Das Rückenmark (Medulla spinalis): Aufbau, Funktion und klinische Bedeutung

Das Rückenmark (Medulla spinalis) ist ein wesentlicher Bestandteil des zentralen Nervensystems (ZNS) und spielt eine zentrale Rolle bei der Verbindung von Gehirn und Körper. Es ist ein schmaler, zylindrischer Strang aus Nervengewebe, der sich vom Gehirn bis in die Lendengegend erstreckt und im Wirbelkanal der Wirbelsäule liegt. Das Rückenmark dient als Hauptleitungsweg für sensorische und motorische Informationen und ist zudem an der Steuerung von Reflexen beteiligt. Verletzungen oder Erkrankungen des Rückenmarks können zu schwerwiegenden neurologischen Störungen führen, wie z.B. Lähmungen oder Sensibilitätsstörungen.

Anatomie und Aufbau des Rückenmarks

Lage und Ausdehnung

Das Rückenmark erstreckt sich vom Foramen magnum im Os occipitale (Hinterhauptsbein) bis zur Höhe des 1. oder 2. Lendenwirbels. Am unteren Ende verjüngt es sich zum Conus medullaris und endet als dünner Strang, das Filum terminale. Bei Kindern reicht das Rückenmark etwas weiter nach kaudal und endet ungefähr in Höhe des 4. Lendenwirbels.

Regionale Gliederung

Das Rückenmark ist in verschiedene Regionen unterteilt, die grob den Wirbelabschnitten entsprechen:

• Zervikalmark (Halsmark): C1-C8
• Thorakalmark (Brustmark): Th1-Th12
• Lumbalmark (Lendenmark): L1-L5
• Sakralmark (Kreuzmark): S1-S5
• Kokzygealmark (Steißmark): Co1-Co3

Es ist wichtig zu beachten, dass die Rückenmarksegmente nicht exakt mit den entsprechenden Wirbelkörpern übereinstimmen, insbesondere im unteren Bereich der Wirbelsäule.

Querschnittsstruktur

Im Querschnitt zeigt das Rückenmark eine charakteristische Struktur:

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• Graue Substanz (Substantia grisea): Sie liegt im Zentrum des Rückenmarks und hat eine H- oder schmetterlingsförmige Gestalt. Die graue Substanz besteht hauptsächlich aus Nervenzellkörpern (Neuronen) und Gliazellen. Sie ist in verschiedene Laminae (Schichten) und Kerngebiete unterteilt, die spezifische Funktionen bei der Verarbeitung und Weiterleitung von Informationen haben. Die graue Substanz enthält die zu Zellsäulen bzw. Kerngebieten (= Nuclei) zusammengefaßten Perikaryen der Neurone.
• Weiße Substanz (Substantia alba): Sie umgibt die graue Substanz und besteht vorwiegend aus myelinisierten Nervenfasern (Axonen). Die weiße Substanz enthält auf- und absteigende Nervenbahnen, die Informationen zwischen verschiedenen Regionen des Rückenmarks und dem Gehirn transportieren.

Rückenmarkshäute (Meningen)

Das Rückenmark wird von drei schützenden Membranen umhüllt, den Meningen:

• Dura mater spinalis (harte Rückenmarkshaut): Die äußere, derbe Schicht.
• Arachnoidea spinalis (Spinngewebshaut): Die mittlere, netzartige Schicht.
• Pia mater spinalis (weiche Rückenmarkshaut): Die innerste, zarte Schicht, die direkt dem Rückenmark anliegt.

Zwischen der Arachnoidea und der Pia mater befindet sich der Subarachnoidalraum, der mit Liquor cerebrospinalis (Nervenwasser) gefüllt ist. Die Meningen schützen das Rückenmark vor Verletzungen und tragen zur Aufrechterhaltung eines stabilen Milieus bei.

Blutversorgung

Das Rückenmark wird von verschiedenen Arterien versorgt:

• Arteria spinalis anterior: Sie verläuft entlang der vorderen Medianfurche und speist den vorderen Teil des Rückenmarks. Die A. sulcocommissuralis zweigt von der A. spinalis anterior ab.
• Arteriae spinales posteriores: Zwei paarige Arterien, die entlang der dorsolateralen Oberfläche des Rückenmarks verlaufen und den hinteren Teil versorgen.
• Arteriae radiculares: Segmentale Zuflüsse aus der Aorta, die über die Spinalnervenwurzeln ins Rückenmark gelangen.

Das venöse Blut wird über die Venae spinales anterior und posterior drainiert, die in den Plexus venosus vertebralis internus münden. Halsbereich: Drainage in die V. vertebralis; Thorakalbereich: Drainage in die (Hemi-)Azygosvenen→ gemeinsame Drainage in die V. cava superior.

Funktion des Rückenmarks

Das Rückenmark hat vielfältige Funktionen, die für die Kommunikation zwischen Gehirn und Körper unerlässlich sind:

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Sensorische Funktionen

Das Rückenmark empfängt sensorische Informationen aus der Peripherie (z.B. Haut, Muskeln, Gelenke) und leitet sie an das Gehirn weiter. Diese Informationen umfassen:

• Berührung: Leichte Berührung, Druck, Vibration
• Schmerz: Nozizeption (Schmerzwahrnehmung)
• Temperatur: Wärme und Kälte
• Propriozeption: Wahrnehmung der Körperposition und -bewegung im Raum

Die sensorischen Informationen werden über afferente Nervenfasern zu den Hinterhörnern der grauen Substanz geleitet, wo sie verarbeitet und an aufsteigende Bahnen weitergeleitet werden.

Motorische Funktionen

Das Rückenmark überträgt motorische Befehle vom Gehirn an die Muskeln, um willkürliche Bewegungen auszuführen. Diese Befehle werden über absteigende Bahnen zu den Vorderhörnern der grauen Substanz geleitet, wo sie Motoneurone aktivieren. Die Motoneurone innervieren die Skelettmuskulatur und lösen Kontraktionen aus.

Reflexe

Das Rückenmark ist auch an der Steuerung von Reflexen beteiligt. Reflexe sind schnelle, unwillkürliche Reaktionen auf einen Reiz, die ohne Beteiligung des Gehirns ablaufen. Ein typisches Beispiel ist der Kniesehnenreflex, bei dem ein Schlag auf die Patellarsehne eine Kontraktion des Quadrizepsmuskels auslöst.

Beim Eigenreflex liegen Rezeptor und Effektor im gleichen Organ. Dehnungsrezeptoren in der Muskelspindel des M. quadriceps femoris werden aktiviert. Efferenzen verlaufen nun im Plexus lumbalis und dann isoliert im N. femoralis. Beim Fremdreflex liegen Rezeptor und Effektor nicht im gleichen Organ.

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Autonome Funktionen

Das Rückenmark spielt eine Rolle bei der Regulation autonomer Funktionen wie:

• Blutdruck: Steuerung der Vasokonstriktion und Vasodilatation
• Herzfrequenz: Beeinflussung der Herzfrequenz
• Atmung: Beteiligung an der Atemregulation
• Blasen- und Darmfunktion: Steuerung der Kontraktion und Entspannung der Sphinktermuskeln

Die autonomen Funktionen werden über das vegetative Nervensystem gesteuert, dessen Neurone im Seitenhorn der grauen Substanz lokalisiert sind.

Innere Struktur des Rückenmarks

Graue Substanz

Die graue Substanz des Rückenmarks ist in verschiedene Laminae und Kerngebiete unterteilt, die jeweils spezifische Funktionen haben:

• Hinterhorn (Cornu posterius): Empfängt sensorische Informationen aus der Peripherie. Es enthält verschiedene Laminae (I-VI), die unterschiedliche Arten von sensorischen Reizen verarbeiten.
  • Lamina I: Enthält Nozizeptoren (Schmerzrezeptoren).
  • Lamina II (Substantia gelatinosa): Moduliert die Schmerzwahrnehmung.
  • Laminae III und IV: Empfangen Informationen über Berührung und Druck.
  • Lamina V: Empfängt Informationen von Muskel- und Gelenkrezeptoren.
  • Lamina VI: Beteiligt an der Verarbeitung von propriozeptiven Informationen.
• Seitenhorn (Cornu laterale): Enthält Neurone des autonomen Nervensystems. Es ist nur im Thorakal- und Lumbalmark vorhanden und enthält präganglionäre sympathische Neurone.
• Vorderhorn (Cornu anterius): Enthält Motoneurone, die die Skelettmuskulatur innervieren. Es ist in verschiedene Kerngebiete unterteilt, die unterschiedliche Muskelgruppen versorgen.
  • Mediale Kerngruppen: Innervieren die axiale Muskulatur (Rücken- und Bauchmuskulatur).
    • Ncl. dorsomedialis
    • Ncl. ventromedialis
  • Laterale Kerngruppen: Innervieren die Extremitätenmuskulatur.
    • Ncl. dorsolateralis
    • Ncl. ventrolateralis
  • Zentrale Kerngruppen (nur im Zervikalmark):
    • Ncl. phrenicus: Innerviert das Zwerchfell (wichtig für die Atmung).
  • Laterale Kerngruppen (nur im Halsmark):
    • Ncl. accessorius (XI. Hirnnerv): Innerviert den M. trapezius und M. sternocleidomastoideus.
    • Ncl. spinalis nervi accessorii
    • Ncl. intermedio-lateralis [C8-Th1 und L2-S2]
    • Ncl. retrodorsolateralis [C8-Th1 und S1-3]

Die graue Substanz enthält ca. 10 Millionen Nervenzellen (Neurone). Die Neurone des Vorderhorns sind relativ groß und multipolar. Sie erhalten erregende Synapsen von Pyramidenzellen der motorischen Hirnrinde und hemmende Synapsen von Interneuronen.

Weiße Substanz

Die weiße Substanz des Rückenmarks ist in drei Stränge (Funiculi) unterteilt:

• Vorderstrang (Funiculus anterior): Liegt zwischen der vorderen Medianfurche und dem Austritt der Vorderwurzeln. Er enthält aufsteigende und absteigende Bahnen.
• Seitenstrang (Funiculus lateralis): Liegt zwischen dem Austritt der Vorder- und Hinterwurzeln. Er enthält hauptsächlich auf- und absteigende Bahnen.
• Hinterstrang (Funiculus posterior): Liegt zwischen der hinteren Medianfurche und dem Eintritt der Hinterwurzeln. Er enthält aufsteigende Bahnen, die Informationen über Berührung, Druck und Propriozeption transportieren.

Die weiße Substanz enthält verschiedene auf- und absteigende Bahnen, die Informationen zwischen dem Gehirn und dem Rückenmark transportieren.

Aufsteigende (afferente) Bahnen

• Hinterstrangbahnen (Fasciculus gracilis und Fasciculus cuneatus): Transportieren Informationen über feine Berührung, Druck, Vibration und Propriozeption von der Haut und den Gelenken zum Gehirn. Die Fasern des Fasciculus gracilis (Goll) leiten Informationen von den unteren Extremitäten und dem unteren Rumpf, während die Fasern des Fasciculus cuneatus (Burdach) Informationen von den oberen Extremitäten und dem oberen Rumpf leiten. Projektionsort des 1. Neurons: Ipsilateraler Ncl. gracilis (Medulla oblongata) bzw. Ipsilateraler Ncl. cuneatus (Medulla oblongata). Projektionsort des 2. Neurons: Lemniscus medialis. Projektionsort des 3. Neurons: Kontralateraler Ncl. ventralis posterolateralis thalami.
• Spinothalamische Bahnen (Tractus spinothalamicus anterior und Tractus spinothalamicus lateralis): Transportieren Informationen über Schmerz, Temperatur und grobe Berührung zum Gehirn. Der Tractus spinothalamicus anterior leitet Informationen über grobe Berührung und Druck, während der Tractus spinothalamicus lateralis Informationen über Schmerz und Temperatur leitet. Projektionsort des 1. Neurons: Ncl. proprius. Projektionsort des 2. Neurons: Kontralaterale Thalamuskerne, Formatio reticularis, Substantia grisea centralis.
• Spinocerebelläre Bahnen (Tractus spinocerebellaris posterior und Tractus spinocerebellaris anterior): Transportieren Informationen über Propriozeption von den Muskeln und Gelenken zum Kleinhirn. Diese Informationen sind wichtig für die Koordination von Bewegungen. Der Tractus spinocerebellaris posterior (Flechsig) leitet Propriozeption (kleine rezeptive Felder individueller Extremitätenmuskeln), Teil monosynaptischer Reflexbögen. Der Tractus spinocerebellaris anterior (Gowers) leitet Informationen von den unteren Extremitäten und dem unteren Rumpf.

Absteigende (efferente) Bahnen

• Pyramidenbahn (Tractus corticospinalis): Die wichtigste motorische Bahn, die willkürliche Bewegungen steuert. Sie entspringt im motorischen Kortex des Gehirns und zieht durch das Rückenmark zu den Motoneuronen im Vorderhorn. Die Pyramidenbahn besteht aus zwei Teilen:
  • Tractus corticospinalis lateralis (70-90 %): Steuert die Willkürmotorik für den Körper. Die Fasern kreuzen in der Decussatio pyramidum in der Medulla oblongata und ziehen dann im Seitenstrang des Rückenmarks abwärts.
  • Tractus corticospinalis anterior (10-30 %): Steuert die Willkürmotorik für den Körper. Die Fasern kreuzen erst auf Segmenthöhe im Rückenmark und ziehen dann im Vorderstrang abwärts.
• Extrapyramidale Bahnen: Eine Gruppe von Bahnen, die an der Steuerung von unwillkürlichen Bewegungen, Muskeltonus und Körperhaltung beteiligt sind. Zu den wichtigsten extrapyramidalen Bahnen gehören:
  • Tractus vestibulospinalis lateralis: Vermittelt Reflexe des Lage- und Gleichgewichtssinns, Aktivierung der Extensoren und Hemmung der Flexoren. Ncl. vestibularis lateralis (Deiters) → Ipsilateral:α- und γ-Motoneurone (über Interneurone)
  • Tractus vestibulospinalis medialis: Monosynaptische Hemmung von Motoneuronen. Ncl. vestibularis medialis → Ipsi- und kontralaterales zervikothorakales Mark:α- und γ-Motoneurone (über Interneurone)
  • Tractus reticulospinalis medialis (Tractus pontoreticularis): Aktivierung der Extensoren und Hemmung der Flexoren. Pontine Formatio reticularis → Ipsilateral:α- und γ-Motoneurone (über Interneurone)
  • Tractus rubrospinalis (Monakow): Aktivierung der Flexoren und Hemmung der Extensoren, Feinmotorik. Ncl. ruber → Kontralateral:α- und γ-Motoneurone (über Interneurone)

Klinische Bedeutung

Erkrankungen und Verletzungen des Rückenmarks können zu einer Vielzahl von neurologischen Ausfällen führen. Die Art und Schwere der Symptome hängen von der Lokalisation und dem Ausmaß der Schädigung ab.

Verletzungen des Rückenmarks

• Querschnittslähmung: Eine Schädigung des Rückenmarks, die zu einer Lähmung und Sensibilitätsverlust unterhalb des Verletzungsniveaus führt. Die Querschnittslähmung kann komplett oder inkomplett sein, je nachdem, ob alle oder nur einige Nervenbahnen durchtrennt sind. Je höher die Schädigung im Rückenmark liegt, desto größer ist der Funktionsverlust. Eine Schädigung im hohen Halsmark kann zu einer Tetraplegie (Lähmung aller vier Extremitäten) führen, während eine Schädigung im Lumbalmark zu einer Paraplegie (Lähmung der Beine) führen kann.
• Brown-Séquard-Syndrom: Ein seltenes neurologisches Syndrom, das durch eine halbseitige Rückenmarkschädigung verursacht wird. Es führt zu einer ipsilateralen (gleichseitigen) Lähmung und Verlust der Propriozeption sowie zu einem kontralateralen (gegenseitigen) Verlust der Schmerz- und Temperaturempfindung.
• Zentromedulläres Syndrom: neurologisches Syndrom, das durch eine Verletzung des Zentrums des Rückenmarks verursacht wird und die spinothalamischen Bahnen (Sensorik) und den medialen Anteilen der Tractus corticospinales (Motorik) betrifft.
• Vorderes Quadrantensyndrom: inkomplettes Rückenmarkssyndrom infolge einer Verletzung des ventralen Rückenmarks unter der Schonung der dorsalen Anteile. Klinische Manifestationen sind der Verlust der motorischen und sensorischen Funktion unterhalb des Verletzungsniveaus.
• Hinteres Quadrantensyndrom: inkomplettes Rückenmarkssyndrom, das die dorsalen Säulen, die Tractus corticospinales und die absteigenden autonomen Bahnen zur Blase betrifft.

Erkrankungen des Rückenmarks

• Multiple Sklerose (MS): Eine chronisch-entzündliche Autoimmunerkrankung, die zur Demyelinisierung des ZNS führt. MS kann verschiedene neurologische Symptome verursachen, darunter motorische Störungen, Sensibilitätsstörungen, Sehstörungen und autonome Funktionsstörungen. Die Diagnose wird klinisch und apparativ (MRT der Wirbelsäule) sowie Liquoruntersuchung gestellt.
• Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Eine neurodegenerative Erkrankung, die sowohl die oberen als auch die unteren Motoneurone betrifft. ALS führt zu fortschreitender Muskelschwäche, Atrophie und schließlich zum Tod. Die Diagnose wird klinisch gestellt und die Therapie ist symptomatisch, bis hin zur palliativen Versorgung am Lebensende.
• Bandscheibenvorfall (Prolapsus nuclei pulposi): Eine degenerative oder traumatische Schädigung der Bandscheibe, die zu einer Kompression des Rückenmarks oder der Nervenwurzeln führen kann. Ein Bandscheibenvorfall) drückt auf das Rückenmark und führt so zu neurologischen Ausfallerscheinungen. Bandscheibenvorfall) ist von einer Bandscheibenprotrusion zu unterscheiden.
• Myelitis: Eine Entzündung des Rückenmarks, die durch verschiedene Ursachen ausgelöst werden kann, darunter Infektionen, Autoimmunerkrankungen und Medikamente. Entzündung kann diffus über das gesamte Rückenmark verteilt sein oder herdartig (= disseminierte Myelitis) in Erscheinung treten.
• Spinale Muskelatrophie (SMA): Eine genetisch bedingte Erkrankung, die zu einem Verlust von Motoneuronen im Rückenmark führt. SMA führt zu Muskelschwäche, Atrophie und schließlich zum Tod.
• Neuralrohrdefekte: verursacht durch den fehlerhaften Verschluss des Neuralrohrs während der Embryonalentwicklung, was möglicherweise zu einer Vorwölbung von Neuralgewebe führt. Wirbelsäule) sein. Ultraschall (Sonographie) und mütterlichem α-Fetoprotein-Spiegel ist üblich. Die Behandlung eines offenen Neuralrohrdefektes erfolgt hauptsächlich chirurgisch.

Diagnostische und therapeutische Verfahren

• Lumbale Spinalpunktion: Entnahme von Liquor aus der lumbalen Zisterne unterhalb des Rückenmarks. Wirbelsäule ist ein wichtiges diagnostisches Instrument zur Beurteilung einer Vielzahl von Erkrankungen des zentralen Nervensystems (ZNS). Viele Erkrankungen des ZNS können die Zellen im Liquor verändern oder die Konzentration seiner chemischen Bestandteile verändern, was die Diagnose unterstützt. Bei Kindern führt man eher eine Subokzipitalpunktion durch, da bei ihnen das Rückenmark sehr weit nach kaudal reicht.
• Spinale Anästhesie: Die Injektion von Lokalanästhetika in den Epidural- oder Subarachnoidalraum kann eine wirksame Anästhesie bei der Geburt und bei chirurgischen Eingriffen am Abdomen und an der unteren Extremität bieten. Bei der Epiduralanästhesie wird ein Katheter in den Epiduralraum gelegt, um eine kontinuierliche Infusion von Medikamenten zu ermöglichen. Die Spinalanästhesie umfasst die einmalige Injektion eines Opioids in den Subarachnoidalraum.

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