Anatomie: Rückenmark

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1 Anatomie: Rückenmark Cindy Richter, Elke Brylla und Ingo Bechmann Die spinalis (Rückenmark) liegt im Wirbelkanal und ist ca. 45 cm lang. Die Substantia grisea (graue Substanz) besitzt eine charakteristische Schmetterlingsform und beherbergt hauptsächlich Nervenzellkörper. Die Substantia alba (weiße Substanz) ummantelt sie und besteht hauptsächlich aus myelinisierten Axonen. Der Canalis centralis ist die kaudale Fortsetzung der inneren Liquorräume des Gehirns und liegt zentral in der grauen Substanz. An der ventralen Seite befindet sich eine tiefe Einziehung, die Fissura mediana anterior, welche die A. spinalis anterior und ihre segmentalen Äste beherbergt. Der schmale Sulcus medianus posterior ist als Äquivalent auf der dorsalen Seite ausgebildet. Die hingegen paarig ausgebildete A. spinalis posterior verläuft nahe der Austrittstelle der hinteren Nervenwurzeln. In den Segmenten, die zusätzlich zum Rumpf auch die Extremitäten versorgen, weist das Rückenmark zwei Anschwellungen auf: Intumescentia cervicalis (C5 Th1) und Intumescentia lumbosacralis (L2 S2). 1 Organisation der grauen Substanz Die Substantia grisea des Rückenmarks beherbergt viele Zellkörper von Neuronen und Gliazellen (Astrozyten, Oligodendrozyten). Das perikaryennahe Geflecht aus Zellfortsätzen wird als Neuropil bezeichnet. Zudem ist das gesamte Rückenmark stark vaskularisiert. Die Neurone lassen sich nach dem Verlauf ihres Axons und ihrer Funktion unterteilen in: Wurzelzellen: Neurone, deren Axone in der Vorderwurzel das Rückenmark verlassen C. Richter (*) E. Brylla I. Bechmann Institut für Anatomie, Universität Leipzig, Leipzig, Deutschland Cindy.Richter@medizin.uni-leipzig.de; Elke.Brylla@medizin. uni-leipzig.de; Ingo.Bechmann@medizin.uni-leipzig.de # Springer-Verlag GmbH Deutschland 2017 P. Berlit (Hrsg.), Klinische Neurologie, Springer Reference Medizin, präganglionäre sympathische Neurone (nur in den Segmenten C8 bis L3) (Espinosa-medina et al. 2016) präganglionäre parasympathische Neurone (nur in den Segmenten S2 bis S4) Binnenzellen (Schaltzellen): Neurone des Eigenapparates des Rückenmarkes, deren Axone die graue Substanz nicht verlassen Assoziationszellen: Neurone, deren Axone zu ipsilateralen darüber- oder darunterliegenden Segmenten des Rückenmarkes ziehen Kommissurenzellen: Neurone, die im Gegensatz zu den Assoziationszellen auf die kontralaterale Seite kreuzen Interneurone: modulierende Schalt- oder Zwischenneurone mit sehr kurzen Axonen Strangzellen: Neurone, die Leitungsbahnen innerhalb des Rückenmarks bzw. Leitungsbahnen zum Gehirn (Projektionszellen) bilden Neben der groben Einteilung in ein motorisches Cornu anterius (Vorderhorn), ein sensibles Cornu posterius (Hinterhorn) und ein vegetatives Cornu laterale (thorakolumbal, sakral: Seitenhorn) lässt sich die graue Substanz in Rexed- Schichten (Laminae spinales) unterteilen. Die Laminae I X beinhalten Kernsäulen (Columnae) von Neuronen, die abhängig von ihrer Funktion kontinuierlich oder nur auf bestimmten Segmenthöhen vertreten sind (Abb. 1). Cornu posterius Das Hinterhorn stellt den spitzen Flügel des Schmetterlings dar und beinhaltet die Laminae I VI nach Rexed. Sie bestehen v. a. aus Interneuronen und Strangzellen, die den spinothalamicus anterior et lateralis bilden. Die Strangzellen erhalten Afferenzen der Extero- und Interozeption über die Hinterwurzeln. Zudem sind die Hinterhörner durch vom Hirn absteigende Bahnen mit supraspinalen Zentren verbunden. Lamina I V: Schmerzleitung und -modulation 1

2 2 C. Richter et al. X III IV V VI VII VIII I II Cornu laterale Das Seitenhorn ist nur thorakolumbal und sakral ausgeprägt. Nur in diesen Rückenmarkssegmenten liegen die präganglionären vegetativen Wurzelzellen. Es ist Teil der Lamina VII. Anmerkung: Das vegetative Nervensystem wird seit über hundert Jahren in den thorakolumbalen Sympathikus und den kraniosakralen Parasympathikus unterteilt. Neue Untersuchungen weisen aber ontogenetische und phänotypische Gemeinsamkeiten für die dem Rückenmark entstammenden vegetativen Nerven nach. Diese Merkmale grenzen eindeutig die vegetativen Spinalnerven von den vegetativen Hirnnerven (III., IV.,., X.) ab (Espinosa-Medina et al. 2016). Eine Reklassifizierung des vegetativen Nervensystems scheint jedoch nicht sinnvoll (Neuhuber et al. 2017). Lamina VII: Ncl. intermediolateralis/centrum ciliospinale (C8 Th2): präganglionäre sympathische Neurone zum Ganglion cervicale superius (z. B. M. dilatator pupillae) Ncl. intermedio (Th1 L3) Ncl. intermediolateralis: präganglionäre Neurone des Sympathikus (C8 L3) und des Parasympathikus (S2 S4) Das Cornu laterale und die graue Substanz um den Canalis centralis, die Lamina X, können zur Pars intermedia zusammengefasst werden. Abb. 1 Gliederung der grauen Substanz in Laminae nach REXED und wichtige Kerngruppen. Ncl. proprius: Lamina III und IV (blau), Ncl. thoracicus posterior: Lamina VII (blau), Ncl. intermediolateralis: Lamina VII (grün), Ncl. intermedio: Lamina VII (blau), mediale und laterale Kerngruppen: Lamina VIII und (rot) Ncl. proprius (Ursprungskern für den spinothalamicus) Lamina VI: Ncl. thoracicus/ncl. dorsalis/stilling-clarke-säule (Th1 L2, Verarbeitung von Propriozeption, Ursprungskern für den spinocerebellaris posterior) Cornu anterius Das Vorderhorn stellt den stumpfen Flügel des Schmetterlings dar und reicht nicht bis an den ventralen Rand des Rückenmarks. Es kann in die Rexed-Schichten VIII und unterteilt werden. Die Lamina VIII enthält hauptsächlich Interneurone für die Modulation der Motoneurone in der Lamina. Die Lamina kann weiter in eine mediale, laterale und zentrale Kerngruppe unterteilt werden. Medial liegende Kerngruppen sind für die Innervation der Rumpfmuskulatur zuständig. Die lateralen Kerngruppen innervieren hauptsächlich die Extremitätenmuskulatur und verursachen die Anschwellung des Rückenmarks zur Intumescentia cervicalis bzw. lumbosacralis. Die Nervenzellen im Ncl. n. accessorii (C1 5) und Ncl. n. phrenici (C3 5) bilden die zentrale Kerngruppe zervikal. In den sakralen Segmenten S2 3 finden sich die zentralen Kerngruppen für die Beckenbodenmuskulatur (Onuf-Kern, N. pudendus). Lamina VIII: Interneurone extrapyramidalmotorischer Systeme mit Afferenzen und Efferenzen zu Motoneuronen der Lamina

3 Anatomie: Rückenmark 3 Lamina : 2 Von der Nervenwurzel zum Spinalnerven 1 2 Spinalnerv peripherer Nerv Abb. 2 Segmentale Rumpfinnervation mit Bildung des Spinalnerven aus der ventralen und dorsalen Nervenwurzel. 1 Radix ventralis, 2 Radix dorsalis, 3 Spinalganglion, 4 Ramus meningeus, 5 Ramus posterior, 6 Ramus anterior, 7 Ramus communicans albus, 8 sympathischer Grenzstrang, 9 Ramus communicans griseus Am Sulcus anterolateralis des Rückenmarks treten die Axone der Motoneurone aus, welche die Fila radicularia der Radix ventralis/motoria (Vorderwurzel) bilden (Abb. 2). Am Sulcus posterolateralis werden die Fila radicularia der Radix dorsalis/(hinterwurzel) durch eintretende sog. neuritische Axone pseudounipolarer Nervenzellen gebildet. Die Perikaryen dieser Nervenzellen liegen im Spinalganglion nahe dem Foramen intervertebrale, das dendritische Axon kommt aus der Peripherie. Über eine kurze Strecke vereinigen sich Radix ventralis und Radix dorsalis distal des Spinalganglions zum Spinalnerven eine anatomische Bezeichnung, welche klinisch häufig in einem weiter gefassten Sinne verwendet wird Es bilden sich insgesamt 31 Spinalnervenpaare aus: 8 Nn. cervicales 12 Nn. thoracici 5 Nn. lumbales 5 Nn. sacrales 1 N. coccygeus Nach Verlassen des Foramen intervertebrale gibt der Spinalnerv den Ramus meningeus (R. recurrens) zur Innervation der Rückenmarkshäute ab. Anschließend teilt sich der Spinalnerv in einen Ramus anterior und einen Ramus posterior. Der stärkere Ramus anterior versorgt die ventrolaterale Leibeswand und die Extremitäten. Der Ramus posterior zieht zur autochthonen Rückenmuskulatur und zur Rückenhaut. Die metamere Gliederung wird in der Peripherie durch die Rami anteriores für die Extremitäten nicht beibehalten. Es kommt zur Plexusbildung mit intersegmentalem Faseraustausch. Auf den Segmenthöhen C8 bis L3 ist das Seitenhorn ausgebildet. Es ist Sitz der präganglionären vegetativen Neurone im Ncl. intermediolateralis. In der motorischen Radix anterior gelangen diese Axone zum Ramus anterior des Spinalnerven. Dieser steht wiederum über den Ramus communicans albus (präganglionäre myelinisierte Axone) mit dem paravertebralen Grenzstrang (Truncus sympathicus) in Verbindung. Die vegetativen präganglionären Fasern für die Leibeswand und die Extremitäten werden im Grenzstrang auf unterschiedliche Höhen verteilt und auf postganglionäre Neurone umgeschaltet. Diese besitzen unmyelinisierte Axone und gelangen über den Ramus communicans griseus zurück zum Spinalnerven und mit ihm zu den Zielgebieten. Die Spinalnerven oberhalb von C8 erhalten sympathische Zuflüsse über Rami communicantes grisei aus den Halsganglien. Zu Beginn der embryonalen Entwicklung füllt das Rückenmark noch den Wirbelkanal in seiner gesamten Länge aus, sodass Rückenmarkssegmente und Austrittsstellen der Spinalnerven annähernd auf einer Höhe liegen. Zur Geburt liegt der Conus medullaris, das kegelförmige Ende des Rückenmarks, auf Höhe des 3. Lumbalwirbelkörpers (LWK) und steigt beim Erwachsenen auf Höhe des LWK. Die lumbosakralen Spinalnervenwurzeln müssen dadurch enorm an Länge zunehmen, um an dem zugehörigen Neuroforamen auszutreten. Diese lang gezogenen Radices bilden im unteren Wirbelkanal die sog. Cauda equina ( Pferdeschweif ).

4 4 C. Richter et al. Abb. 3 Bahnensysteme der weißen Substanz 4b S 1 L TH 2 C C 4a 3 TH 7a S L 5 C TH L S 6 7b Hinterstrang 1 Fasciculus gracilis 2 Fasciculus cuneatus ( + Fibrae cuneocerebellares) Seitenstrang 3 corticospinalis lateralis 4a reticulospinalis 5 rubrospinalis 6 spinothalamicus lateralis 7a spinocerebellaris posterior 7b spinocerebellaris anterior Vorderstrang 8 spinothalamicus anterior 9 vestibulospinalis 10 corticospinalis anterior 4b reticulospinalis Aufsteigende Bahnen 8 Absteigende Bahnen Pyramidenbahn 10 9 Extrapyramidale Bahnen Klinischer Bezug Eine Schädigung des Rückenmarks in der unteren Brustwirbelsäule hat somit sakrale und lumbale Ausfallerscheinungen zur Folge, da die Wirbelsäule dem Myelon davongewachsen ist (Ascensus medullae spinalis). 3 Organisation der weißen Substanz Die weiße Substanz lässt sich in Hinter-, Seiten- und Vorderstrang untergliedern (Abb. 3). Sie führt zum Gehirn aufsteigende, sensible Bahnen und absteigende, motorische Bahnen. Der Hinterstrang beinhaltet mit dem Fasciculus gracilis und Fasciculus cuneatus ausschließlich sensible Bahnen für die Mechanosensorik und Propriozeption. Im Vorderstrang und Seitenstrang verlaufen motorische Bahnen des pyramidalen und extrapyramidalen Systems in enger Nachbarschaft mit sensiblen Bahnen der Propriozeption ( spinocerebellares). Die enge räumliche und funktionelle Kopplung der beiden Stränge führt zu der Bezeichnung anterolaterales System. In den sensiblen Anteilen werden zudem protopathische Erregungen (Schmerz- und Temperaturempfinden) über spinothalamische Bahnen geleitet. Die traditionelle Einteilung in ein pyramidales und extrapyramidales System wird beibehalten. Sie beschreibt den Bahnenverlauf in Beziehung zur Pyramis, einer Aufwölbung an der basalen. Funktionell werden diese Systeme nicht mehr getrennt. Eine Zusammenfassung zu den Bahnen in Tabellenform ermöglicht einen schnellen Überblick (Tab. 1). 4 Facharztfragen 1. Welche Symptome treten bei einer Halbseitenschädigung des Rückenmarks (Brown-Séquard-Syndrom) auf Höhe BWK 9 auf? Gehen Sie auf den Verlauf und die Umschaltung der geschädigten Bahnensysteme ein.

5 Anatomie: Rückenmark 5 Tab. 1 Bahnensysteme Aufsteigende Bahnensysteme Kopf (Hirnstamm) Qualität Trigeminoafferentes System Lemniscus (1. Neuron, Ausnahme für den Ncl. mesencephalicus n. trigemini) Lemniscus Lemniscus Propriozeption Kontralateraler Ncl. ventralis Feine Mechanosensorik ( epikritische Sensibilität ) postero Ncl. motorius n. trigemini (Reflexbogen) principalis n. trigemini (Pons) Protopathische Sensibilität spinalis n. trigemini ( )! somatotope Gliederung Rumpf und Extremitäten (Rückenmark) Qualität Hinterstrangbahnen Fasciculus cuneatus (Burdach, 1. Neuron) Lemniscus Fasciculus gracilis (Goll, 1. Neuron) Lemniscus Anterolaterales System spinothalamicus anterior spinothalamicus lateralis Feine Mechanosensorik und Propriozeption, epikritische Sensibilität (obere Extremitäten und oberer Rumpf) Feine Mechanosensorik und Propriozeption, epikritische Sensibilität (untere Extremitäten und unterer Rumpf) Protopathische Sensibilität (langsame Schmerzempfindungen), grobe Mechanosensorik Protopathische Sensibilität (schnelle Schmerzempfindungen, Temperaturempfindung) cuneatus ( ) gracilis ( ) Primärer somatosensorischer Kortex, Cerebellum Kaumuskulatur Kontralateraler Ncl. ventralis postero Kontralateral mehrere Thalamuskerne, Formatio reticularis, Substantia grisea centralis Kontralateraler Ncl. ventralis posterolateralis thalami Kontralateraler Ncl. ventralis posterolateralis thalami Ncl. proprius Kontralaterale Thalamuskerne, Formatio reticularis, Substantia grisea centralis 3. Neurons Primärer somatosensorischer Kortex Primärer und sekundärer somatosensorischer Kortex, Frontallappen, Gyrus cinguli etc. 3. Neurons Primärer somatosensorischer Kortex Primärer somatosensorischer Kortex, Frontallappen, Gyrus cinguli Mesencephalon Pons Commissura alba anterior auf Segmenthöhe (Fortsetzung)

6 6 C. Richter et al. Tab. 1 (Fortsetzung) Rumpf und Extremitäten (Rückenmark) Qualität Anterolaterales System (Kleinhirnbahnen) cuneocerebellaris spinocerebellaris posterior (Flechsig, 2. Neuron)! obere Extremitäten und oberer Rumpf Propriozeption (kleine rezeptive Felder individueller Extremitätenmuskeln), Teil monosynaptischer Reflexbögen! untere Extremitäten und unterer Rumpf cuneatus accessorius ( ) thoracicus (Ncl. dorsalis, Stilling- Clarke-Säule, Lamina VI, Th1 L2) spinocerebellaris anterior (Gowers, 2. Neuron) Untere Extremitäten: Propriozeption (große rezeptive Felder synergistisch wirkender Muskelgruppen) Strangzellen (Lamina V VII) (Th12 L5) Absteigende Bahnensysteme Kopf (Hirnstamm) Funktion Lage des Perikaryons des Pyramidenbahn corticonuclearis Willkürmotorik für den Kopf und Hals Primär- und sekundärmotorischer Kortex (Area 4 und 6) Spinocerebellum: Vermis und paravermale Zone 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 Pedunculus cerebellaris inferior Keine superior Segmentebene Mesencephalon ipsi- und kontralateraler Verlauf Kaumuskulatur, mimische Muskulatur, Gaumen- und Kehlkopfmuskulatur, Zungenmuskulatur, M. trapezius, M. sternocleidomastoideus Abhängig vom jeweiligen Hirnnervenkern auf Hirnstammebene

7 Anatomie: Rückenmark 7 Rumpf und Extremitäten (Hirnstamm) Funktion Lage des Perikaryons des Pyramidenbahn corticospinalis lateralis (70 90 %, 1. Neuron) corticospinalis anterior (10 30 %, 1. Neuron) Willkürmotorik für den Körper Primär- und sekundärmotorischer Kortex (Area 4 und 6) Rumpf und Extremitäten (Hirnstamm) Funktion Ursprung (1. Neuron) Extrapyramidalmotorisches System vestibulospinalis lateralis vestibulospinalis reticulospinalis ( pontoreticularis) rubrospinalis (Monakow) Vermittlung von Reflexen des Lage- und Gleichgewichtssinns, Aktivierung der Extensoren und Hemmung der Flexoren Monosynaptische Hemmung von Motoneuronen Aktivierung der Extensoren und Hemmung der Flexoren Aktivierung der Flexoren und Hemmung der Extensoren, Feinmotorik Ncl. vestibularis lateralis (Deiters) Ncl. vestibularis Pontine Formatio reticularis Kontralateral: α-motoneuron Ipsilateral: Ipsi- und kontralaterales zervikothorakales Mark: Ipsilateral: Ncl. ruber Kontralaterales Zervikalmark: reticulospinalis lateralis ( bulboreticularis) tectospinalis Aktivierung kontralateraler und Hemmung ipsilateraler Muskulatur Reflektorische Kopf- und Halsbewegungen (Blickwendung) Medulläre Formatio reticularis Ipsi- und kontralaterales Zervikalmark: Colliculus superior Kontralaterales Zervikalmark: Skelettmuskulatur des Körpers (Decussatio pyramidum) Segmentebene Skelettmuskulatur Keine Muskulatur des Nackens und des oberen Rückens Skelettmuskulatur Nackenmuskulatur Decussatio tegmentalis anterior (Mesencephalon) Nacken- und Halsmuskulatur Decussatio tegmentalis posterior (Mesencephalon)

8 8 C. Richter et al. 2. Wo ist der Spinalnerv lokalisiert? Wodurch kann dieser geschädigt werden? 3. Was versteht man unter dem Eigenapparat des Rückenmarks? 4. Das Seitenhorn ist Sitz vegetativer Neurone. Wie sind diese verschaltet? Literatur Espinosa-Medina I, Saha O, Boismoreau F, Chettouh Z, Rossi F, Richardson WD, Brunet JF (2016) The sacral autonomic outflow is sympathetic. Science 354: Neuhuber W, McLachlan E, Janig W (2017) The sacral autonomic outflow is spinal, but not sympathetic. Anat Rec (Hoboken)