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Rückenmark

Abstract

Das Rückenmark ist eine stabförmige Ansammlung von Nervenzellkörpern und -fasern und liegt geschützt im knöchernen Wirbelkanal. Funktionell stellt es die Verbindung zwischen Körperperipherie und Gehirn dar (sog. Verbindungsapparat). Es besteht aus einem komplexen System aus aufsteigenden sensiblen und absteigenden motorischen Bahnen.

Die Nerven der Sensoren der Peripherie (bspw. der Mechanosensoren der Haut) treten in Form einer Nervenwurzel (Hinterwurzel) dorsal in das Rückenmark ein, von wo aus die sensiblen Bahnen die Informationen zum Gehirn transportieren. Die absteigenden motorischen Bahnen leiten efferente Informationen des Gehirns an ausführende Strukturen der Körperperipherie (bspw. an die Muskeln) weiter und verlassen das Rückenmark als motorische Fasern an seiner ventralen Seite in Form der sog. Vorderwurzel.

Die Fasern der Hinter- und Vorderwurzel vereinigen sich zum sog. Spinalnerven, der die Trennung zwischen Rückenmark und peripherem Nervensystem darstellt. Gleichzeitig wird das Rückenmark durch den Austritt der verschiedenen Spinalnerven in sog. Segmente gegliedert. Da das Rückenmark kürzer ist als die Wirbelsäule, verlaufen die kaudalsten Spinalnerven nach Ende des Rückenmarks wie ein „Pferdeschwanz“ (Cauda equina) durch den Wirbelkanal, bevor sie ihn bei ihrem zugehörigen Wirbel verlassen.

Neben sensiblen und motorischen Neuronen besitzt das Rückenmark auch vegetative Neuronen, die u.a. der Steuerung des vegetativen Nervensystems und der Verschaltung sog. visceraler und gemischter Reflexe dienen.

Rückenmark als Ganzes

Das Rückenmark ist Teil des zentralen Nervensystems und besteht demnach aus Nervenzellkörpern (v.a. in der sog. grauen Substanz), ihren Nervenzellfortsätzen (v.a. in der sog. weißen Substanz) und Gliazellen. Diese Anteile sind in einem komplexen System aus Kerngebieten und Bahnen organisiert, das im Detail im Abschnitt Rückenmarksquerschnitt besprochen wird. Hier wird das Rückenmark als Ganzes mit seinen äußerlich sichtbaren Merkmalen, Segmenten, Häuten und Gefäßen beschrieben.

Steckbrief

Äußere Merkmale

Von außen betrachtet ähnelt das Rückenmark einem Stab mit zwei Verdickungen. Diese Verdickungen werden durch die zahlreichen Nervenzellen aufgeworfen, deren Axone den Plexus brachialis und den Plexus lumbosacralis bilden. Das Rückenmark wird dorsal von eintretenden Nervenwurzeln (sensible Hinterwurzeln) und ventral von austretenden Nervenwurzeln (motorische Vorderwurzeln) gesäumt. Da das Rückenmark kürzer ist als die Wirbelsäule, verlaufen diese Nervenwurzeln unterhalb des Rückenmarks als Fasergeflecht (sog. „Pferdeschwanz“ bzw. Cauda equina) weiter im Wirbelkanal.

Gliederung in Segmente

Die Nervenwurzeln des Vorder- und Hinterhorns treten in regelmäßigen Abständen aus dem Rückenmark aus und vereinigen sich zu sog. Spinalnerven. Dadurch wird das Rückenmark in Segmente gegliedert, wobei aus jedem Segment ein Spinalnervenpaar entspringt. Die Anzahl der Segmente entspricht daher der Anzahl der Wirbelkörper mit Ausnahme der zervikalen Wirbel. Dem Zervikalmark entspringen 8 Spinalnervenpaare, obwohl die Halswirbelsäule nur 7 Wirbel besitzt.

Segmentanzahl
Zervikal (C1–C8) 8
Thorakal (Th1–Th12) 12
Lumbal (L1–L5) 5
Sakral (S1–S5) 5
Coccygeal (Co1–Co3) 1–3
Gesamt 31–33

Die segmentale Gliederung der Wirbelsäule spielt eine wichtige Rolle in der Organisation des peripheren Nervensystems, da jedes Segment ein ganz bestimmtes Hautareal (Dermatom) sensibel und einen bestimmten Muskel, den sog. Kennmuskel, motorisch innerviert. Größere Muskeln werden von mehreren übereinanderliegenden Segmenten innerviert!

Nur im zervikalen Teil der Wirbelsäule verlassen die Spinalnervenpaare das Rückenmark oberhalb des zugehörigen Wirbelkörpers. Alle weiteren Spinalnervenpaare verlassen das Rückenmark unterhalb der zugehörigen Wirbelkörper!

Radikuläres C5-Syndrom
Aufgrund der segmentalen Gliederung des Rückenmarks kann bei der neurologischen Untersuchung anhand des Musters an sensiblen und motorischen Ausfällen auf die anatomische Lokalisation der Schädigung geschlossen werden. Die Symptome bei Schädigung der Nervenwurzel eines Rückenmarkssegmentes werden als sog. radikuläres Syndrom zusammengefasst. Ist bspw. durch einen Bandscheibenvorfall die Wurzel des Segmentes C5 beschädigt, resultiert dies in einer charakteristischen Konstellation von sensiblen und motorischen Ausfällen, dem sog. C5-Syndrom. Die Kraft der ipsilateralen Kennmuskeln des Segmentes (M. deltoideus und M. biceps brachii) ist reduziert (Parese), weshalb auch der zugehörige Reflex (Bizepssehnenreflex) abgeschwächt wird. Die Sensibilität des ipsilateralen Dermatoms C5 (Haut der lateralen Schulter) ist vermindert oder erloschen. Die Schädigung der Wurzeln anderer Rückenmarkssegmente führt auch zu jeweils spezifischen radikulären Syndromen.

Weiße Substanz

Im Querschnitt zeigt das Rückenmark einen spiegelsymmetrischen Aufbau. In seinem Zentrum liegt der liquorgefüllte Zentralkanal, der als innerer Liquorraum des Rückenmarks gilt. Um den Zentralkanal ist die schmetterlingsförmige graue Substanz angeordnet, die wiederum von der weißen Substanz ummantelt wird. Ventral und dorsal des Zentralkanals sind die beiden Teile der grauen und weißen Substanz (also die „Flügel des Schmetterlings“) miteinander verbunden. Diese Verbindungen werden als Commissura alba bzw. Commissura grisea bezeichnet.

Aufbau

Die weiße Substanz des Rückenmarks besteht v.a. aus myelinisierten Axonen. Im Rückenmarksquerschnitt lässt sie sich makroskopisch in einen Vorder-, einen Seiten- und einen Hinterstrang gliedern.

Der Vorder- und der Seitenstrang sind anatomisch nicht klar voneinander abzugrenzen und werden deshalb als sog. „Vorderseitenstrang“ zusammengefasst. Die Hinter- und Seitenstränge werden hingegen durch den Tractus posterolateralis getrennt!

Funktionelle Gliederung

Die Funktion der weißen Substanz besteht v.a. in der Verbindung von Nervenzentren des Rückenmarks und Gehirns untereinander (sog. Leitungsapparat). Die Fasern des Leitungsapparates der weißen Substanz können anhand ihrer Funktion in einen sog. Verbindungs- und einen Eigenapparat unterteilt werden. Für Details zu den Bahnen, deren Funktionen und Verläufe siehe: Spinale Leitungsbahnen und Reflexe.

Graue Substanz

Makroskopischer Aufbau

Betrachtet man das Rückenmark in Gänze, fallen funktionell zusammengehörige Nervenzellen auf, die sich in Gruppen über- bzw. untereinander anlagern. Dadurch entstehen über die gesamte Länge des Rückenmarks drei separate Säulen aus funktionell zusammengehörigen Neuronen (Sensibilität, Motorik, vegetatives Nervensystem). Diese drei Säulen stellen sich im Querschnitt makroskopisch als drei Hörner (Vorder-, Hinter- und Seitenhorn) dar. Die Hauptfunktion der Nervenzellen der grauen Substanz liegt in der Verschaltung ankommender/der sie erreichenden Impulse.

Organisation der grauen Substanz in Säulen und Hörnern

Säulen

Entsprechende Hörner

Grobe Funktion der Neurone

Vordersäule
(Columna anterior)

Vorderhorn (Cornu anterius) Motorik

Seitensäule
(Columna intermedia)

Seitenhorn (Cornu lateralis) Vegetativum

Hintersäule
(Columna posterior)

Hinterhorn (Cornu posterius) Sensibilität

Mikroskopischer Aufbau

Die graue Substanz besteht histologisch gesehen v.a. aus den Zellkörpern der Nervenzellen. Der Grundaufbau einer Nervenzelle und ihrer Bestandteile wird in dem Kapitel „Nervengewebe, Synapsen und Transmitter“ erläutert. An dieser Stelle soll einerseits die histologische Organisation der grauen Substanz dargestellt und andererseits ein Überblick über die verschiedenen Nervenzelltypen der grauen Substanz gegeben werden.

Histologische Organisation

Der Aufbau der grauen Substanz des Rückenmarks kann neben der makroskopischen Unterteilung in Vorder-, Seiten- und Hinterhorn auch nach histologischen Gesichtspunkten unterteilt werden. Einerseits werden die Hörner der grauen Substanz von dorsal nach ventral in zehn Schichten eingeteilt (Laminae nach Rexed I–X). Andererseits werden funktionell zusammengehörige Nervenzellen zu einzelnen Kerngruppen („Nuclei“) zusammengefasst. Diese überschneiden sich zum Teil mit der Einteilung in die Laminae.

Makroskopisch sichtbares „Rückenmarkshorn“ Enthaltene Laminae Wichtige Nuclei und Laminae (und deren Überschneidung)
Hinterhorn I–VI
Seitenhorn VII und X
Vorderhorn VIII und IX
  • Motorische Vorderhornkerne (Motoneurone)

Nervenzelltypen

Die Neurone des Rückenmarks lassen sich drei großen Gruppen zuordnen: Wurzelzellen, Strangzellen und Binnenzellen. Die Wurzelzellen, zu denen Motoneurone und vegetative Neurone gehören, bilden mit ihren Fasern die Vorderwurzeln. Die Strangzellen sind lange Projektionsneurone, deren Axone einerseits die langen Bahnen des Rückenmarks bilden (Verbindungsapparat s.u.) und andererseits Neurone des Rückenmarks miteinander verbinden (Eigenapparat s.u.). Binnenzellen sind Interneurone, die ebenfalls Neurone des Rückenmarks untereinander verbinden (Eigenapparat s.u.). Ihr wichtigster Vertreter sind die sog. Renshaw-Zellen, die hemmend auf die α-Motoneurone der Vorderhörner wirken.

In der Literatur wird die Einteilung der Neuronengruppen des Rückenmarks uneinheitlich dargestellt. Einige Autoren zählen die Strangzellen zu den Binnenzellen!

Neuronengruppe Nervenzelltyp / Untertyp Lage der Zellkörper Funktion
Wurzelzellen (efferent)
  • Motoneurone
  • α-Motoneurone (groß)
  • γ-Motoneurone (klein)
  • Parasympathisches Zentrum für Beckenorgane (visceroefferent): Erektion, Harn- und Stuhlentleerung
Strangzellen (v.a. afferent)
Binnenzellen (v.a. inhibitorisch)
  • Aktivierung durch α-Motoneurone mittels Acetylcholin
  • Rekurrente Hemmung von α-Motoneuronen
  • Verbinden Rückenmarksneurone miteinander (Teil des Eigenapparates s.u.)

Hereditäre spinale Muskelatrophien
Es gibt eine Gruppe genetischer Erkrankungen, bei denen es zu einem isolierten Untergang der Motoneurone des Vorderhorns im Rückenmark kommt. Da diese Motoneurone für die Innervation von Skelettmuskeln zuständig sind, führt ihr Ausfall einerseits zu Muskellähmungen (Paresen) und andererseits zu Muskelschwund (Atrophien). Dieser Muskelschwund war namensgebend für die Gruppe der sog. hereditären spinalen Muskelatrophien, für die bis heute keine Therapie existiert.

Konus-Kauda-Syndrom
Im Rahmen von Tumoren der unteren Wirbelsäule oder größeren Bandscheibenvorfällen kann es zu einer kombinierten Schädigung von Conus medullaris und Cauda equina kommen. Man spricht vom sog. Konus-Kauda-Syndrom. Hierbei werden einerseits die vegetativen Reflexzentren im Conus medullaris geschädigt, was mit Blasen-, Mastdarmstörungen und Impotenz einhergehen kann. Andererseits werden die sensiblen und motorischen Fasern der Cauda equina geschädigt. Dies kann sowohl zu einer schlaffen Lähmung der Beinmuskeln als auch zu einer Sensibilitätsstörung des Dermatoms S3–S5 (sog. Reithosenanästhesie) führen. Zusätzlich fallen auch die Reflexe aus, die in Conus medullaris und Cauda equina verschaltet werden. Hierzu zählen Fremdreflexe (bspw. Analreflex und Bulbokavernosusreflex) sowie Muskeleigenreflexe (bspw. ASR, PSR).

Topographie

Übersicht

Tethered-Cord-Syndrom
Beim Wachstum von Wirbelsäule und Rückenmark kann es zu einer Verklebung eines Rückenmarkanteils (meist des Filum terminale) mit der Dura des Spinalkanals kommen. Dadurch übt die schneller wachsende Wirbelsäule einen Zug auf das Rückenmark aus. Dieser Zug kann die Funktion der betroffenen Rückenmarksanteile beeinträchtigen, was sich in Form von Rückenschmerzen bis hin zu Querschnittssymptomatiken mit Muskellähmungen oder Blasen- und Mastdarmstörungen äußert. Dieses als Tethered-Cord-Syndrom (engl. für „angeheftetes Rückenmark“) bezeichnete Krankheitsbild tritt gehäuft mit anderen Defekten bei der Entwicklung des Rückenmarks (bspw. Meningomyelozele) auf. Die Therapie der Wahl ist die operative Lösung der Verklebungen.

Rückenmarkshäute und -räume

Wie alle Teile des zentralen Nervensystems ist auch das Rückenmark in die im Innern weiche und außen harte Hirnhaut (Meningen) gehüllt. Hierbei unterscheidet sich die Anordnung der Häute und Räume leicht von der beim Gehirn, sodass andere Zwischenräume wie bspw. ein physiologischer Epiduralraum entstehen.

Die Rückenmarkshäute und -räume sind von innen nach außen wie folgt angeordnet.

  1. Rückenmarksoberfläche verwachsen mit Pia mater
  2. Arachnoidea mater verwachsen mit Dura mater
  3. Periost des Wirbelkörpers

Lumbalpunktion
Die Untersuchung des Liquor cerebrospinalis (Nervenflüssigkeit) kann bei der Diagnostik von Erkrankungen des zentralen Nervensystems wichtige Informationen liefern. Um das Rückenmark bei der Gewinnung des Liquors nicht zu verletzen, wird der Rückenmarkskanal erst unterhalb des Rückenmarks (unterhalb des Conus medullaris bei L1/L2) punktiert. Um die Punktion zu erleichtern, sollte der Patient nach vorn gebeugt und mit rundem Rücken sitzen, da so die Zwischenwirbelräume dorsal erweitert werden. Zur Entnahme des Liquors wird eine dünne Nadel zwischen den Dornfortsätzen der Wirbelkörper L3/L4 bzw. L4/L5 durch die Dura und Arachnoidea bis in den Subarachnoidalraum vorgeschoben. Aus diesem äußeren Liquorraum kann nun der Liquor entnommen werden. Die richtige Punktionsstelle findet man, indem man die Oberkanten der Beckenkämme in einer gedachten Linie miteinander verbindet, da dies in etwa der Höhe L3/L4 entspricht.

Spinalanästhesie
Die Lumbalpunktion dient neben der Entnahme von Liquor auch der Injektion von Medikamenten. So kann bspw. ein Lokalanästhetikum in den Subarachnoidalraum gegeben werden, das sich dort je nach Dosis und Lagerung des Patienten unterschiedlich weiträumig verteilt. Dadurch werden die Vorder- und Hinterwurzeln der dortigen Spinalnerven blockiert, weshalb dieses Verfahren als Spinalanästhesie bezeichnet wird. Sollen nur ganz bestimmte Spinalnervenwurzeln oder sogar nur einzelne Fasern dieser Wurzeln (bspw. nur sensible Fasern) blockiert werden, muss das Anästhetikum in den Epiduralraum der entsprechenden Rückenmarkshöhe injiziert werden (sog. Epiduralanästhesie). Da dieser Raum fettgefüllt ist, verteilt sich das Lokalanästhetikum deutlich weniger weiträumig als im liquorgefüllten Subarachnoidalraum. Hinzu kommt, dass die Fasern unterschiedlich empfindlich auf das Lokalanästhetikum reagieren, so dass die verschiedenen Qualitäten bei unterschiedlichen Dosen ausfallen (was dazu führt, dass die bald Gebärenden mit PDA nicht mehr so viel in den Beinen spüren, aber dennoch laufen können).

Gefäßversorgung

Die Gefäßversorgung des Rückenmarks wird durch zwei stark anastomosierende Arteriensysteme (horizontal und vertikal) gewährleistet. Der Stoffaustausch findet jedoch nur über das vertikale System statt, welches dem Rückenmark direkt aufliegt. Es besteht aus der A. spinalis anterior und zwei Aa. spinales posteriores. Diesem System wird über die Äste des horizontalen Systems Blut zugeführt. Diese Äste entspringen im Kopfbereich den Vertebralarterien und darunter direkt der Aorta. Das venöse Blut fließt ebenfalls über ein horizontales und vertikales Venensystem ab.

Arterielle Versorgung

Horizontales System

Ursprünglich sind 31 Segmentarterien angelegt – eine für jedes Segment. Im Laufe der Entwicklung bildet sich ein Großteil dieser Segmentarterien zurück, sodass das Rückenmark i.d.R. von deutlich weniger Segmentarterien versorgt wird (meist ∼6). Häufig wird das Lumbosakralmark durch eine besonders kräftige Segmentarterie, die sog. A. radicularis magna („Adamkiewicz-Arterie“), versorgt, die im Bereich von Th9–L1 in den Spinalkanal eintritt.

Vertikales System

  • Definition: Das vertikale arterielle System liegt dem Rückenmark direkt auf und versorgt es mit seinen Kapillaren. Sein Blut erhält es v.a. aus dem horizontalen System.
  • Zugehörige Gefäße
    • Ventral: A. spinalis anterior
      • Ursprungsgefäße: Aa. vertebrales
      • Verlauf
        • Aa. spinales anteriores entspringen paarig und vereinigen sich im Bereich des 1.–2. Zervikalsegments
        • Verläuft in der Fissura mediana anterior bis zum Filum terminale
      • Versorgungsgebiet: Ungefähr ventrale ⅔ des Rückenmarks
    • Dorsal: Zwei Aa. spinales posteriores
      • Ursprungsgefäße: Aa. inferiores posteriores cerebelli
      • Verlauf: Von kranial nach kaudal jeweils im Sulcus posterolateralis
      • Versorgungsgebiet: Jeweils ungefähr das dorsale ⅓ des Rückenmarks

Die Gefäße des vertikalen und horizontalen Systems anastomosieren kreisförmig um das Rückenmark herum. Auf diese Weise wird um jedes Rückenmarkssegment ein Gefäßkranz gebildet, der als „Vasocorona medullaris“ bezeichnet wird!

Arteria-spinalis-anterior-Syndrom
Die A. spinalis anterior versorgt die ventralen ⅔ des Rückenmarks, weshalb eine Schädigung bspw. durch einen Bandscheibenvorfall oder einen Tumor eine Vielzahl von Rückenmarksstrukturen gleichzeitig betrifft. Einerseits werden die Vorderseitenstränge geschädigt, was zum Ausfall der Temperatur- und Schmerzempfindung führt. Andererseits bleiben die Hinterstränge (durch die Aa. spinales posteriores versorgt) und somit die feine Berührungs- und Tastempfindung intakt, sodass es zu einer sog. dissoziierten Empfindungsstörung unterhalb der Läsion kommt. Neben den sensiblen Bahnen sind auch die motorischen Bahnen betroffen. Die direkte Schädigung der α-Motoneurone in den Vorderhörnern auf Höhe der Läsion führt zu einer segmentalen schlaffen Parese. Die zusätzliche Schädigung der ventral verlaufenden Pyramidenbahn führt hingegen zu einer spastischen Parese unterhalb der Läsion und zum Auftreten sog. Pyramidenbahnzeichen. Neben den sensiblen und motorischen Bahnen können, je nach Schädigungshöhe, auch die Seitenhörner mit ihren vegetativen Neuronen betroffen sein, was sich bspw. in einer Blasen- und Mastdarmstörung äußern kann.

Venöser Abfluss

Horizontales System

Vertikales System

Die V. spinalis anterior und die V. spinalis posterior bilden analog zum arteriellen System einen Venenkranz um das Rückenmark, der v.a. in die segmentalen Venen des horizontalen Systems drainiert!

Wiederholungsfragen zum Kapitel Rückenmark

Was sind Renshaw-Zellen, wie werden sie aktiviert und welche Funktion haben sie? .

Wie erfolgt die Einteilung der grauen Substanz des Rückenmarks in die Laminae nach Rexed und welche Strukturen befinden sich demnach in den Laminae VIII–IX? .

Was ist der sog. Conus medullaris und auf Höhe welcher Wirbelkörper befindet er sich in etwa?

Eine Sammlung von allgemeineren und offeneren Fragen zu den verschiedenen prüfungsrelevanten Themen findest du im Kapitel Beispielfragen aus dem mündlichen Physikum.