Das Rückenmark spielt eine zentrale Rolle bei der Steuerung lebenswichtiger Körperfunktionen und Reflexe. Als Teil des zentralen Nervensystems (ZNS) verbindet es Gehirn und peripheres Nervensystem und ermöglicht so die Kommunikation zwischen Kopf und Körper. Dieser Artikel beleuchtet die Steuerung durch das Rückenmark, seine Funktionen, die beteiligten Mechanismen und seine Bedeutung für die menschliche Gesundheit.
Das Rückenmark: Schaltzentrale des Nervensystems
Das Rückenmark ist neben dem Gehirn ein Hauptbestandteil des zentralen Nervensystems (ZNS). Es handelt sich um einen fingerdicken, zylindrischen Strang aus Nervenfasern und Nervenzellen, der im Wirbelkanal von Hals bis zum Steißbein verläuft. Umgeben von Rückenmarkshäuten (Meningen) und einer schützenden Flüssigkeit, dem Liquor, ist das Rückenmark optimal vor äußeren Einflüssen geschützt.
Aufbau des Rückenmarks
Im Rückenmark treffen ankommende und wegführende Nervenbahnen zusammen, die den Informationsaustausch zwischen Gehirn, Skelettmuskulatur, Sinnesorganen und inneren Organen gewährleisten. Die Rückenmarksnervenzellen (Spinalnerven) bestehen aus einer vorderen und hinteren Wurzel. Über die hintere Wurzel gelangen zum Gehirn führende (afferente) Nervenbahnen ins Rückenmark, während über die vordere Wurzel vom Gehirn wegführende (efferente) Nervenbahnen das Rückenmark verlassen.
Die Spinalnerven treten zwischen zwei nebeneinanderliegenden Wirbeln aus dem Wirbelkanal aus. Man unterscheidet:
- 8 zervikale Spinalnervenpaare aus dem Halsmark
- 12 thorakale Nervenpaare aus dem Brustmark
- 5 Lumbalnervenpaare aus dem Lendenmark
- 5 Sakralnervenpaare aus dem Kreuzbeinmark
- 1-2 Coccygealnervenpaare aus dem Steißbeinmark
Funktionelle Unterscheidung: Somatisch vs. Vegetativ
Im Rückenmark befinden sich Anteile des somatischen (animalen) und des vegetativen (autonomen) Nervensystems. Das somatische Nervensystem steuert willkürliche Bewegungen der Skelettmuskulatur und durch innere oder äußere Reize ausgelöste Reflexe. Das vegetative Nervensystem hingegen reguliert lebenswichtige Funktionen wie Atmung, Verdauung, Stoffwechsel und Wasserhaushalt, die nicht willentlich beeinflussbar sind.
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Graue und weiße Substanz
Im Querschnitt des Rückenmarks lässt sich eine graue Substanz in Form eines Schmetterlings erkennen, die von weißer Substanz umgeben ist. Die graue Substanz enthält die Nervenzellkörper, unterteilt in Vorderhorn (motorische Nervenzellen), Hinterhorn (Schaltneurone) und Seitenhorn (motorische Nervenzellen des vegetativen Nervensystems). Die weiße Substanz enthält die Nervenfaserbahnen.
Reflexe: Unwillkürliche Reaktionen des Körpers
Neben der willkürlichen Steuerung der Muskulaturbewegungen entstehen im Rückenmark auch Reflexe. Ein Reflex ist eine unbewusste, immer gleich bleibende Reaktion des Körpers auf Reize. Diese Reaktionen erfolgen schnell und automatisch, ohne dass das Gehirn aktiv beteiligt ist.
Der Reflexbogen
Rückenmarkreflexe entstehen über den sogenannten Reflexbogen. Dieser besteht aus:
- Rezeptor: Nimmt den Reiz wahr (z. B. Schmerz, Hitze).
- Afferente Nervenbahn: Leitet das Signal zum Rückenmark.
- Reflexzentrum: Umschaltung im Rückenmark (monosynaptisch oder polysynaptisch).
- Efferente Nervenbahn: Leitet das Signal zum Effektor (z. B. Muskel).
- Effektor: Führt eine schnelle Bewegung aus.
Arten von Reflexen
Man unterscheidet verschiedene Arten von Reflexen:
- Eigenreflex: Sensor und Effektor befinden sich im gleichen Organ (z. B. Muskeldehnungsreflex).
- Fremdreflex: Sensor und Effektor liegen in verschiedenen Organen (z. B. Rückziehreflex).
- Viszerale Reflexe: Steuern die unbewussten Reaktionen der inneren Organe (z. B. Blasenentleerungsreflex).
- Gemischte Reflexe: Zusammenspiel von somatischen und viszeralen Nerven (z. B. viszero-kutaner Reflex).
- Frühkindliche Reflexe: Angeborene Reaktionen bei Neugeborenen, die sich im Laufe der Entwicklung zurückbilden (z. B. Greifreflex, Suchreflex).
- Erworbene Reflexe: Entstehen durch Lernen oder Konditionierung (z. B. Pawlowscher Hund).
Beispiele für Reflexe
- Patellarsehnenreflex: Ein Schlag auf die Sehne unterhalb der Kniescheibe dehnt den Oberschenkelmuskel. Diese Dehnung wird an das Rückenmark geleitet, welches eine Kontraktion des Muskels und eine Streckung des Beins auslöst.
- Rückziehreflex: Bei Berührung eines heißen Gegenstandes ziehen sich die Muskeln zusammen und die Hand wird ruckartig weggezogen.
- Moro-Reflex: Bei Neugeborenen führt eine plötzliche Lageveränderung oder ein lautes Geräusch zu einem ruckartigen Ausbreiten der Arme mit anschließender Umklammerungsbewegung.
Klinische Bedeutung von Reflexen
Reflexe sind ein wichtiger Bestandteil der neurologischen Untersuchung. Die Reflexprüfung erfolgt mit speziellen Instrumenten, um mögliche Schädigungen des Nervensystems zu erkennen.
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- Areflexie: Das Fehlen von Reflexen kann auf eine Schädigung des peripheren Nervensystems hinweisen.
- Hyperreflexie: Übermäßig starke Reflexe deuten oft auf eine Schädigung des zentralen Nervensystems hin.
Erkrankungen und Schädigungen des Rückenmarks
Das Rückenmark kann durch verschiedene Faktoren geschädigt werden, wie z. B. Unfälle, Tumoren oder Entzündungen. Die Folgen einer solchen Schädigung hängen von der Art und dem Ausmaß der Schädigung ab.
- Querschnittslähmung: Eine Schädigung des Rückenmarks kann zu Lähmungen und Gefühlsausfällen unterhalb der Verletzungshöhe führen.
- Poliomyelitis (Kinderlähmung): Zerstörung der Zellkörper der Vorderhörner durch das Poliovirus, was zu schlaffen Lähmungen führen kann.
Neuronale Netzwerke und zentrale Mustergeneratoren
Die neuronale Steuerung der Fortbewegung und anderer komplexer Bewegungsabläufe erfolgt durch spezialisierte Schaltkreise im Rückenmark, sogenannte zentrale Mustergeneratoren oder neuronale Oszillatoren. Diese Netzwerke können Bewegungsfolgen immer wieder anstoßen, ohne dass ein willentlicher Impuls oder ein Stimulus von außen erforderlich ist.
Forschung am Meerneunauge
Um die Funktionsweise neuronaler Netzwerke im Rückenmark besser zu verstehen, wird unter anderem das Meerneunauge (Petromyzon marinus) als Modellorganismus verwendet. Dieses einfach gebaute Wirbeltier verfügt über ein Nervensystem mit relativ wenigen Zellen, was die Untersuchung grundlegender Prinzipien der Fortbewegung erleichtert.
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