Rückenmarkhistologie: Ein umfassender Überblick

Das Rückenmark ist ein lebenswichtiger Teil des zentralen Nervensystems, der eine entscheidende Rolle bei der Übertragung von sensorischen und motorischen Informationen zwischen dem Gehirn und dem Körper spielt. Um seine komplexe Funktion zu verstehen, ist es wichtig, seine histologische Struktur zu untersuchen. Dieser Artikel bietet einen detaillierten Überblick über die Rückenmarkhistologie und behandelt verschiedene Aspekte von der Entwicklung bis zur klinischen Bedeutung.

Einführung in die Rückenmarkentwicklung

Die Entwicklung des Rückenmarks beginnt früh in der Embryonalentwicklung. Neuroektodermale Zellen wandern von den Neuralleisten aus, um Strukturen des peripheren Nervensystems zu bilden. Das Neuralrohr, aus dem das ZNS entsteht, formt sich aus den Rändern der Neuralplatten. Während sich der Embryo entwickelt, wandern Neuralleistenzellen und differenzieren sich zu Pigmentzellen, autonomen und sensorischen Nervenzellen, Schwann-Zellen und endokrinen Zellen.

Das Neuralrohr beugt sich während des Wachstums in der Sagittalebene. Eine zervikale Flexur tritt zwischen dem Rückenmark und dem Rhombencephalon auf, während eine cephale Flexur zwischen dem Prosencephalon und dem Mesencephalon auftritt. Das Prosencephalon, Mesencephalon und Rhombencephalon bilden fünf sekundäre Hirnbläschen, die sich weiter zu verschiedenen Hirnstrukturen entwickeln. Der Rest des Neuralrohrs entwickelt sich zum Rückenmark.

Histologische Struktur des Rückenmarks

Das Rückenmark besteht aus verschiedenen Zonen, darunter die Ventrikulärzone, die Intermediärzone und die Marginalzone. Zellen proliferieren aus der Ventrikulärzone, um die Lücke zu füllen und den Bereich des Rückenmarks zu begrenzen. Die Basalplatte wird zum Vorderhorn des Rückenmarks und ihre Neuronen haben eine motorische Funktion. Das Neuralrohr ist hinten durch eine Dachplatte und vorne durch eine Bodenplatte verschlossen.

Zelltypen im Rückenmark

Das Rückenmark enthält verschiedene Zelltypen, darunter Neuronen und Gliazellen. Neuronen sind für die Übertragung von Nervenimpulsen verantwortlich, während Gliazellen die Neuronen unterstützen und schützen. Astrozyten, eine Art von Gliazellen, gehören zu den größten Gliazellen und übernehmen wichtige Aufgaben im Rückenmark.

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Spinalnerven und Spinalganglien

Ein Spinalnerv entsteht aus dem Zusammenlagern der Vorder- und Hinterwurzel, die aus dem Rückenmark hervorgehen. Die Vorderwurzel geht aus dem motorischen Vorderhorn hervor, während die Hinterwurzel in das Hinterhorn zieht. Im Spinalganglion, das Teil der Hinterwurzel ist, befinden sich die Zellkörper der Nervenzellen, die sensible Informationen dem zentralen Nervensystem zur Verfügung stellen.

Es können zwei verschiedene Zelltypen bei den Neuronen der sensiblen Ganglien unterschieden werden: A-Zellen und C-Zellen. A-Zellen besitzen dicke und myelinisierte Axone und leiten relativ schnell, während C-Zellen dünnere, unmyelinisierte Axone haben und langsamer leiten. Die Verschaltung der Nervenzellen erfolgt zum Teil im Hinterhorn des Rückenmarks.

Dermatome

Dermatome sind das von einem Spinalnerven sensibel versorgte Hautareal. Jeder Spinalnerv versorgt ein bestimmtes Hautgebiet mit sensorischen Informationen.

Klinische Bedeutung der Rückenmarkhistologie

Die Rückenmarkhistologie ist wichtig für das Verständnis verschiedener neurologischer Erkrankungen. Beispielsweise können Herpesviren in die Spinalganglien transportiert werden und dort jahrelang verbleiben, ohne eine Infektion auszulösen. Sollten diese Viren reaktiviert werden, kommt es zu Hautausschlägen in dem Bereich, das sensibel von dem Ganglion innerviert wird.

Auch bei der Behandlung von Hirntumoren spielen anatomische Kenntnisse und moderne Technologien eine wichtige Rolle. Exakte anatomische Kenntnisse sind notwendig, um pathologische Prozesse innerhalb des Gehirns und des Rückenmarks genau zu lokalisieren. Die Magnetresonanztomographie hat zu einem perfekten Verständnis der Morphologie geführt. Pathologische Prozesse können genau zugeordnet und durch die Methode der seit den 90er Jahren routinemäßig zur Verfügung stehenden Neuronavigation punktgenau geortet werden.

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Die Neuronavigation ist fester Bestandteil neurochirurgischer Operationen. Die Zugänge können durch sie Patienten-individuell geplant und minimal gehalten werden. Wertvoll ist die Navigation besonders bei Prozessen, die in der Tiefe des Gehirns liegen. Zugangsbedingte Verletzungen von eloquenten Hirnregionen werden vermieden und Prozesse in der Tiefe des Gehirns zielsicher aufgefunden.

Bei Prozessen in der Nähe von funktionellen Hirnarealen wie den vornehmlichen Sprachregionen (dem Broca- und Wernickezentrum) oder der Bewegungsregion (der Pyramidenbahn) werden zusätzlich eine Darstellung dieser funktionellen Nervenfaserbündel mittels Diffusion Tensor Imaging (DTI) oder ein funktionelles Sprach-MRT (fMRT) durchgeführt. Unter bestimmten Bedingungen werden Wachoperationen durchgeführt, dies vor allem bei Tumoren in der Nähe zur Sprachregion.

Ein weiterer wichtiger Pfeiler neurochirurgischer Operationen ist das Neuromonitoring. Dieses hat in den letzten Jahren deutlich an Bedeutung gewonnen und ist fester Bestandteil einer neurochirurgischen Operation in der Nähe zu motorischen Bahnen, den Hirnnerven und ihren Kerngebieten im Hirnstamm. In der Epilepsiechirurgie wird es über ein invasives Monitoring mit Einlegen von Platten- oder Stabelektroden und anschließendem mehrtägigem EEG-Monitoring erst möglich, epileptogene Foci genau zu lokalisieren, in einer Operation zu resezieren und damit Anfallsfreiheit zu erreichen. Auch in der spinalen Chirurgie hat das Neuromonitoring seinen festen Platz.

Das intraoperative MRT ist bildgebend die beste Kontrolle, die heutzutage zur Verfügung steht. Besonders bei niedergradigen Gliomen, die sonst nicht darstellbar sind und auch mit dem bloßen Auge unter dem Mikroskop nur schlecht vom normalen Hirngewebe zu differenzieren sind, ist das intraoperative MRT die einzige Möglichkeit, den Befund zu beurteilen.

Die molekulare Diagnostik von Tumorgewebe hat zu entscheidenden Fortschritten in der Tumortherapie und der Prognose der Patienten geführt. Nach der neuen WHO Klassifikation von 2016 werden Tumoren nicht mehr vorrangig nach der Histologie, sondern nach ihrer molekularen Signatur beurteilt.

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Während es in den letzten Jahrzehnten gut gelungen ist, die morphologischen Strukturen des Gehirns zu bestimmen, ist die Visualisierung von Funktionen intraoperativ eine neue Dimension für das Operieren. Mit dem Optical Imaging steht ein neues System zur Verfügung. Die Methode basiert auf dem Prinzip, dass es über einen in der Peripherie gesetzten Stimulus, elektrisch, akustisch oder optisch, zu einer Aktivierung in dem korrespondierenden Hirnareal kommt.

Optische, berührungsfreie Gewebserkennungsverfahren stellen eine neue Möglichkeit dar, Gewebe entsprechend der histologischen Einteilung zu klassifizieren. Die molekulare Spektroskopie beruht auf der biochemischen Signatur des Gewebes. Diese gewinnt man über die Infrarotspektroskopie, die Ramanspektroskopie und die CARS-Mikroskopie.

Angeborene ZNS-Fehlbildungen

Neuralrohrdefekte sind eine der häufigsten angeborenen ZNS-Fehlbildungen. Die Defekte entwickeln sich zwischen der 3. und 4. Schwangerschaftswoche und werden oft durch einen Folsäuremangel verursacht.

Arnold-Chiari-Malformationen (CM) sind angeborene Erkrankungen, die mit ektopen Kleinhirntonsillen unterhalb des Foramen magnum einhergehen. Kraniosynostosen sind vorzeitige Verknöcherungen von Schädelnähten, die das normale Wachstum des Schädels stören. Holoprosenzephalie ist eine Störung, die durch eine verminderte Aktivität des Sonic-Hedgehog-Gens verursacht wird und zu einer Verengung des Gesichts führt.

Glossar neurologischer Begriffe

Um die komplexe Welt der Neurologie besser zu verstehen, ist es hilfreich, einige grundlegende Begriffe zu kennen:

• Acetylcholin: Ein wichtiger Neurotransmitter des Nervensystems, der an Aufmerksamkeit, Lernen, Gedächtnis und der Erregungsübertragung von Nerven auf Muskeln beteiligt ist.
• Adaptation: Der Prozess, bei dem sich Sinnesorgane, das Wahrnehmungssystem oder der gesamte Organismus an die Intensität und Qualität von Reizen anpassen.
• Adenohypophyse: Eine Drüse, die Hormone wie Prolaktin bildet und direkt in das Blut abgibt.
• Adrenalin: Ein Stresshormon, das im Nebennierenmark produziert wird und die Herzfrequenz sowie die Stärke des Herzschlags steigert.
• Afferenz: Zuführende Nervenfasern, die sensorische Informationen aus der Peripherie zum zentralen Nervensystem übermitteln.
• Agnosie: Eine Störung des Erkennens, die durch Schädigungen oder Funktionsstörungen des Gehirns entsteht, ohne Defizite in der sensorischen Aufnahme.
• Agonist: Eine Substanz, die an einen Rezeptor bindet und eine identische Antwort auslöst wie der eigentliche Transmitter.
• Akkommodation: Veränderung der Dicke der Linse des Auges durch die Ziliarmuskeln.
• Aktionspotential: Eine sehr schnelle Änderung des elektrischen Potenzials über der Zellmembran von erregbaren Zellen (z. B. Neuronen oder Muskelzellen).
• Allocortex: Eine stammesgeschichtlich alte Region des Cortex (Großhirnrinde), die im Gegensatz zum Isocortex nicht sechs, sondern weniger Zellschichten aufweist.
• Alphawellen: Hirnwellen, die im mittleren Frequenzbereich zwischen ca. 8 und 12 Hertz schwingen und z. B. im entspannten Wachzustand auftreten.
• Amakrinzellen: Interneurone der Netzhaut, die zwischen Fotorezeptoren und Bipolarzellen einerseits und den Ganglienzellen andererseits liegen.
• Amnesie: Eine Form der Gedächtnisstörung, die das Gedächtnis für Fakten und Ereignisse betrifft.
• Amphetamine: Eine Gruppe von Wirkstoffen, die zu den „Neuroenhancern“ gehören und kognitive Leistungen verbessern können.
• Amygdala: Ein wichtiges Kerngebiet im Temporallappen, welches mit Emotionen in Verbindung gebracht wird.
• Anosognosie: Das „Nicht-Erkennen“ der eigenen neurologischen Krankheit.
• Antagonist: Eine Substanz, die an einen Rezeptor bindet und verhindert, dass der eigentliche Transmitter den Rezeptor aktivieren kann.
• Anteriorer cingulärer Cortex (ACC): Ein Hirnbereich, der nicht nur bei autonomen Funktionen wie Blutdruck- und Herzschlagregulation eine Rolle spielt, sondern auch bei rationalen Vorgängen wie der Entscheidungsfindung und in emotionale Prozesse involviert ist.
• Anterograde Amnesie: Eine Form der Gedächtnisstörung, bei der die Bildung eines Neugedächtnisses - also der Speicherung neuer Informationen - ab dem Zeitpunkt der Schädigung nicht mehr möglich ist.
• Apraxie: Schwierigkeit, eine zielgerichtete Bewegung auszuführen.
• Arbeitsgedächtnis: Eine Form des Gedächtnisses, häufig synonym mit dem Begriff "Kurzzeitgedächtnis" genutzt.
• Archicortex: Eine entwicklungsgeschichtlich alte Struktur des Großhirns, die im Gegensatz zum Isocortex dreischichtig aufgebaut ist.
• Area F5: Ein Teil des ventralen prämotorischen Cortex, der sich im Stirnlappen des Säugetierhirns befindet und an Planung und Organisation von zielgerechten Bewegungen beteiligt ist.
• Area praepiriformis: Ein Teil des piriformen Cortex im ventralen Temporallappen und gehört zum primären olfaktorischen Cortex.
• Asomatognosie: Ein „Nichtwissen“ um den eigenen Körper.
• Assoziationsareale: Teile des Großhirns, die nicht den primären und sekundären Arealen für sensorische Verarbeitung und Motorik zugeordnet werden.
• Astrozyten: Gliazellen, die z.B. Aufgaben wie die Stützfunktion und die Regulation des Stoffaustausches im Gehirn übernehmen.
• Ataxie: Ein medizinischer Überbegriff für die Störung oder den Verlust der Bewegungskoordination.
• Auditorischer Cortex: Ein Teil des Temporallappens, der mit der Verarbeitung akustischer Signale befasst ist.
• Aufmerksamkeit: Ein Werkzeug, um innere und äußere Reize bewusst wahrzunehmen.
• Auge: Das Sinnesorgan zur Wahrnehmung von Lichtreizen.
• Augenhäute: Bilden die Wand des Augapfels.
• Äußere und innere Haarzellen: Sinneszellen für akustische Signale im Corti-Organ.
• Autismus: Gravierende Entwicklungsstörung, die sich oft in reduzierten sozialen Fähigkeiten, verminderter Kommunikation und stereotypem Verhalten ausdrückt.
• Autonomes Nervensystem: Der Teil des Nervensystems, der überwiegend unbewusste Vitalfunktionen steuert.
• Axon: Der Fortsatz der Nervenzelle, der für die Weiterleitung eines Nervenimpulses zur nächsten Zelle zuständig ist.
• Basalganglien: Eine Gruppe subcorticaler Kerne im Telencephalon.
• Basilarmembran: Durchzieht die Cochlea auf einer Länge von ca. 34 mm und versetzt diese in Schwingung.
• Basisemotionen: Einige Theorien gehen davon aus, dass alle Emotionen sich aus einigen wenigen Basisemotionen zusammensetzen lassen.
• Belastungsstörung: Die pathologische Reaktion auf dauerhaften oder kurzfristig sehr hohen Stress.
• Beta-Amyloid: Ein Peptid, das als Hauptbestandteil seniler Plaques für die Entstehung von Alzheimer verantwortlich gemacht wird.
• Beta-Wellen: Elektrische Aktivität des Gehirns (Hirnströme) im Frequenzbereich zwischen 13 und 30 Hz.
• Betz’sche Riesenzellen: Besonders große Pyramidenzellen im primären motorischen Cortex.
• Biomarker: Eine Substanz, die Hinweise auf den physiologischen Zustand eines Organismus gibt.
• Bipolarzelle: Ein bipolares Neuron, also ein Neuron mit einem Axon und einem Dendriten das in der mittleren Schicht der Netzhaut liegt.
• Bitterrezeptoren: Eine von mehreren Gruppen von Sensoren, die darauf spezialisiert sind, eine bestimmte Geschmacksqualität wahrzunehmen.
• Blinder Fleck: Eine blinde Stelle der visuellen Wahrnehmung, bedingt durch die Anatomie des Auges.
• Blut-Hirn-Schranke: Eine selektiv durchlässige Membran, die von den Zellen in den Wänden der kapillaren Blutgefäße im Gehirn gebildet wird.
• Bogengänge: Die drei Bogengänge pro Ohr sind untereinander verbundene, flüssigkeitsgefüllte Schläuche, die nahezu rechtwinklig zueinander stehen und zum Gleichgewichtsorgan im Innenohr gehören.
• Brain-Computer-Interface: Eine direkte Schnittstelle zwischen Gehirn und Computer.
• Broca-Areal: Ein Areal des präfrontalen Cortex (Großhirnrinde), das sich meist in der linken Hemisphäre befindet und maßgeblich an der motorischen Erzeugung von Sprache beteiligt ist.
• Brodmann-Areale: Der Neuroanatom Korbinian Brodmann teilte bereits 1909 die Großhirnrinde (Cortex) in unterschiedliche Felder ein.
• Caenorhabditis elegans: Der Fadenwurm Caenorhabditis elegans ist ein bekannter und beliebter Modellorganismus der Genetik.
• cAMP: Das zyklische Adenosinmonophosphat ist ein zweiter Bote, ein second messenger in der intrazellulären Signalweiterleitung.
• Cannon-Bard-Theorie: Eine Emotionstheorie, die davon ausgeht, dass Emotionen unabhängig vom Emotionsausdruck sind und durch den Thalamus entstehen.
• Capgras-Syndrom: Wahrnehmungsstörung, in der geliebte Personen als „nicht echt“ erlebt werden.
• Cerebellum: Das Cerebellum (Kleinhirn) ist ein wichtiger Teil des Gehirns, an der Hinterseite des Hirnstamms und unterhalb des Okzipitallappens gelegen.

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