Aufbau und Funktion des Rückenmarks: Eine umfassende Übersicht

Das Rückenmark (Medulla spinalis) ist ein lebenswichtiger Strang von Nervenzellen und ihren Fortsätzen, der im Wirbelkanal innerhalb der knöchernen Wirbelsäule liegt. Es erstreckt sich vom Hirnstamm bis zu den unteren Lendenwirbeln und spielt eine zentrale Rolle in der Kommunikation zwischen dem Gehirn und dem restlichen Körper. Dieser Artikel beleuchtet detailliert den Aufbau und die Funktion des Rückenmarks, um ein umfassendes Verständnis dieser wichtigen Struktur des zentralen Nervensystems zu ermöglichen.

Was ist das Rückenmark?

Zusammen mit dem Gehirn bildet das Rückenmark das zentrale Nervensystem (ZNS). Es fungiert als Hauptleitungsweg, der das Gehirn mit dem Körper verbindet und Signale zwischen beiden hin- und herleitet. Über komplexe Nervenbahnen werden Informationen zwischen dem Gehirn und der Körperperipherie ausgetauscht. Das Rückenmark ist etwa 45 Zentimeter lang und hat einen Durchmesser von circa einem Zentimeter.

Lage des Rückenmarks

Das Rückenmark liegt geschützt im Wirbelkanal (Spinalkanal) innerhalb der Wirbelsäule. Dieser knöcherne Kanal bietet dem empfindlichen Nervengewebe Schutz vor äußeren Einwirkungen. Am unteren Ende verjüngt sich das Rückenmark zum Conus medullaris und endet als dünner Strang (Filum terminale).

Anatomischer Aufbau des Rückenmarks

Das Rückenmark besteht aus Nervengewebe, das sich in graue und weiße Substanz unterteilen lässt. Es besteht aus Nervenzellkörpern und -fasern. Diese bilden ein komplexes Gebilde aus aufsteigenden sensiblen und absteigenden motorischen Nervenbahnen.

Nervenwurzeln und Spinalnerven

Das Rückenmark ist von Nervenwurzeln umgeben. Die eingehenden Nerven aus der Körperperipherie gelangen über die Vorderwurzeln ins Rückenmark und werden über sensible Nervenbahnen zum Gehirn weitergeleitet. Signale aus dem Gehirn werden durch motorische Nervenbahnen über die Hinterwurzeln aus dem Rückenmark herausgeleitet.

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Die Fasernerven aus Vorder- und Hinterwurzeln vereinen sich paarweise und bilden die Spinalnerven. Diese stellen die Verbindung zu den Nerven der Körperperipherie her und markieren den Übergang zwischen zentralem und peripherem Nervensystem.

Die Spinalnerven treten rechts und links zwischen den Wirbeln aus dem Rückenmark heraus und gliedern es in Segmente, die den verschiedenen Körperregionen zugeordnet sind. Es gibt 31 bis 33 Segmente:

• Acht Halssegmente
• Zwölf Brustsegmente
• Fünf Lendensegmente
• Fünf Kreuzbeinsegmente
• Ein bis drei Steißbeinsegmente

Graue Substanz

Im Querschnitt des Rückenmarks ist die graue Substanz schmetterlingsförmig angeordnet und wird von der weißen Substanz umhüllt. Sie besteht hauptsächlich aus Nervenzellkörpern und hat die Aufgabe, Reize aus Hirn und Peripherie aufzunehmen und zu verarbeiten.

Die graue Substanz gliedert sich in drei Abschnitte:

• Hinterhorn: Nimmt sensible Informationen auf.
• Zwischenhorn: Enthält Nervenzellen des autonomen Nervensystems (vegetative Nervenzellen). Die weiße Substanz enthält die entsprechend zugehörigen Nervenfaserbahnen.
• Vorderhorn: Enthält motorische Neuronen, die für die Ansteuerung der Muskulatur zuständig sind.

Innerhalb des Vorderhorns lassen sich verschiedene Kerngruppen unterscheiden:

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• Mediale Kerngruppen: Ncl. dorsomedialis und Ncl. ventromedialis
• Laterale Kerngruppen: Ncl. dorsolateralis, Ncl. ventrolateralis und Ncl. retrodorsolateralis
• Zentrale Kerngruppen (nur im Zervikalmark): Ncl. phrenicus und Ncl. spinalis n. accessorii
• Laterale Kerngruppen (nur im Halsmark): Ncl. Arm), Ncl. Hand) und Ncl. Intermediolateralis

Weiße Substanz

Die weiße Substanz umgibt die graue Substanz und besteht hauptsächlich aus Axonen, den langen Nervenzellfortsätzen. Sie leitet Nervenimpulse aus dem Gehirn oder der Peripherie weiter. Die Farbe der weißen Substanz rührt von den Myelinscheiden her, die die Axone umhüllen und für eine schnelle und effiziente Signalübertragung sorgen.

Die weiße Substanz ist in Vorder-, Seiten- und Hinterstränge gegliedert, die jeweils spezifische auf- und absteigende Nervenbahnen enthalten.

• Aufsteigende (afferente) Bahnen: Leiten sensorische Informationen von der Peripherie zum Gehirn.
• Absteigende (efferente) Bahnen: Übertragen motorische Befehle vom Gehirn zur Muskulatur. Die größte vom Gehirn durch das Rückenmark absteigende Bahn ist die Pyramidenbahn.

Rückenmarkshäute (Meningen)

Das Rückenmark wird von drei bindegewebigen Schichten umhüllt, den Rückenmarkshäuten (Meningen):

• Dura mater spinalis: Harte Außenhaut
• Arachnoidea spinalis: Weichere Zwischenhaut
• Pia mater spinalis: Zarte Innenhaut, die die Oberfläche des Rückenmarks bedeckt und die Blutgefäße enthält.

Zwischen der Arachnoidea und der Pia mater befindet sich der Subarachnoidalraum, der mit Nervenwasser (Liquor) gefüllt ist.

Blutversorgung des Rückenmarks

Das Rückenmark wird von zwei Quellen aus mit Blut versorgt: den Wirbelarterien und den Segmentarterien.

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• Arterien: Das Rückenmark wird von einer vorderen und zwei paarigen, hinteren Spinalarterien versorgt. Die Spinalarterien entspringen aus den Aa. vertebrales bzw. der A. A. sulcocommissuralis zweigt von der A. spinalis anterior ab und versorgt den größten Teil des Vorderhorns. Aa. radiculares anteriores und posteriores speisen die A. spinalis anterior bzw. die A. spinalis posterior.
• Venen: Das venöse Blut wird über die Vv. spinales anteriores und posteriores drainiert. V. spinalis posterior: Verbindung mit Vv. intervertebrales. Im Halsbereich erfolgt die Drainage in die V. vertebralis; im Thorakalbereich in die (Hemi-)Azygosvenen, die gemeinsam in die V. cava superior drainieren.

Ende des Rückenmarks

Das Rückenmark ist kürzer als die Wirbelsäule. Beim Menschen endet es etwa auf Höhe des ersten bis zweiten Lendenwirbels als Conus medullaris. Unterhalb des Conus medullaris verlaufen die Spinalnervenwurzeln als Cauda equina (Pferdeschwanz) durch den Wirbelkanal.

Funktion des Rückenmarks

Das Rückenmark hat mehrere wichtige Funktionen:

• Weiterleitung von Signalen: Es leitet Signale zwischen Gehirn und Körperperipherie weiter und fungiert somit als Kommunikationszentrale.
• Reflexe: Das Rückenmark ist für die Auslösung von Reflexen verantwortlich. Reflexe sind unwillkürliche Reaktionen auf bestimmte Reize, die ohne Beteiligung des Gehirns ablaufen. Ein bekanntes Beispiel ist der Rückziehreflex bei Berührung einer heißen Oberfläche.
• Koordination von Bewegungen: Das Rückenmark spielt eine Rolle bei der Koordination von Bewegungen, insbesondere bei automatisierten Bewegungsabläufen wie Gehen.

Auf- und absteigende Bahnen

Die auf- und absteigenden Bahnen im Rückenmark ermöglichen die Kommunikation zwischen Gehirn und Peripherie.

Wichtige aufsteigende Bahnen:

• Hinterstrangbahnen (Fasciculus gracilis und Fasciculus cuneatus): Übertragen feine Mechanosensorik und Propriozeption (Lageempfindung) vom Körper zum Gehirn.
  • 1. Neuron: Fasciculus cuneatus (Burdach, obere Extremitäten und oberer Rumpf) und Fasciculus gracilis (Goll, untere Extremitäten und unterer Rumpf)
  • 2. Neuron: Ipsilateraler Ncl. cuneatus bzw. Ncl. gracilis (Medulla oblongata), Lemniscus medialis
  • 3. Neuron: Kontralateraler Ncl. ventralis posterolateralis thalami, primärer somatosensorischer Kortex
• Anterolaterales System (Tractus spinothalamicus anterior und lateralis): Leitet protopathische Sensibilität (Schmerz, Temperatur, grobe Berührung) zum Gehirn.
  • 2. Neuron: Ncl. proprius, Commissura alba anterior auf Segmenthöhe, Tractus spinothalamicus anterior (langsame Schmerzempfindungen, grobe Mechanosensorik) und Tractus spinothalamicus lateralis (schnelle Schmerzempfindungen, Temperatur)
  • Projektionsort: Kontralaterale Thalamuskerne, Formatio reticularis, Substantia grisea centralis, primärer somatosensorischer Kortex, Frontallappen, Gyrus cinguli
• Spinocerebelläre Bahnen (Tractus spinocerebellaris posterior und anterior, Tractus cuneocerebellaris): Übertragen propriozeptive Informationen zum Kleinhirn.
  • Tractus spinocerebellaris posterior (Flechsig): Propriozeption (kleine rezeptive Felder individueller Extremitätenmuskeln), Teil monosynaptischer Reflexbögen, ipsilateraler Ncl. thoracicus (Ncl. dorsalis, Stilling-Clarke-Säule, Lamina VI, Th1-L2)
  • Tractus spinocerebellaris anterior (Gowers): Lage des Perikaryons des 1. Neurons unbekannt
  • Tractus cuneocerebellaris: obere Extremitäten und oberer Rumpf, ipsilateraler Ncl. cuneatus accessorius (Medulla oblongata)

Wichtige absteigende Bahnen:

• Pyramidenbahn (Tractus corticospinalis lateralis und anterior): Steuert die Willkürmotorik des Körpers.
  • 1. Neuron: Primär- und sekundärmotorischer Kortex (Area 4 und 6)
  • Tractus corticospinalis lateralis (70-90 %): Kontralateral, α-Motoneuron, Skelettmuskulatur des Körpers, Medulla oblongata (Decussatio pyramidum)
  • Tractus corticospinalis anterior (10-30 %): Ipsilateral und kontralateral, α-Motoneuron, Skelettmuskulatur des Körpers, Commissura alba anterior auf Segmenthöhe
• Tractus corticonuclearis: Steuert die Willkürmotorik für Kopf und Hals.
  • 1. Neuron: Primär- und sekundärmotorischer Kortex (Area 4 und 6)
  • Motorische Hirnnervenkerne: Ncl. motorius n. trigemini (bilateral), Ncl. n. facialis (oberer Kern: bilateral; unterer Kern: überwiegend kontralateral), Ncl. ambiguus (bilateral), Ncl. n. hypoglossi (bilateral), Ncl. n. accessorii (überwiegend ipsilateral), Ausnahme: Augenmuskelkerne
  • Kaumuskulatur, mimische Muskulatur, Gaumen- und Kehlkopfmuskulatur, Zungenmuskulatur, M. trapezius, M. sternocleidomastoideus
• Extrapyramidales System:
  • Tractus vestibulospinalis lateralis: Vermittlung von Reflexen des Lage- und Gleichgewichtssinns, Aktivierung der Extensoren und Hemmung der Flexoren, Ncl. vestibularis lateralis (Deiters), ipsilateral, α- und γ-Motoneurone (über Interneurone), Skelettmuskulatur
  • Tractus vestibulospinalis medialis: Monosynaptische Hemmung von Motoneuronen, Ncl. vestibularis medialis, ipsi- und kontralaterales zervikothorakales Mark, α- und γ-Motoneurone (über Interneurone), Muskulatur des Nackens und des oberen Rückens
  • Tractus reticulospinalis medialis (Tractus pontoreticularis): Aktivierung der Extensoren und Hemmung der Flexoren, pontine Formatio reticularis, ipsilateral, α- und γ-Motoneurone (über Interneurone), Skelettmuskulatur
  • Tractus rubrospinalis (Monakow): Aktivierung der Flexoren und Hemmung der Extensoren, Feinmotorik, Ncl. ruber, kontralateral, α- und γ-Motoneurone (über Interneurone), Skelettmuskulatur

Reflexbögen

Reflexe sind schnelle, unwillkürliche Reaktionen auf einen Reiz. Sie laufen über einen Reflexbogen ab, der folgende Komponenten umfasst:

1. Rezeptor: Nimmt den Reiz auf.
2. Afferente Nervenfaser: Leitet den Reiz zum Rückenmark.
3. Schaltneuron (Interneuron): Verbindet die afferente mit der efferenten Nervenfaser (kann auch fehlen).
4. Efferente Nervenfaser: Leitet den Befehl zur Reaktion zum Erfolgsorgan.
5. Effektor: Führt die Reaktion aus (z.B. Muskelkontraktion).

Man unterscheidet Eigen- und Fremdreflexe:

• Eigenreflex: Rezeptor und Effektor liegen im gleichen Organ (z.B. Kniesehnenreflex).
• Fremdreflex: Rezeptor und Effektor liegen in verschiedenen Organen (z.B. Babinski-Reflex).

Mögliche Erkrankungen des Rückenmarks (Myelopathien)

Das Rückenmark kann durch verschiedene Erkrankungen und Verletzungen geschädigt werden. Der medizinische Fachbegriff für eine Schädigung des Rückenmarks jeglicher Ursache lautet Myelopathie.

Ursachen für Myelopathien:

• Entzündliche Myelopathie (Myelitis): Entzündung des Rückenmarks, z.B. durch Viren oder Bakterien.
• Vaskuläre Myelopathie: Durchblutungsstörungen des Rückenmarks, z.B. durch Blutung oder Infarkt.
• Kompressionsmyelopathie: Quetschung des Rückenmarks, z.B. durch Bandscheibenvorfall, Spinalkanalstenose oder Tumor.
• Traumatische Myelopathie: Verletzungen des Rückenmarks, z.B. bei Genickbruch oder Rückenmarksprellung.
• Stoffwechselbedingte (metabolische) Myelopathie: Z.B. funikuläre Myelose.
• Toxische Myelopathie: Z.B. bei Lathyrismus.
• Amyotrophe Lateralsklerose (ALS): Neurodegenerative Erkrankung der oberen und unteren Motoneurone.
• Multiple Sklerose (MS): Chronisch-entzündliche Autoimmunerkrankung, die zur Demyelinisierung des zentralen Nervensystems führt.
• Bandscheibenvorfall (Prolapsus nuclei pulposi): Verlagerung von Bandscheibengewebe, das auf das Rückenmark drückt.
• Neuralrohrdefekte: Fehlerhafter Verschluss des Neuralrohrs während der Embryonalentwicklung.

Symptome von Myelopathien:

Die Symptome einer Myelopathie hängen von der Höhe und dem Ausmaß der Schädigung ab. Mögliche Symptome sind:

• Missempfindungen (z.B. Kribbeln)
• Lähmungen (bis hin zur Querschnittslähmung)
• Blasen- und Mastdarmstörungen
• Schmerzen

Diagnostik von Rückenmarkserkrankungen:

• Neurologische Untersuchung: Prüfung von Sensibilität, Motorik, Reflexen und Koordination.
• Bildgebende Verfahren: Magnetresonanztomographie (MRT) des Rückenmarks, Computertomographie (CT) der Wirbelsäule.
• Liquoruntersuchung (Lumbalpunktion): Analyse des Nervenwassers, um Entzündungen oder andere Erkrankungen festzustellen.
• Elektrophysiologische Untersuchungen: Messung der Nervenleitgeschwindigkeit (NLG) und der evozierten Potentiale (VEP, SEP, MEP).

Therapie von Rückenmarkserkrankungen:

Die Therapie richtet sich nach der Ursache der Erkrankung. Mögliche Behandlungen sind:

• Medikamentöse Therapie: Entzündungshemmende Medikamente, Immunsuppressiva, Schmerzmittel.
• Chirurgische Therapie: Entlastung des Rückenmarks bei Kompression, Stabilisierung der Wirbelsäule bei Verletzungen.
• Physiotherapie und Rehabilitation: Verbesserung der Motorik, Koordination und Selbstständigkeit.

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