Das Rückenmark: Aufbau, Funktion und Bedeutung für den Körper

Das Rückenmark (Medulla spinalis) ist ein lebenswichtiger Bestandteil des zentralen Nervensystems (ZNS) und spielt eine entscheidende Rolle bei der Informationsübertragung und Reflexsteuerung im Körper. Es verbindet das Gehirn mit dem peripheren Nervensystem und ermöglicht so die Kommunikation zwischen dem Gehirn und den verschiedenen Körperregionen.

Einführung in das Rückenmark

Das Zentralnervensystem (ZNS) der Wirbeltiere besteht aus Gehirn und Rückenmark. Das Rückenmark stellt im Wesentlichen eine Art Leitungsapparat dar. Es verläuft gut geschützt im Rückenmarkskanal der Wirbelsäule und ist entsprechend den Wirbeln in Segmente eingeteilt. Insgesamt ist es jedoch kürzer als die Wirbelsäule. Es reicht vom 1. Hals- bis zum 2. Lendenwirbel. Am Hinterhauptsloch geht das Rückenmark in das verlängerte Mark (Medulla oblongata) über. Unten endet das Rückenmark mit einer kegelförmigen Spitze in der Höhe des zweiten Lendenwirbels. Die Form des Rückenmarks erinnert an einen vorn und hinten abgeplatteten zylindrischen Stab.

Anatomie des Rückenmarks

Das menschliche Rückenmark ist ein ca. 40-50 cm langer Nervenstrang mit einem Durchmesser von ca. 0,5 cm. Das Rückenmark verläuft im Rückenmarkskanal der Wirbelsäule und vereinigt dort die Rückenmarksnerven (Spinalnerven), welche den Wirbelkanal in der Höhe des zugehörigen Wirbels verlassen.

Äußere Struktur

Das Rückenmark ist von drei Rückenmarkshäuten umgeben:

1. Dura mater spinalis (harte Rückenmarkshaut): Die äußere, feste Schutzschicht.
2. Arachnoidea spinalis (Spinnwebhaut): Eine mittlere, netzartige Schicht.
3. Pia mater spinalis (weiche Rückenmarkshaut): Die innerste, zarte Schicht, die direkt am Rückenmark anliegt.

Zwischen der Arachnoidea und der Pia mater befindet sich der Subarachnoidalraum, der mit Flüssigkeit gefüllt ist und eine Dämpfungs- und Schutzfunktion inne hat.

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Die Rückenmarksnerven münden jeweils über den entsprechenden Rückenmarkssegmenten Hals (Cervix), Brust (Thorax), Lende (Lumbus), Kreuzbein (Sacrum) und Steißbein (Coccygeus) ins Rückenmark. Die Bezeichnung der Nerven erfolgt nach den lateinischen Bezeichnungen der Segmente in C 1 bis C 8, Th 1 bis Th 12, L 1 bis L 5, S 1 bis S 5 und Co 1. Die Spinalnerven erhalten und leiten ausschließlich Informationen für ihren zuständigen Körperabschnitt weiter. Beispielsweise sind die C 1-C 4-Nerven für die Atmung sowie Kopf- und Halsbewegungen zuständig. C 8 und Th 1-Nerven kontrollieren das Bewegen von Hand und Fingern.

Innere Struktur

Der Querschnitt durch das Rückenmark zeigt außen die weiße Substanz und innen um den Zentralkanal eine graue Substanz in Form eines Schmetterlings.

• Graue Substanz (Substantia grisea): Im Inneren des Rückenmarks, von der weißen Substanz eingehüllt, liegt die graue Substanz. In der schmetterlingsförmig angeordneten grauen Substanz befinden sich eine Vielzahl von Nervenzellkörpern mit Dendriten, die marklosen Anfangsteile der Axone, die präsynaptischen Endigungen von Neuronen anderer Rückenmarksbereiche, Gliagewebe und Blutkapillaren. Hierbei handelt es sich um die eigentliche Schaltstelle des Rückenmarks. Die graue Substanz besitzt im Querschnitt die Form eines Schmetterlings. Die Vorwölbungen (Flügel der Schmetterlingsform) werden als Hörner bezeichnet. Räumlich gesehen sind es Zellsäulen, von denen jeweils zwei in Richtung Bauch bzw. Rücken zeigen. So werden zwei Vorderhörner (Cornua anteriora) und zwei Hinterhörner (Cornua posteriora) unterschieden. Ventral (bauchseitig) befinden sich die Zellkörper der Neurone für die Steuerung der Skelettmuskulatur, weiter dorsal (rückseitig) die Steuerneurone für die Eingeweidemuskulatur und Drüsen.

• Weiße Substanz (Substantia alba): In der Querschnittsansicht des Rückenmarks ist die aus Faserbündeln bestehende weiße Substanz als äußere Schicht gut zu erkennen. In ihr liegen die afferenten (aus dem Organismus oder den Spinalganglien kommenden und zum Gehirn ziehenden) und efferenten (vom Gehirn zum Rückenmark absteigenden) Nervenfasern. Die Neuriten der absteigenden Bahnen ziehen vom Gehirn zu den Muskeln und verlassen das Rückenmark auf der Vorderseite. Die aufsteigenden Bahnen, die von den Sinnesorganen zum Gehirn führen, treten auf der Rückseite in das Rückenmark ein. Die Zellkörper der sensiblen (afferenten) Nerven befinden sich in knotenförmigen Gebilden (Spinalganglien) außerhalb des Rückenmarks. Diese Spinalganglien liegen kurz vor dem Eintritt in das Rückenmark.

Spinalnerven und ihre Wurzeln

Die in die Hinterhörner eintretenden sensiblen (afferenten) und aus den Vorderhörnern austretenden motorischen (efferenten) Nervenfasern sind auf beiden Seiten zu Bündeln zusammengefasst, die sich jeweils als vordere bzw. hintere Wurzel zu Rückenmarksnerven (Spinalnerven) vereinigen. Der Spinalnerv enthält somit die afferenten Fasern der Hinterwurzel, die zum ZNS ziehen und die zur Peripherie ziehenden efferenten Fasern der Vorderwurzel.

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Jeder einzelne Rückenmarksnerv hat zwei Wurzeln. Zur Bauchseite gelegen befindet sich die vordere Wurzel. Hier verlaufen die motorischen Nerven. Sie leiten die Signale aus dem Rückenmark zu den Muskeln. Die zum Rücken gewandte, hintere Wurzel enthält die sensiblen Nerven mit einem Nervenknoten, dem Spinalganglion. In dem Nervenknoten liegen die Zellkörper der sensiblen Nervenzellen. Diese Nerven leiten Signale von den Sinneszellen zum Rückenmark. Die Nervenfasern der vorderen und hinteren Wurzel vereinen sich im Spinalnerv.

Aufgaben des Rückenmarks

Das Rückenmark stellt einen Leitungs- und Reflexapparat zwischen Gehirn und peripherem Nervensystem dar. Es leitet Informationen in das und aus dem Gehirn. Das Rückenmark erfüllt zwei Hauptaufgaben: die Weiterleitung von Informationen in das und aus dem Gehirn und die Verarbeitung bestimmter Reize im Reflexbogen.

Informationsübertragung

Die weiße Substanz des Rückenmarks enthält aufsteigende (afferente) und absteigende (efferente) Nervenbahnen, die Informationen zwischen dem Gehirn und dem Körper transportieren.

• Aufsteigende Bahnen: Leiten sensorische Informationen (z.B. Berührung, Schmerz, Temperatur) von den Sinnesrezeptoren zum Gehirn. Wichtige aufsteigende Axone sind zum Beispiel der Vorderseitenstrang (Thermorezeptoren für Temperatursinn und Schmerzrezeptoren), der Kleinhirnseitenstrang (Mechanorezeptoren der Haut, Muskeln und Gelenke) und der Hinterstrang (Mechanorezeptoren der Haut, Muskeln und Gelenke). Die Impulse aus dem Kleinhirnseitenstrang gelangen nicht ins Bewusstsein, d. h. es handelt sich hier um unbewusst geregelte Vorgänge der Muskulatur, wie z. B. Magen-Darm-Bewegungen oder Reflexe.
• Absteigende Bahnen: Leiten motorische Befehle vom Gehirn zu den Muskeln und ermöglichen so willkürliche Bewegungen. Die größte vom Gehirn durch das Rückenmark absteigende Bahn ist die Pyramidenbahn (siehe auch Kapitel "Funktionelle Systeme").

Reflexsteuerung

Das Rückenmark ist ein wichtiges Reflexzentrum und ermöglicht schnelle, unwillkürliche Reaktionen auf bestimmte Reize. Reflexe sind Antwortreaktionen, die nach dem Alles-oder-Nichts-Gesetz erfolgen und ohne Einschaltung des Großhirns (unbewusst) und in einer festgelegten Nervenschaltung (Reflexbogen) ablaufen. Hierbei wird der Nervenimpuls nicht an die Großhirnrinde weitergeleitet, sondern springt direkt im Rückenmark um in einen motorischen Impuls. Von Vorteil ist diese wesentlich schneller verlaufende Reaktion, wenn eine bewusste Steuerung des Vorgangs zu langsam verlaufen würde und den Organismus so notwendige Zeit, Gesundheit oder sogar das Leben kosten könnte.

An der Bildung von Reflexbögen sind zahlreiche Nervenzellen (Neuronen) des Rückenmarks beteiligt, die nur kurze Strecken überbrücken. Unbedingte Reflexe bilden die Grundkoordinationen für komplexe Verhaltensmuster. Die Bedeutung der Reflexe besteht darin, Abweichungen von Sollwerten bei inneren und äußeren Faktoren (Störgröße) zu korrigieren. So sind zum Beispiel Schlucken, Husten oder die Lichtadaptation der Pupille Reflexe, die Störungen im Organismus beseitigen sollen.

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Der Reflexbogen

Ein Reflexbogen besteht typischerweise aus den folgenden Komponenten:

1. Rezeptor: Nimmt den Reiz wahr (z.B. Hitzerezeptor in der Haut).
2. Sensorisches Neuron: Leitet den Reiz zum Rückenmark.
3. Interneuron (Schaltneuron): Verbindet das sensorische Neuron mit dem motorischen Neuron (nicht immer vorhanden).
4. Motorisches Neuron: Leitet den Befehl an den Muskel.
5. Effektor: Führt die Reaktion aus (z.B. Muskel, der sich zusammenzieht).

Beispiele für Reflexe

• Knie(scheiben)sehnenreflex (Patellasehnenreflex): Wird durch einen Schlag unter die Kniescheibe ausgelöst. Die Sehne des Oberschenkelmuskels wird eingedrückt. Der Quadrizeps-Muskel des Oberschenkels wird dadurch gedehnt. Die Dehnungsrezeptoren des Muskels (Muskelspindel) registrieren diese Dehnung. Über eine sensorische Nervenbahn läuft diese Information in Form von Aktionspotenzialen (AP) zum Rückenmark. Die sensorische Nervenbahn tritt über das Hinterhorn der grauen Substanz in das Rückenmark ein. Hier besteht eine synaptische Verbindung zu einer motorischen Nervenzelle (Motoneuron), die im Vorderhorn der grauen Substanz liegt. Ihr Neurit führt zu dem Muskel zurück, dessen Muskelspindel gereizt wurde. Ist das empfangende elektrische Signal stark genug, so wird das Motoneuron angeregt, selbst ein AP abzugeben. Dieses AP führt zur Kontraktion des Quadrizeps-Muskels (Effektor) und der Unterschenkel bewegt sich nach vorne. Die passive Dehnung des Muskels wird durch diese festgelegte Nervenschaltung (Reflexbogen) in eine Kontraktion des Muskels überführt. Diese gezeigte Reaktion bezeichnet man als Reflex. Diese Reaktion erfolgt ohne Einbeziehung des Gehirns ausschließlich im Rückenmark. Die Bedeutung des Dehnungsreflexes besteht darin, durch eine negative Rückkopplung eine vorgegebene Muskellänge konstant zu halten.
• Schmerzreflex: Zieht man Fuß bzw. Hand reflexartig zurück, wenn man barfuß auf einen spitzen Stein tritt oder an den Dorn einer Rose fasst. Der Reiz wird von den Sinneszellen, in diesem Fall von den Tastsinneszellen der Haut, aufgenommen. Die aus dem Reiz entstandene Erregung wird in Form eines elektrischen Signals über die sensiblen Nerven zum Rückenmark weitergeleitet. Wir erinnern uns, dass die sensorischen Nerven über das Hinterhorn in das Rückenmark eintreten. In der grauen Substanz des Rückenmarks werden die elektrischen Erregungen der sensiblen Nerven über Synapsen direkt auf die motorischen Nerven übertragen. Die motorischen Nerven leiten die Erregungen an die Muskeln weiter und diese kontrahieren. Das Bein bzw.

Einteilung der Reflexe

Unbedingte Reflexe können in Eigen- und Fremdreflexe unterteilt werden.

Merkmal	Eigenreflex	Fremdreflex
Reiz- und Reaktionsort	Rezeptor und Erfolgsorgan (Effektororgan) liegen dicht nebeneinander	Rezeptor und Effektor liegen nicht in unmittelbarer Nähe zusammen
Synapsenzahl	monosynaptisch oder polysynaptisch	polysynaptisch
Reflexbahn	isoliert	Ausbreitung ist abhängig von der Reizintensität
Reflexzeit	relativ kurz (ca. < 20 ms)	länger

Die einfachsten Reflexe sind Eigenreflexe. Dabei liegen Reiz aufnehmendes Sinnesorgan und Reaktion ausführendes Organ in demselben Organ, nämlich einem Muskel. Motorische Eigenreflexe der Skelettmuskulatur beeinflussen u. a.: die Aufrechterhaltung des Körpers zur Überwindung der Schwerkraft, Stellung der einzelnen Gelenke und Feinregulierung der Bewegungen. Motorische Eigenreflexe sind für die Regelung von Muskelaktivität und Muskelkontraktion bedeutsam. Motorische Fremdreflexe erfassen zahlreiche Muskeln und Reflexkollaterale (Seitenverzweigungen). Sie erregen meist mehrere Rückenmarkssegmente, sodass die Reaktion von der Muskulatur des gesamten Organismus ausgeführt wird (Fluchtbewegung).

Klinische Bedeutung des Rückenmarks

Schädigungen des Rückenmarks können schwerwiegende Folgen haben, da sie die Informationsübertragung und Reflexsteuerung beeinträchtigen.

Ursachen für Rückenmarksschäden

• Traumatische Verletzungen: Brüche der Wirbelsäule, Quetschungen oder Durchtrennungen des Rückenmarks. Die Verletzung des Rückenmarks beispielsweise durch Frakturen in der Wirbelsäule kann zum Querschnittssyndrom führen.
• Tumore: Können auf das Rückenmark drücken oder in das Rückenmark einwachsen und dadurch Nervenbahnen schädigen. Das Rückenmark‎ beziehungsweise die auf- und absteigenden Bahnen im Rückenmark können zum Beispiel durch einen Tumor geschädigt werden, der auf bestimmte Regionen im äußeren (peripheren) Bereich des Rückenmarks drückt oder der sich sogar im Mark, also innerhalb (zentral) dieser Bahnen befindet.
• Infektionen: Können Entzündungen des Rückenmarks verursachen (Myelitis). Auch Infektionen können die Zellen des Rückenmarks schädigen.
• Gefäßerkrankungen: Unterbrechung der Blutversorgung des Rückenmarks kann zum Absterben von Nervengewebe führen. Wenn das Nervengewebe des Rückenmarks nicht direkt verletzt wird, kann eine Unterbrechung der Gefäßversorgung des Rückenmarks zum Absterben von Nervengewebe führen.
• Degenerative Erkrankungen: Multiple Sklerose (MS) oder Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) können das Rückenmark schädigen.

Folgen von Rückenmarksschäden

Die Folgen einer Rückenmarksschädigung hängen von der Schwere und der Lokalisation der Schädigung ab.

• Lähmungen (Paresen/Plegien): Schwäche oder vollständiger Verlust der willkürlichen Bewegungskontrolle. Lähmungen von Muskeln. Dieses Phänomen wird unter anderem für die Entstehung einer spastischen Lähmung verantwortlich gemacht. Wenn, umgekehrt, in den auf- oder absteigenden Bahnen zu viel gehemmt wird, erhalten die Muskelzellen zu wenige erregende Impulse und es entsteht eine schlaffe Lähmung.
• Sensibilitätsstörungen: Verlust oder Veränderung der Empfindung von Berührung, Schmerz, Temperatur oder Vibration.
• Reflexstörungen: Ausfall oder Veränderung von Reflexen. Im Allgemeinen deuten abgeschwächte Reflexe auf eine Schädigung im Bereich des peripheren Nervensystems hin [siehe peripheres Nervensystem‎], gesteigerte Reflexe auf Störungen des Zentralnervensystem‎s.
• Blasen- und Darmfunktionsstörungen: Verlust der Kontrolle über Blasen- und Darmentleerung.
• Autonome Funktionsstörungen: Störungen der Herzfrequenz, des Blutdrucks oder der Schweißproduktion.

Eine komplette spinale Querschnittslähmung kann zum Beispiel durch einen Tumor im Rückenmark ausgelöst werden, der durch sein Ausmaß den Querschnitt eines gesamten Rückenmarksabschnittes schädigt, so dass alle auf- und absteigenden Bahnen unterbrochen werden. Entsprechend kann eine Schädigung im hohen Halsmark, das heißt in Höhe des ersten bis vierten Halswirbelkörpers, die Erregungsleitung von und zu allen darunter liegenden Körpersegmenten wie Zwerchfell, Armen, Beinen, Blase und Mastdarm unterbrechen. Dies führt zu Atemlähmung, Lähmungen und Gefühlsausfällen aller vier Gliedmaßen und der Blasen- und Mastdarmfunktion führt.

Diagnose und Behandlung

Die Diagnose von Rückenmarksschäden erfolgt in der Regel durch neurologische Untersuchungen, bildgebende Verfahren (MRT, CT) und elektrophysiologische Untersuchungen (NLG, VEP). Die Behandlung hängt von der Ursache und dem Ausmaß der Schädigung ab und kann konservative Maßnahmen (Physiotherapie, Ergotherapie, Schmerztherapie) oder operative Eingriffe umfassen.

Das Nervensystem als komplexes Netzwerk

Das Rückenmark ist ein wichtiger Bestandteil des Nervensystems, das als kompliziertes Nachrichtensystem des menschlichen Körpers fungiert. Die Verarbeitung der Informationen erfolgt durch das zentrale Nervensystem (ZNS) im Gehirn und im Rückenmark. Es besteht aus den Nervenzellen und den Stützzellen im Gehirn, die auch Gliazellen genannt werden. Ein menschliches Gehirn enthält im Schnitt 86 Milliarden Nervenzellen und noch sehr viel mehr Gliazellen. Das periphere Nervensystem (PNS) liegt außerhalb von Gehirn und Rückenmark. Ein Nerv besteht aus einem Bündeln von vielen Nervenfasern, die aus Stützzellen, Bindegewebe und den Axonen der Nervenzellen ihre Festigkeit erhalten. Die Hirnnerven entspringen aus dem Gehirn, während die Spiralnerven im Rückenmark verwurzelt sind.

Somatisches und vegetatives Nervensystem

Die Unterscheidung in somatisches und vegetatives Nervensystem erfolgt nach der Funktion: Das somatische Nervensystem umfasst die Nervenzellen, die bewusst durch Willensbeeinflussung gesteuert werden können, daher wird es manchmal auch willkürliches Nervensystem genannt. Die Nerven, die von den Sinneszellen Informationen zum Gehirn und Rückenmark leiten, nennt man sensorische Nerven. Nerven, die von dort Befehle an die Muskeln weiterleiten, werden motorische Nerven genannt. Das vom Hypothalamus gesteuerte vegetative Nervensystem (VNS) regelt zum Beispiel die Atmung, die Verdauung, den Blutkreislauf und die Funktion der Drüsen. Es arbeitet weitgehend autonom und kann willentlich nicht direkt gesteuert werden, deshalb wird es auch autonomes Nervensystem genannt. Es gibt Organe wie die Lunge, die vom somatischen und vom vegetativen Nervensystem gesteuert werden.

Sympathicus und Parasympathicus

Der Sympathicus steigert die Leistungsfähigkeit des Körpers, die bei der Bewältigung einer Gefahr oder einer Belastung notwendig ist. Dazu zählen zum Beispiel die Beschleunigung des Pulses oder die Entspannung der Atemwege. Dies fördert die Durchblutung und gewährleistet die Versorgung der Muskulatur mit Sauerstoff. Gleichzeitig drosselt er die Funktion von Organen, die für die momentane Situation weniger gebraucht werden, zum Beispiel werden Verdauungsprozesse verlangsamt. Der Sympathicus erhöht auch die Ausschüttung der „Stresshormone“ Adrenalin und Noradrenalin im Nebennierenmark. Diese Hormone steigern durch Blutgefäßverengung den Blutdruck, das Adrenalin erhöht die Herzfrequenz und erweitert die Bronchiolen in den Lungen. Der Parasympathicus stellt in vielen Fällen die Gegensteuerung zum Sympathicus dar. Er wirkt eher beruhigend und fördert die Erholung und den Aufbau von Reserven im menschlichen Körper.

Enterisches Nervensystem

Das enterische Nervensystem (ENS) im Magen-Darm-Trakt beinhaltet hauptsächlich die Nervenzellen, die in die Darmwand eingebettet sind. Ihre Zahl übertrifft sogar die Zahl der Nervenzellen im Rückenmark und im Gehirn. Das ENS reguliert zum Beispiel die Bewegungsfähigkeit des Darmes (Darmmotilität), den Blutfluss im Magen-Darm-Trakt, den Transport von Ionen und die Funktion des Darmes innerhalb des Immunsystems. Die Komponenten des vegetativen Nervensystems wirken zusammen mit dem Gehirn auf die emotionale Stimmung. Emotionen wie Angst, Wut oder Glücksempfinden werden von den körperlichen Reaktionen des vegetativen Nervensystems durch den Sympathicus und den Parasympathicus begleitet. Die Bedeutung des enterischen Nervensystems wurde in der Medizin lange Zeit unterschätzt.

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