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wichtigste übergeordnete funktionelle systeme

TEIL I: ANATOMIE UND PHYSIOLOGIE
WICHTIGSTE ÜBERGEORDNETE FUNKTIONELLE SYSTEME

INHALT

DARSTELLUNG DER WICHTIGSTEN ÜBERGEORDNETEN FUNKTIONELLEN SYSTEME

Einleitung

Wie weiter oben beschrieben, lässt sich das Nervensystem nach funktionellen Gesichtspunkten in das sogenannte sensomotorische System, welches im weitesten Sinne für den "Bezug zur Umwelt", und das vegetative Nervensystem, welches für die Aufrechterhaltung von Körperfunktionen zuständig ist, einteilen.

sensomotorisches System

Das sensomotorische System besteht aus einem Teil, welcher Sinneseindrücke von der Umwelt empfängt und sie zur zentralen Verarbeitung weiterleitet und aus einem motorischen Teil, welcher für die Bewegungsäußerungen des Körpers zuständig ist.

sensorischer Teil

Zu diesem Teilbereich des Nervensystems zählen verschiedene Rezeptoren , welche jeweils für unterschiedliche Sinneseindrücke zuständig sind wie z.B. für Temperatur, Schmerz, Berührung, aber auch Geruch, Geschmack, Bewegung und Lage des Körpers und seiner Gliedmaßen, Hören und Sehen.
Als Rezeptoren dienen spezifische Strukturen am Ende von Nervenzellfortsätzen. Sie sind in der Lage, wie zum Teil auch freie Nervenendigungen, bestimmte Reize in Nervenaktionspotentiale umzuwandeln. Die Rezeptorzellen liegen am Ende eines Dendriten, dessen Zellleib sich im Spinalganglion (Verdickung im Verlauf der hinteren Wurzel des Spinalnerven nahe der Einmündung ins Rückenmark) befindet und dessen Neurit über die hintere Wurzel ins Rückenmark einmündet. Innerhalb des Rückenmarks werden dann die Informationen je nach Empfindungsqualität auf unterschiedlichen Bahnen zu zentralen Kerngebieten im Gehirn (u.a. Thalamus) bis in unser Bewusstsein geleitet oder automatisch in Form von Reflexen oder unbewusst ablaufenden Verschaltungen (Kleinhirn) direkt weiterverarbeitet.

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Die Rückenmarksbahnen

Auf dem Querschnitt des Rückenmarkes lassen sich unterschiedliche Bahnen voneinander abgrenzen.

Hinterstränge

Hinten zwischen den Hinterhörnern laufen die sogenannten Hinterstränge, die Druck, Tiefensensibilität (Stellung der Gliedmaßen), Vibrations- und Tastempfindung (Zweipunktdiskrimination) übermitteln und ohne Umschaltung zu den Kerngebieten Nucleus gracilis und cuneatus im Bereich der unteren Medulla oblongata ziehen, dort auf das zweite Neuron umgeschaltet werden, im Lemniscus medialis kreuzen und nach Umschaltung im Thalamus die Großhirnrinde erreichen.

Tractus spinothalamicus anterior

Vorne verläuft die vordere Rückenmarks-Thalamus-Bahn (Tractus spinothalamicus anterior), in der grobe Tast- und Druckempfindungen übermittelt werden. Hier finden Umschaltung auf das zweite Neuron im Hinterhorn und Kreuzung bereits etwa in Höhe des Eintrittssegmentes statt.

Tractus spinothalamicus lateralis

Schmerz und Temperatur übermittelt die seitliche Rückenmarks-Thalamus-Bahn (Tractus spinothalamicus lateralis), welche ebenfalls eine Umschaltung auf das zweite Neuron im Hinterhorn in Höhe der Eintrittszone mit anschließender Kreuzung der Fasern zur Gegenseite aufweist.

Tractus spinocerebellaris anterior und posterior

Am weitesten lateral finden sich die vordere und hintere Rückenmarks-Kleinhirn-Bahn (Tractus spinocerebellaris anterior und posterior) welche Tiefensensibilität der Muskelspindeln und Gelenkkörperchen nach Umschaltung gekreuzt und ungekreuzt zum Kleinhirn leiten.
Weitere Bahnen ziehen direkt zu anderen Gebieten grauer Substanz, die vor allem für die Koordination von Muskelkraft und Gleichgewicht mit Hilfe des extrapyramidalmotorischen Systems zuständig sind.

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motorischer Teil in verschiedenen Organisationsstufen

Aufgabe des motorischen Systems ist es, Bewegungen der Muskulatur einzuleiten und durchzuführen. Vereinfacht läßt sich das motorische System weiter unterteilen in das sogenannte pyramidale und das extrapyramidale System, wobei vom pyramidalen System einfache, zielgerichtete Bewegungen eingeleitet werden, während das extrapyramidale System im wesentlichen im Unterbewußten dafür sorgt, daß Geschwindigkeit und Gleichmäßigkeit der Bewegungen den Erfordernissen entsprechen, und daß, z.B. bei der Fortbewegung, Balanciervorgänge rechtzeitig eingeleitet werden.
Von diesen übergeordneten System abzugrenzen sind die automatischen Verschaltungen verschiedener Nervenzellen untereinander, was unter anderem bewirkt, daß der Gegenspieler eines Muskels bei dessen Aktivierung rechtzeitig erschlafft.

Das pyramidale System

Bewegungen nehmen ihren Ursprung in Nervenzellen der Präzentralregion des Stirnlappens. Als Präzentralregion wird ein gut abgrenzbarer, knapp vor der Mitte des Gehirns, die durch das mittlere Windungstal ( Sulcus centralis ) bestimmt ist, quer verlaufender Gyrus ( Gyrus präzentralis ) bezeichnet. Im zugehörigen Cortex finden sich unter anderem die großen Pyramidenzellen, die in einer sogenannten somatotopen Architektur angeordnet sind, d.h. Nervenzellen die für benachbarte Muskeln zuständig sind, liegen auch im Gyrus präcentralis nebeneinander: Von der an die Hirnsichel angrenzenden Innenseite und der Höhe des Scheitels werden die Füße und Beine versorgt, angrenzend der Rumpf, die Arme und schließlich das Gesicht. Regionen des Körpers, in denen viele fein abgestimmte Bewegungen auftreten (Gesicht, Finger), werden dabei durch viel größere Areale (mehr Nervenzellen) repräsentiert, als zum Beispiel die Rumpf- oder Beinmuskulatur.
Neuriten der Pyramidenzellen ziehen als sogenannte Pyramidenbahn durch das Marklager. Sie laufen dabei fächerartig zusammen, um als hinterer Schenkel der sogenannten inneren Kapsel zwischen Thalamus und Linsenkern nach unten zu ziehen und liegen anschließend als Hirnschenkel vorne dem Mittelhirn auf.
In Höhe der

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Das extrapyramidalmotorische System

Bereits vor der Aktivierung der Pyramidenzellen, sowie auch bei der Informationsweiterleitung entlang der Pyramidenbahn wird durch Verzweigungen beteiligter Neuriten das sogenannte extrapyramidalmotorische System aktiviert. Im Gegensatz zur Pyramidenbahn verlaufen die Fasern des extrapyramidalen Systems nicht durch die Pyramiden. Das extrapyramidale System setzt sich aus weitverzweigten Faserzügen zusammen, die die Funktion zahlreicher Areale grauer Substanz integrieren und letztlich modulierend einerseits auf die die Willkürbewegung generierenden Zentren des Cortex, andererseits auf die durch die Pyramidenbahn aktivierten motorischen Vorderhornzellen einwirken. Die zugehörigen Nervenzellen finden sich in den verschiedenen Inseln grauer Substanz im Marklager des Großhirns, den sogenannten Basalganglien (Nucleus caudatus, Putamen, Globus pallidus, Thalamus) sowie in mehreren Gebieten grauer Substanz in den tiefen Hirnabschnitten, von denen insbesondere die sogenannte schwarze Substanz (Substantia nigra) und der rote Kern (Nucleus ruber) zu nennen sind, sowie das Kleinhirn.
Durch die Mitarbeit des extrapyramidalen Systems werden Kontraktionsgeschwindigkeit und Aktivität der beteiligten Muskeln verändert, es werden automatische Ausgleichsbewegungen (Gewichtsverlagerung beim Gehen, Mitschwingen der Arme) eingeleitet.
Während die primär geplante vom pyramidalen System ausgeführte Bewegung uns meist bewußt ist, laufen die Aktivitäten des extrapyramidalmotorischen Systems weitgehend im Unterbewußten ab.
Folgende Bahnen lassen sich abgrenzen:
  • (prä)motorische Areale der Großhirnrinde - Putamen/Nucleus caudatus - Globus pallidus - Thalamus - (prä)motorische Areale der Großhirnrinde
  • Putamen - Substantia nigra - Putamen
  • (prä)motorische Areale der Großhirnrinde - Substantia nigra/Nucleus ruber
  • (prä)motorische Areale der Großhirnrinde - Nucleus caudatus - Thalamus - Formatio reticularis
  • Globus pallidus - Formatio reticularis
  • Nucleus caudatus - Globus pallidus - Thalamus - Nucleus caudatus - (prä)motorische Areale der Großhirnrinde
  • Kleinhirnkerne - Thalamus - (prä)motorische Areale der Großhirnrinde - Brückenkerne - Kleinhirnkerne
  • Kleinhirnkerne - Thalamus - (prä)motorische Areale der Großhirnrinde - Nucleus ruber - Tegmentum- Olive Kleinhirnkerne

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Reflexmotorik (Reflexbogen, Eigenreflex, Fremdreflex)

Eine Quasi Kurzschluß-Verbindung zwischen sensorischem und motorischem System gibt es auf untergeordneter Ebene, den Reflex. Als Reflex läßt sich eine immer in gleicher Weise ablaufende Reaktion auf einen bestimmten Reiz beschreiben.

Muskeleigenreflex

Klassisches Besispiel ist der Muskeleigenreflex oder Muskeldehnungsreflex. Jeder Muskel enthält neben den Muskelfasern auch kleine Organe, die den Spannungszustand des jeweiligen Muskels messen. Diese "Meßwerte" werden kontinuierlich über das sensorische System über die sensiblen Nerven weitergeleitet bis zu den sensiblen hinteren Rückmarkswurzeln.
Nach dem Eintritt der Information über die Hinterwurzel in das Rückenmark erfolgt in Höhe des jeweiligen Segmentes eine synaptische Informationsübertragung nach vorne auf die motorische Vorderhornzelle. Diese leitet ihre Erregung über die motorische Vorderwurzel und den motorischen Nerven zum betreffenden Muskel.
Als entsprechender Reiz dient eine kurze, rasche Dehnung des Muskels (z.B. Schlag mit dem Reflexhammer auf die zugehörige Sehne), als Reaktion erfolgt nach Durchlaufen des o.a. Reflexbogens eine Kontraktion des betreffenden Muskels. Da in diesem Fall gedehnter und aktivierter Muskel derselbe sind, spricht man von Muskeleigenreflex. Da nur eine einzige synaptische Informationsübertragung erforderlich ist, handelt es sich um einen monosynaptischen Reflex. Wichtig ist, daß zur Funktion dieses Reflexes eine Verbindung zu höherliegenden Gehirn- oder Rückenmarksstrukturen nicht erforderlich ist. (Meist führt sogar der Verlust dieser Verbindung zu einer Steigerung des betroffenen Reflexes).

Fremdreflex

Abzugrenzen davon ist der Fremdreflex. Hier wird eine bestimmte, nicht muskuläre Struktur gereizt, z. B. die Bauchhaut, und als Reflexantwort erfolgt eine Kontraktion einzelner oder mehrerer Muskeln. Dabei ist eine zentrale Verarbeitung des Reizes in höhergelegenen Zentren notwendig, so daß Fremdreflexe bei fehlender zentraler Verbindung im Regelfall abgeschwächt oder erloschen sind.

Primitivreflex

Eine besondere Bedeutung haben ebenfalls sogenannte Primitivreflexe. Hierbei handelt es sich im wesentlichen um Fremdreflexe, welche während embryonaler und frühkindlicher Entwicklung auslösbar, im ausgereiften Nervensystem jedoch durch andere Funktionen unterdrückt sind. Im Krankheitsfalle können solche Primitivreflexe wieder auslösbar sein.

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VEGETATIVES NERVENSYSTEM

Einleitung

Während das sensibel-sensorische Nervensystem Zustände der Umwelt übermittelt und das motorische Nervensystem dem Verhalten in der Umwelt dient, werden ebenfalls beständig Informationen über Funktionszustände des Körpers, des sogenannten Inneren Milieus registriert, verarbeitet und in Reaktionen umgesetzt. Einen großen Teil dieser Aufgaben übernimmt das vegetative Nervensystem. Auch das vegetative Nervensystem läßt sich in einen peripheren und einen zentralen Anteil gliedern.

Das zentrale vegetative Nervensystem

Neben den auf spinaler Ebene ausgebildeten vegetativen Reflexbögen steht auch das vegetative Nervensystem unter übergeordneter Kontrolle. Übergeordnete Zentren sind nicht so eindeutig abgrenzbar wie im sensomotorischen System. Sie liegen im wesentlichen im Hypothalamus, im Hirnstamm, hier vor allem in der Medulla oblongata und in Teilen der Pons.

Der Hypothalamus

Eine wesentliche Struktur für die Aufrechterhaltung des inneren Milieus ist der Hypothalamus, der anatomisch zum Zwischenhirn zu rechnen ist und unterhalb des Thalamus in enger Nachbarschaft zum 3. Ventrikel liegt. Zellen des Hypothalamus können somit Zustand von Blut und Liquor messen (Temperatur, Salzgehalt, Hormonkonzentrationen) und über Verschaltungen sowohl auf das untergeordnete vegetative Nervensystem als auch auf die Ausschüttung verschiedener Hormone Einfluss nehmen.
Insbesondere von Bedeutung ist das Zusammenspiel von Hypothalamus und Hirnanhangsdrüse (Hypophyse). Einerseits über die Ausschüttung verschiedener chemischer Substanzen ins Blut, andererseits über direkte Nervenverbindungen bestehen vielfältige Regelmechanismen zwischen beiden Organen, welche einen Großteil der hormonellen Vorgänge des Körpers steuern.
Außerdem kann der Hypothalamus unter anderem über die Formatio reticularis eine übergeordnete Steuerung z.B. von Herz-Kreislauffunktionen oberhalb der Zentren in der Medulla oblongata ausüben. Bestimmte Zonen des Hypothalamus steuern auch komplexe Verhaltensweisen des Individuums (Abwehr-, Fluchtverhalten, Nahrungs- und Flüssigkeitsaufnahme, Thermoregulation), wobei sich anatomisch keine scharfen Grenzen der verschiedenen "Zentren" abgrenzen lassen.
Enge Verbindungen zum Hypothalamus besitzen verschiedene, auch miteinander in "Erregungskreisen" verbundene innere Gehirnanteile, die das sogenannte Limbische System darstellen. Hier werden äußere und innere Einflüsse integriert und emotional gefärbt. Außerdem spielen die beteiligten Strukturen offensichtlich eine Rolle bei der Bildung des Gedächtnisses.

Das periphere vegetative Nervensystem

Das vegetative Nervensystem innerviert die glatte Muskulatur aller Organe, das Herz und die Drüsen. Nach funktionellen Kriterien lassen sich zwei komplementäre Anteile des vegetativen Nervensystems ausmachen, den Sympathicus und den Parasympathicus.

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Das anatomische Korrelat des Sympathicus

Im Bereich des Rückenmarkes in Höhe von Brust- und Lendenbereich finden sich die Nervenzellen des vegetativen Nervensystems in den sogenannten Seitenhörnern der grauen Substanz. Ihre Fortsätze verlassen das Rückenmark über die vorderen Wurzeln um zum Teil gleich darauf in beidseits des Rückenmarks gelegene Zellansammlungen einzumünden. Diese Zellansammlungen (Ganglien) finden sich auf der Höhe des jeweiligen Rückenmarkssegmentes und sind untereinander nach oben und unten verbunden, so das rechts und links vom Rückenmark jeweils ein perlschnurartiges Gebilde entsteht, der Grenzstrang (Truncus sympathicus).
Ein Teil der Nervenfasern überträgt hier seine Information auf eine nächste Nervenzelle, welche als post (=nach)-ganglionär bezeichnet wird und deren Fasern das jeweilige Endorgan direkt erreichen. Entsprechend nennt man die vom Rückenmark ausgehende Nervenfaser prä (=vor)-ganglionär.
Ein Teil der präganglionären Nervenfortsätze ziehen ohne Informationsumschaltung durch die Ganglien hindurch, um einzelne größere Ganglien des Bauchraumes zu erreichen, in denen dann die Umschaltung auf das postganglionäre Neuron erfolgt.

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Das anatomische Korrelat des Parasympathicus

Im Bereich des Hirnstammes und des untersten Rückenmarksabschnitts (Kreuz- =Sakral-Mark) finden sich ebenfalls vegetative Nervenzellen, die präganglionären Neurone des Parasympathicus. Ihre Fasern verlassen den Hirnstamm mit den Hirnnerven III, V, VII, IX und X, wobei die Nerven III, V, VII und IX zu Drüsen und Ganglien im Kopfbereich ziehen, während sich die Fasern des X. Hirnnerven (Nervus Vagus, der "Vagabundierende") zu den gesamten Organen des Brust- und Bauchraumes verzweigen, die Beckenorgane werden von den Fasern des Sakralmarkes versorgt. Die Umschaltung auf postganglionäre Neurone erfolgt im Versorgungsbereich des Parasympathicus in Ganglien in Organnähe oder in der Wand (intramurale Ganglien) der betreffenden Organe.

Afferenzen des vegetativen Nervensystems

Als Afferenzen werden die von den inneren Organen empfangenen Zustandsmeldungen (u.a.: Druck, Dehnung, Säuregehalt) bezeichnet, die über vegetative oder sensible Nerven zu den Hinterwurzeln des Rückenmarkes, in großem Ausmaß auch über den Nervus vagus zum Hirnstamm geleitet werden und innerhalb des zentralen vegetativen Nervensystems Regelkreise in Gang setzen.

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funktionelle Gliederung in Sympathikus und Parasympathikus

Viele innere Organe werden sowohl vom Sympathikus als auch vom Parasympathikus innerviert. Beide wirken auf das jeweilige Organ antagonistisch. Reizung des Sympathicus führt z.B. zur Zunahme von Herzfrequenz und Herzschlagvolumen, zur Abnahme der Darmtätigkeit und zur Erschlaffung der Gallenblase, während der Parasympathicus Herfrequenz und Schlagvolumen verringert, die Darmmotilität anregt und eine Kontraktion der Gallenblase auslöst.
Mit Hilfe der Afferenzen und der zentralen Verschaltungen entstehen vegetative Regelkreise:
Verstärkter Herzschlag löst eine Reizung der Druckrezeptoren der großen Gefäße aus, welche nach zentral übermittelt wird, dort gleichzeitig den Sympathicus hemmt und den Parasympathicus erregt, was wiederum in Folge zu einer Reduktion der Herztätigkeit führt.
Nur vom Sympathicus innerviert werden die glatte Muskulatur der Blutgefäße (Ausnahme: Genitalorgane), die Schweißdrüsen, die Leber und die Fettzellen, allein vom Parasympathicus innerviert werden die meisten Drüsen.

Bedeutung der Botenstoffe

Sowohl im Bereich des Sympathicus wie des Parasympathicus findet ein zweifacher Informationsübertragungsvorgang statt, zunächst vom prä- auf das postganglionäre Neuron, dann vom postganglionären Neuron auf das Endorgan.
Auch im Bereich des vegetativen Nervensystems werden für die Informationsübertragung Botenstoffe (Transmitter) benutzt. Während beim ersten der genannten Übertragungsvorgänge die Substanz Acetylcholin Verwendung findet, verläuft die (zweite) Übertragung zum Erfolgsorgan beim Sympathicus mit Hilfe von Noradrenalin (adrenerge Neurone), beim Parasympathicus wie die erste mit Acetylcholin. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, mit Hilfe verschiedener Medikamente gezielt den Sympathicus oder den Parasympathicus zu hemmen oder zu verstärken.

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OrganFunktionSympathikusParasympathikus
AugePupilleerweitertverengt
Tränen- und SpeicheldrüsenSekretionzäh, wenig viel, wässrig
Herz Frequenzbeschleunigtverlangsamt
Koronargefäßeerweitertverengt
Bronchien Durchmessererweitertverengt
Sekretionvermindertvermehrt
Magen-Darmtrakt Peristaltikgehemmtbeschleunigt
Sekretionvermindertvermehrt
BlaseSchließmuskelkontrahierterschlafft
NebenniereSekretionvermehrt-
Haut Gefäßeverengt-
Schweißsekretionwenig, zähviel, wässrig

Vegetative Reflexe

Ähnlich wie im Bereich des sensomotorischen Nervensystems existieren auch im Bereich des vegetativen Nervensystems Reflexbögen, wobei über die hinteren Rückenmarkswurzeln eintretende vegetative Informationen über kleine Umschaltstationen zu den vegetativen Nervenzellen im Seitenhorn des Rückenmarks gelangen, um von dort wieder das Endorgan über die prä- und postganglionären vegetativen Nervenfasern zu erreichen. (Im Unterschied zum Muskeleigenreflex handelt es sich hierbei um einen polysynaptischen Reflex, der mehrere Umschaltstationen durchläuft. Sinnvoll ist diese segmentale Verschaltung vor allem für einige innere Organe, wie zum Beispiel Herz und Darm, wo cardio-cardiale Reflexbögen oder Entleerungsreflexe gefördert werden.

Interaktion zwischen senso-motorischem und vegetativem Nervensystem - übertragener Schmerz - Abwehrspannung

Auch Haut und Muskulatur sind segmental aufgebaut, außerdem existieren auf segmentaler Ebene Verschaltungen zwischen vegetativem und sensomotorischem System, so das es zu folgenden Phänomenen kommt:
Entzündung eines inneren Organs (z.B. Blinddarm) führt zu einer Anspannung der darüber liegenden Bauchmuskulatur (Abwehrspannung) sowie unter Umständen zu einer örtlichen Veränderung der Hautdurchblutung.
Umgekehrt führt lokale Erwärmung (Bestrahlung) der äußeren Haut auch zur verstärkten Durchblutung "zugehöriger" innerer Organe.
Entzündung oder Reizzustände innerer Organe führen außerdem dazu, das in einen korrespondierenden Hautareal ebenfalls eine verstärkte Empfindlichkeit vorhanden ist. Dieser "übertragene" Schmerz kann ermöglicht es, bei schmerzhaften Hautarealen (z.B. linke Schulter) auf eine zugrundeliegende Störung eines inneren Organs zu schließen (Herzerkrankung)

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