Rückenmark (Medulla spinalis)

Das Rückenmark ist Teil des Zentralnervensystems (ZNS). Es beinhaltet Nervenfasern und Perikaryen afferenter und efferenter Nervenzellen. Zentral gelegen ist die graue Substanz mit schmetterlingsförmiger Gestalt, die von der weißen Substanz umschlossen wird. In der Mitte befindet sich der Zentralkanal (Canalis centralis), gefüllt mit Liquor cerebrospinalis.

Je nach Rückenmarkshöhe unterscheidet man folgende Charakteristika:

• Zervikalmark
  • Stark entwickelte Vorderhörner mit vielen Motoneuronen für die obere Extremität
  • Viel weiße Substanz, da viele auf- und absteigende Bahnen hier verlaufen
• Thorakalmark
  • Gut erkennbares Seitenhorn
  • Schmale Vorderhörner
• Lumbalmark
  • Dicke Vorder- und Hinterhörner
• Sakralmark
  • Dicke Vorder- und Hinterhörner
  • Graue Substanz überwiegt deutlich

• Aufbau
  • Besteht aus Nervenzellen, Gliazellen und unmyelinisierten Fasern
  • Unterteilt in Vorderhorn (Cornu anterius), Hinterhorn (Cornu posterius) und Seitenhorn (Cornu laterale)
  • Seitenhorn nur in den Segmenten C8–L2 und S2–S4 vorhanden
  • Auch als Säulen (Columnae) bezeichnet, da sich Vorder-, Hinter- und Seitenhorn über das gesamte Rückenmark erstrecken

Vorderhorn (Cornu anterius): Enthält α- und γ-Motoneurone für Skelett- und Muskelspindelmuskulatur, deren Axone bilden die Radix anterior (motorisch)

• Kerngruppen
  • Mediale Kerngruppe: Ncl. anteromedialis, Ncl. posteromedialis
    • Innerviert Rumpf-, Hals- und Thoraxmuskulatur
  • Laterale Kerngruppe: Ncl. anterolateralis, Ncl. posterolateralis, Ncl. retrodorsolateralis
    • Zuständig für Extremitätenmuskulatur
  • Zentrale Kerngruppe: Ncl. phrenicus (Zwerchfell) und Ncl. spinalis n. accessorii (M. sternocleidomastoideus, M. trapezius)

Seitenhorn (Cornu laterale): Nur in den Segmenten C8–L2 und S2–S4 ausgebildet

• Enthält den Ncl. intermediolateralis: besteht aus vegetativen Nervenzellkörpern
• Sympathische Fasern: Segmente C8–L2, parasympathische Fasern: Segmente S2–S4

Hinterhorn (Cornu posterius): Ins Hinterhorn führen sensible Fasern, die zusammen als Radix dorsalis bezeichnet werden

• Wichtige Kerngebiete: Ncl. proprius columnae posterioris, Substantia gelatinosa, Ncl. dorsalis (Stilling-Clarke)

Graue Substanz des Rückenmarks in Kerngebiete eingeteilt (Zervikalmark):

Graue Substanz des Rückenmarks in Kerngebiete eingeteilt (Lumbalmark):

Nervenzellen in der grauen Substanz:

Die graue Substanz des Rückenmarks enthält drei Klassen von Nervenzellen:

• Wurzelzellen
  • Lokalisation: Vorderhorn und Seitenhorn
  • Bilden mit ihren Nervenfasern die Vorderwurzeln
  • Efferente Neurone
    • Motoneurone wie α-Motoneurone
    • Efferente vegetative Neurone des Rückenmarks
• Strangzellen (Projektionsneurone)
  • Lokalisation: vor allem im Hinterhorn
  • Neurone des Verbindungsapparats und des Eigenapparats
  • Axone bündeln sich zu Tractus
  • Erhalten Eingänge von:
    • Sensible Afferenzen mit Perikarya im Spinalganglion
    • Absteigende Fasern aus supraspinalen Zentren
• Binnenzellen (Interneurone)
  • Lokalisation: gesamte graue Substanz
  • Kurze Fortsätze, bleiben meist innerhalb weniger Rückenmarkssegmente
  • Häufig zwischen zwei Rückenmarkssegmenten lokalisiert
  • Meist inhibitorisch wirksam über GABA und/oder Glycin
  • Beispiel: Renshaw-Zellen hemmen α-Motoneurone

Gliederung der grauen Substanz nach Rexed:

Im Rückenmark werden Ansammlungen von Nervenzellkörpern als Schichten (Laminae) oder Kerne (Nuclei (Abkürzung: Ncll.)) bezeichnet. Nach der Einteilung von Rexed, einem schwedischen Neurowissenschaftler, unterscheidet man zehn Laminae. Von dorsal nach ventral:

• Laminae I–VI: Hinterhorn
• Lamina VII:
  • Laterale Anteile im Seitenhorn
  • Mediale Anteile im Vorderhorn
• Laminae VIII–IX: Vorderhorn
• Lamina X: umgibt den Zentralkanal

Gliederung nach Rexed:

• Liegt oberflächlich, umgibt die graue Substanz mantelförmig, besteht aus myelinisierten Axonen
• Das Rückenmark enthält zahlreiche Leitungsbahnen, die in der weißen Substanz verlaufen und Informationen in beide Richtungen übertragen 
  • Lange Bahnen = Verbindungsapparat (Rückenmark ↔ Gehirn)
  • Aufsteigende Bahnen (Rückenmark → Gehirn): Sensibel
  • Absteigende Bahnen (Gehirn → Rückenmark): Motorisch
  • Intersegmentale Bahnen = Eigenapparat (Verbindungen zwischen Rückenmarkssegmenten)
• Makroskopische Gliederung in Stränge (Funiculi)
  • Hinterstrang (Funiculus posterior)
    • Zwischen Hinterwurzel und Sulcus medianus posterior
    • Getrennt vom Seitenstrang durch Tractus posterolateralis
  • Seitenstrang (Funiculus lateralis)
    • Zwischen Vorder- und Hinterwurzel
    • Geht ohne klare Grenze in den Vorderstrang über
  • Vorderstrang (Funiculus anterior)
    • Zwischen Vorderwurzel und Fissura mediana anterior

Aufsteigende Bahnen leiten sensible Impulse zum Gehirn und ermöglichen die bewusste Wahrnehmung äußerer (Exterozeption) und innerer (Interozeption) Reize. Dabei unterscheidet man:

• Epikritische Sensibilität: Feine Berührung, Vibrationssinn und Propriozeption
• Protopathische Sensibilität : Schmerz-, Temperatur- sowie grobe Druck- und Tastempfindung

Hinterstrangbahnsystem (Fasciculus gracilis und Fasciculus cuneatus):

Übersicht:

• Besteht aus:
  • Fasciculus gracilis: Sensibel → epikritische Sensibilität der unteren Körperhälfte (Merkhilfe: „Das gracile Bein empfindet fein“)
  • Fasciculus cuneatus: Sensibel → epikritische Sensibilität der oberen Körperhälfte
• Lage: direkt nebeneinander im Funiculus posterior

Verlauf:

• Erstes Neuron
  • Pseudounipolare Nervenzellen im Spinalganglion
  • Axon verläuft ipsilateral im Hinterstrang bis in die Medulla oblongata
  • Synapse mit dem zweiten Neuron im Ncl. gracilis oder Ncl. cuneatus
• Zweites Neuron
  • Lage in den Hinterstrangkernen der Medulla oblongata
  • Axone kreuzen in der Decussatio lemnisci medialis zur Gegenseite
  • Weiterer Verlauf als Lemniscus medialis zum Thalamus
• Drittes Neuron
  • Lage im Thalamus
  • Axone projizieren zum primären somatoafferenten Cortex
  • Dort erfolgt die exakte räumliche Zuordnung des Reizes zur Körperregion

 Merke

Die Hinterstrangbahnen werden erst im Hirnstamm in den Hinterstrangkernen umgeschaltet, anschließend Kreuzung und weiterer Verlauf als Lemniscus medialis.

 Info

Klinischer Ausblick: Schädigungen der Hinterstränge

• Ausfallqualitäten: Verlust von Vibrationsempfinden, feiner Berührung (epikritische Sensibilität) und bewusster Propriozeption unterhalb der Läsion
• Seitenbezug: Bei spinaler Läsion ipsilaterale Ausfälle, da die Kreuzung erst im Hirnstamm (Decussatio lemniscorum) erfolgt
• Leitsymptom: Sensibel-ataxischer Gang (unsicher, breitbasig, Blick auf die Füße gerichtet), da der Boden unter den Füßen nicht mehr richtig gespürt wird
• Klinischer Test: Positives Romberg-Zeichen (Standunsicherheit bei geschlossenen Augen)
• Typische Ursachen: Vitamin-B12-Mangel (funikuläre Myelose), Tabes dorsalis bei Syphilis, Rückenmarkskompression (z. B. Tumor, Bandscheibenvorfall), traumatische Läsionen

Vorderseitenstrangbahn (Tractus spinothalamicus anterior und lateralis):

Übersicht:

• Besteht aus:
• Tractus spinothalamicus anterior: 
  • Sensibel → grobe Druckempfindung
• Tractus spinothalamicus lateralis: 
  • Sensibel → Schmerz- und Temperaturempfinden

Tractus spinothalamicus anterior

• Lage: Funiculus anterior (Vorderstrang)
• Erstes Neuron: Pseudounipolare Nervenzellen im Spinalganglion
  • Perikarya des 1. Neurons liegen im Spinalganglion
• Zweites Neuron: Ipsilaterales Hinterhorn
  • Axone verlaufen zunächst einige Segmente ipsilateral im Vorderstrang nach oben
  • Kreuzung in der Commissura alba zur Gegenseite
  • Aufstieg im kontralateralen Vorderstrang bis zum Thalamus
• Drittes Neuron: Thalamus
  • Projektion in den primären somatoafferenten Cortex

Tractus spinothalamicus lateralis:

• Lage: Funiculus lateralis (Seitenstrang)
• Erstes Neuron: Spinalganglion
  • Perikarya im Spinalganglion
• Zweites Neuron: Ipsilaterales Hinterhorn
  • Kreuzung zur Gegenseite bereits nach 2–3 Segmenten
  • Aufstieg im kontralateralen Seitenstrang bis zum Thalamus
• Drittes Neuron:
  • Lage im Thalamus
  • Projektion in den primären somatoafferenten Cortex

 Info

Klinischer Ausblick: Schädigungen des Vorderseitenstrangsystems

• Commissura alba anterior
  • Schädigung → beidseitiger Verlust von Schmerz- und Temperaturempfinden auf Höhe der betroffenen Segmente
• Tractus spinothalamicus lateralis
  • Halbseitige Läsion → kontralateraler Ausfall von Schmerz- und Temperaturempfinden unterhalb der Läsionshöhe
• Brown-Séquard-Syndrom (Halbseitenläsion des Rückenmarks)
  • Ausfall des kontralateralen Schmerz- und Temperaturempfindens
  • Ausfall des ipsilateralen Berührungs-, Vibrations- und Lageempfindens

Sensibles Vorderseitenstrangsystem (Tractus spinothalamicus lateralis):

• Besteht aus: 
  • Tractus spinocerebellaris anterior: (Gowers-Strang)
  • Tractus spinocerebellaris posterior (Flechsig-Strang)
• Funktion:
  • Sensibel → Spannungs- und Dehnungssensoren der Muskeln, Gelenke, Sehnen (Tiefensensibilität)
  • Verarbeitung im Kleinhirn → ermöglicht präzise Bewegungsanpassung
• 1. Neuron: Bei beiden Bahnen liegen die Perikaryen der 1. Neurone in den Spinalganglien

Tractus spinocerebellaris anterior: (Gowers-Strang):

• Ursprung: Perikaryen der zweiten Neurone in der Hintersäule (Lamina V–VIII)
• Verlauf
  • Axone bilden den Tractus spinocerebellaris anterior
  • Teil der Fasern kreuzt in der Commissura alba anterior auf die Gegenseite
  • Anderer Teil steigt ipsilateral auf
  • Verlauf über Pons und Mittelhirn
  • Eintritt ins Kleinhirn über den oberen Kleinhirnstiel
  • Zuvor gekreuzte Fasern kreuzen vor Kleinhirneintritt erneut zurück
• Endpunkt: Spinocerebellum

Tractus spinocerebellaris posterior (Flechsig-Strang):

• Ursprung: Perikaryen der zweiten Neurone im Ncl. dorsalis (= Ncl. thoracicus posterior, Stilling-Clarke-Kern)
  • Lokalisation: Hinterhorn der Segmente C8–L2
• Verlauf
  • Axone bilden den Tractus spinocerebellaris posterior
  • Aufstieg ipsilateral
  • Eintritt ins Kleinhirn über den unteren Kleinhirnstiel
  • Im Zielgebiet somatotope Anordnung der Fasern
• Endpunkt: Spinocerebellum

Die Tractus spinocerebellares leiten vor allem Signale aus der unteren Körperhälfte weiter. Für die obere Körperregion erfolgt die Übertragung hingegen über die Fibrae cuneocerebellares, die im Ncl. cuneatus accessorius entspringen. Diese Fasern verlaufen über den unteren Kleinhirnstiel und enden ebenfalls im Kleinhirn.

Tractus spinotectalis (Tractus spinomesencephalicus):

• Funktion: Weiterleitung nozizeptiver Impulse
• Verlauf
  • Kreuzung auf die kontralaterale Seite
  • Aufstieg im Rückenmark nahe dem Tractus spinothalamicus lateralis
  • Endigung im Colliculus superior des Tectums im Mesencephalon

Tractus spinoreticularis

• Bestandteil des Tractus spinothalamicus anterior
• Funktion: Beteiligung an der Übertragung nozizeptiver Reize
• Verlauf
  • Abzweigung der Fasern auf unterschiedlichen Höhen im Hirnstamm
  • Zielstruktur: Formatio reticularis

Tractus spinoolivaris

• Funktion: Übermittlung propriozeptiver und sensibler Signale
• Verlauf
  • Kreuzung auf die kontralaterale Seite
  • Aufstieg im anterolateralen Rückenmark
  • Endigung in den Ncll. olivares accessorii posterior et medialis der Medulla oblongata
  • Von dort erneute Kreuzung
  • Weiterleitung über den Pedunculus cerebellaris inferior ins ipsilaterale Kleinhirn

Absteigende Bahnen sind überwiegend motorisch und leiten Informationen vom Gehirn zum Rückenmark. Sie dienen der willkürlichen und unwillkürlichen Steuerung von Bewegungen, Reflexen, Muskeltonus und Organfunktionen.

• Hauptfunktion: Die Pyramidenbahn verbindet den motorischen Kortex des Großhirns mit den Körpermuskeln, um die willentliche Motorik zu steuern
  • Sie ist verantwortlich für die Aktivierung von α-Motoneuronen
• Aufteilung der Pyramidenbahn: Sie besteht aus zwei Bahnen:
  • Tractus corticospinalis: Verläuft zu den α-Motoneuronen der peripheren Muskulatur (Rumpf- und Extremitätenmuskulatur)
  • Tractus corticonuclearis: Führt zu den motorischen Hirnnervenkernen (Kopf- und Halsmuskulatur)
• Ursprung:
  • Beide Bahnen haben ihren Ursprung im Gyrus praecentralis (Brodmann-Areal 4) und an den Betz-Riesenpyramidenzellen des primär motorischen Kortex (1. motorisches Neuron)
  • Zusätzliche Fasern stammen aus dem prämotorischen bzw. supplementär-motorischen Kortex. Der Tractus corticonuclearis erhält zudem Fasern aus dem frontalen Augenfeld, das zum prämotorischen Kortex (Brodmann-Areal 8) gehört. Diese sind für die Okulomotorik wichtig
• Somatotopie:
  • Die Pyramidenbahn zeichnet sich durch eine Somatotopie aus, d. h., bestimmte Körperteile werden in spezifischen Bereichen des motorischen Kortex repräsentiert (siehe motorischer Homunculus)
• Verlauf:
  • Tractus corticospinalis: Die Fasern ziehen durch die Capsula interna und durch die Medulla oblongata, wo 70-90% der Axone an der Decussatio pyramidum (Pyramidenkreuzung) auf die Gegenseite wechseln und als Tractus corticospinalis lateralis verlaufen. Die ungekreuzten Fasern verlaufen als Tractus corticospinalis anterior weiter. Die Fasern innervieren die α-Motoneurone im Vorderhorn der grauen Substanz des Rückenmarks
  • Tractus corticonuclearis: Die Fasern ziehen durch die Corona radiata und die Capsula interna. An verschiedenen Stellen des Hirnstamms bilden die Fasern motorische Synapsen mit verschiedenen Kerngebieten. Im Gegensatz zum Tractus corticospinalis verlaufen die meisten Fasern ungekreuzt. Die Fasern innervieren die Kerngebiete der folgenden Hirnnerven: N. trigeminus, N. facialis, N. glossopharyngeus, N. hypoglossus und motorische Kerngebiete des N. vagus und N. accessorius im Ncl. ambiguus

Tractus corticospinalis:

Extrapyramidalmotorisches System:

Zusätzlich zur Pyramidenbahn existiert das extrapyramidalmotorische System (EPMS). Hierzu gehören alle motorischen Bahnen, die ins Rückenmark ziehen und nicht zur Pyramidenbahn gehören. Diese Bahnen sind für die Ausführung von grobmotorischen Bewegungen der proximalen Extremitätenmuskulatur und des Rumpfes sowie für die Koordination und Körperhaltung zuständig, während die Pyramidenbahn vornehmlich feinmotorische Funktionen der distalen Extremitäten unterstützt. Der Ursprung aller extrapyramidalen Bahnen liegt in Regionen des Hirnstamms.

• Tractus reticulospinalis
  • Funktion: Aktivierung von Rumpf- und proximaler Extremitätenmuskulatur
  • Ursprung in der Formatio reticularis
  • Tractus reticulospinalis anterior (auch medialis): Verläuft ungekreuzt durch den Funiculus anterior des Rückenmarks zu den Vorderhörnern
  • Tractus reticulospinalis posterior (auch lateralis): Verläuft ungekreuzt und gekreuzt durch den Funiculus anterior des Rückenmarks zu den Vorderhörnern
• Tractus rubrospinalis
  • Ursprung im Ncl. ruber, Kreuzung in der Decussatio tegmentalis anterior
  • Endet im zervikalen Rückenmark
  • Funktion: Förderung der Flexorenaktivität, Hemmung der Extensorenaktivität
• Tractus tectospinalis
  • Ursprung im Colliculus superior, Kreuzung in der Decussatio tegmentalis dorsalis
  • Verlauf im Vorderstrang zum Zervikalmark
  • Funktion: Koordination von Kopf- und Halsbewegungen bei Blickbewegungen
• Tractus vestibulospinalis
  • Unterteilung in: 
    • Tractus vestibulospinalis medialis: Start: Ncl. vestibularis medialis, Verlauf im Vorderstrang, ipsi- und kontralateral zu Motorneuronen im Zervikalmark
    • Tractus vestibulospinalis lateralis: Start: Ncl. vestibularis lateralis, Verlauf im Vorderstrang, ipsilateral ins Lumbosakralmark
  • Funktion: Steigerung des Extensorentonus bei gleichzeitiger Hemmung des Flexorentonus (Tractus vestibulospinalis lateralis), Koordination der Kopf- und Augenbewegungen (Tractus vestibulospinalis medialis)

Eigenapparat des Rückenmarks:

Der Eigenapparat des Rückenmarks umfasst Interneurone und ihre Verbindungen, die ausschließlich innerhalb des Rückenmarks verlaufen und mehrere Segmente miteinander verschalten.

• Lage und Aufbau
  • Interneurone häufig segmentübergreifend miteinander verbunden
  • Axone verlaufen als schmaler Streifen direkt am Rand der grauen Substanz
    • Fasciculus proprius anterior
    • Fasciculus proprius lateralis
    • Fasciculus proprius posterior
  • Weitere Bahnen des Eigenapparats zwischen den Hauptbahnen
    • Fasciculus sulcomarginalis
    • Fasciculus septomarginalis
    • Fasciculus interfascicularis: zwischen Fasciculus gracilis und cuneatus
    • Fasciculus triangularis