nahrungskarenz bildet der Hypothalamus sowie Bauchspeicheldrüse und Magen Grehlin. Dieses Hungerhormon stimuliert den Appetit und regt in der Adenohypophyse das anabole Somatropin an.

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Schlaf- & Wachphasen

Ein weiteres Kerngebiet am Tuber cinerum ist der Nukleus arcuate, der Faktoren der Statine und Liberine für den Vorderlappen produziert. Das Kerngebiet suprachiasmaticus liegt wie der Name sagt, direkt über (supra) dem Sehnerv im ventralen Hypothalamus.

Mit den non-visuellen Sehnervenfasern der Photosensitivität tauscht dieser Kern durch den Tractus opticus Informationen über die Lichtverhältnisse der Umgebung aus. Wenn das Licht abnimmt, veranlasst der Nucleus suprachiasmaticus die Zirbeldrüse, aus Tryptophan Melatonin zu bilden.

Säugetiere passen dank der retino-tecto-thalamo-corticalen Projektion (Informationsweiterleitung) ihre Schlaf- und Wachphasen der Beleuchtungsintensität an. Der Nukleus suprachiasmaticus setzt den Zeitgeber Licht in den zirkadianen Rhythmus und den Schrittmacher der Erdrotation in den diurnalen Zirkel um („innere Uhr“).

Thermoregulation

Für die Thermoregulation zeigen sich Gebiete in der supraoptischen und rostralen Region verantwortlich.  Thermosensitive Neuronen reagieren auf Hitzesignale in den Hautrezeptoren mit Gefäßerweiterung, Schwitzen, Kurzatmigkeit und Vernachlässigung der Temperaturüberwachung.

Das Zuviel an Hitze wird über Exergie dissipiert. Auf Kälte antworten Neuronen im hinteren Hypothalamus mit Gefäßverengung bis hin zu Zittern und Bibbern. Die Thermosensitivität der Rezeptoren erhöht sich.

Oxytocin – Kuschel-Hormon

Der supraoptische Nukleus translatiert eine Vorstufe von Vasopressin (Antidiuretisches Hormon), während der paraventrikuläre Nukleus Effektorhormone von Oxytocin synthetisiert. Dieses als „Kuschel-Hormon“ bekannt gewordene Neuropeptid wird während des Orgasmus ausgeschüttet, vermittelt Schwangerschaftwehen und Stillzeit. Es verbindet Menschen im Gefühl von Vertrauen und Zärtlichkeit.

Adenohypophysenhormone

Diese effektiven Adenohypophysenhormone aktivieren Zielorgane:

• Das Wachstumshormon Somatropin fördert die Nahrungsverwertung, Fettabbau und Muskelaufbau insbesondere während des Schlafs, in der Pubertät, unter Stress und während des Fastens. Es ist das wichtigste Hormon der Hypophyse. Im getrockneten Zustand füllt das Peptid ca. 10 % der Drüse aus. (Der Hypothalamus inhibiert Somatropin mittels Somastatin.)
• Die Melanotropine begrenzen Fieberreaktionen und regulieren sowohl Hungerempfinden als auch sexuelle Lust.
• Prolaktin fördert Brustwachstum und Milchsekretion während der Stillzeit. (Der Hypothalamus hemmt die Bildung von Prolaktin mittels Dopamin.)

Diese Hormone der Adenohypophyse lösen glandotrope Kaskaden aus:

• Thyreotropin bewirkt die Ausschüttung von Schilddrüsenhormonen mit dem Effekt einer leichten Dejodierung. So entsteht Thyroxin (T4), das sich zu Trijodthyronin (T3) verstoffwechselt. Das wichtige Schilddrüsenhormon T3 setzt sowohl Insulin als auch Somatropin (STH) frei und steigert den Energieumsatz.
• Adrenokortikotropin (ACTH) regt die Nebennierenrinde an, zwischen den Zellen die Kaskade der Insulinsekretion auszulösen. Sie kommuniziert mit dem Schlaf-Wach-Sensor des suprachiasmatischen Nukleus des Hypothalamus. Deshalb ist der Insulinspiegel im Blut morgens am höchsten.
• Außerdem regt das Peptidhormon ACTH die Ausschüttung von Aldosteron in der Nebenniere an. Dieses Stereoidhormon hemmt den Natriumverlust in der Niere über die ableitenden Harnwege und steigert somit den Blutdruck. (Osmoregulation)
• Das gonadotrope follikelstimulierende Hormon (FSH) animiert die Spermatogenese beim Mann und die Follikelbildung bei der Frau. Follikel differenzieren sich im Tertiärstadium zu Thekazellen (Bildung von Testosteron und Estradiol). Sobald FSH in der erforderlichen Menge vorhanden ist, bewirkt es eine Hemmung seiner eigenen Produktion.
• Das Luteinisierende Hormon stimuliert die Bildung von Testosteron im Hoden des Mannes. Bei der Frau bewirkt Lutropin die Ausschüttung von Östrogenen („Stachel der Leidenschaft“) und des Stereoidhormons Progesteron, welches die Gebärmutter auf die Nidation (Einnistung) der Blastozyste (Keimzelle) in das Endometrium (Schleimhaut des Uterus) vorbereitet.

Anatomie & Aufbau

Der Hypothalamus besteht aus Tanycyten, einer speziellen Art von Ependymzellen, während in der Neurohypophse Pituizyten in der Mehrzahl sind. Beide Zelltypen gehören den Gliazellen an, welche Zugänge zu Gefäßen öffnen und schließen können.

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Gemeinsam mit dem Thalamus und dem hinteren Dach des Epithalamus begrenzt der Hypothalamus den dritten Hirnventrikel an seinen lateralen Wänden, während die Lamina terminalis diesen rostral begrenzt. Der Hirnventrikel ist ein liquorgefüllter Hohlraum, der evolutionär aus dem Neuralrohr hervorging.

Vorne im markarmen Hypothalamus sitzen das kleinzellige Kerngebiet praeopticus und die großzelligen neurosekretorischen Nuklei supraopticus und paraventricularis. Diese Kerne besitzen vergleichsweise wenige Dendriten, an die aber viele Synapsen angeschlossen sind.

Im hinteren markreichen Hypothalamus liegt an der Endung des Fornix ein paariger Höcker, der zum limbischen System gehört und mit der Gedächtnisfunktion assoziiert ist: der Mamillarkörper.

Den Boden des Hypothalamus bildet das Tuber cinerum. Dessen wichtigster und größter Kern, der ventromediale Nukleus, bestimmt das Essverhalten. Ein zweiter Kern, der Nukleus infundibular (oder periventrikular) bildet Faktoren für die Adenohypophse. Denn hier verwächst der Hypothalamus über das trichterförmige Infundibulum mit der Hirnanhangsdrüse.

Das Infundibulum enthält den stark vaskularisierten Venenplexus Eminentia mediana, ein zirkumventrikuläre Junktur, in dem die Blut-Hirn-Schranke nicht wirkt. Dieses Neurohämalorgan verbindet Nerven- und Hormonsystem.

Unter dem Hypothalamus im Türkensattel (sella turcica), einer Grube des Knochens, der Gesichtsschädel und Gehirn unterteilt, sitzt das basale Hirnanhängsel. Über diese Grube, die Fossa hypophysialis spannt sich die Diaphragma sellae, ein Abschnitt der Hirnhaut. Die Hirnanhangsdrüse hängt am Hypophysenstiel unter dem Gehirn.

Benachbarte Strukturen

Benachbarte bekannte Strukturen sind die Nasennebenhöhlen, mit Luft gefüllte Pneumationsräume hinter der Nase. Aus den Ganglienzellen der Retina geht der zweite Hirnnerv hervor. Ipsilateraler und kontralateraler Nervus opticus treffen sich in einer Einbuchtung des Keilbeinkörpers, der Mündung des Riechgangs. Über die Keilbeinhöhlen (Sinus Sphenoidales) – transsphenoidal – erreicht der Chirurg zu ca. 90 % einen Tumor der Hypophyse. Zum Kopf hin (kranial) zur Sehnervenkreuzung liegt der Nucleus suprachiasmaticus des Hypothalamus, der die Hell-Dunkel-Signale der Retina in den Tag-Nacht-Rhythmus umsetzt.

Zum Hypothalamus zählt die Neurohypophyse, also das Infundibulum und der Hinterlappen. Die hier gelagerten Hormone (Vasopressin und Oxytocin) stammen aus dem Hypothalamus, denn der Hinterlappen produziert selbst keine Hormone. Auch die sogenannten Herring-Körper an den Enden myelinscheidenarmer Neuronenaxone speichern Neurosekret.

Versorgt wird das Gebiet von den Hypophysenpfortadern. Diese feinverzweigten Gefäßsysteme heißen auch Rete mirabile, lateinisch für Wundernetz. Das Blut fließt vom Hypophysenstiel zur Adenohypophyse, wo die Äste sich zu einem weiteren Kapillarnetz verzweigen. So gelangen die freisetzenden oder hemmenden Hormone vom Hypothalamus über die Blutleitungen direkt in die Adenohypophyse. Der Hinterlappen besitzt ein eigenes Kapillarsystem, das parallel verläuft.

Die Adenohypophyse

Die Chromophoben Gamma-Zellen, azidophile Alpha-Zellen und basophile Beta-Zellen (in der Reihenfolge ihrer Häufigkeit) der Adenohypophyse bilden glandotrope und nicht glandotrope Hormone.

Pars tuberalis umschließt das Infundibulum mit einer gefäßreichen Hülle, so es die horizontal gespannte Hirnhaut Dura mater durchbohrt. Den größten Teil der Adenohypophyse bildet die Pars distalis. Den Übergang beider Hirnanhangslappen formt die Pars intermedia.

Adrenocorticotropine entwickeln sich bei Bedarf durch den Stoffwechsel aus dem Protein Proopiomelanocortin, das auch im Hypothalamus exprimiert wird. Die Pars intermedia produziert z.b. das Melanin, welches für die Haut- und Haarpigmentierung sorgt.

Krankheiten & Beschwerden

Krankheiten, Beschwerden & Störungen von Hypothalamus und Hypophyse

Es gibt verschiedene Erkrankungen und Störungen, die den Hypothalamus betreffen und zu diversen Beschwerden und Symptomen führen. Die häufigsten davon werden nachfolgend im Einzelnen erläutert.

Tumore

Durch die Nachbarschaft von Hypothalamus und Sehbahn verursacht eine Läsion in diesem Bereich vor dem Corpus geniculatum laterale oft Sehstörungen. 5-10 % der Hirntumore sind Optioglikome, pilozytische Astrozytome. Sie betreffen häufiger Kinder und Jugendliche mit einer Prävalenz von ca. 80 %. Die Diagnose erfolgt mithilfe eines Kontrastmittels im CT oder MRT.

Doch auch die Symptomatik des Gesichtsfeldausfalls (homonyme oder heteronyme bilaterale Hemianopsie) verrät, wo sich der Tumor befindet, also in der Sehbahnkreuzung oder am Hypothalamus. Auch eine Hypophysenwucherung kann auf die naheliegende Sehbahnenkreuzung drücken. Ein Gesichtsausfall, der einem Tunnelblick ähnelt, heißt Chiasma-Syndrom.

Das Craniopharyngioma entwickelt sich aus dem embryonalen Gewebe der Hypophyse. Prävalent betrifft es Kinder und Erwachsene ab dem 50.-60. Lebensjahr.

Ein Hypothalamisches Hamartom (ein Tumor, der gleichzeitig mit dem umgebenden Gewebe wächst) verursacht neben Sehstörungen auch epileptische gelastische Anfälle und durch die Ausschüttung des Liberins für Gonatropin einen verfrühten Beginn der Pubertät.

10-15 % aller intrakraniellen Tumore bilden sich aus dem parenchymatischen Zellgewebe der Hypophyse. Auf drei betroffene Frauen kommen zwei betroffene Männer. Die radiologische Klassifikation erfolgt nach der Größe. Wenn das Volumen weiter wächst, zerbricht der knöcherne Boden des Türkensattels und die Schwellung breitet sich bis in die Keilbeinhöhlen aus. Am häufigsten kommen Prolaktinome vor.

Essstörungen

Hormonell bedingte Essstörungen

Endokrine Erkrankungen entstehen, wenn zu viele oder zu wenige Hormone gebildet werden, weil Strukturen z.b. durch Trauma, Entzündung, Zysten, Granulome, Tumore, Ödeme, Obstruktionen, angeborene Deformitäten etc. beeinträchtigt werden. Hypophyseninsuffizienz erfordert eine Substituierung von Hormonen wie Somatropin (z.b. Nutropin), Testosteron für die Gonadenfunktion z.b. bei Kinderwunsch (z.b. Testim Gel), Thyroxin, Hydrocortison, Aldosteron.

Weil der Hypothalamus auch für den Schlaf-Wach-Rhythmus verantwortlich ist, fördert Schlafmangel Überessen und Übellaunigkeit. Eine Läsion im lateralen Hypothalamus kann hingegen Anorexie auslösen und bei Tieren sogar den Hungertod bedeuten – nicht aus Nahrungsmangel, sondern wegen des Appetitverlusts.

AVP

Antidiuretisches Vasopressin: Schwartz-Bartter-Syndrom und Diabetes insipidus

Wenn der Urin trotz ausreichenden Trinkens dunkelgelb ist, spricht dies für eine unzureichende Verdünnung und Wasserausscheidung. Die Ursache kann in den Nierentubuli (Bartter-Syndrom ohne Bluthochdruck) oder in einer schweren Erkrankung des Gehirns (Schwartz-Bartter-Syndrom mit Bluthochdruck) liegen.

Die Diagnose einer hypothalamischen Überproduktion des Vasopressins, dem antidiuretischen Hormon (ADH) spricht für Meningitis, Schädel-Hirn-Traumata, Hirnödem, Aneurysmata oder einen intracraniellen Tumor als Ursache der Hyperhydration.

Eine zu geringe Produktion von Vasopressin äußert sich in einem Diabetes insipidus, der starken Durst und ebenso starke Miktion verursacht (von Polyurie spricht der Arzt ab 3000 ml Harn pro Tag). Der zentrale Diabetes spricht im Kontrast zum renalen (von der Niere ausgehende) auf die Einnahme von Vasopressin an.

Somatropin

Akromegalie und Somatopause

Wenn ein Tumor der Adenohypophyse übermäßige Produktion des Wachstumshormons Somatropin auslöst, kommt es während der Phase des Längenwachstums zum nicht konstitutionellen Riesenwuchs (Gigantismus) mit normalen Proportionen – anders als beim zerebralen genetisch bedingten Sotos-Syndrom ohne Entwicklungsstörungen.

Wenn die Wachstumsfuge zwischen den Röhrenknochen bereits verschlossen ist, wirkt sich der Somatropin-vermittelte Insulinartige Wachstumsfaktor 1 auf knöcherne Terminationen der Extremitäten, den Akren, und auch die Weichteile aus. Via IGF1 fördern auch Krebszellen ihr eigenes Wachstum.

Der Tiefschlaf ist die Phase, in der das Somatropin seine Arbeit vollbringt: Regeneration von Muskulatur, Sehnen und Bindegewebe.

Ein Mangel des anabolen Hormons trifft prävalent Menschen in der zweiten Lebenshälfte parallel zu den Wechseljahren bei der Frau bzw. Andropause beim Mann (weniger Testosteron) und heißt daher Somatopause.

Ein Ausbleiben der Regelblutung nach dem 16. Lebensjahr – ausgenommen während der Menopause, Schwangerschaft oder Stillzeit – über einen Zeitraum von mehr als drei Monaten bildet den pathologischen Formenkreis der Amenorrhö, dem auch eine hypothalamische Hormonstörung zu Grunde liegen kann.

Kortisol

Morbus Cushing und Morbus Addison

Kurzzeitiger Eustress wirkt durch Katecholamine gefäßerweiternd und leistungsfördernd. Doch unter lange andauerndem Distress bewirken Glukokortikoide aus der Nebennierenrinde die Gluconeogenese bei gleichzeitiger Glucagonsekretion (Insulinreduktion und zellulärer Glucoseaufnahmestop).

Eine Unterversorgung mit Kortisol in Verbindung mit einer Braunverfärbung der Haut deutet auf eine Nebenniereninsuffizienz (Morbus Addison) hin. Den Kortisolmangel versucht die Hypophyse durch mehr ACTH zu beheben. Doch die ACTH-Produktion regt Melanozyten zur Einlagerung von Pigmenten an, daher auch der Name „Bronzekrankheit“.

Typische Erkrankungen

Typische & häufige Erkrankungen des Hypothalamus bzw. der Hypophyse im Überblick:

• Hypothalamusinsuffizienz
• Hypothalamisches Hamartom
• Optioglikom
• Chiasma-Syndrom
• Craniopharyngioma
• Gesichtsfeldausfälle/Hemianopsie
• Anorexie
• Hyperphagia
• „hypothalamic rage“
• Morbus Cushing
• Akromegalie
• Prolaktinom/Hyperprolaktinämie
• Schwartz-Bartter-Syndrom
• Pubertas praecox
• Hypophyseninsuffizienz
• Diabetes insipidus
• Pickardt-Syndrom
• hypogonadotroper Hypogonadismus
• Lorain-Kleinwuchs
• Simmonds-Sheehan-Syndrom
• Kallmann-Syndrom
• Amenorrhö
• Agalaktie
• Morbus Addison
• Panhypopituitarismus
• Hypothyreose
• Ovarielle Dysfunktion
• Testikuläre Dysfunktion
• Polyglanduläre Dysfunktion

Häufige Fragen & Antworten

Hier finden Sie Antworten auf häufig gestellte Fragen zum Hypothalamus.

Ist der Hypothalamus eine Drüse?
Im Englischen heißt er auch „master gland“, also Meister der Drüsen.

Welche sind die prominenten Kerngebiete des Hypothalamus?
Grob lässt er sich in medial und lateral unterteilen. Der mediale Part verteilt sich auf die Mammillarkörper unten, den Tuber cinerum mit den Nuklei ventromedial und infundibularis (arcuate) mittig und die supraoptische Region mit den Nuklei supraoptic, paraventrikular und suprachiasmatic.

Welche Empfindungen vermittelt der Hypothalamus?

• Hunger, Appetit oder Sattheit
• Durst
• Schwitzen oder Kältezittern
• Sexuelle Erregung, „Liebe“ und Lust
• Elternschaft
• Wachheit oder Müdigkeit
• Blutdruck, Gefäßweite, Stoffwechselrate