Hypothalamus: Aufbau und Funktion

Hypothalamus

Der Hypothalamus ist eine Ansammlung verschiedener Kerne im Diencephalon im Zentrum des Gehirns. Der Hypothalamus spielt als primärer Regulator der Hypophyse Hypophyse Hypophyse eine entscheidende Rolle bei der endokrinen Regulation und ist der wichtigste Integrationspunkt zwischen dem zentralen Nervensystem Nervensystem Nervensystem: Aufbau, Funktion und Erkrankungen und dem endokrinen System. Verschiedene Kerne innerhalb des Hypothalamus spielen eine Rolle bei der Hormonregulation und -sekretion, der autonomen Regulation, der Thermoregulation, der Nahrungs- und Wasseraufnahme, dem Schlaf und dem zirkadianen Rhythmus, dem Gedächtnis und dem emotionalen Verhalten. Der Hypothalamus hat sowohl neuronale als auch Gefäßverbindungen mit der Hypophyse Hypophyse Hypophyse. Anomalien im Hypothalamus können zu einer Vielzahl von pathologischen klinischen Zuständen führen.

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Inhalt

Entwicklung

Makroskopische Anatomie

Innervation und Blutversorgung

Funktionen

Klinische Relevanz

Quellen

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Entwicklung

Der Hypothalamus besteht aus 3 Kerngruppen und liegt am Boden des 3. Ventrikels. Er entsteht früh, während der embryonalen Entwicklung.

Neuralrohr

Der erste Schritt in der Entwicklung ist die Bildung des Neuralrohrs.

Neuralplatte entwickelt sich aus Ektoderm Ektoderm Gastrulation und Neurulation
Zentrale Einstülpung zur Neuralrinne mit Neuralfalten zu beiden Seiten → Neuralfalten wachsen aufeinander zu → Verschmelzung zum Neuralrohr (nach 6 Wochen geschlossen)
Aus dem Neuralrohr entwickelt sich das ZNS.

Early embryonic development of the nervous system — Frühe embryonale Entwicklung des Nervensystems
Bild: “The neuroectoderm begins to fold inward to form the neural groove. As the two sides of the neural groove converge, they form the neural tube, which lies beneath the ectoderm” von OpenStax College. Lizenz: CC BY 4.0

Primäre und sekundäre Gehirnbläschen

Aus dem Neuralrohr entwickeln sich 3 “Ausstülpungen”, die primären Gehirnbläschen:

Prosencephalonbläschen (Vorderhirn) → bildet 2 sekundäre Bläschen aus:
- Telencephalonbläschen → Großhirn
- Das Diencephalonbläschen entwickelt sich zu:
  - Thalamus Thalamus Thalamus
  - Hypothalamus
  - Epithalamus (beinhaltet die Epiphyse Epiphyse Aufbau der Knochen/Gl. pinealis/ Zirbeldrüse Zirbeldrüse Endokrines System: Überblick)
  - Subthalamus
Mesencephalonbläschen (keine sekundären Bläschen) → Mesencephalon ( Mittelhirn Mittelhirn Entwicklung des ZNS, Neurocraniums und Viscerocraniums)
Rhombencephalonbläschen → entwickelt sich zu 2 sekundären Bläschen:
- Metencephalonbläschen (Hinterhirn):
  - Pons
  - Kleinhirn Kleinhirn Kleinhirn (Cerebellum)
- Myelencephalonbläschen (verlängertes Mark) → Medulla oblongata Medulla Oblongata Hirnstamm

Neural tube development — Neuralrohrentwicklung:
Primäre und sekundäre Gehirnbläschen
Bild: “The embryonic brain develops complexity through enlargements of the neural tube called vesicles” von OpenStax College. Lizenz: CC BY 4.0

Makroskopische Anatomie

Lokalisation

Im Zentrum des Gehirns gelegen
Kranial des Hirnstamms
Bildet einen Teil der Wände und des Bodens des 3. Ventrikels
Symmetrisch; hat rechte und linke Hälfte

hypothalamus within the brain — Lage des Hypothalamus im Gehirn
Bild: “The cerebrum is a large component of the CNS in humans, and the most obvious aspect of it is the folded surface called the cerebral cortex” von OpenStax College. Lizenz: CC BY 4.0

Benachbarte Strukturen

**Tabelle: Benachbarte Strukturen des Hypothalamus**
Lokalisation/th>	Strukturen
Superior	Thalamus Thalamus Thalamus Boden des 3. Ventrikels
Anterior	Commissura anterior Lamina terminalis
Lateral	Hemisphären
Medial	Medialer 3. Ventrikel
Posterior	Commissura posterior Aquaeductus mesencephali/Sylvii (Verbindung zwischen 3. und 4. Ventrikel)
Inferior	Chiasma opticum Hypophysenstiel und -drüse Hirnstamm Hirnstamm Hirnstamm

Aufbau

Jede Hälfte des Hypothalamus besteht aus 2 Anteilen:

Okzipitaler Anteil: markreich, mit diffusen Fasersystemen
Rostraler Anteil: markarm, enthält die definierten Kerne

Kerngruppen

Der Hypothalamus kann in 3 Kerngruppen unterteilt werden, die sich von anterior (rostral) nach posterior (kaudal) erstrecken. Sie beschreiben die Lage verschiedener funktioneller Kerne im Hypothalamus (die sich alle im medialen Hypothalamus befinden).

Vordere Kerngruppe (chiasmatische Region):
- Ncl. paraventricularis
- Ncll. preaoptici
- Ncl. suprachiasmaticus
- Ncl. supraopticus
Mittlere Kerngruppe (tuberale Region):
- Ncll. tuberales
- Ncl. dorsomedialis
- Ncl. ventromedialis
- Ncl. arcuatus
- Ncl. tuberomamillaris
Hintere Kerngruppe (posteriore Region):
- Corpora mamillaria – Ncll. mamillaris
- Ncl. posterior

Sagittaler Schnitt des Zwischenhirns mit hypothalamischen Kernen und hervorgehobenen Bereichen — Sagittale Darstellung des Hypothalamus und der Hypophyse
Bild von Lecturio.

Innervation und Blutversorgung

Der Hypothalamus ist ein wichtiges Koordinationszentrum im Körper. Über Nerven, Blut und Liquor empfängt er Informationen und sendet Signale.

Afferente Nervenverbindungen des Hypothalamus

Der Hypothalamus erhält afferente Fasern von:

Somatischen Nerven
Viszeralen Nerven
Den Nn. optici
Olfaktorischen Fasern
Dem zerebralen Kortex
Fornix: vom Hippocampus, Teil des Papez-Neuronenkreis
Stria terminalis: Informationen zu Angst- und Stressreaktionen vom Corpus amygdaloideum
Thalamus Thalamus Thalamus
Anderen Kernen im Hypothalamus

Efferente Nervenverbindungen des Hypothalamus

Der Hypothalamus sendet efferente Fasern an:

Fasciculus longitudinalis posterior (Schütz-Bündel): Absteigende Fasern zum Hirnstamm Hirnstamm Hirnstamm und Rückenmark Rückenmark Rückenmark → beeinflussen das periphere autonome Nervensystem Nervensystem Nervensystem: Aufbau, Funktion und Erkrankungen:
- N. vagus
- Sympathische präganglionäre Neurone
Fasciculus mamillothalamis (Vicq d’Azyr-Bündel): Mammillarkörper → Thalamus Thalamus Thalamus (Teil des Papez-Neuronenkreis)
Tractus mamillotegmentalis: Corpora mamillaria → Tegmentum des Mittelhirns ( Hirnstamm Hirnstamm Hirnstamm)
Limbisches System Limbisches System Limbisches System

Verbindungen mit der Hypophyse Hypophyse Hypophyse

Der Hypothalamus ist der Hauptregulator der Hypophyse Hypophyse Hypophyse. Der Hypothalamus ist daher der Schlüssel zur Umwandlung und Integration von Nervensignalen in endokrine Signale. Er ist auf 2 Arten mit der Hypophyse Hypophyse Hypophyse verbunden: über Nervenfasern Nervenfasern Nervensystem: Histologie und über Blutgefäße.

Nervenfaserverbindungen: der Hypothalamohypophysentrakt

Neurone der paraventrikulären und supraoptischen Kerne haben direkte Verbindungen, die im Hypophysenhinterlappen enden.
Sekretiert werden:
- Ncl. paraventricularis: produzieren hauptsächlich Oxytocin (stimulieren Uteruskontraktionen während der Wehen und Laktation Laktation Stillen während der Stillzeit)
- Ncl. supraopticus: produzieren hauptsächlich antidiuretisches Hormon (ADH; ein Vasokonstriktor, der die Aufnahme von Wasser aus den Nierentubuli stimuliert)

Diagram of the nervous connections — Schematische Darstellung der Nervenverbindungen zwischen Hypothalamus und Hypophysenhinterlappen:
ADH: antidiuretisches Hormon
OT: Oxytocin
Bild: “Neurosecretory cells in the hypothalamus release oxytocin (OT) or ADH into the posterior lobe of the pituitary gland” von OpenStax College. Lizenz: CC BY 4.0, bearbeitet von Lecturio.

Blutgefäßverbindungen: das hypothalamohypophysäre Pfortadersystem

Aus Ästen der A. carotis interna
Arterien Arterien Arterien ziehen durch die Eminentia mediana (Bereich des Hypophysenstiels) → werden zu Kapillaren Kapillaren Kapillaren → 1. Kapillarnetz
2. Kapillarnetz umgibt Zellen in der Adenohypophyse.
Neurosekretorische Zellen in der medialen Zone des Hypothalamus haben Efferenzen zur Eminentia mediana und sezernieren Hormone Hormone Endokrines System: Überblick in das Portalsystem:
- Hormone Hormone Endokrines System: Überblick:
  - Corticotropin-Releasing-Hormon (CRH)
  - Thyrotropin-Releasing-Hormon (TRH)
  - Gonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH)
  - Wachstumshormon-Releasing-Hormon (GHRH)
- Freisetzungshemmende Hormone Hormone Endokrines System: Überblick:
  - Somatostatin
  - Dopamin

Diagramm des hypothalamohypophysialen Portalsystems — Hypothalamohypophysäres Pfortadersystem, das den Hypothalamus und den Hypophysenvorderlappen verbindet
Bild: “The hypothalamus produces separate hormones that stimulate or inhibit hormone production in the anterior pituitary” von OpenStax College. Lizenz: CC BY 4.0, bearbeitet von Lecturio.

Gefäßsystem

Arterielle Versorgung:

Der Hypothalamus wird durch den Circulus arteriosus Willisii versorgt:

A. cerebri anterior → Rr. anteromedialis
A. communicans posterior (A. carotis interna) → Rr. posteromedialis
A. cerebri posterior → A. thalami perforans

Circle_of_Willis — Der Circulus arteriosus Willisii: Die A. cerebri anterior, die A. communicans posterior und die A. cerebri posterior versorgen den Hypothalamus mit Blut.
Bild: “Circle of Willis” von OpenStax. Lizenz: CC BY 4.0

Venöse Drainage:

Sinus intercavernos
Hypothalamohypophysäres Pfortadersystem

Funktionen

Überblick

Der Hypothalamus ist ein sensorisches und motorisches Integrationszentrum und ein primärer Regulator des endokrinen und autonomen Nervensystems. Der Hypothalamus spielt eine wichtige Rolle bei:

Hormonregulation und -sekretion
Autonome Effekte (z. B. Herzfrequenz Herzfrequenz Herzphysiologie, Blutdruck, GI-Sekretion und Motilität usw.)
Thermoregulation
Nahrungs- und Wasseraufnahme
Schlaf und zirkadiane Rhythmen
Erinnerungen
Emotionales Verhalten

Präoptische Ebene

Der präoptische Bereich enthält:

Lateraler präoptischer Bereich: eine Fortsetzung der lateralen hypothalamischen Kerne
Medialer präoptischer Bereich:
- Verbunden mit sexueller Erregung und Sexualdimorphismus
- Produziert/sekretiert GnRH → in das hypothalamohypophysäre Pfortadersystem freigesetzt
- Beteiligung an der Thermoregulation
- Läsionen in dieser Region sind verbunden mit:
  - Kontrollverlust über das Sexualverhalten
  - Amenorrhoe Amenorrhoe Kongenitale Fehlbildungen der weiblichen Geschlechtsorgane
  - Impotenz

Vordere Kerngruppe

Die vordere Kerngruppe enthält mehrere wichtige Kerne, darunter (von kranial nach kaudal):

Ncl. paraventricularis:
- Medialer Anteil: synthetisiert und sezerniert Hormone Hormone Endokrines System: Überblick, die die Hypophyse Hypophyse Hypophyse regulieren
  - CRH
  - TRH
  - GHRH
  - Somatostatin (hemmt die Freisetzung von Wachstumshormonen und Thyroidea-stimulierendem Hormon (TSH))
  - Dopamin (hemmt die Prolaktinsekretion)
- Intermediärer Anteil: synthetisiert Hormone Hormone Endokrines System: Überblick, die vom Hypophysenhinterlappen freigesetzt werden
  - Oxytocin (Primärsekretion)
  - In geringen Mengen produziertes ADH
- Lateraler Anteil: hat einige direkte Projektionen zum N. vagus
Ncl. anterior:
- Eine kaudale Fortsetzung des medialen präoptischen Areals
- Beteiligt an Thermoregulation (Kühlung) und Schlaf
- Läsionen in dieser Region können zu Hyperthermie führen.
Ncl. supraopticus:
- Hat direkte Projektionen zum Hypophysenhinterlappen
- Produziert:
  - ADH (hauptsächlich)
  - Oxytocin (kleinere Mengen)
Ncl. suprachiasmaticus:
- Direkt über dem Chiasma opticum gelegen
- Erhält direkte Informationen von der Retina
- „Biologische Uhr“

Mittlere Kerngruppe

Die mittlere Kerngruppe enthält:

Laterale Hypothalamuskerne:
- Beteiligt an:
  - Regulierung von Appetit und Sättigung
  - Verdauungsfunktion
  - Schlaf
  - Schmerzwahrnehmung
  - Blutdruck
- Läsionen können hier zu Folgendem führen:
  - Narkolepsie Narkolepsie Narkolepsie
  - Motilität oder funktionelle GI-Störungen
  - Essstörungen (aufgrund von ↓↓ Appetit)
Ncl. dorsomedialis:
- Beteiligt an:
  - Physiologischen zirkadiane Rhythmen (z. B. Essen und Trinken, Energieverbrauch)
  - Essverhalten
  - Herz-Kreislauf-Reaktion auf Stress
- Läsionen können hier zu Folgendem führen: übermäßigem Essen (Hyperphagie), Fettleibigkeit
Ncl. ventromedialis:
- Beteiligt an:
  - Appetit, Sättigung und Energieregulation
  - Angstreaktion durch afferente Informationen von der Amygdala
- Läsionen können hier zu Folgendem führen: Hyperphagie, Fettleibigkeit
Ncl. arcuatus:
- Ein primärer Regulator des Hypophysenvorderlappens über das hypothalamohypophysäre Pfortadersystem
- Sekretion:
  - GnRH
  - Dopamin → reguliert die Prolaktinsekretion
  - Neuropeptid Y → reguliert Appetit und Körpergewicht
- Läsionen können hier zu Folgendem führen: Galaktorrhö, Hyperphagie

Hintere Kerngruppe

Die hintere Kerngruppe umfasst:

Ncl. posterior:
- Beteiligt an der Thermoregulation (Erwärmung des Körpers)
- Läsionen können zu Hypothermie Hypothermie Hypothermie führen
Corpora mamillaria:
- Beteiligt an der Regulation von Emotionen und dem Erinnerungsgedächtnis
- Eine Verletzung hier kann zu Folgendem führen:
  - Gedächtnisdefizite
  - Pathogenese der Wernicke-Enzephalopathie Wernicke-Enzephalopathie Wernicke-Enzephalopathie und Korsakow-Syndrom

Klinische Relevanz

Zentraler Diabetes insipidus Diabetes insipidus Diabetes insipidus: die Nieren Nieren Niere sind aufgrund eines Mangels an zirkulierendem ADH nicht in der Lage, den Urin zu konzentrieren. Der niedrige ADH-Spiegel ist entweder auf eine verminderte Produktion im Hypothalamus oder eine verminderte Freisetzung aus dem Hypophysenhinterlappen zurückzuführen. Es treten Polyurie Polyurie Kaliumregulation durch die Niere, Nykturie und Polydipsie auf. Ein zentraler und nephrogener Diabetes insipidus Diabetes insipidus Diabetes insipidus werden basierend auf den gemessenen ADH-Spiegeln und der Reaktion auf einen Durstversuch unterschieden. Ein zentraler Diabetes insipidus Diabetes insipidus Diabetes insipidus wird mit Desmopressin behandelt.
Funktionelle hypothalamische Amenorrhoe Amenorrhoe Kongenitale Fehlbildungen der weiblichen Geschlechtsorgane: Häufigste Ursache der sekundären Amenorrhoe Amenorrhoe Kongenitale Fehlbildungen der weiblichen Geschlechtsorgane (Ausbleiben der Menstruation Menstruation Menstruationszyklus länger als 3 Monate). Die funktionelle hypothalamische Amenorrhoe Amenorrhoe Kongenitale Fehlbildungen der weiblichen Geschlechtsorgane resultiert aus der verminderten pulsatilen Freisetzung von GnRH aus dem Hypothalamus, die in Zeiten schwerer körperlicher oder psychischer Belastung auftritt. Die Erkrankung wird am häufigsten in Verbindung mit Essstörungen oder Überanstrengung (häufig bei Sportlerinnen) beobachtet. Die Therapie erfordert in der Regel Ernährungsunterstützung und -beratung.
Hyperthermie: kann auftreten, wenn eine Läsion (Schlaganfall oder ZNS-Schädigung) im Ncl. anterior des Hypothalamus vorliegt, der an der Thermoregulation, insbesondere der Abkühlung des Körpers, beteiligt ist. Eine Schädigung dieser Region verhindert, dass sich der Körper selbst runterkühlen kann.
Narkolepsie Narkolepsie Narkolepsie: tritt auf, wenn der laterale Hypothalamus nicht in der Lage ist, Orexin zu sekretieren, eine Substanz, die in vielen Bereichen des Gehirns die Wachheit fördert. Es kann zu unangemessenem plötzlichem Einschlafen, Kataplexie Kataplexie Narkolepsie, Schlaflähmungen und hypnagoge Halluzinationen kommen.
Hyperprolaktinämie Hyperprolaktinämie Hyperprolaktinämie: erhöhte Prolaktinspiegel im Blut. Obwohl die häufigste Ursache einer Hyperprolaktinämie Hyperprolaktinämie Hyperprolaktinämie ein Prolaktin-sezernierendes Hypophysenadenom Hypophysenadenom Hypophysenadenome ist, kann auch ein Verlust der hemmenden Dopamin-Sekretion durch den Hypothalamus eine Ursache sein. Dieser Zustand kann auftreten, wenn dopaminerge Neurone aus dem Hypothalamus beschädigt sind oder wenn das Infundibulum während einer suprasellären Operation durchtrennt wird. Es kann zu einer Galaktorrhoe (milchiger Ausfluss), Oligomenorrhoe und erektilen Dysfunktion kommen.

Quellen

Castro, A., Merchut, M., Neafsey, E., Wurster R. (2002). Neuroscience: An Outline Approach. St. Louis: Mosby, pp. 369–375.
Saladin, K.S., Miller, L. (2004). Anatomy and Physiology, 3rd ed., pp. 530–531.
Bear, M. (2021). Neuroanatomy, hypothalamus. StatPearls. https://www.statpearls.com/articlelibrary/viewarticle/901/ (Zugriff am 10. August 2021).
Kibble, J.D., Halsey, C.R. (2015). Neurophysiology. Chapter 2 of Medical Physiology: The Big Picture. New York: McGraw-Hill Education. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?bookid=1291&sectionid=75575843
Barrett, K.E., Barman, S.M., Brooks, H.L., Yuan, J.X. (2019). Hypothalamic regulation of hormonal functions. Chapter 17 of Ganong’s Review of Medical Physiology, 26th ed. New York: McGraw-Hill Education. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?bookid=2525&sectionid=204292033 (Zugriff am 10. August 2021).
Duale Reihe Anatomie (4. Auflage, 2017). Georg Thieme Verlag. ISBN 978-3-13-241752-6