Das Rückenmark (Medulla spinalis) ist ein wesentlicher Bestandteil des Zentralnervensystems (ZNS) der Wirbeltiere und fungiert als eine Art "Leitungsapparat" zwischen Gehirn und peripherem Nervensystem. Es ist ein ca. 40-50 cm langer Nervenstrang mit einem Durchmesser von ca. 0,5 cm, der gut geschützt im Rückenmarkskanal der Wirbelsäule verläuft. Der Querschnitt des Rückenmarks zeigt eine charakteristische Anordnung: außen die weiße Substanz (Substantia alba) und innen, um den Zentralkanal herum, die graue Substanz (Substantia grisea) in Form eines Schmetterlings. Das Rückenmark ist in Segmente eingeteilt, die den Wirbeln entsprechen, wobei die Rückenmarksnerven (Spinalnerven) den Wirbelkanal in Höhe des zugehörigen Wirbels verlassen.
Anatomie des Rückenmarks
Lage und Aufbau
Das Rückenmark erstreckt sich vom Hinterhauptsloch, wo es in das verlängerte Mark (Medulla oblongata) übergeht, bis zum 1. Hals- bis zum 2. Lendenwirbel. Unten endet es mit einer kegelförmigen Spitze. Es ist kürzer als die Wirbelsäule. Die Spinalnerven verlassen den Wirbelkanal in der Höhe des zugehörigen Wirbels. Ihre Zellkörper werden in kurzer Entfernung in sogenannten Spinalganglien (Knoten) zusammengefasst.
Die Form des Rückenmarks erinnert an einen vorn und hinten abgeflachten zylindrischen Stab. 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.
Rückenmarkshäute
Der innere Nervenstrang des Rückenmarks, bestehend aus weißer und grauer Substanz, ist zusätzlich von drei Häuten umgeben:
- Pia mater spinalis (weiche Rückenmarkshaut): Liegt ganz innen, anliegend an die weiße Substanz.
- Arachnoidea spinalis (Spinnwebhaut): Befindet sich zwischen der Pia mater und der Dura mater.
- Dura mater spinalis (harte Rückenmarkshaut): Die äußerste, feste Hülle.
Zwischen der Arachnoidea und der Pia mater befindet sich der Subarachnoidalraum, ein mit Flüssigkeit (Liquor cerebrospinalis) gefüllter Hohlraum, der eine Dämpfungs- und Schutzfunktion hat.
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Weiße Substanz (Substantia alba)
Die weiße Substanz bildet die äußere Schicht des Rückenmarks. Sie besteht hauptsächlich aus Nervenfasern (Axonen), die von einer Myelinscheide umgeben sind, was ihr die weiße Farbe verleiht. In ihr liegen die afferenten (aufsteigenden) und efferenten (absteigenden) Nervenfasern.
- Afferente Bahnen: Diese Nervenfasern leiten sensorische Informationen aus dem Organismus oder den Spinalganglien zum Gehirn. Die Zellkörper der sensiblen Nerven befinden sich in knotenförmigen Gebilden (Spinalganglien) außerhalb des Rückenmarks, 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.
- Efferente Bahnen: Diese Nervenfasern leiten motorische Befehle vom Gehirn zum Rückenmark und zu den Muskeln. Die Neuriten der absteigenden Bahnen ziehen vom Gehirn zu den Muskeln und verlassen das Rückenmark auf der Vorderseite. Die wichtigste und größte motorische Nervenbahn ist die sogenannte Pyramidenbahn.
Graue Substanz (Substantia grisea)
Die graue Substanz liegt im Inneren des Rückenmarks, umgeben von der weißen Substanz. Sie hat im Querschnitt die Form eines Schmetterlings. In ihr befinden sich eine Vielzahl von Nervenzellkörpern (Neuronen) 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 Vorwölbungen der schmetterlingsförmigen grauen Substanz werden als Hörner bezeichnet. Räumlich gesehen sind es Zellsäulen, von denen jeweils zwei in Richtung Bauch (ventral) bzw. Rücken (dorsal) zeigen. So werden zwei Vorderhörner (Cornua anteriora) und zwei Hinterhörner (Cornua posteriora) unterschieden.
- Hinterhörner (Cornua posteriora): Hier treten die sensiblen (afferenten) Nervenfasern ein, die Informationen aus der Peripherie empfangen.
- Vorderhörner (Cornua anteriora): Hier entspringen die motorischen (efferenten) Nervenfasern, die Befehle an die Muskeln weiterleiten. Ventral (bauchseitig) befinden sich die Zellkörper der Neurone für die Steuerung der Skelettmuskulatur, weiter dorsal (rückseitig) die Steuerneurone für die Eingeweidemuskulatur und Drüsen.
Die in die Hinterhörner eintretenden sensiblen und aus den Vorderhörnern austretenden motorischen 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.
Aufgaben des Rückenmarks
Das Rückenmark erfüllt zwei Hauptaufgaben:
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- Weiterleitung von Informationen: Es leitet Informationen zwischen dem Gehirn und dem restlichen Körper. Sensible Informationen aus der Peripherie (z.B. Berührung, Schmerz, Temperatur) werden über aufsteigende Bahnen zum Gehirn geleitet, während motorische Befehle vom Gehirn über absteigende Bahnen zu den Muskeln gelangen.
- Reflexe: Das Rückenmark verarbeitet bestimmte Reize im Reflexbogen selbstständig, ohne Beteiligung des Gehirns. Reflexe sind stereotype, immer gleich ablaufende Reaktionen auf einen bestimmten Reiz. Sie erfolgen unbewusst und in einer festgelegten Nervenschaltung (Reflexbogen).
Reflexe im Detail
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.
Beispiel: Kniesehnenreflex (Patellasehnenreflex)
Der Kniesehnenreflex wird durch einen Schlag unter die Kniescheibe ausgelöst. Die Sehne des Oberschenkelmuskels wird eingedrückt, wodurch der Quadrizeps-Muskel des Oberschenkels gedehnt wird. 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 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. Kniesehnenreflex 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.
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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. < 0,1 s) | länger |
Motorische Eigen- und Fremdreflexe: 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: Erkrankungen des Rückenmarks
Das Rückenmark kann bei verschiedenen Krankheiten und Verletzungen in Mitleidenschaft gezogen werden. Der medizinische Fachbegriff für eine Schädigung des Rückenmarks jeglicher Ursache lautet Myelopathie. Es zählen dazu zum Beispiel:
- Entzündliche Myelopathie: Eine Entzündung des Rückenmarks (Myelitis) kann etwa durch Viren oder Bakterien verursacht werden.
- Vaskuläre Myelopathie: Bedingt durch Erkrankungen oder Verschlüsse der versorgenden Gefäße, z.B. Blutung im Wirbelkanal oder Rückenmarksinfarkt.
- Kompressionsmyelopathie: Quetschung des Rückenmarks, etwa durch einen Bandscheibenvorfall, eine Spinalkanalstenose oder einen Tumor.
- Traumatische Myelopathie: Z.B. bei einem Genickbruch oder einer Rückenmarksprellung (Contusio spinalis).
- Stoffwechselbedingte (metabolische) Myelopathie: Z.B. funikuläre Myelose.
- Toxische Myelopathie: Z.B. bei Lathyrismus (chronische neurologische Erkrankung infolge regelmäßiger Zufuhr bestimmter Hülsenfrüchte mit nervenschädigenden Eiweißbausteinen).
Welche Symptome eine Myelopathie hervorruft, hängt davon ab, in welcher Höhe und in welchem Ausmaß das Rückenmark geschädigt ist. Möglich sind zum Beispiel Missempfindungen wie Kribbelgefühle (etwa in den Händen und Armen), Lähmungen (bis hin zur Querschnittslähmung) sowie Probleme beim Wasserlassen und Stuhlgang. Eine Verletzung des Rückenmarks, beispielsweise durch Frakturen in der Wirbelsäule, kann zum Querschnittssyndrom führen. Je höher die Stelle liegt, an der das Rückenmark beschädigt ist, desto größer sind die Einschränkungen.
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