Das Gehirn und das Rückenmark: Die Zentrale des Nervensystems

Das Nervensystem ist ein übergeordnetes Körpersystem, das es dem Organismus ermöglicht, mit der Umwelt zu kommunizieren und gleichzeitig die Mechanismen im Körperinneren zu steuern. Es gliedert sich in das Zentralnervensystem (ZNS) und das periphere Nervensystem. Das ZNS, bestehend aus Gehirn und Rückenmark, bildet die zentrale Steuereinheit. Die außerhalb von Gehirn und Rückenmark liegenden Nervenzellen gehören zum peripheren Nervensystem. Sie bilden Nervenstränge, die von Gehirn und Rückenmark in die Peripherie des Körpers verlaufen und von dort zurück.

Die Bausteine: Nervenzellen und Gliazellen

Die Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind die fundamentalen Bausteine unseres Nervensystems. Sie bestehen aus einem Zellkörper und Zellfortsätzen, die sie mit anderen Nervenzellen oder mit Körperzellen wie Muskel- oder Drüsenzellen verbinden. Diese Fortsätze werden als Axone und Dendriten bezeichnet. Axone leiten Signale zu anderen Neuronen oder Zielzellen weiter, während Dendriten die Signale meistens von anderen Neuronen empfangen. Die Länge der Axone und Dendriten reicht von wenigen tausendstel Millimeter bis zu über einem Meter. Neben den Neuronen enthält das Nervensystem Gliazellen und ein dichtes Netz von Blutgefäßen, das die ausreichende Zufuhr von Sauerstoff und Nährstoffen sicherstellt.

Das Gehirn: Die Kommandozentrale

Das Gehirn, das in der Schädelhöhle liegt, ist orientierungsweise in fünf größere Abschnitte unterteilt:

• Großhirn: Nimmt 80 % der Hirnmasse ein und ermöglicht mit seiner Entwicklung die einzigartigen und vielfältigen Fähigkeiten des Menschen. Es besteht aus einer rechten und einer linken Großhirnhälfte, die durch einen breiten und dicken Nervenstrang (den "Balken") miteinander verbunden sind. Die äußere Schicht des Großhirns bildet die Großhirnrinde, die 2 bis 3 Millimeter dick ist und aufgrund ihres Aussehens auch als graue Substanz bezeichnet wird. Ihre graue Farbe erhält die Großhirnrinde von den Zellkörpern der Neurone. Unterhalb der Großhirnrinde befindet sich die weiße Substanz.
• Zwischenhirn
• Mittelhirn
• Kleinhirn
• Nachhirn

Umgeben ist das Gehirn von drei Hautschichten. Die äußere Hülle (harte Hirnhaut) ist innen mit den Schädelknochen fest verbunden. Zwischen der inneren und der mittleren Haut befindet sich Flüssigkeit, die bei Erschütterungen wie eine Art Stoßdämpfer wirkt und somit zum Schutz des Gehirns beiträgt. Im Inneren des Gehirns befinden sich vier Hohlräume (Hirnkammern), die mit Gehirnflüssigkeit gefüllt sind. Das Gehirn wiegt etwa 1.400 Gramm. Dabei ist das Gehirn von Männern im Durchschnitt etwas größer und schwerer als das von Frauen, wobei dieser Größenunterschied keine unmittelbaren Rückschlüsse auf geistige Merkmale wie die Intelligenz zulässt. Das Älterwerden geht nicht spurlos an unserem Gehirn vorüber.

Das Rückenmark: Die Informationsautobahn

Das Rückenmark (Medulla spinalis), auch Myelon genannt, ist ein Strang von Nervenzellen und ihren langen Fortsätzen. Es liegt, umschlossen von der Wirbelsäule, im Wirbelkanal (auch Rückenmarkskanal oder Spinalkanal genannt). Es erstreckt sich vom Foramen magnum im Os occipitale bis zur Höhe des 1. oder 2. Lendenwirbels. Am unteren Ende verjüngt sich das Rückenmark zum Conus medullaris und endet als dünner Strang (Filum terminale). Danach läuft nur noch ein Nervenfaserbündel weiter. Das Rückenmark ist Teil des ZNS und der Hauptleitungsweg, der das Gehirn mit dem Körper verbindet. Es ist in Zervikal-, Thorakal-, Lumbal- und Sakralregion unterteilt. Da das Rückenmark kürzer als die Wirbelsäule ist, stimmen diese Regionen nicht ganz mit ihren entsprechenden Wirbelniveaus überein.

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Aufbau des Rückenmarks

Im Querschnitt ist das Rückenmark in einen H-förmigen Bereich mit grauer Substanz (bestehend aus verknüpften neuronalen Zellkörpern) und einen umgebenden Bereich mit weißer Substanz (bestehend aus auf- und absteigenden Bahnen myelinisierter Axone) unterteilt.

• Graue Substanz: Die graue Substanz liegt schmetterlingsförmig mittig im Rückenmark und wird von der weißen Substanz umhüllt. Sie besteht vor allem aus Nervenzellkörpern. Ihre Aufgabe ist es, Reize aus Hirn und Peripherie aufzunehmen und zu verarbeiten. Die graue Substanz gliedert sich in drei Abschnitte, die jeweils spezifische Aufgaben bei der Reizaufnahme und -verarbeitung haben: Hinterhorn (der hinten gelegene Schmetterlingsflügel), Zwischenhorn und Vorderhorn (der vorn gelegene Flügel). Aus dem Vorderhorn entspringen die motorischen Vorderwurzeln, während die sensiblen Hinterwurzeln zum Hinterhorn des Rückenmarks laufen.
• Weiße Substanz: Die weiße Substanz umgibt die graue Substanz im Rückenmark und enthält die entsprechenden Bahnen der Nervenfasern. In der weißen Substanz befinden sich aufsteigende und absteigende Nervenbahnen. Die aufsteigenden (afferenten) Bahnen laufen vom Rückenmark zum Gehirn und leiten Signale aus der Umwelt oder dem Körper ins Gehirn. Die absteigenden (efferenten) Bahnen sind vom Gehirn zurück zum Rückenmark zuständig. Die wichtigste und größte motorische Nervenbahn ist die sogenannte Pyramidenbahn.

Rückenmarkshäute

Genau wie dein Gehirn ist auch das Rückenmark von schützenden, sogenannten Rückenmarkshäuten, umhüllt. Du kannst sie in zwei Gewebeschichten einteilen. Das Rückenmark wird von drei bindegewebigen, dünnen Schichten umhüllt: den Rückenmarkshäuten (Meningen). Von außen nach innen sind dies:

• die harte Außenhülle namens Dura mater spinalis
• die weichere Zwischenhaut namens Arachnoidea spinalis
• die zarte Innenhaut namens Pia mater spinalis

Während die Dura mater als äußerste Schicht an den umgebenden Schädel- bzw. Wirbelknochen angrenzt, legt sich die Pia mater als innerstes Blatt direkt an die Oberfläche von Gehirn bzw. Rückenmark an. Der Raum zwischen der Spinngewebshaut und der weichen Hirn-/Rückenmarkshaut ist mit Flüssigkeit gefüllt, dem Nervenwasser (auch Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit, Liquor cerebrospinalis). In der Spinngewebshaut verlaufen zahlreiche Blutgefäße. Die weiche Hirn-/Rückenmarkshaut versorgt Gehirn bzw. Rückenmark. Zwischen der mittleren und der inneren Rückenmarkshaut liegt ein spaltförmiger Raum, der mit Nervenwasser (Liquor) gefüllt ist. Mediziner nennen ihn Subarachnoidalraum.

Spinalnerven

Die Fasernerven aus Vorder- und Hinterwurzeln vereinen sich paarweise und bilden die Spinalnerven. Diese stellen die Verbindung zu den Nerven der Körperperipherie her. Sie markieren den Übergang zwischen zentralem Nervensystem (Gehirn und Rückenmark) und peripherem Nervensystem (alle anderen Nerven im Körper). Die Paare aus vorderen und hinteren Nervenwurzelfasern ragen rechts und links zwischen den Wirbeln aus dem Rückenmark heraus. Sie gliedern das Rückenmark in Segmente, die den verschiedenen Körperregionen zugeordnet sind. Beim Menschen zählt man in der Regel 31 Spinalnervenpaare, die jeweils seitlich aus dem Wirbelsäulenkanal austreten.

Funktion des Rückenmarks

Die Funktion des Rückenmarks besteht darin, als eine Art Vermittler zu wirken. Es leitet also einerseits das Signal „Bewege deine Beine“ vom Gehirn in deinen Körper. Außerdem ist das Rückenmark auch wichtig für die Entstehung von Reflexen. Das Rückenmark hat die Aufgabe, Signale zwischen Gehirn und Körperperipherie weiterzuleiten. Es fungiert somit als Verbindungsapparat zwischen dem Gehirn und der Peripherie des Körpers:

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• Weiterleiten von Signalen aus der Peripherie ans Gehirn: Wenn beispielsweise Sensoren in der Haut eine Berührung wahrnehmen, gelangt dieser Reiz über angeschlossene periphere Nerven zu den Spinalnerven und weiter über die Hinterwurzeln ins Rückenmark. Dieses leitet das Signal über sensible Nervenbahnen ins Gehirn.
• Weiterleiten von Signalen vom Gehirn an die Peripherie: Befiehlt das Gehirn zum Beispiel, die Hand auszustrecken, gelangt dieses Signal über absteigende motorische Nervenbahnen im Rückenmark an die Körperperipherie: Die motorischen Nerven treten an der sogenannten Vorderwurzel als motorische Nervenfasern aus dem Rückenmark aus. Sie übermitteln den Befehl über die zugehörigen Spinalnerven an periphere Nerven, die ihrerseits die entsprechende Muskeln «informieren».

Reflexe

Manche Erregungen (Reize) werden von den aufsteigenden Bahnen im Rückenmark gar nicht erst zum Gehirn weitergeleitet, sondern unmittelbar auf derselben oder einer höher gelegenen Rückenmarksebene umgeschaltet. Die aufsteigenden Fasern verlaufen in diesem Fall statt zum Gehirn direkt zu Zellen des Vorderhorns und übertragen dort die Erregung. Diesen Weg der Erregungsübertragung nennt man Reflexbogen, und eine so ausgelöste Muskelreaktion nennt man Reflex. Reflexe werden bei jeder körperlichen Untersuchung geprüft. Bei einem Eigenreflex wird ein Muskel durch einen sachten Schlag auf eine Sehne kurz gedehnt. Durch diese Reizung wird der oben beschriebene Reflexbogen ausgelöst, der die betroffene Rückenmarksebene nicht verlässt. Bei der Prüfung der Eigenreflexe wird unter anderem die Stärke dieser Muskelanspannung bewertet. Bei einem Fremdreflex gehören Reizempfänger und Reizbeantworter verschiedenen Organsystemen an. Es werden Sinneszellen in der Haut gereizt und dadurch ein Reflexbogen ausgelöst, der sich über verschiedene Höhen des Rückenmarks (des Hirnstamms) ausbreitet. Beispielsweise kommt es beim Babinski-Reflex durch Bestreichen des Fußsohlenrandes zu einer Streckung von Fuß und Großzehe sowie Spreizung der übrigen Zehen im Sinne einer Fluchtreaktion, die den schädigenden Reiz entfernen soll. Dieses Babinski-Phänomen ist normal für Neugeborene und Kinder im ersten Lebensjahr. Im Allgemeinen deuten abgeschwächte Reflexe auf eine Schädigung im Bereich des peripheren Nervensystems hin [siehe peripheres Nervensystem‎], gesteigerte Reflexe auf Störungen des Zentralnervensystem‎s.

Blutversorgung des Rückenmarks

Das Rückenmark wird von zwei Quellen aus mit Blut versorgt: von den Wirbelarterien und von den Segmentarterien [siehe Arterie‎]. Das Rückenmark wird von einer vorderen und zwei paarigen, hinteren Spinalarterien versorgt. Die Spinalarterien entspringen aus den Aa. vertebrales und der A. A. A. sulcocommissuralis zweigt von der A. A. Aa. radiculares magna (Adamkiewicz-Arterie). Speist die unteren zwei Drittel des Rückenmarks.

Mögliche Erkrankungen des Rückenmarks

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. 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. 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.

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. Entzündung kann diffus über das gesamte Rückenmark verteilt sein oder herdartig (= disseminierte Myelitis) in Erscheinung treten.
• 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. Bandscheibenvorfall (Prolapsus nuclei pulposi): meist degenerativ oder manchmal auch traumatisch bedingt. Bandscheibenvorfall) drückt auf das Rückenmark und führt so zu neurologischen Ausfallerscheinungen. Bandscheibenvorfall) von einer Bandscheibenprotrusion.
• 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.

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Weitere Syndrome und Erkrankungen des Rückenmarks:

• 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.
• Brown-Séquard-Syndrom: seltenes neurologisches Syndrom, das durch eine halbseitige Rückenmarkschädigung verursacht wird.
• Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Auch bekannt als Lou-Gehrig-Syndrom, ist eine sporadisch auftretende oder vererbte neurodegenerative Erkrankung sowohl der oberen als auch der unteren Motoneurone. ALS ist die häufigste progressive Motoneuronerkrankung in Deutschland. Die Diagnose wird klinisch gestellt und die Therapie ist symptomatisch, bis hin zur palliativen Versorgung am Lebensende.
• Multiple Sklerose: chronisch-entzündliche Autoimmunerkrankung, die zur Demyelinisierung des zentralen Nervensystems (ZNS) führt. Multiple Sklerose ist die häufigste demyelinisierende Erkrankung, wobei vor allem junge Frauen* betroffen sind. Das klinische Erscheinungsbild variiert stark je nach Lokalisation der Läsionen, beinhaltet jedoch typischerweise neurologische Symptome, die das Sehvermögen, die motorischen Funktionen, die Sensorik und die autonome Funktion beeinträchtigen. Die Diagnostik erfolgt mittels MRT (Magnetresonanztomographie) von Gehirn und Rückenmark (Wirbelsäule) sowie Liquoruntersuchung.
• Neuralrohrdefekte: verursacht durch den fehlerhaften Verschluss des Neuralrohrs während der Embryonalentwicklung, was möglicherweise zu einer Vorwölbung von Neuralgewebe führt. Wirbelsäule) sein. Die pränatale Diagnostik mittels Ultraschall (Sonographie) und mütterlichem α-Fetoprotein-Spiegel ist üblich. Die Behandlung eines offenen Neuralrohrdefektes erfolgt hauptsächlich chirurgisch.

Diagnostische und therapeutische Maßnahmen

• 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.
• Anästhesiologie: Geschichte und Grundkonzepte: Die Injektion von Opioid-Medikamenten in den Epidural- oder Subarachnoidalraum kann eine wirksame Anästhesie bei der Geburt und bei chirurgischen Eingriffen am Abdomen und an der unteren Extremität bieten. Anästhesiologie: Geschichte und Grundkonzepte wird ein Katheter in den Epiduralraum gelegt, um eine kontinuierliche Infusion von Medikamenten zu ermöglichen. Anästhesiologie: Geschichte und Grundkonzepte umfasst die einmalige Injektion eines Opioids in den Subarachnoidalraum.

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