Hypothalamus

Der Hypothalamus liegt im Zwischenhirn und wird vom Chiasma opticum eingebunden. Nach medial wird er vom 3. Ventrikel und nach kranial vom Thalamus begrenzt. Das Infundibulum verbindet den Hypothalamus mit der Hypophyse.

Funktion

Der Hypothalamus ist das wohl wichtigste Steuerzentrum des Vegetativen Systems, das selbst aus verschiedensten homöostatischen Regelkreisen besteht. Die Bedeutung dieses relativ kleinen Zwischenhirnarreals kann man daraus ersehen, daß selbst geringste Störungen im Hypothalamus Auswirkungen auf die Lebensfähigkeit des Individuums haben. Das gesamte vegetative System hat u.a. folgende Aufgaben:

Aufrechterhalten der Homöostase (Temperatur, Blutdruck, Osmolarität)
Regulation der Nahrungs- und Wasseraufnahme
Circadiane Rhythmik und Schlaf
Steuerung des Sexual- und Fortpflanzungsverhaltens

Um seinen Aufgaben nachzukommen hat der Hypothalamus zum einen zahlreiche neuronale Verbindungen zu anderen Hirnzentren, zum anderen steuert er über Releasing Hormone die Hormonabgabe der Hypophyse. Weiterhin produzieren der Ncl. paraventricularis und der Ncl. supraopticus die Hormone Antidiuretisches Hormon (ADH, Vasopressin) und Oxytocin und geben diese über die Neurohypophyse ins Blut ab.

Regulation der Körpertemperatur

An der Steuerung der Körpertemperatur ist der Ncl. preopticus beteiligt. Er liegt am rostralen Ende des Hypothalamus in direkter Nachbarschaft der Septumregion und des Organum vasculosum laminae terminalis. Efferent projiziert der Ncl. preopticus GABAerg in das Periaquäduktale Grau (PAG) und den Ncl. Raphe magnus, von wo aus die Thermogenese gesteuert wird. Ebenfalls beeinflusst der Ncl. preopticus die Freisetzung von Tyreoliberin (TRH) aus dem Ncl. paraventricularis. TRH wiederum stimuliert die TSH-Ausschüttung, was zu einer Steigerung der Stoffwechselaktivität über die Schilddrüsenhormone führt.

Homöostase der Osmolarität

Der Ncl. paraventrikularis vor allem aber der Ncl. supraopticus produzieren das Nonapeptid Vasopression (Synonym: Antidiuretisches Hormon, ADH oder Vasopressin). Über den Axonalen Transport gelangt dies in den Hypophysenhinterlappen (Synonym: Neurohypophyse) und wird dort in den Hypophysen-Portalkreislauf abgegeben. ADH führt zur verminderten Wasserausscheidung über die Niere und wirkt somit einer Hyperosmolarität entgegen und steigert den Blutdruck.

Regulation der Nahrungsaufnahme

An der Regulation der Nahrungsaufnahme sind mehrere Kerne beteiligt. Sie ist sehr komplex, und es existieren verschiedene Theorien. Die zwei wichtigsten seien hier genannt:

Beteiligt sind der Ncl. arcuatus und der Ncl.paraventrikularis. Sind die Fettspeicher des Körpers gefüllt, schütten die Fettzellen das Hormon Leptin aus. Dieses hemmt im Ncl. arcuatus die Freisetzung von Neuropeptid Y (NPY). NPY wirkt hemmend auf den Ncl. paraventricularis und fördert das Hungergefühl. Leptin inhibiert also die hemmende Wirkung des NPY. Gleichzeitig stimuliert Leptin die Ausschüttung von alpha-MSH, einem Peptid-Hormon, das den Ncl. paraventrikularis über den MC-4 Rezeptor stimuliert und Sattheit signalisiert. Funktionsausfall des MC-4 Rezeptors durch Mutationen führt schon im Kindesalter zu starkem Übergewicht und zum eary onset Diabetes mellitus Typ II.
Nach einer zweiten Theorie wird das Hungergefühl von zwei Teilen des Hypothalamus reguliert: Der laterale Hypothalamus regt bei einer Stimulation den Hunger an, der ventromediale Hypothalamus hingegen hemmt das Hungergefühl bei Stimulation. Diese Erkenntnis führte zur dualen Hypothalamustheorie des Hungers, nach der angenommen wird, dass die beiden Zentren den Beginn und die Beendigung der Nahrungsaufnahme steuern.

Schlaf und Circadiane Rhythmik

Auch an der Regulation des Schlafs und der zirkadianen Rhythmik ist der Hypothalamus beteiligt: Der Ncl. tuberomammillaris produziert den Transmitter Histamin und ein Peptid namens Orexin. Orexin wirkt über bestimmte Rezeptoren auf den lateralen Hypothalamus und führt zu gesteigerter Aufmerksamkeit. Mutationen dieses Rezeptors werden für das Krankheitsbild der Narkolepsie verantwortlich gemacht. Außerdem wird Orexin als wake-up-drug z. B. für Kampfjet-Piloten gebraucht. Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass Schlaflosigkeit zu vermehrter Nahrungsaufnahme und gleichzeitiger Gewichtsabnahme führt, und Orexin Appetit steigernd wirkt. Auch der Ncl. preopticus venterolateralis (VLPO) des Hypothalamus ist beteiligt an der Schlafeinleitung. Läsionen in diesem Kern führen zur Insomnie. Der Ncl. suprachiasmaticus (SCN) enthält direkte Afferenzen aus der Retina. Hier vermuten Forscher den Sitz der Inneren Uhr, Neurone, die für die Circadiane Rhythmik verantwortlich sind. Der SCN kontrolliert sehr stark die Aktivität des Sympathikus. Über dieses vegetative System stimuliert der SCN die Freisetzung von Melatonin aus der Glandula pinealis (Zirbeldrüse). Melatonin wird in den Abendstunden vermehrt ausgeschüttet und trägt zur Schlafeinleitung bei. Die höchste Konzentration findet sich im Blut um 3 Uhr morgens. Die anatomische Verbindung vom SCN zur Glandula pineale führt über den Ncl. paraventrikularis zum Seitenhorn des Thorakalmarks. Von dort aus erreichen sympathische Nervenfasern über eine Verschaltung im Ggl cervicale superior begleitend mit den arteriellen Gefäßen die Glandula pineale (Zirbeldrüse). Diese schüttet circadian mit einem Peak um 3 Uhr morgens Melatonin aus.

Beeinflussung des Sexualverhaltens

An der Beeinflussung des Sexualverhaltens ist u.a. das corpus mamillare beteiligt. Es ist Teil des Papez-Kreis und wird dem Limbischen System zugerechnet.

Der Hypothalamus weist in einigen Kerngebieten einen sexuellen Dimorphismus auf:

Wissenschaftler konnten zeigen, dass der Ncl. preopticus medialis an der Varietät des sexuellen Verhaltens beteiligt ist.
Interstitielle Kerne des anterioren Hypothalamus (INAH1-4) zeigen eine variable Größe in Abhängigkeit von dem Vorherrschen verschiedener Geschlechtshormone vor allem während der frühen Kindheit. Die Größe ist mit dem Alter veränderlich. Außerdem zeigen sich Größenunterschiede zwischen heterosexuellen und homosexuellen Personen.

Alle diese Ergebnisse sind heute noch schlecht kontrolliert, da die Fallzahlen klein und die Größenbestimmung schwierig ist. Zudem sagt die Größe nichts über die Qualität einer Veränderung aus. Sie sind aber ein Beispiel dafür, dass kleine Änderungen in relevanten Hirnarealen große Änderungen des Verhaltens bewirken könnten.

Hormonregulation

Der Hypothalamus reguliert die Hormone im menschlichen Körper. Die wissenschaft ist heutzutage aber leider noch nicht fortgeschritten genug um zu sagen warum der Hypothalamus die Hormonsteuerung übernimmt und welche Hormone der Hypothalamus steuert.

Literatur

Lehrbuch der Physiologie, R. Klinke und S. Silbernagl, 4. Auflage Thieme