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Zirbeldrüse (Epiphyse)

Die Zirbeldrüse, auch Glandula pinealis bzw. Epiphyse genannt, ist ein zirkumventrikuläres Organ, dessen Form an einen Pinienzapfen erinnert.

Gemeinsam mit den Habenulae, die sogenannten Hypophysenstiele, bildet sie den Epithalamus und ist maßgeblich an der Steuerung und Regulation des Tag-Nacht-Rhythmus beteiligt. Über die Habenulae ist die Zirbeldrüse mit dem Thalamus verbunden.

Topographie und Aufbau

Die Zirbeldrüse liegt zwischen der Commissura habenularum und der Commissura posterior, wobei sie die Einbuchtung zwischen den Colliculi superiores überragt. Dabei grenzt sie direkt an den 3. Ventrikel und ragt in den Subarachnoidalraum der Cisterna quadrigeminalis hinein. Ventral von ihr befindet sich der Recessus pinealis.

Die Zirbeldrüse ist ein parenchymatöses Organ des Gehirns mit einem organspezifischen Zelltyp, den Pinealozyten. Bei diesen Zellen handelt es sich um modifizierte Photorezeptoren, die neuroendokrin aktiv sind. Die Zellen sind zur direkten Lichtwahrnehmung befähigt, wenngleich keine direkte Verbindung nach außen besteht, die eine solche Lichtaufnahme ermöglichen würde.

Pinealozyten machen etwa 80 bis 90% des Gewebes aus. Sie besitzen mehrere axonähnliche Fortsätze, die an der Basallamina der perikapillären Bindegewebsräume enden und teilweise bis zu den Habenulae ziehen. Die Enden der Fortsätze besitzen synaptische Lamellen. Diese sind den Lamellen der Photorezeptoren in der Retina strukturell sehr ähnlich.

Abgesehen von diesem vorherrschenden Zelltyp finden sich noch Astrozyten, die GFAP-positiv sind und ebenso ein dichtes perikapilläres Fasernetz bilden. Außerdem kommen vereinzelt Neurone vor, die am ehesten dem vegetativen Nervensystem zuzuordnen sind.

Versorgung

Das gesamte Parenchym ist von einem dichten Netz an Kapillaren durchzogen. Die Blut-Hirn-Schranke fehlt an dieser Stelle. Die arterielle Versorgung geschieht über Aa. choroideae posteriores aus der rechten und linken A. cerebri posterior. Die Drainage des venösen Blutes erfolgt  über die V. cerebri magna sowie die Vv. cerebri internae.

Funktion

Die Zellen der Zirbeldrüse bilden ein Neurohormon, das Melatonin. Dieses wird in mehreren Schritten aus der Aminosäure Tryptophan gebildet und ist der wichtigste hormonelle Vermittler der Steuerung und Regulation des Tag-Nacht-Rhythmus.

Melatonin wird vermutlich unmittelbar nach der Synthese von den Zellen direkt in den Blutstrom und den Liquor abgegeben. Hierüber erreicht es sowohl vegetative Zentren im Gehirn, als auch die inneren Organe, wo es als Zeitgeberhormon wirkt. Das Schrittmacherenzym der Melatonin-Synthese ist die Arylalkylamin-N-Acetyltransferase (AANAT).

Melatonin wird nur während der Nacht gebildet, es wird daher auch als "Dunkelheitshormon" bezeichnet. Der Rhythmus der Synthese ist abhängig von der "inneren Uhr" eines jeden Organismus. Durch auf die Retina einfallende Lichtsignale wird dieser Rhythmus korrigiert, d.h. innere Uhr und Sekretionsrhythmus werden synchronisiert.

Die durch Lichteinfall bedingten Informationen der Retina werden an den Nucleus suprachiasmaticus (SCN) weitergeleitet, der den Oszillator der inneren Uhr beherbergt. Der SCN wiederum projiziert in den Ncl. paraventricularis des Hypothalamus. Von dort aus ziehen Projektionsfasern unter anderem in präganglionäre sympathische Neurone des oberen thorakalen Rückenmarks. Diese senden nach Umschaltung im Ganglion cervicale superius Informationen zurück an die Zirbeldrüse.

Die sympathischen Nervenendigungen schütten zu Beginn der Nacht in großen Mengen Noradrenalin aus, das über beta-Rezeptoren die Aktivität der AANAT erhöht und die Melatonin-Synthese stimuliert.

Die Ausschüttung von Melatonin hemmt die Aktivität des SCN, was zum Ausbleiben der Noradrenalin-Freisetzung führt.  Dadurch wird die weitere Produktion von Melatonin mittels negativer Rückkopplung unterbunden. Melatonin selbst vermittelt eine schlaffördernde Wirkung.

Das Eintreffen von Lichtreizen auf die Retina hat einen hemmenden Einfluss auf den SCN, sodass eine weitere Melatonin-Produktion ausbleibt.

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LED-Lichter sowie bestimmte sehr hell strahlende Displays verschiedenster Geräte senden hingegen Wellenlängen aus, welche die Melatonin-Synthese unterdrücken. Aus dem Grunde sollten in Wohnungen auch möglichst Geräte vermieden werden, die Kontroll-LEDsn besitzen, da bereits eine wenige Milimeter große LED, wenn sie nur kräftig genug leuchtet, als Impuls auf der Retina ausreichen kann, um den Melatoninspiegel zu senken und den Nachtschlaf zu stören.

Aus diesem Grund sollte nachts prinzipiell das Licht ausgeschaltet gelassen werden und vor dem Schlafengehen möglichst keine Mobiltelefone, Computer Bildschirme, Tablets oder ähnliche Geräte genutzt werden. Diese senden hohe Leuchtdichten über ihre Displays aus, sodass der Körper über die Verringerung der Melatoninproduktion künstlich in einen Wachzustand versetzt wird.

In Zeiten starken Lichtmangels hingegen, insbesondere in den Wintermonaten, ist der Melatonin-Spiegel häufig zu hoch, dadurch kommt es zur bekannten "Wintermüdigkeit". Im Wesentlichen ist nur Tageslicht mit seinen Wellenlängen in der Lage, die Melatoninproduktion zu drosseln. Künstliches Licht aus einfachen Glühlampen, Standard-Displays von Funkweckern usw. vermag dies normalerweise nicht zu leisten.

Melatonin ist plazentagängig. Es passt die physiologischen Prozesse eines Fetus bzw. später eines Neugeborenen an die Rhythmen der Mutter an. Das geschieht solange, wie die eigenen Photorezeptoren des Säuglings noch nicht hinreichend entwickelt sind.

Klinik

Eine der häufigsten Veränderungen der Zirbeldrüse ist eine röntgendichte Verkalkung. Häufigkeit und Ausmaß der Verkalkung nehmen mit steigendem Lebensalter zu.

Die Verkalkungen werden als Acervulus, Corpora arenacea oder auch Hirnsand bezeichnet und bilden eine topographische Landmarke insbesondere in der Computertomographie und der Magnetresonanztomographie. Einschränkungen der Funktion des Organs sind durch die Verkalkungen im Normalfall nicht zu erwarten.

Die Wirkung von Melatonin kann auch pharmakologisch genutzt werden. Melatonin-Präparate können bei "Jet-Lag" Abhilfe schaffen, aber auch generell als schlafförderndes Mittel verwendet werden.

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Quellen:

  • A. Benninghoff, D. Drenckhahn: Anatomie - Band 2, 16. Auflage, Elsevier (2004), S. 228 ff.
  • W. Kahle, M. Frotscher: Nervensystem und Sinnesorgane – Taschenatlas Anatomie, 10. Auflage, Thieme (2009), S. 176 f.
  • M. Trepel: Neuroanatomie, 4. Auflage, Elsevier (2008), S. 209 f.
  • M. Schünke, E. Schulte, U. Schumacher et al: Kopf, Hals und Neuroanatomie – Prometheus, 2. Auflage, Thieme (2009), S. 296
  • M. Bähr, M. Frotscher: Neurologisch-topische Diagnostik, 9. Auflage, Thieme (2009)

Text, Review, Layout:

  • Andreas Rheinländer
  • Juliana Walek
  • Marie Hohensee
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