Blodtilførsel til hjernen

Hjernearterier
(sett fra bunnen, høyre temporallapp delvis fjernet)
Forberedelse av hjernen med arteriae vertebrales , arteriae basilaris , cerebellar arteries og en komplett circulus arteriosus hos mennesker (perspektiv som i figuren ovenfor)

Den blodtilførsel til hjernen, er den del av blodet som forsyner den hjernen med oksygen , glukose og andre næringsstoffer og fjerner metabolske produkter og karbondioksid . Det er underlagt noen anatomiske og fysiologiske særegenheter. Årsaken til dette er at hjerneorganet har et veldig høyt basalt stoffskifte - den menneskelige hjerne bruker allerede en femtedel av kroppens totale oksygenbehov i hvile. Også nervecelleri motsetning til andre kroppsceller, klarer de ikke å oppfylle energikravene i tilstrekkelig grad uten oksygen, dvs. anaerobt . Det er derfor flere sikkerhetssystemer for å sikre kontinuerlig tilførsel av oksygen og substrat.

Fire store arterier forsyner hjernen til mennesker og de fleste pattedyr med oksygenrikt blod (gammelt navn: "arterielt blod"). Det er to på hver side av nakken , de indre halspulsårene (Arteriae carotides internae) foran og vertebrale arterier (Arteriae vertebrales) bak . Etter å ha passert gjennom hjernen strømmer blodet av via spesielle venøse cerebrale blodledere (sinus durae matris) , som har noen særegenheter sammenlignet med venene .

Grunnleggende

Blodvolumet per 100 ml hjernemateriale er i underkant av 4 ml i hvile. Den normale blodstrømmen i menneskelig hjernevev er mellom 40 og 50 ml blod per 100 g vev per minutt. Det er betydelig høyere i gråstoffet (90 ml / 100 g / min) enn i det hvite stoffet (25 ml / 100 g / min). Et fall i blodstrømningshastigheten med halvparten kan lett kompenseres (blant annet ved høyere oksygenutmattelse). Imidlertid fører et fall under 20 ml / 100 g / min til å begynne med til reversible sviktfenomener. Når blodstrømningshastigheten synker til mindre enn 15 ml / 100 g / min, dør cellene gradvis i løpet av få minutter til noen få timer . Mindre enn 10 ml / 100 g / min tolereres ikke av nervecellene - den endelige celledød skjer innen åtte til ti minutter.

anatomi

I det følgende beskrives den anatomiske situasjonen hos mennesker - hvis ikke annet eksplisitt er angitt.

For den grunnleggende strukturen i sirkulasjonssystemet, se hovedartikkel: Blodsirkulasjon og blod

Sideelver

Arterier som forsyner hjernen: halspulsåren (foran) og vertebralarterien (bak)

Det er vanlig å skille en fremre og bakre krets i sideelvene, selv om det er forbindelser mellom de to, såkalte anastomoser .

Fremre krets

Hovedbidraget til arterieinnstrømningen er gitt av høyre og venstre indre halspulsårer ( arteria carotis interna dextra et sinistra ), som oppstår fra den vanlige halspulsåren ( arteria carotis communis dextra et sinistra ) på hver side av nakken. Halspulsåren er i sin tur en av de viktigste utsalgsstedene fra aortabuen . Din puls kan lett bli følt i front av head turner muskelen ( Musculus sternocleidomastoideus ).

Etter inn i skallen gjennom halskanalen , et fartøy grener av fra arteria carotis interna på hver side av øyet ( oftalmiske arterie ). Etter å ha sluppet ytterligere mindre grener, deler den seg i hovedstammene i den fremre sirkulasjonen, den midtre cerebrale arterien ( Arteria cerebri media ) og den fremre cerebrale arterien ( Arteria cerebri anterior , hos dyr som kalles Arteria cerebri rostralis ). Den førstnevnte forsyner siden ( lateral ), den sistnevnte mot den midterste ( mediale ) delen av hver hjernehalvdel, med unntak av deler av temporal lobe og hele occipital lobe , som mates fra bakre krets. De dype kjerneområdene ( basalganglier , thalamus ) har en blandet tilførsel. De to fremre hjernearteriene er forbundet med den veldig korte fremre kommuniserende arterien .

Situasjonen er annerledes med drøvtyggere : Her lukkes delen av den indre halspulsåren som ligger utenfor hjernehulen etter fødselen, og bare den delen som ligger inne i skallen forblir åpen. Dette får deretter blodtilførselen sekundært fra maxillary arterie ( maxillary artery ). I området av munnen til disse forsyningsgrenene dannes et fint, vidt forgrenet nettverk av mindre kar, som anatomistene kaller et mirakelnettverk ( rete mirabile ). Selv hos voksne katter lukkes den delen av den indre halspulsåren som er utenfor hjernehulen . Her overkjevens arterien i seg selv danner et under-nettverk ( rete Mirabile arteriae maxillaris ) fra hvilken flere grener ( rami retis ) kjøres gjennom den orbitale sprekk i kraniet og overtar blodtilførselen til den fremre sirkulasjon.

Bakre krets

Høyre og venstre vertebrale arterier ( arteria vertebralis dextra et sinistra ), som oppstår fra kragebeinarteriene ( arteria subclavia ) og løper langs livmorhalsen , har en mindre diameter enn halspulsårene. De passerer gjennom åpninger i tverrprosessene i de øvre seks livmorhvirvler . De to vertebrale arterier gå inn i kraniet gjennom foramen magnum og forene seg på nivået av den kaudale bro for å danne det uparede basilære arterien .

Vertebrale arterier i sine terminale segmenter og basilararterien sender grener til hjernestammen og lillehjernen ( A. cerebelli inferior posterior , A. cerebelli inferior anterior , A. cerebelli superior ). Over broen deler arteria basilaris seg igjen og blir til de to bakre hjernearteriene , noe som resulterer i arteriene occipitales mediale eller de laterale delene og de bakre områdene av hjernen , samt deler av diencephalonforsyningen . En bakre kommuniserende arterie , som varierer i styrke, forbinder den bakre hjernearterien på hver side med den indre halspulsåren.

Sett fra siden av venstre halvkule
Medial utsikt over venstre halvkule

Forsyningsområder i hjernebarken :

Arteria cerebri anterior (fremhevet blå)
Arteria cerebri media (rød)
Arteria cerebri posterior (gul)

Varianter

Omtrent en tredjedel av normalpopulasjonen viser avvik i det enkelte løpet av de beskrevne fartøyene fra denne "lærebokssaken": En eller flere Aa er veldig vanlige . communicantes hypoplastisk . Stammen til A. cerebri anterior kan også være hypoplastisk, i hvilket tilfelle fartøyet på motsatt side overtar forsyningen via A. communicans anterior . Den embryonale forsyningstypen er den ensidige eller bilaterale utgangen av den bakre hjernearterien fra halspulsområdet, den bakre kommuniserende arterien danner deretter sin første strekning og den vaskulære sengen i hjernen er i sistnevnte tilfelle fullstendig forsynt av den fremre sirkulasjonen. Mange mennesker har en ensidig vertebralarterie som er svak eller ikke i det hele tatt.

Disse variantene er i seg selv uten sykdomsverdi og kompenseres fullt ut for friske mennesker, men kan være en risikofaktor for hjerneslag i enkelttilfeller. Ytterligere kar, slik som en hjernearterie som tilbehør, eller rester av embryonale anastomoser, som trigeminusarterien, er også sjeldne .

Circulus arteriosus hos sau ( forberedelse av korrosjon )

Forbindelser mellom fremre og bakre sirkulasjon

Den fremre kommuniserende arterien , den første delen av den fremre hjernearterien , en kort del av den indre halspulsåren , den bakre kommuniserende arterien og den første delen av den bakre hjernearterien , sett på begge sider sammen, danner en ringformet forbindelse under hjernebunnen ( circulus arteriosus cerebri Willisi ). Denne karringen representerer et anastomotisk system som forbinder strømningsområdene til de indre halspulsårene og basilararterien anatomisk, men ikke alltid tilstrekkelig funksjonelt. I prinsippet (dvs. med tilstrekkelig tilpasningstid), kan det imidlertid gjøre det mulig for et enkelt hovedkar å opprettholde hele blodstrømmen til hjernen.

Kapillær seng

De kapillærer i hjernen danner det faktum at endotelcellene med tette forbindelser er fast forbundet med hverandre, en ugjennomtrengelig for større molekyler (ugjennomtrengelighet) barrieren, den blod-hjerne-barrieren . I mindre grad bidrar også kjellermembranen og den uavbrutte populasjonen av kapillærene med astrocyttfremspring til dette. Blod-hjerne-barrieren beskytter hjernen mot potensielt skadelige stoffer som sirkulerer i blodet.

Kapillartettheten er forskjellig i de enkelte regionene i hjernen og tilsvarer vanligvis ganske nøyaktig den gjennomsnittlige metabolske aktiviteten i det respektive området. I motsetning til i resten av kroppen, er hårkarene i hjernen alltid oversvømmet; det er ingen reservekapasitet.

Avløp

De venøse bihulene

Hjernen har små venyler og vener som andre organer, men de kjøres uavhengig av arteriene. De er delt inn i en dyp ( Venae profundae cerebri ) og en overfladisk ( Venae superficiales cerebri ) gruppe. Den største cerebrale venen er Magna cerebri ( Galen ) venen, som bare er ca 1 cm lang, under splenium i stangen . Det oksygenfattige blodet samles i anatomisk spesialkonstruerte cerebrale blodledere , sinus durae matris : Dette er duplikater av de harde hjernehinnene , som er fôret på innsiden med endotel . De bihulene danner et sammenkoplet system og til slutt strømme inn i de indre halsvenene .

Embryonal utvikling

Opprinnelsen til individuelle vaskulære segmenter fra de embryonale grenarkene (her nummerert fortløpende på latin)

Den første embryonale utviklingen er den parede dorsale aorta og den også parrede ventrale aorta , som er forbundet med seks grenarkearterier . I den videre utviklingen trekkes enkelte vaskulære seksjoner tilbake, mens andre blir betydelig sterkere. De venstre fjerde branchial bue arterie utgjør den aortabuen , ventral aorta mellom den tredje og fjerde branchial bue arteriene danner den felles karotidarterie, og den ytre halsarterie og dets grener i den rostrale området . Den tredje grenarkearterien blir den første delen av den indre halspulsåren , som fortsetter inn i dorsal aorta. Avsnittet av aorta dorsalis mellom tredje og fjerde forgreningsarterie er derimot tilbaketrukket (se figur motsatt). Den primitive indre halspulsåren deler seg i en kranial og en kaudal gren ved foten av den fremtidige hjernen. Førstnevnte danner opprinnelig den fremre hjernearterien og den fremre koroidearterien rundt den 4. embryonale uken; den senere mye sterkere hjernearterien i media utvikler seg ikke fra en av flere sidegrener før rundt den 9. uken . Den kaudale grenen sender segmentale arterier til nevralrøret hvorfra blant annet cerebellare arterier er avledet. Rundt den 7. uken av embryoet gir denne grenen også den bakre hjernearterien . Rundt samme tid smelter de to delene av den kaudale grenen sammen foran hjernestammen og danner den uparede basilararterien . Vertebrale arterier er dannet fra sammensmelting av mindre langsgående anastomoser (liggende i kroppens lengderetning) mellom de primitive segmentale arteriene i nakkeområdet. De etablerer en forbindelse til den tidlige basilararterien . Rundt den 9. uken blir strømningsretningen i basilararterien reversert opp til nivået av den bakre hjernearterien , slik at den nå hemodynamisk tilhører det bakre vaskulære systemet med alle datterkarene. Til slutt dannes den fremre kommuniserende arterien ved delvis fusjon av de fremre hjernearteriene .

fysiologi

Trykk-strømningskurve: I området med grå bakgrunn (gjennomsnittlig arterietrykk) forblir cerebral blodstrøm nesten konstant

Et av "sikkerhetssystemene" for å beskytte mot for lite, men også for høy perfusjon er automatisk regulering av hjerneblodstrømmen. De motstands fartøyene holde det effektive blodtrykket i hjernen (såkalte perfusjonstrykk, som resulterer fra forskjellen mellom det systemiske blodtrykket og intrakranielt trykk ) nesten konstant gjennom ulike komplekse beslektede kontrollmekanismer, mens den systemiske blodtrykket kan variere mellom 50 og 170 mmHg. Disse inkluderer den Bayliss virkning , reguleringen av den sympatiske og parasympatiske innervasjon av større skip og direkte til myocytter av glatt muskulatur som virker endokrine og kjemiske faktorer ( pH , adenosin , kalium og andre). Grensene for denne tilpasningen skifter oppover med vedvarende høyt blodtrykk ; Langvarig, dårlig kontrollert diabetes mellitus kan svekke den generelle autoreguleringsevnen.

Hjerneområder med økt neuronal aktivitet får mer blod. Mekanismene for dette fenomenet, kjent som reaktive hyperemi eller neurovaskulær kopling , omfatter omsetning av motstands fartøyene til den lokale karbondioksyd -partialtrykk , andre vasoaktive faktorer og nevrogene kontroll av vasotonus, men er ikke fullt ut forstått i detalj.

Måle- og visningsmetoder

Karene som forsyner hjernen kan visualiseres med avbildningsmetoder , spesielt med angiografi . Et radioaktivt kontrastmedium brukes til angiografi for digital subtraksjon ; under screening med røntgen blir skjelettdelene eliminert. Dette betyr at bare karene som kontrastmediet flyter gjennom vises.

En nyere metode er den tredimensjonale rekonstruksjonen av magnetiske resonanstomografibilder etter administrering av kontrastmiddel ( MR-angiografi ). Dette fortrenger stadig mer invasiv angiografi. Det er også kvalitativt dårligere MR-sekvenser for vaskulær bildebehandling uten kontrastmedier (time-of-flight magnetisk resonansangiografi). Vaskulær avbildning er også mulig med computertomografi etter administrering av kontrastmiddel. Omskrevne endringer i mikrosirkulasjonen kan visualiseres med positronemisjonstomografi , SPECT og med et spesielt (oksygenmetningsvektet) MR-signal ( FET kontrast ). Optiske metoder er avhengige av å måle endringer i hemoglobinkonsentrasjonen . De kan bare brukes til å måle endringer i blodstrømmen nær overflaten.

Den ekstrakraniell Doppler og dupleks Sonografi tillater vurdering av fartøyet tverrsnitt, vegg endringer og strømningsegenskaper i det store ekstrakraniell (utenfor hodeskallen) fartøy. Ved hjelp av transkraniell doppler- og duplekssonografi hos voksne er det mulig å måle strømningshastigheter og profiler for utvalgte intrakranielle kar gjennom kranialkalotten eller foramen magnum i det tidsmessige ”benvinduet” så vel som transorbitalt (gjennom øyehulen) og transnuchal (over nakken) . I barndommen er dette mye lettere, og parametrene for blodgjennomstrømning kan undersøkes gjennom fontanelen og inn i arteriae cerebri anteriores uten problemer.

patologi

Iskemisk hjerneslag

Hjernen til et sau med okklusjon av arteria cerebri media , hvis grener fremdeles er gjenkjennelige som blodløse hvite tråder

En plutselig lukking av en av karene beskrevet ovenfor fører vanligvis til hjerneslag, den raske død av hjernevev i det aktuelle området. De respektive feilene (nevrologiske underskudd) kan vise seg veldig annerledes, fra diskrete, nesten helt ubemerkede feil til bevisstløshet og død. Avhengig av varigheten av avbrudd i blodtilførselen og reversibiliteten til symptomene, er det forbigående iskemiske anfallet (TIA) differensiert fra et fullstendig infarkt. Ved okklusjoner i fremre sirkulasjon dominerer hemiplegi , afasi (taleforstyrrelser) og følsomhetsforstyrrelser , i bakre sirkulasjon, men synsfeltunderskudd , svimmelhet , ataksi (koordineringsforstyrrelse) og nedsatt bevissthet. Iskemiske infarkter er vanligvis forårsaket enten av arteriosklerotiske innsnevringer av de store forsyningsbeholderne med påfølgende plakkbrudd og trombose eller av oversvømmelse av blodpropp ( emboli ), som kan forekomme spesielt ved atrieflimmer .

Blør

Et annet problem oppstår når blodårene sprekker og blødninger oppstår. Også her er et bredt spekter av symptomer mulig , avhengig av blødningens beliggenhet og omfang . Ekstremt høyt blodtrykk kan også føre til blødning i hjernevevet, spesielt hvis blodkarene blir skadet.

Blødning forårsaket av traumer påvirker vanligvis subdural eller epidural plass . Mange mennesker bærer små aneurismer på karene i hjernebunnen uten å engang innse dem. Det plutselige bruddet fører til det svært akutte bildet av subaraknoidal blødning .

Dreneringsforstyrrelse

Utstrømningen av blod kan også forstyrres. De viktigste symptomene på disse mer kroniske sykdommene er hodepine , mangel på driv , kramper og synsforstyrrelser . Denne gruppen av lidelser inkluderer sinustrombose , cerebral venetrombose og, ifølge noen forfattere, også pseudotumor cerebri .

Sirkulasjonssvikt

Hvis hele blodtilførselen mislykkes (for eksempel i tilfelle hjertestans ), oppstår en generell oksygenmangel, kjent som global hypoksi, i hjernen. Så etter omtrent ti sekunder kommer det til bevisstløshet . Hjernevev begynner å dø ut etter bare to-tre minutter av svikt og hjerne død oppstår etter rundt ti minutter . Hvis metabolske prosesser reduseres kraftig (hypotermi, visse typer forgiftninger), kan hjernen også tåle betydelig lengre tid for iskemi .

En kortsiktig redusert blodstrøm til hele hjernen med et tilsvarende midlertidig bevissthetstap kalles synkope . For eksempel er det basert på en arytmi .

Vaskulære misdannelser

Misdannelser i hjernekar er hovedsakelig medfødte. De forekommer forskjellige steder og når noen ganger ekstreme proporsjoner. Følgelig er veldig forskjellige symptomer også mulige. I tillegg til arteriovenøse shunter , er cavernomer , hemangiomer og fistler med sinussystemet kjent. Vaskulære misdannelser forekommer ofte i fakomatoser .

historie

De første skriftlige antagelsene om blodtilførselen til hjernen med en beskrivelse av hovedkarene går tilbake til den greske legen og anatomisten Galenus fra Pergamon (1. århundre e.Kr.). Imidlertid trakk han hovedsakelig sine funn fra disseksjon av dyr og overførte ofte de anatomiske forholdene til mennesker uten å bli undersøkt. Dette er hvordan han feilaktig beskrev et retable mirabile hos mennesker. I sen antikken og middelalderen ble Galen ansett som en ubestridelig autoritet, så de fleste av hans feil kunne bare rettes i den tidlige moderne perioden, da disseksjon av menneskelige lik ble utført på universitetene. Mens Niccolò Massa - sannsynligvis av respekt for Galen - hevdet at han også hadde observert mirakelnettet hos mennesker, motsatte hans samtidige Jacopo Berengario da Carpi og Andreas Vesalius dette . Den grunnleggende anatomiske kunnskapen skyldes imidlertid to engelske leger. William Harvey anerkjente i 1628 den sanne naturen til blodstrømmen som en krets. Den første detaljerte og nøyaktige beskrivelsen av karene i den menneskelige hjerne og circulus arteriosus ble gitt av Thomas Willis litt senere.

Se også

litteratur

  • Edvinsson, L., MacKenzie ET, McCulloch J .: Cerebral blodstrøm og metabolisme . Raven, New York 1993, ISBN 0-88167-918-6 .
  • Karl Zilles, Gerd Rehkämper: Functional Neuroanatomy . 1. utgave. Springer, Berlin 1993, ISBN 3-540-54690-1 .
  • Detlev Drenckhahn, W. Zenker: Benninghoff. Anatomi. Urban & Schwarzenberg, München 1994, ISBN 3-541-00255-7 .
  • Klaus Poeck, Werner Hacke: Nevrologi . 10. helt reviderte utgave. Springer, Berlin 1998, ISBN 3-540-63028-7 .

Individuelle bevis

  1. ^ H. Ito, I. Kanno, H. Fukuda: Human cerebral circulation: positron emission tomography studies. I: Annaler om nuklearmedisin. Volum 19, nummer 2, april 2005, s. 65-74, ISSN  0914-7187 . PMID 15909484 .
  2. Otto Detlev Creutzfeldt : Generell nevrofysiologi av hjernebarken. I: Otto Detlev Creutzfeldt (red.): Cortex cerebri. Springer Verlag, Berlin 1983, ISBN 3-540-12193-5 .
  3. ^ Klaus Poeck, Werner Hacke: Nevrologi. 10. helt reviderte utgave. Springer, Berlin 1998, ISBN 3-540-63028-7 .
  4. U. Gille: Kardiovaskulær og immunsystem, angiologia. I: Franz-Victor Salomon, H. Geyer, U. Gille: Anatomi for veterinærmedisin . Enke, Stuttgart 2004, ISBN 3-8304-1007-7 .
  5. ^ B. Hillen: Variabiliteten til circulus arteriosus (Willisii): orden eller anarki? I: Acta Anatomica Volume 129, Number 1, 1987, s. 74-80, ISSN  0001-5180 . PMID 3618101 .
  6. YM Chuang et al.: Mot en ytterligere belysning: rolle vertebral arteriehypoplasi i akutt iskemisk hjerneslag. I: europeisk nevrologi. Volum 55, nummer 4, 2006, s. 193-197, ISSN  0014-3022 . doi : 10.1159 / 000093868 . PMID 16772715 .
  7. A. Abanou et al. Tilbehøret middels cerebral arterie (AMCA). Diagnostiske og terapeutiske konsekvenser. I: Anatomia clinica. Volum 6, nummer 4, 1984, s. 305-309, ISSN  0343-6098 . PMID 6525305 .
  8. ^ W. Kuschinsky: Kapillærperfusjon i hjernen. I: Pflügers Archive - European Journal of Physiology . Volum 432, nummer 3 Suppl, 1996, s. R42-R46, ISSN  0031-6768 . PMID 8994541 .
  9. L. Edvinsson, ET MacKenzie, J. McCulloch: Cerebral Blood Flow og metabolisme . Raven, New York 1993, ISBN 0-88167-918-6 .
  10. L. Sokoloff: Forhold mellom lokal funksjonell aktivitet, energimetabolismen, og blodstrømmen i det sentrale nervesystem. I: Federation Proceedings. Volum 40, nummer 8, juni 1981, s. 2311-2316, ISSN  0014-9446 . PMID 7238911 .
  11. W. Kuschinsky, M. Wahl: Lokal kjemisk og neurogen regulering av cerebral vaskulær motstand. I: Fysiologiske anmeldelser . Volum 58, nummer 3, juli 1978, s. 656-689, ISSN  0031-9333 . PMID 28540 .
Denne versjonen ble lagt til i listen over artikler som er verdt å lese 24. august 2006 .