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Hypothalamus

    Kurzdefinition: Der Hypothalamus steuert vegetative Funktionen wie Temperatur, Blutdruck, Osmolarität, Nahrungs- und Wasseraufnahme, die circadiane Rhythmik sowie das Schlaf, Sexual- und Fortpflanzungsverhalten. Auch das Bindungshormon Oxytocin wird hier ausgeschüttet, Pubertät und Eisprünge werden ausgelöst. Der Hypothalamus gehört zu einem sehr alten Teil des Gehirns und wird als wichtige Schaltzentrale des Körpers betrachtet, denn er reguliert alle Vorgänge, über die man nicht nachdenken muss, also etwa die Atmung, die Verdauung und den Stoffwechsel und damit die Aktivitäten des vegetativen Nervensystems. Der Hypothalamus vermittelt dem Körper, wann er hungrig oder durstig ist, wann er sich abkühlen oder aufwärmen muss und wann es Zeit zum Schlafen ist. Als Steuerorgan des Hormonsystems reguliert er zusätzlich, wann welche Menge eines Hormons gebildet werden soll, wobei komplexe Strukturen und neuronale Schaltkreise dem Hypothalamus zahlreiche Einflussmöglichkeiten verleihen.

    Der Hypothalamus ist dem Namen nach jene neuronale Struktur, die unterhalb (hypo) des Thalamus im Gehirn liegt. Der Hypothalamus ist die Steuerzentrale des inneren Milieus, d.h., des inneren Gleichgewichts bzw. der Homöostase des Organismus. Der Hypothalamus reguliert die Schilddrüsenfunktion, die Körpertemperatur, das Wachstum, den Schlaf-Wach-Rhythmus, die innere Uhr, den Appetit, die Sättigung, den Energiehaushalt, das Körpergewicht, den Salz- und Wasserhaushalt und den Sexualtrieb. Als oberstes Regulationszentrum ist er daher für die wohl lebenswichtigsten Körperfunktionen zuständig, die hier von  verschiedenen Hormonen gesteuert werden.

    Zellen des Hypothalamus können den Zustand von Blut und Liquor registrieren und über Verbindungen zum vegetativen Nervensystem und die Hormonausschüttung regulierend eingreifen. Die Zellen, aus denen der Hypothalamus besteht, sind äußerst vielfältig, wobei man aktuell über sechzig Subgruppen von Zellen unterscheidet, von denen viele bisher noch nicht beschrieben wurden.  So fand man jüngst spezifische Dopaminneuronen, die direkte Verbindungen zu jenen Zellen zu haben scheinen, die den Schlaf-Wach-Rhythmus, also die zirkadiane Rhythmik, kontrollieren.

    Der Hypothalamus arbeitet dabei mit der Hypophyse (Hirnanhangdrüse) zusammen, die an den Hypothalamus anschließt, wobei der Hypothalamus mittels Releasing-Hormen mit der Hypophyse kommuniziert, die ihrerseits stimulierende Hormone ins Blut ausschüttet, die über den Blutkreislauf in die Drüsen gelangen, in denen daraufhin die eigentlichen Zielhormone ausgeschüttet werden. In diesem Gleichgewichtszentrum werden also die lebenserhaltenden Aktivitäten wie Essen, Trinken und die Körpertemperatur gesteuert, wobei dieses über die Hypophyse mit dem endokrinen System und dadurch mit den Emotionen in Zusammenhang steht.

    Schlafsteuerung durch den Hypothalamus

    Der Hypothalamus steuert auch Neuronen, die beim Schlaf als eine Art Schalter zwischen Wachsein und Ruhe fungieren, wobei der Hypothalamus auch mit widersprüchlichen Informationen umgehen kann, wenn man etwa wach bleiben will, obwohl der Schlafzyklus anzeigt, dass es eigentlich Zeit zum Schlafen ist. Doch haben die Schlaf- und Wach-Neuronen nicht nur eine solche Schalter-Funktion, sondern sind auch an anderen Aktivitäten des Hypothalamus beteiligt, etwa bei der Steuerung des Energiestoffwechsels oder der Körperkerntemperatur, sodass sich einzelne hypothalamische Zellen oder Schaltkreise bei der Kontrolle von Schlaf, Stoffwechsel, Thermoregulation und Energie-Flüssigkeits-Homöostase überschneiden.

    Über Stäbchen und Zapfen nimmt das menschliche Auge Lichtreize wahr und versorgt das Gehirn mit Informationen: über hell und dunkel und über Farben, doch sitzen in unserer Netzhaut noch weitere Zellen, die auf Licht empfindlich reagieren und eine wichtige Rolle für die Eichung der inneren Uhr spielen. Nach Mure et al. (2019) besitzen Menschen mindestens drei unterschiedliche Typen dieser Lichtsensoren, die eine wichtige Rolle für den menschlichen Schlaf-Wach-Rhythmus spielen. Diese reagieren unterschiedlich schnell auf Lichtreize, bleiben länger oder kürzer angeschaltet oder werden nur bei bestimmten Helligkeiten aktiv, wobei diese Lichtsensoren nicht nur mit dem Gehirn in Verbindung stehen, sondern sie arbeiten teilweise auch eng mit den anderen Zellen der Retina zusammen, wodurch sie den von den Stäbchen und Zapfen vermittelten Bildern ergänzende Informationen über Kontrast und Helligkeit hinzufügen. Das kann auch die Lichtempfindlichkeit der Ganglienzellen von manchen Blinden erklären, denn bei diesen passt sich trotz nicht funktionierender Zapfen und Stäbchen und somit de facto ohne Sehfähigkeit die innere Uhr der Betroffenen an den natürlichen Hell-Dunkel-Rhythmus an, d. h., diese Menschen müssen das Licht folglich irgendwie spüren.

    Literatur

    Mure, Ludovic S., Vinberg, Frans, Hanneken, Anne & Panda, Satchidananda (2019). Functional diversity of human intrinsically photosensitive retinal ganglion cells. Science, 366, 1251-1255.
    Roman A. Romanov, Amit Zeisel, Joanne Bakker, Fatima Girach, Arash Hellysaz, Raju Tomer, Alán Alpár, Jan Mulder, Frédéric Clotman, Erik Keimpema, Brian Hsueh, Ailey K. Crow, Henrik Martens, Christian Schwindling, Daniela Calvigioni, Jaideep S. Bains, Zoltán Máté, Gábor Szabó, Yuchio Yanagawa, Ming-Dong Zhang, Andre Rendeiro, Matthias Farlik, Mathias Uhlén, Peer Wulff, Christoph Bock, Christian Broberger, Karl Deisseroth, Tomas Hökfelt, Sten Linnarsson, Tamas L Horvath & Tibor Harkany (2017). Molecular interrogation of hypothalamic organization reveals distinct dopamine neuronal subtypes. Nature Neuroscience.


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