Die Wirbelsäule, auch Rückgrat genannt, ist eine der wichtigsten tragenden Strukturen des menschlichen Körpers. Erkrankungen der Wirbelsäule können daher oft mit erheblichen Beeinträchtigungen verbunden sein. Dabei handelt es sich nicht immer um Brüche oder Verschleißerscheinungen der Wirbelknochen.
Grundlagen der Wirbelsäule
Die Wirbelsäule besteht aus insgesamt 34 Wirbeln, die im Grundbau einander ähneln. Jeder Wirbel besteht aus einem kompakten Wirbelkörper, der nach vorne zeigt, und einem nach hinten gewandten Wirbelbogen. Die Wirbelbögen bilden einen Hohlraum, den Wirbelkanal, in dem sich das Rückenmark befindet. Zwischen den Wirbelbögen befinden sich Zwischenwirbellöcher, durch die die Rückenmarksnerven (Spinalnerven) austreten.
Von der Seite betrachtet, ähnelt die Wirbelsäule einem "Doppel-S". Diese Krümmung ermöglicht den aufrechten Gang des Menschen. Im Gegensatz dazu ist bei Vierbeinern diese Krümmung nicht vorhanden, da ihr Rumpf an der Wirbelsäule "aufgehängt" ist.
Die einzelnen Wirbelknochen bestehen aus dem Wirbelkörper und dem Wirbelbogen. Der Wirbelbogen umschließt den Wirbelkanal und bildet mit den Wirbelfortsätzen die Verbindungsstelle zu den benachbarten Wirbeln über das kleine Wirbelgelenk (Facettengelenk) sowie zu den Bändern und der Muskulatur. Der Wirbelkörper enthält im Inneren Knochenmark.
Zwei nebeneinander liegende Wirbel sind über die kleinen Wirbelgelenke miteinander verbunden, wodurch sie fest übereinander sitzen und gleichzeitig beweglich bleiben. Die Wirbelgelenkflächen (Facetten) befinden sich seitlich am Ende des Wirbelbogens.
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Zwischen den Wirbelkörpern liegen die Bandscheiben, die aus Bindegewebe mit einem festen, elastischen Faserring und einem weichen Gallertkern bestehen. Da die Bandscheiben nicht durchblutet werden, müssen sie Flüssigkeit und Nährstoffe durch Diffusionsvorgänge aufnehmen, was ausreichende Bewegung erfordert.
Die Wirbel sind durch Muskeln und Bänder verbunden, die die Wirbelsäule bewegen und stabilisieren. Jeder Wirbelbogen hat seitlich zwei Querfortsätze und an der Rückseite einen Dornfortsatz. Die Dornfortsätze sind der Teil der Wirbelsäule, den wir am Rücken ertasten können.
Sechs Bänder stabilisieren die Wirbelsäule, darunter das Überdornfortsatzband, das über alle Dornfortsätze verläuft und die Wirbelsäule als Ganzes stabilisiert.
Das Rückenmark: Schutz und Verlauf
Das Rückenmark ist durch die umgebenden Wirbel gut geschützt. An der Stelle, an der das Rückenmark als Verlängerung des Hirnstamms aus der hinteren Schädelgrube austritt, ist es besonders dick. Entsprechend sind die Wirbelbögen an dieser Stelle weiter als im unteren Bereich der Wirbelsäule. Das Rückenmark reicht bis zum Übergang von der Brust- zur Lendenwirbelsäule und endet meist auf Höhe des 1. oder 2. Lendenwirbels.
Die Halswirbelsäule (HWS)
Die Halswirbelsäule besteht aus sieben Halswirbeln (zervikale Wirbel). Die Wirbel werden von oben nach unten durchnummeriert. Die relativ kleinen Halswirbel tragen das Gewicht des Kopfes. Die obersten Wirbel, C1 und C2, haben einen besonderen Aufbau, der den Schädelknochen trägt und zur Seite dreht.
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Der oberste Wirbel C1 wird "Atlas" genannt, nach der Figur aus der griechischen Mythologie, die die Welt auf ihren Schultern trug. Der mit dem Atlas verbundene Wirbel C2 (Axis) sorgt für die hohe Beweglichkeit des Kopfes. Der Axis hat neben den Quer- und Dornfortsätzen einen zusätzlichen Knochenvorsprung, der mit dem Atlas verbunden ist. Dieser Dens axis ragt wie ein kleiner Zahn nach oben und fügt sich in die Innenseite des knöchernen Bogens des Atlas ein, wo ihn kräftige Bänder (Flügelbänder oder Ligamenta alaria) halten.
Zwischen Atlas und Axis befindet sich keine Bandscheibe. Die erste Bandscheibe liegt über dem dritten Halswirbel C3. Dies ermöglicht die Bewegung des Kopfes zur Seite, nach vorne und nach hinten. Im Bereich des Genicks, auf Höhe des Atlas, erfolgt die Verbindung der Hirnnerven mit den Halsnerven. Hier sind zahlreiche Sensoren angesiedelt, die Informationen über statische und dynamische Bewegungen mit den Hirnnerven kommunizieren.
Eine weitere wichtige Funktion der Halswirbelsäule betrifft die Funktion des Gehirns. An den seitlich abstehenden Querfortsätzen der Wirbelknochen befinden sich kleine Löcher, durch die die Wirbelarterien verlaufen.
Die Brustwirbelsäule (BWS)
Die Brustwirbelsäule besteht aus 12 Brustwirbeln. An jedem Wirbel der Brustwirbelsäule wird eine Rippe von einem kleinen Gelenk am Querfortsatz gehalten und durch eine weitere Gelenkfläche stabilisiert. Die Verbindung der Rippen mit der Wirbelsäule über Gelenke gewährleistet, dass der Brustkorb an der Wirbelsäule elastisch bleibt.
Die Lendenwirbelsäule (LWS)
Die Lendenwirbelsäule besteht aus fünf Lendenwirbeln (lumbale Wirbel L1 bis L5). Die Wirbel der Lendenwirbelsäule sind besonders groß und robust, da sie einen großen Teil des Körpergewichts und bewegter Lasten tragen. Der größte Wirbel der Wirbelsäule ist der L5, der den Übergang zum Kreuzbein darstellt. Das Rückenmark reicht bis zum ersten oder zweiten Lendenwirbel.
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Kreuzbein und Steißbein
Das Kreuzbein (Os sacrum) besteht aus fünf Kreuzbeinwirbeln, die beim Menschen zusammengewachsen sind. Es stellt die Verbindung der Wirbelsäule mit dem Becken über die Kreuzbein-Darmbein-Gelenke (Iliosakralgelenke) dar. Starke Bänder gewährleisten den Zusammenhalt von Kreuzbein und Becken.
Das Steißbein (Os coccygis) besteht aus drei bis fünf Steißbeinwirbeln, die ebenfalls miteinander verbunden sind. An dem Steißbein setzen verschiedene Bänder und Muskeln des Beckens an.
Das Rückenmark: Anatomische Details
Das Rückenmark (Medulla spinalis) ist der Teil des zentralen Nervensystems (ZNS) der Wirbeltiere, der innerhalb des Wirbelkanals verläuft.
Lage und Ausdehnung
Das Rückenmark des Menschen reicht beim Ungeborenen vom Foramen magnum des Schädels bis zum Kreuzbein, beim Säugling bis zu den unteren Lendenwirbeln und beim Erwachsenen bis zum ersten bis zweiten Lendenwirbelkörper (L1-L2). Dieses Phänomen wird als Ascensus medullae spinalis ("Aufstieg des Rückenmarks") bezeichnet, da die Wirbelsäule im Laufe der Entwicklung schneller wächst als das Rückenmark.
Durch den Ascensus müssen die Wurzeln der Spinalnerven einen immer länger werdenden Weg innerhalb des Wirbelkanals zurücklegen, bevor sie ihn verlassen können, da sie trotz des Ascensus aus ihren ursprünglichen Zwischenwirbellöchern austreten. Ab dem 1. Lendenwirbel verlaufen nur noch die Wurzeln der Spinalnerven im Wirbelkanal abwärts und bilden die Cauda equina ("Pferdeschweif").
Das Rückenmark ist wie das Gehirn von Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit (Liquor cerebrospinalis) umgeben. Bei der Lumbalpunktion kann durch Einstich auf Höhe des 3./4. Lendenwirbelkörpers Liquor entnommen und/oder Medikamente injiziert werden, ohne das Rückenmark zu verletzen.
Der Ascensus tritt auch bei anderen Säugetieren auf, wobei das Rückenmark auf Höhe der hinteren Lendenwirbel endet.
Rückenmarkshäute
Die Rückenmarkshäute (Meninges medullae spinalis) ähneln den Hirnhäuten. Man unterscheidet die äußere Dura mater, die mittlere Arachnoidea (Spinnengewebshaut) und die direkt dem Rückenmark anliegende Pia mater.
Im Vergleich zur häutigen Umhüllung im Bereich des Gehirns gibt es zwei Besonderheiten:
- Die Dura mater ist nicht mit dem Wirbelkanal verwachsen, wodurch zwischen Knochen und Dura mater ein mit Binde- und Fettgewebe ausgefüllter Raum entsteht, der Epiduralraum bzw. Periduralraum, in dem ein dichter Venenplexus liegt. In den Epiduralraum können Lokalanästhetika eingebracht werden (Periduralanästhesie).
- Es gibt segmentale Brücken zwischen Pia und Dura mater, das Ligamentum denticulatum ("gezahntes Band").
Äußere Merkmale
Das Rückenmark bildet einen langen Strang, der an zwei Stellen deutlich verdickt ist: an der Intumescentia cervicalis und an der Intumescentia lumbosacralis (intumescentia = Anschwellung). Diese Verdickungen entstehen, weil in diesen Bereichen die Spinalnerven das Rückenmark verlassen, die die Arme und Beine innervieren. Dies erfordert eine größere Anzahl von Nervenzellen als beispielsweise die Innervation des Rumpfes.
Nach unten hin läuft das Rückenmark spitz als Markkegel (Conus medullaris) aus und setzt sich in den etwa 1 Millimeter dicken Endfaden (Filum terminale) fort, der nur noch Gliazellen enthält und beim Menschen an der Hinterfläche des zweiten Steißwirbels befestigt ist.
Vorne (ventral) verläuft eine kleine Furche, die Fissura mediana anterior (ventralis). Auf der Rückenseite verläuft der Sulcus medianus posterior. Auf beiden Seiten lassen sich drei Stränge (Funiculi) voneinander abgrenzen: paramedian der Fissura mediana der Vorderstrang (Funiculus anterior), hinten der Hinterstrang (Funiculus posterior) und zwischen den beiden der Seitenstrang (Funiculus lateralis).
Die Hinterwurzeln der Spinalnerven treten in der Furche (Sulcus) zwischen Hinter- und Seitenstrang (Sulcus lateralis posterior) aus, die Vorderwurzeln zwischen dem Seiten- und dem Vorderstrang (Sulcus lateralis anterior). Die Vorder- und Hinterwurzeln der Spinalnerven treten kontinuierlich als Fila radicularia aus dem Rückenmark aus und vereinigen sich erst in Höhe der Zwischenwirbellöcher (Foramina intervertebralia) zu den Spinalnerven.
Bei Vögeln ist im Bereich der Intumescentia lumbosacralis zwischen die Hinterstränge beider Seiten der Glykogenkörper (Corpus gelatinosum) eingelagert, eine gallertige, eiförmige Bildung von glykogenreichen Gliazellen, deren funktionelle Bedeutung noch nicht geklärt ist.
Segmentale Gliederung
Das Rückenmark ist in Segmente unterteilt, die den Austrittstellen der Spinalnerven aus der Wirbelsäule entsprechen. Ein Segment entspricht dem Rückenmarksabschnitt, der die Fasern für je einen linken und rechten Spinalnerven liefert.
Ab dem ersten Thorakalsegment wird der Spinalnerv mit seinem dazugehörigen Segment nach dem darüber liegenden Wirbel benannt, im Zervikalbereich dagegen nach dem darunter liegenden Wirbel, da der erste Spinalnerv nicht unter, sondern über dem ersten Halswirbel (Atlas) austritt. Das Halsmark hat also acht Segmente bei sieben Wirbeln, im Gegensatz zu den restlichen Abschnitten, bei denen die Anzahl der Marksegmente mit der Anzahl der Wirbel übereinstimmt.
Innere Struktur
Das Rückenmark besteht aus grauer Substanz und weißer Substanz. Die graue Substanz hat im Rückenmarksquerschnitt die Form eines Schmetterlings. Den vorderen, breiteren Flügelteil nennt man Vorderhorn (Cornu anterius, ventrale), den hinteren, schmaleren Teil Hinterhorn (Cornu posterius bzw. dorsale). Im Bereich des Thorakal- und Lumbalmarks befindet sich zwischen Vorder- und Hinterhorn das kleinere Seitenhorn (Cornu laterale). Die beiden Schmetterlingsflügel werden durch eine Querverbindung (Commissura grisea) miteinander verbunden. In der Mitte der Commissura grisea verläuft der Canalis centralis, der mit Liquor gefüllt ist und den inneren Liquorraum des Rückenmarks darstellt.
Graue Substanz
Die graue Substanz kann in zehn Schichten (Laminae) eingeteilt werden. Die Laminae I-VII befinden sich im Hinterhorn, die Laminae VIII und IX im Vorderhorn. Die Lamina X bildet die Commissura grisea.
Neben den Wurzelzellen, deren Axone die Vorderwurzel bilden, gibt es in der grauen Substanz eine Vielzahl weiterer Zellen. Die Binnenzellen stellen den Eigenapparat des Rückenmarks dar, der die Integrationsleistungen des Rückenmarks realisiert, zum Beispiel für die Generierung von Reflexen. Zum Eigenapparat gehören Schaltzellen, Assoziationszellen und Kommissurenzellen.
Die Fortsätze der Schaltzellen (Interneurone) verlassen die graue Substanz nicht, sondern verlaufen ipsilateral (auf der gleichen Körperseite) innerhalb eines Rückenmarkssegments. Sie stellen die Verbindung zwischen Zellen des gleichen Segments her und vermitteln z. B. Eigenreflexe. Wichtige Interneurone sind die Renshaw-Zellen, die einen hemmenden Rückkopplungseinfluss auf Motoneurone haben.
Die Assoziationszellen (propriospinale Neurone) verbinden verschiedene Rückenmarkssegmente miteinander. Ihre Fortsätze verlassen die graue Substanz ebenfalls nicht, auch sie verlaufen ipsilateral.
Die Kommissurenzellen kreuzen mit ihren Axonen auf die andere Körperseite (kontralateral) innerhalb eines Rückenmarkssegments.
Strangzellen (Projektionsneurone) gehören nur teilweise zum Eigenapparat des Rückenmarks. Sie verlassen mit ihren Neuriten die graue Substanz und ziehen in die weiße Substanz. Hier ziehen sie in Strängen und übermitteln Informationen an andere Rückenmarkssegmente und das Gehirn.
Das Hinterhorn erhält über die dorsale (sensible) Wurzel des Spinalnervs sensible Informationen aus der Peripherie. Diese Informationen werden in Richtung Gehirn weitergeleitet, aber teils auch bereits im Rückenmark verarbeitet. Die Hinterwurzel wird von Axonen pseudounipolarer Nervenzellen gebildet, deren Zellkörper außerhalb des Rückenmarks im Spinalganglion liegen. Ihre Axone treten über die dorsale (sensible) Wurzel in das Rückenmark, wo ein Teil im Hinterhorn auf ein zweites Neuron umgeschaltet wird. Andere Hinterwurzelaxone verlaufen ohne Umschaltung bis in die Medulla oblongata.
Das Hinterhorn besteht von dorsal nach ventral aus einer dünnen Zona marginalis, an die sich die Substantia gelatinosa anschließt, in der Schmerzafferenzen der Hautrezeptoren auf das 2. Neuron umgeschaltet werden, bevor sie im Tractus spinothalamicus lateralis zum Thalamus ziehen. Hier hemmen Interneurone, die durch den Transmitter Serotonin aktiviert werden, die Schmerzweiterleitung durch die Freisetzung von Endorphinen. In den Laminae 3 und 4 liegt der Nucleus proprius, der in gesamter Höhe des Rückenmarks zu finden ist. Laminae 5 und 6 beinhalten den Nucleus dorsalis (Stilling-Clarke), der auch Nucleus thoracicus posterior genannt wird.
Das Vorderhorn enthält Perikarya, deren Axone als Radix anterior das Rückenmark verlassen, um die Skelettmuskulatur zu innervieren. In der Schichtengliederung bestehen die Vorderhörner aus den Laminae 8 und 9. Hier kommen die großen multipolaren α-Motoneurone und die etwas kleineren ɣ-Motoneurone sowie Renshaw-Zellen vor.
Im Bereich des Brustmarks und, etwas weniger deutlich, im Lendenmark befindet sich, zwischen dem Vorder- und dem Hinterhorn liegend, das Seitenhorn, das von den Zellkörpern vegetativer Neurone gebildet wird und zum Sympathikus gehört. Ihre efferenten Fasern verlassen das Rückenmark über die Vorderwurzel, ziehen zum Grenzstrang und werden zum Teil dort auf das zweite Neuron verschaltet. Der Rest zieht zu den prävertebralen Ganglien, um dort verschaltet zu werden. Sympathisch-afferente Fasern gelangen aus der Peripherie mit der Hinterwurzel zum Seitenhorn.
An äquivalenter Stelle liegen im Sakralmark Zellkörper parasympathischer Neurone, allerdings ohne ein erkennbares Seitenhorn zu bilden.
Weiße Substanz
In der weißen Substanz des Rückenmarks verlaufen aufsteigende (meist sensible) Bahnen, die zum Gehirn ziehen, und absteigende (meist motorische) Bahnen, die vom Gehirn kommen.
Die Hinterstrangbahn leitet epikritische Sensibilität und Informationen der Tiefensensibilität jeweils der gleichen Körperseite in das Verlängerte Rückenmark (Medulla oblongata) im Gehirn. Die Zellkörper der in der Hinterstrangbahn verlaufenden Axone liegen in den Spinalganglien. Es erfolgt keine Umschaltung im Hinterhorn, dafür aber in der Medulla oblongata, im Nucleus gracilis für Informationen der unteren Körperhälfte und im Nucleus cuneatus für die der oberen Körperhälfte. Der Hinterstrang lässt sich in einen Fasciculus cuneatus und einen Fasciculus gracilis unterteilen, die Fasern enden jeweils an den entsprechenden Kernen. Kurz nach der Umschaltung auf das zweite Neuron kreuzen die Fasern auf die Gegenseite. Diese Kreuzung ist namensgebend für das lemniskale System.
Der Tractus spinothalamicus (sensibles anterolaterales Bahnsystem oder Vorderseitenstrangbahn) leitet Impulse der protopathischen Sensibilität (grobe Druck-, Temperatur- und Schmerzempfindung) von den Zellen des Hinterhorns bis zum Thalamus; er ist Teil des extralemniskalen Systems. Die Fasern kreuzen auf Höhe des Ursprungssegmentes auf die andere Seite.
Der Tractus spinocerebellaris (Kleinhirnseitenstrangbahn) entspringt vor allem aus dem Nucleus dorsalis des Hinterhorns und endet im Kleinhirn.
Die Pyramidenbahn (Tractus corticospinalis) reicht vom motorischen Cortex der Großhirnrinde bis ins Vorderhorn.
Als extrapyramidale Bahnen bezeichnet man alle motorischen Bahnen, die nicht zur Pyramidenbahn gehören. Zu ihnen gehören der Tractus rubrospinalis, der Tractus vestibulospinalis, der Tractus reticulospinalis und der Tractus tectospinalis.
Der wichtigste inhibitorische Neurotransmitter im Rückenmark ist Glycin. Interneurone und z. B. die Renshaw-Zellen sind glycinerg, d. h. sie verwenden Glycin als Neurotransmitter.
Entwicklung des Rückenmarks
Das Rückenmark entsteht beim Wirbeltier-Embryo aus den Neuralfalten des Ektoderms, unmittelbar über der Chorda dorsalis. Die Neuralfalten verschließen sich zum Neuralrohr, einem mit Flüssigkeit gefüllten Kanal, der von einem Epithel umgeben ist. Bei Störungen dieses Verschlusses treten verschiedene Formen der Dysraphie auf. Es kann eine Spina bifida aperta ("offener Rücken") entstehen, bei der die Wirbelbögen rückenseitig unvollständig bleiben. Dabei können sich nur die Rückenmarkshäute (Meningozele) oder zusätzlich auch das Rückenmark (Meningomyelozele) durch diesen Defekt nach außen vorwölben. Dort, wo sich die Neuralrinne selbst nicht verschließt, entsteht eine Myeloschisis (Rachischisis).
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