Der Reflexbogen: Aufbau, Funktion und Bedeutung im Überblick

Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das es uns ermöglicht, auf unsere Umwelt zu reagieren und unser Verhalten zu steuern. Eine zentrale Rolle spielen dabei Reflexe, die schnelle und unwillkürliche Reaktionen auf bestimmte Reize darstellen. Der Reflexbogen ist die anatomische Grundlage für diese Reflexe und ermöglicht eine rasche Antwort, ohne dass das Gehirn aktiv beteiligt sein muss.

Das Zentralnervensystem (ZNS) und das Rückenmark

Das Zentralnervensystem (ZNS) der Wirbeltiere besteht aus Gehirn und Rückenmark. Das Rückenmark ist ein etwa 40-50 cm langer Nervenstrang mit einem Durchmesser von ca. 0,5 cm, der im Rückenmarkskanal der Wirbelsäule verläuft. Es vereinigt dort die Rückenmarksnerven (Spinalnerven), welche den Wirbelkanal in der Höhe des zugehörigen Wirbels verlassen. Von innen nach außen ist es von drei Rückenmarkshäuten umgeben.

Im Querschnitt zeigt das Rückenmark außen die weiße Substanz und innen um den Zentralkanal eine graue Substanz in Form eines Schmetterlings. Das Rückenmark stellt einen Leitungs- und Reflexapparat zwischen Gehirn und peripherem Nervensystem dar. Es leitet Informationen in das und aus dem Gehirn.

Die Anatomie des Rückenmarks im Detail

Das Rückenmark verläuft gut geschützt im Rückenmarkskanal der Wirbelsäule und ist entsprechend den Wirbeln in Segmente eingeteilt. Es reicht vom 1. Hals- bis zum 2. Lendenwirbel. Die Rückenmarksnerven (Spinalnerven) verlassen den Wirbelkanal in der Höhe des zugehörigen Wirbels. Ihre Zellkörper werden in kurzer Entfernung in sogenannten Spinalganglien (Knoten) zusammengefasst.

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. Das Rückenmark ist ca. 40-50 cm lang und besitzt einen Durchmesser von ca. 0,5 cm. 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.

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Innerer Bau des Rückenmarks

In der Querschnittsansicht des Rückenmarks ist die aus Faserbündeln bestehende weiße Substanz (Substantia alba) 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.

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.

Im Inneren des Rückenmarks, von der weißen Substanz eingehüllt, liegt die graue Substanz (Substantia grisea). 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.

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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Ventral (bauchseitig) befinden sich die Zellkörper der Neurone für die Steuerung der Skelettmuskulatur, weiter dorsal (rückseitig) die Steuerneurone für die Eingeweidemuskulatur und Drüsen.

Dieser innere Nervenstrang des Rückenmarks, bestehend aus weißer und grauer Substanz, ist zusätzlich von 3 Häuten umgeben. Ganz innen, anliegend an die weiße Substanz befindet sich die weiche Rückenmarkshaut (Pia mater spinalis), darauf folgend die Spinnwebhaut (Arachnoidea spinalis) und abschließend die harte Rückenmarkshaut (Dura mater spinalis). Zwischen den inneren beiden Häuten befindet sich ein mit Flüssigkeit gefüllter Hohlraum, welcher eine Dämpfungs- und Schutzfunktion inne hat.

Der Reflexbogen: Die Grundlage schneller Reaktionen

Der Reflexbogen ist die neuronale Verbindung zwischen Rezeptor und Effektor, die einen Reflex ermöglicht. Er besteht aus folgenden Komponenten:

1. Rezeptor: Eine Sinneszelle, die einen Reiz (physikalisch oder chemisch) wahrnimmt.
2. Sensorische Nervenzelle (afferente Nervenfaser): Leitet das Signal vom Rezeptor zum Zentralnervensystem (Rückenmark).
3. Schaltzentrum (im Rückenmark): Verarbeitet das Signal und leitet es an eine motorische Nervenzelle weiter.
4. Motorische Nervenzelle (efferente Nervenfaser): Leitet das Signal vom Rückenmark zum Erfolgsorgan (Effektor).
5. Effektor: Ein Muskel oder eine Drüse, die aufgrund der Erregung eine Reaktion ausführt.

Der Reflexbogen ermöglicht eine schnelle Reaktion, da der Impuls nicht erst zum Gehirn geleitet werden muss, sondern direkt im Rückenmark umgeschaltet wird. Dies ist besonders wichtig in Situationen, in denen eine schnelle Reaktion lebensnotwendig ist, wie z.B. beim Berühren einer heißen Herdplatte.

Aufgaben des Rückenmarks

Das Rückenmark erfüllt zwei Hauptaufgaben:

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• Die Weiterleitung von Informationen in das und aus dem Gehirn.
• Die Verarbeitung bestimmter Reize im Reflexbogen.

Das Rückenmark stimmt die Muskelaktivität auf äußere Bedingungen ab. Dazu dienen Reflexe, die eine stereotype, immer gleich ablaufende Reaktion auf einen bestimmten Reiz zur Folge haben. 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.

Beispiele für Reflexe

Der Kniesehnenreflex (Patellasehnenreflex)

Der Kniesehnenreflex (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.

Jeder Muskel (Agonist) im Körper besitzt einen Gegenspieler (Antagonisten). Durch den o. g. Knie(scheiben)sehnenreflex wird der Beuger des Unterschenkels gestreckt. Auch dieser Muskel hat einen Reflexbogen, der bei Reizung des Unterschenkelstreckers zur Reaktion des Beugers führt. Um eine gleichzeitige Kontraktion von Beuger und Strecker zu verhindern, ist zumindest ein weiteres Neuron darin involviert. Der Neurit des Dehnungsrezeptors verzweigt sich in der grauen Substanz und ist über eine Synapse mit einem hemmenden (inhibitorischen) Motoneuron verbunden. Sendet ein Motoneuron Aktionspotenziale an den Quadrizeps-Muskel, so wird gleichzeitig das hemmende Motoneuron aktiviert.

Weitere Beispiele

• Lidschlussreflex: Ein Schutzreflex, der zum Schließen des Augenlids führt, wenn sich etwas dem Auge nähert.
• Hustenreflex: Ein Schutzreflex, der die Atemwege von Schleim oder Fremdkörpern freihält.
• Schluckreflex: Ermöglicht die Nahrungsaufnahme und verhindert das Eindringen von Nahrung in die Atemwege.
• Pupillenreflex: Reguliert die Lichtmenge, die ins Auge gelangt, durch Verengung oder Erweiterung der Pupille.
• Niesreflex: Entfernt Reizstoffe aus der Nase.

Einteilung der Reflexe

Reflexe können nach verschiedenen Kriterien eingeteilt werden:

Nach der Beteiligung des Gehirns

• Unbedingte Reflexe (angeboren): Diese Reflexe sind genetisch festgelegt und laufen bei allen Individuen einer Art gleich ab. Beispiele sind der Kniesehnenreflex, der Lidschlussreflex und der Hustenreflex.
• Bedingte Reflexe (erworben): Diese Reflexe entstehen durch Lernen und Erfahrung. Ein bekanntes Beispiel sind die Pawlowschen Reflexe, bei denen ein neutraler Reiz (z.B. ein Glockenton) mit einem unbedingten Reiz (z.B. Futter) gekoppelt wird, so dass der neutrale Reiz schließlich die gleiche Reaktion auslöst wie der unbedingte Reiz.

Nach dem Ort von Reiz und Reaktion

• Eigenreflexe: Reizaufnahme und Reaktion finden im selben Organ statt. Ein Beispiel ist der Kniesehnenreflex, bei dem die Dehnung des Oberschenkelmuskels zur Kontraktion desselben Muskels führt. Eigenreflexe sind meist monosynaptisch, d.h. es gibt nur eine Synapse im Reflexbogen.
• Fremdreflexe: Reizaufnahme und Reaktion finden in unterschiedlichen Organen statt. Ein Beispiel ist der Lidschlussreflex, bei dem die Reizung der Hornhaut zur Kontraktion des Augenlidmuskels führt. Fremdreflexe sind immer polysynaptisch, d.h. es gibt mehrere Synapsen im Reflexbogen.

Die folgende Tabelle fasst die Unterscheidung zwischen Eigen- und Fremdreflexen zusammen:

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

Weitere Einteilungen

• Motorische Reflexe: Führen zu einer Muskelkontraktion.
• Sekretorische Reflexe: Führen zur Freisetzung von Sekreten (z.B. Speichel, Schweiß).
• Vegetative Reflexe: Beeinflussen die Funktion innerer Organe (z.B. Herzfrequenz, Atmung, Verdauung).
• Frühkindliche Reflexe: Reflexe, die bei Babys vorhanden sind und sich im Laufe der Entwicklung zurückbilden. Sie helfen dem Neugeborenen bei der Nahrungssuche und -aufnahme und dienen seinem Schutz.

Klinische Bedeutung der Reflexprüfung

Die Überprüfung der Reflexe ist ein wichtiger Bestandteil der neurologischen Untersuchung. Veränderungen der Reflexe können auf Erkrankungen des Nervensystems hinweisen. Beispielsweise können abgeschwächte oder fehlende Reflexe auf eine Schädigung der Nervenbahnen oder der Muskeln hindeuten, während übersteigerte Reflexe auf eine Schädigung des Gehirns oder des Rückenmarks hindeuten können.

Ein Beispiel für einen pathologischen Reflex ist der Babinski-Reflex, bei dem sich der große Zeh nach oben bewegt und die anderen Zehen sich spreizen, wenn die Fußsohle bestrichen wird. Dieser Reflex ist bei gesunden Erwachsenen nicht vorhanden und deutet auf eine Schädigung der Pyramidenbahn hin.

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