Eine Reise durch die Physiologie - Wie der Körper des Menschen funktioniert
Funktionen der Hirnnerven
© H. Hinghofer-Szalkay
Facialis: facies = Gesicht
Glossopharyngeus: γλῶσσα = Zunge, φάρυγξ = Rachen
Hypoglossus: ὑπό = unter, γλῶσσα = Zunge
Okulomotorius: oculus = Auge, motor = Beweger (movere = bewegen)
Olfactorius: olfacere = riechen, wittern
Opticus: ὀπτικός = zum Sehen gehörend
Trigeminus: tria = drei, geminus = Zwilling
Vagus: vagari = umherziehen, umherstreifen
Als
Hirnnerven werden z.T. "nach außen gewachsene" zerebrale Fasersysteme (N. I,
II), z.T. aus dem Hirnstamm entspringende Nerven (III bis X, XII) bezeichnet; auch ein
aus dem Halsmark entspringender Nerv (XI) gehört dazu.
Gehirnnerven enthalten
motorische, sensorische und vegetative (autonom-nervöse) Fasern. Zum
Großteil sind sie hochspezialisiert (Olfactorius für den Geruchssinn;
Opticus für den Gesichtssinn; Oculomotorius, trochlearis und abducens
für Augenbewegungen; Vestibulocochlearis für Gehör- und
Gleichgewichtssinn), teilweise haben sie gemischte Funktionen, z.B. der
Vagusnerv (Muskelsteuerung, Eingeweide, sensorische Afferenzen). Der
Accessorius hat ausschließlich motorische Aufgaben; der Fazialis
kommandiert vor allem die Mimik.
Die Funktion der Gehirnnerven wird nur im Zusammenhang mit ihren
peripheren Anbindungen einerseits, und vor allem den Verschaltungen im
Gehirn andererseits verständlich. Einige von ihnen arbeiten weitgehend
unabhängig von anderen (Sehen, Hören etc), andere sind funktionell eng
miteinander verknüpft. So ist die Tätigkeit der okulomotorischen N.
III, IV, und VI ein Gesamtpaket, getrennt würden sie keine sinnvolle Funktion ausüben.
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Während die meisten Nerven des Körpers aus dem Rückenmark (dem
entwicklungsgeschichtlich ältesten Abschnitt des Zentralnervensystems)
entspringen, sind Hirnnerven (zumindest weitgehend) direkt mit dem
Gehirn verbunden - die meisten mit dem Hirnstamm (
s. dort).
Hirnnerven befassen sich u.a. mit der Afferenz von (phylogenetisch meist
jüngeren) Sinnesinformationen (wie Gesichts-, Gehör-,
Gleichgewichtssinn), steuern die Motorik des Kopf- und Halsbereichs und
haben autonom-nervöse Aufgaben.
>Abbildung: Hirnnerven
Nach einer Vorlage in Netter's Atlas
Hirnnerven enthalten
motorische, sensorische und vegetative Fasern - teils sind sie hochspezialisiert (sensorisch: z.B. Olfactorius,
Opticus, Vestibulocochlearis; motorisch: z.B. okulomotorische Nerven, Accessorius), teilweise haben sie gemischte Funktionen (Vagus, Facialis, Trigeminus)
Der Anteil an motorisch-efferenten,
sensorisch-afferenten und autonomen (vegetativen) Fasern ist je nach
Hirnnerv sehr unterschiedlich:
Beispielsweise führt der Sehnerv (II) nur afferente,
die motorischen
Augenmuskelnerven (III, IV, VI) nur efferente Information;
der
Vagusnerv (X) hat 80% afferente und 20% efferente Fasern usw.
Die
Numerierung richtet sich nach anatomischen Kriterien (rostro-kaudale
Abfolge der Austrittsstellen am Gehirn).
Afferente viszerale Information
aus dem Kopfbereich (kranial) ist mechano- und chemosensibel und wird
über vier Hirnnerven zugeleitet: Trigeminus (V) - Gesichtsbereich,
Facialis (VII) - Geschmack, Glossopharyngeus (IX) - Gaumen und oberer
Oropharynx, und Vagus (X) - Brust- und Baucheingeweide (außer Becken).
Efferente viszerale Information
gelangt über den Oculomotorius (III) - Ziliarganglion - innere
Augenmuskulatur, Facialis (VII) - ggl. sphenopalatinum - Tränendrüse,
chorda tympani - Sublingual- und Submaxillardrüse, Glossopharyngeus
(IX) - ggl. oticum - Parotis, und Vagus (X) - Herz, Lunge, Leber, Milz,
Gastrointestinaltrakt, Nieren - in die Peripherie.
Motorisch steuern Gehirnnerven die Muskeln im Kopf- und Halsbereich
(äußere Augenmuskeln: III, IV, VI; Kaumuskulatur: V; Gesicht: VII;
Hals: IX-XII).
Oft sind an einem motorischen Ablauf mehrere Hirnnerven
beteiligt, z.B. beim Schluckakt:
Die motorischen
Efferenzen, welche den Schluckakt - mit einer pharyngealen,
laryngealen und oesophagealen Phase - steuern, umfassen den N.
trigeminus, facialis, glossopharyngeus, Vagus, Accessorius und
Hypoglossus.
Was die
Gehirnnerven tun, ist als Gesamtmuster zu verstehen; ihre zerebrale
Organisation deutet auf einen im Vergleich zu Rückenmarksnerven höheren
funktionellen Anspruch hin.
I: Nervus olfactorius (Riechnerv)
Seine Fasern sind sensorischer Natur und leiten Impulse vom Riechorgan
zum Gehirn. Im Bulbus olfactorius (mit einigen hundert Glomeruli, an
denen Impulse von Mitralzellen umgeschaltet werden, auf die wiederum
Information von mehr als tausend Sinneszellen konvergiert) wird die
Geruchsinformation aufgearbeitet und dabei modifizierender Einfluss aus
dem limbischen System berücksichtigt.
Untersuchung: Aromatische Riechstoffe, Reizstoffe
II: Nervus opticus (Sehnerv)
Er sendet Impulse von der Retina zum Gehirn. Die Fasern des tractus opticus (nach der Sehnervenkreuzung) ziehen zum corpus geniculatum laterale (~90%), zum Mesencephalon (~10%) und einige wenige zum Hypothalamus.
Untersuchung: Fundus (Augenspiegel), Gesichtsfeld (Perimetrie), Farbsinntestung (Ishihara-Tafeln)
III: Nervus oculomotorius
<Abbildung: Okulomotorius-Kernkomplex
Nach einer Vorlage bei www.aoo.org (C. Gralapp)
Alle Muskeln werden durch eigene Kerne ipsilateral (ungekreuzt) innerviert (hellrot) - bis auf den m. rectus sup., der kontralateral
(gekreuzt) innerviert wird (dunkelrot). Parasympathische Fasern (blau:
Edinger-Westphal-Kern → Ziliarganglion) innervieren den m. sphincter
pupillae (→ Miosis) und den Ziliarmuskel (→ Akkommodation)
Er steuert vier äußere (quergestreifte) Augenmuskeln: Rectus superior,
medialis und inferior, obliquus inferior (bis auf den rectus sup. alle ipsilateral, <Abbildung). Außerdem ermöglicht er - parasympathisch - die Erhöhung der Brechkraft (Akkommodation) durch Stimulation des Ziliarmuskels, sowie die Pupillenverengung (Miosis) durch Anregung des sphincter pupillae.
Die Akkommodation
geht vom visuellen Kortex aus; die Verbindung läuft über die Nucll.
praetectales des Diencephalon zum Nucl. accessorius nervi oculomotorii
(Edinger-Westphal-Kern) im Mittelhirn. Ein Teil der Fasern kreuzt über
die commissura epithalamica zur Gegenseite, was die Symmetrie der
Reaktionen erklärt (konsensueller Reflex). Die Umschaltung von prä- auf postganglionär erfolgt im Ziliarganglion (<Abbildungen>).
Untersuchung: Pupillentestung, Augenfolgebewegungen, Lider (Ptosis?)
Dieser kleine Hirnnerv steuert den obliquus superior (schrägen oberen Augenmuskel).
Untersuchung: Augenfolgebewegungen
Der Drillingsnerv versorgt Gesicht, Mund, äußere 2/3 der Zunge und dura
mater des Gehirns mit sensiblen Fasern. (Sensorik im Bereich von Nase,
Ohren und Schlund wird durch Facialis, Glossopharyngeus und Vagus
bereitgestellt.) Er leitet Information betreffend Berührung, Vibration,
Zwei-Punkt-Diskriminierung, Propriozeption und Schmerz.
>Abbildung: Trigeminussystem und parasympathische Ganglien
Nach einer Vorlage in Wilson-Pauwels et al, Cranial Nerves - Function & Dysfunction. Mcgraw-Hill Professional, 3rd ed. 2010
Die drei Hauptäste sind der N. ophthalmicus (V1), N. maxillaris (V2) und N. mandibularis (V3).
Im ganglion submandibulare enden parasympathisch-präganglionäre Fasern aus dem nucl. salivatorius superior des Facialiskomplexes,
die über die Chorda tympani und den N. lingualis (Zweig des N.
mandibularis) laufen; postganglionäre Fasern erreichen dann (über den
N. lingualis) die Unterzungen- und Unterkiefer-Speicheldrüsen (das
Ganglion enthält auch sympathische Fasern aus dem plexus caroticus, die hier nicht umschalten).
Gas ganglion ciliare empfängt Fasern aus dem Edinger-Westphal-Kern des N. oculomotorius und steuert Miosis und Akkommodation im Auge. Das ganglion pterygopalatinum schaltet parasympathisch-sekretorische Fasern aus dem nucl. salivatorius superior des Facialisnerven für Tränen-, Nasen-, Gaumen- und Rachendrüsen sowie für Gefäße des Gesichts und Gehirns um. Das ganglion oticum erhält parasympathische Fasern des N. glossopharyngeus (aus dem nucl. salivatorius inferior) und sendet postganglionäre Impulse zur Parotis
Der Trigeminus besteht aus drei Ästen, dem N.
ophthalmicus, maxillaris und mandibularis (>Abbildung). Dabei versorgen diese drei Hauptäste folgende Gebiete:
Ophthalmischer
Ast: Hornhaut, benachbarte Bindehaut, Haut auf Nasenrücken und
Nasenspitze, Nasenschleimhaut, frontoparietale Teile der Kopfhaut,
Oberlid, supratentoriale Meningen
Maxillarer Ast: Infra- und postorbilate Haut, Haut der Oberlippe, Nasenflügel, obere Mundschleimhaut, obere Zahnreihen
Mandibularer
Ast: Kiefergelenk, Haut der Unterlippe, untere Mundschleimhaut, untere
Zahnreihen, Schleimhaut am vorderen Teil der Zunge. Parasympathische
Fasern aus dem nucl. salivatorius superior schalten im ggl. submandibulare um, das am N. lingualis "hängt" (>Abbildung)
Die afferenten Fasern der Trigeminusäste projizieren auf mesenzephale, pontine und spinale Teile des Trigeminus-Kernkomplexes
(>Abbildung); hier existiert auch eine geordnete (somatotope)
Organisation der sensorischen Meldungen aus der Peripherie.
Der pontine
Kern ist der Nucleus principalis nervi trigemini (Pr5) für feines Tastempfinden (epikritische Sensibilität) der Gesichtsregion.
Kaudal schließt der spinale sensorische Trigeminuskern an - mit den Unterkernen Nucleus oralis (Sp5O), interpolaris (Sp5I) und caudalis
(Sp5C, unmittelbar über dem ersten Zervikalsegment).
Die
Projektionen in die Trigeminuskerne sind somatotopisch gegliedert, mechanosensible Afferenzen werden präzise zugeordnet. Der spinale Kern empfängt auch Schmerzimpulse über Aδ-Fasern, Sp5C auch über C-Fasern. Tiefenschmerz
ist nicht gut lokalisierbar, bedingt durch synaptische
Verteilungsmuster, die trigeminale Schmerzimpulse auf weite Areale
verteilen. Insbesondere Sp5C-Neurone können sensibilisiert werden (Allodynie) und erhöhte Schmerzanfälligkeit bedingen.
Zahnschmerz wird oft in benachbarte Gesichts- und
Halsregionen projiziert, umgekehrt können Schmerzen aus Muskeln, von
den Ohren, sogar vom Herzen in die Gesichtsregion ausstrahlen.
Afferente Fasern informieren das Gehirn über sensorische
Reize - taktil, thermisch, Schmerz - aus Gesicht, Mundschleimhaut,
Zähnen, den äußeren 2/3 der Zunge, sowie den Meningen (dura mater);
motorische Trigeminusfasern innervieren die Kaumuskulatur.
Großkalibrige afferente Fasern bringen taktile Information an Neuronen
im Trigeminuskern (diese Schaltung ist analog dem Hinterhorn im
Rückenmark), dessen Neurone die Seite kreuzen und zum nucl. ventralis
posterior des Thalamus ziehen.
Bezüglich der Schmerzleitung und -verarbeitung gibt es im Bereich des
Trigeminus Besonderheiten. Trigeminaler Schmerz umfasst Nozizeption im
Bereich der Hornhaut, der Meningen und der Zähne - Gebiete, in denen fast nur Schmerz zur Empfindung kommt.
Untersuchung: Hornhautreflex; Sensibilität; Motorik (Mundöffnung, Kauen, Masseterreflex)
Der N. abducens
innerviert den m. rectus lateralis.
Zur
Steuerung der Augenmuskeln allgemein s.
dort, durch das Vestibularissystem s.
dort
Ausfall führt zu
Schielstellung - strabismus convergens, Innenschielen - des Augapfels.
Untersuchung: Augenfolgebewegungen
<Abbildung: Facialisbahn
Nach einer Vorlage in Wikimedia / Patrick J. Lynch
Stirn- und Lidmuskeln werden über den oberen Facialiskern bilateral versorgt; der untere Facialiskern vermittelt an die übrige mimische Muskulatur nur seitengekreuzte Projektionen aus dem kontralateralen Präfromtalkortex
Der Gesichtsnerv
steuert die mimische Muskulatur sowie den m. stapedius.
Die Leitung von Geschmacksinformation aus den vorderen 2/3 der Zunge
wird ihm zugezählt. Weiters versorgt der Fazialis alle Kopfdrüsen
(außer der Parotis) mit parasympathischen Fasern (ggl. pterygopalatinum, >Abbildung oben).
Defekte im Bereich
dieses Hirnnerven machen sich in einer - partiellen oder totalen -
(einseitigen) Lähmung der Gesichtsmuskulatur bemerkbar (Facialisparase).
Bewegungen der mimischen Muskulatur werden
im gyrus praecentralis geplant und die entsprechenden Impulse über
fibrae corticonucleares zu den Facialiskernen im Hirnstamm geleitet.
Diese bestehen aus zwei Zellgruppen:
Die obere Neuronengruppe projiziert auf die Lid- und Stirnmuskulatur und wird von beiden Gehirnhälften angesteuert (<Abbildung).
Die untere Neuronengruppe steuert die restliche mimische Muskulatur und wird ausschließlich von der kontralateralen Hemisphäre versorgt.
Differentialdiagnose: Bei einer Facialisparese vom zentralen Typ ist die Stirn-Augen-Partie von der Lähmung ausgespart, weil diese bilateral repräsentiert ist. Die Symptomatik peripherer Facialisparesen richtet sich nach den betroffenen Nervenästen.
Untersuchung: Schirmer-Test
(Tränenproduktion über parasympathische Fasern des N. petrosus
superficialis major); Geschmacksprüfung; Stapediusreflex (Hyperakusis
bei Facialisparese);
Mimik (Stirnrunzeln, Augen schließen, Nase rümpfen, Zähne zeigen)
VIII: Nervus vestibulocochlearis
Der N. vestibulocochlearis (früher: N. statoacusticus, Hör- und Gleichgewichtsnerv) leitet Impulse von der Hörschnecke und dem Gleichgewichtsorgan an den Hirnstamm.
Nährers s. in den entsprechenden Kapiteln.
Untersuchung: Hörprüfung; Nystagmus, Lagerungsproben
IX: Nervus glossopharyngeus
Der Zungen-Rachen-Nerv
bringt Information aus dem hinteren
Zungenabschnitt zum Gehirn. Er versorgt die Ohrspeicheldrüse mit
parasympathischen Fasern (ggl. oticum, >Abbildung oben) und kommandiert die Rachenmuskulatur. So steuert er den Schluckakt: Der Schluckreflex
wird durch Reizung von Mechanorezeptoren in der Schleimhaut
(Zungengrund, Gaumen, Rachenhinterwand) getriggert. Afferente Fasern
laufen teils im N. glossopharyngeus, teils im N. vagus zum
“Schluckzentrum” im Hirnstamm.
Der Glossopharyngeus vermittelt Information über Geschmackstoffe auf der Zunge. Er leitet weiters afferente Impulse vom sinus caroticus (Blutdruckregulation) und glomus caroticum (Atemregulation) zum Kreislauf- und Atemzentrum. Der Pharyngealreflex (Würgreflex) läuft teils über den IX, teils den X. Hirnnerven.
Das ganglion inferius (ggl. petrosum) des N. IX enthält Zellkörper von am Baroreflex beteiligten afferenten Fasern.
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Untersuchung: Prüfung auf Bitterempfindung, Sensibilität; Speichelsekretion; Würgereflex
>Abbildung: Versorgungsgebiet des Vagusnerven
Nach einer Vorlage bei Benjamin Cummings 2001
Der
Vagusnerv hat 80% afferente (taktil, Geschmack, vegetativ) und 20%
motorische / parasympathisch-efferente Fasern. Er steuert Muskeln des
Kehlkopfs und Rachens sowie der oberen Speiseröhre. Er übermittelt
Mechanosensibilität aus dem Pharynx, gustatorische Impulse vom
Zungengrund, sowie Sensibilität aus dem Bereich des äußeren Ohres.
Zahlreiche sensible Fasern vermitteln Information aus Hals-, Thorax-
(Herz, Lunge) und Abdominalbereich (viszerale Afferenzen). Diese
Verbindungen werden für Reflexe genutzt
Der Vagusnerv
ist - wie der N. glossopharyngeus - ein gemischt viszeromotorischer,
somato- und viszerosensibler Kern. Er ist der größte des
parasympathischen Systems und beteiligt sich an der Regulation der
meisten
inneren Organe (>Abbildung). 20% der Fasern des Vagus leiten Impulse
in die Peripherie, 80% sind afferent.
Der Vagus transportiert sensible
Information vor allem aus dem Eingeweidebereich (von Hals bis
proximalem Colon), was u.a. für den Ablauf autonom-nervöser Reflexe von
Bedeutung ist, vermittelt aber auch Somatosensibilität aus Zunge,
Rachen, Ohrbereich. Weiters beteiligt er sich am Geschmacksempfinden.
Motorische Fasern steuern Kehlkopf, Rachenmuskulatur und den oberen
(quergestreiften) Ösophagus.
Der Vagusnerv leitet afferente Impulse aus der Wand des Aortenbogens (Blutdruckregulation) und aus den glomera aortica (Atemregulation)
zum Kreislauf- und Atemzentrum. Er wirkt auf das Herz negativ chrono- und dromotrop, d.h.
verlangsamend und die Erregungsleitung entschleunigend. Von Rachenwand
und Kehldeckel sendet er Geschmacksinformation an das Gehirn. Der
dorsale Vaguskern (<Abbildung) wirkt allgemein-viszeromotorisch: Er fördert die Darmtätigkeit, z.B. regt er die
Säureproduktion im Magen an und ermöglich die "gastrische
Akkommodation" (Erschlaffung der Magenwand bei Füllung) über einen
vago-vagalen Reflex.
<Abbildung: Hirnstamm von dorsal
Nach einer Vorlage bei neupsykey.com / cranial-nerves-and-cranial-nerve-nuclei
Afferenzen links, Efferenzen rechts
Zu den Kerngebieten des Vagus gehören (<Abbildung)
der speziell-viszeromotorische nucl. ambiguus, den er sich mit dem N. glossopharyngeus teilt und mit diesem gemeinsam die Muskulatur des Pharynx und quergestreifter Anteile des Ösophagus teilt;
der allgemein- (parasympathisch) viszeromotorische nucl dorsalis für die parasympathische Versorgung des Körpers vom Hals- bis Abdominalbereich;
der Solitariuskern (nucl. tractus solitarii),
der viszerosensible Impulse von Atemapparat, Barorezeptoren (Herz,
Aortenbogen), Speiseröhre und Gastrointestinaltrakt verarbeitet.
Untersuchung: Sprechprüfung, Gaumensegel, Kehlkopf; vegetative Funktionstests
S. auch dort
Der - eigentlich aus dem hohen Rückenmark entspringende - N. accessorius
("Beinerv") innerviert den m. sternocleidomastoideus und
trapezius. Damit steuert er die Positionierung des Kopfes in Relation
zum Rumpf (wie Kopfdrehung oder -streckung), u.a. im Rahmen von Halte-
und Stellreflexen. (Die Afferenzen von Muskel- und Sehnenspindeln
dieser Muskeln laufen vermutlich über den plexus cervicalis.)
Untersuchung: Kopf drehen, Schulter heben
Der Unterzungennerv steuert die Motorik der Zunge (m. genioglossus,
hypoglossus, styloglossus). Dadurch wird z.B. das Herausstrecken der
Zunge oder ihre Verkrümmung zur Seite gesteuert.
Bei Ausfall der
Funktion des N. XII kommt es zu Symptomen der Hypoglossuslähmung - Schwierigkeiten beim Sprechen, Kauen, Trinken, Schlucken (Abweichung der Zunge auf die erkrankte Seite).
Untersuchung: Zunge symmetrisch herausstreckbar? Atrophisch?
Die Informationen in dieser Website basieren auf verschiedenen Quellen:
Lehrbüchern, Reviews, Originalarbeiten u.a. Sie
sollen zur Auseinandersetzung mit physiologischen Fragen, Problemen und
Erkenntnissen anregen. Soferne Referenzbereiche angegeben sind, dienen diese zur Orientierung; die Grenzen sind aus biologischen, messmethodischen und statistischen Gründen nicht absolut. Wissenschaft fragt, vermutet und interpretiert; sie ist offen, dynamisch und evolutiv. Sie strebt nach Erkenntnis, erhebt aber nicht den Anspruch, im Besitz der "Wahrheit" zu sein.
