Neuro- und Muskelphysiologie: Motorik

Definition

Die Motorik beschreibt sämtliche willkürliche und kontrollierte Muskelbewegungen des menschlichen Körpers. Hierzu zählen sowohl große Bewegungsabläufe wie das Gehen als auch die Mimik des Gesichts. Auch die motorischen Anteile des Nervensystems zur Steuerung und Wahrnehmung von Bewegungen werden unter dem Begriff Motorik zusammen gefasst. Wichtige anatomische Strukturen der Motorik sind:

• Knochen Knochen Aufbau der Knochen und Knorpel
• Gelenke
• Muskeln
• Sehnen
• Bandapparat
• Zentrales Nervensystem Nervensystem Nervensystem: Aufbau, Funktion und Erkrankungen
• Motorische und Sensorische Leitungsbahnen.

Die Motorik lässt sich in 2 Arten unterteilen:

• Grobmotorik:
  • Größere Bewegungsabläufe
  • Größere Bewegungsumfänge
  • Beispiele: Springen, Klettern, Gehen, Gleichgewicht halten
• Feinmotorik:
  • Kleinere Bewegungsabl#ufe
  • Kleinere Bewegungsumfänge
  • Beispiele: Handmotorik, Mundbewegungen, Mimik

Spinale Motorik

Spinale Motorik ist Bewegungskoordination auf Rückenmarksebene mit der einfachsten Bewegungsantwort auf einen Reiz – dem Reflex. Hierarchisch betrachtet stellen Reflexe die unterste Funktionsebene der Motorik dar.

Reflexe

• Ein Reflex ist die stereotype Antwort auf einen Reiz.
• Ein Reflexbogen besteht aus folgenden Teilen:
  • Sensor
  • Afferenter Schenkel
  • Zwei (monosynaptisches) oder mehrere (polysynaptische) Neuronen Neuronen Nervensystem: Histologie
  • Efferenten Schenkel
  • Effektor
• Reflexablauf: Reizwahrnehmung durch Sensororgan → Reizweiterleitung über Afferenz → Reizübertragung von Afferenz auf Efferenz im Rückenmark Rückenmark Rückenmark → Weiterleitung der Informationen über die Efferenz zum Effektor → Der aktivierte Effektor führt die Reizantowrt aus.
• Unterscheidung in 2 unterschiedliche Formen von Reflexen:
  • Eigenreflex: Monosynaptisch, Sensor und Effektor liegen im gleichen Organ
  • Fremdreflex: Polysynaptisch, Sensor und Effektor liegen in unterschiedlichen Organen

Die Sensoren des Reflexbogens:

Für die Motorik spielt die Propriozeption Propriozeption Neurologische Untersuchung, also die Aufnahme von Reizen aus dem Körperinneren durch Mechanorezeptoren, eine grundlegende Rolle. Im spinalen System gibt es Sensoren, die jeweils auf verschiedene Reize spezialisiert sind.

• Muskelspindeln
  • Muskelspindeln sind Dehnungssensoren der Arbeitsmuskulatur und messen Muskellänge und Dehnungsgeschwindigkeit.
  • Bestehen aus intrafusalen Fasern (spezialisierten Muskelzellen), umgeben von einer bindegewebigen Kapsel und sind parallel zur Arbeitsmuskulatur angeordnet.
  • Vorkommen in jedem Muskel mehr oder weniger häufig, v. a. in kleinen Präzisionsmuskeln ist ihre Anzahl hoch.
• Sehnenorgane
  • Auch Sehnenorgane sind Dehnungssensoren der Arbeitsmuskulatur, die jedoch den Spannungszustand der Muskulatur messen.
  • Anordnung in Serie zur Arbeitsmuskulatur
  • Lokalisation am Übergang von Muskelsehne zum Muskel
  • Erhöht sich der Spannungszustand im Muskel, wird dieser Reiz durch die markhaltige Nervenfaser im Sehnenorgan über die Hinterwurzel ins Rückenmark Rückenmark Rückenmark geleitet, hemmt die Motoneurone und bremst somit die Kontraktion des Muskels.
• Gelenksensoren: Jedes Gelenk besitzt Gruppen von Sensoren für die verschiedenen Bewegungsmöglichkeiten in den Gelenkachsen. Diese entladen sich bei Bewegungen des Gelenks.
• Hautsensoren: Die afferenten Bahnen der Reflexbögen enthalten außerdem auch Informationen aus den zahlreichen Mechano- und Schmerzrezeptoren der Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion und den freien Nervenendigungen in der Muskulatur (Fremdreflex).

Die Efferenzen des Reflexbogens (Motoneurone):

Motoneurone liegen im Vorderhorn des Rückenmarks. Unterscheiden werden folgende Motoneurone:

• γ-Motoneurone: Innervation der intrafusalen Muskulatur (Muskulatur der Muskelspindeln)
• α-Motoneurone:
  • Innervation der extrafusalen Muskulatur (Arbeitsmuskulatur des Skelettmuskels)
  • Erhalten Informationen von Haut-, Muskel- und Gelenksensoren, den kortikospinalen Bahnen sowie dem Eigenapparat des Rückenmarks
  • Verbindung über Afferenzen mit sogenannten Renshaw-Zellen, welche über eine Feedback-Hemmung die Aktivität der Motoneurone hemmen.

Die Motorische Endplatte

• Die motorischen Nervenfasern Nervenfasern Nervensystem: Histologie verzweigen sich in den verschiedenen Muskeln unterschiedlich stark, je nachdem, wie präzise der Muskel arbeitet.
• Jedes Axon Axon Nervensystem: Histologie einer motorischen Vorderhornzelle bildet zusammen mit den Muskelfasern, die es versorgt, eine sogenannte motorische Einheit → gemeinsame Kontraktion der Muskelfasern, die durch dasselbe Axon Axon Nervensystem: Histologie innerviert werden
• Motorische Endplatte: Bereich, in dem die Erregungsübertragung vom Nerv auf den Muskel stattfindet
  • Eine besondere Form der Synapse Synapse Synapsen und Neurotransmission
  • Die Enden der Nervenfasern Nervenfasern Nervensystem: Histologie besitzen hier keine Markscheiden mehr und die Muskelfasern sind etwas erhaben.
  • Erregungsübertragung von Nerv auf den Muskel über den chemischen Botenstoff Acetylcholin
• Ablauf der Erregungsübertragung: Das ankommende Aktionspotenzial (AP) führt präsynaptisch zu einer Öffnung von Calciumkanälen → Verschmelzung von acetylcholinhaltigen Vesikeln mit der präsynaptischen Membran → Exozytose: Freisetzung von Acetylcholin in den synaptischen Spalt → Bindung an die Rezeptoren Rezeptoren Rezeptoren der postsynaptischen Membran → Öffnung der Ionenkanäle an der postsynaptischen Membran → Na⁺-Einstrom → Entstehung eines exzitatorischen postsynaptischen Potentials (EPSP) → Das EPSP öffnet spannungsabhängige Na⁺-Kanäle und es kommt zu einem AP → AP wird über das Sarkolemm fortgeleitet und führt zu einem Ca²⁺-Einstrom → Muskelkontraktion

Hirnstamm-Motorik

Funktion

• Bestandteile des Hirnstamms:
  • Medulla oblongata Medulla Oblongata Hirnstamm
  • Pons
  • Mesenzephalon
• Koordinierungsstelle der Motorik: Kontrolle und Modifikation der Informationsweiterleitung
  • Verbindung zu höheren Hirnregionen
  • Aktivierung und Hemmung der Motoneurone des Rückenmarks durch deszendierende Bahnen, die von den Kerngebieten des Hirnstammes ausgehen
  • Über die Hirnstammreflexe wird eine schnelle Anpassung an sich verändernde Umweltbedingungen möglich.

Wichtige Bestandteile

• Kerngebiete:
  • Nucleus ruber
  • Vestibulariskerne:
    • Nucleus vestibularis lateralis (Deiters-Kern)
    • Nucleus vestibularis medialis
  • Anteile der Formatio reticularis
• Afferenzen von:
  • Motorcortex
  • Cerebellum
  • Vestibularorgan
• Efferenzen:
  • Tractus rubrospinalis
  • Tractus vestibulospinalis
  • Tractus reticulospinalis medialis et lateralis

Die wichtigsten Hirnstammreflexe

• Statische Reflexe: Halte- und Stellreflexe, welche die Körperhaltung im Raum steuern
• Statokinetische Reflexe: Reflexe, die durch Bewegungen ausgelöst werden und dafür sorgen, dass das Gleichgewicht aufrechtgehalten wird (z. B. physiologische Nystagmus und Liftreaktion)
• Reflexe, welche die Nahrungsaufnahme steuern sind: Saugreflex Saugreflex Primitivreflexe, reflektorische Speichelsekretion, Kau- und Schluckreflex.
• Zu den Schutzreflexen zählen unter anderem Korneal- und Hustenreflex.

Cerebellum und Motorik

Funktion und Aufbau

• Abstimmung von Bewegungen:
  • Feinmotorik
  • Koordination von Stütz- und Zielmotorik
  • Erstellen von Bewegungsprogrammen
• Das Kleinhirn Kleinhirn Kleinhirn (Cerebellum) erhält Informationen vom Labyrinth, Rückenmark Rückenmark Rückenmark und Bewegungsentwürfe aus dem Motorcortex.
• Efferenten Bahnen ziehen zum Hirnstamm Hirnstamm Hirnstamm und über den Thalamus Thalamus Thalamus zum Motorcortex.
• Die anatomische Gliederung in Rinde und Mark mit Kerngebieten erinnert an den Aufbau des Großhirns.
• Alle abgehenden Bahnen des Kleinhirns ziehen durch die Kleinhirnkerne (Nucleus fastigii, interpositus, dentatus).
• Die Kleinhirnrinde enthält in ihren drei Schichten verschiedene Neurone, welche entweder über Kletterfasern aus dem Olivenkernkomplex oder über Moosfasern aus anderen Gebieten afferent versorgt werden.

Afferenzen und Efferenzen

• Afferenzen:
  • Das Archicerebellum erhält Informationen aus den Vestibulariskernen.
  • Das Paläocerebellum erhält Informationen aus dem Rückenmark Rückenmark Rückenmark und der Pyramidenbahn.
  • Das Neocerebellum erhält die Bewegungsentwürfe aus den assoziativen Rindenanteilen der Großhirnrinde.
• Efferenzen:
  • Vom Vermis ziehen Efferenzen über den Nucleus fastigii zum Hirnstamm Hirnstamm Hirnstamm und koordinieren somit Muskeltonus, Gleichgewicht und Stützmotorik.
  • Die Efferenzen der Pars intermedia ziehen über den Nucleus interpositus und die Efferenzen der Kleinhirnhemisphären über den Nucleus dentatus zum Hirnstamm Hirnstamm Hirnstamm (Nucleus ruber) und dann über den Thalamus Thalamus Thalamus zur motorischen Großhirnrinde.
    • Die Pars intermedia korrigiert geplante langsame Zielbewegungen des Motorcortex und koordiniert die Ziel- mit der Stützmotorik.
    • Die Kleinhirnhemisphären erstellen Bewegungsprogramme für schnelle Zielbewegungen, auf der Grundlage von Informationen aus den assoziativen Rindenfeldern und der vom Großhirn geplanten Bewegungsentwürfe. Die hierfür notwendige Stützmotorik wird über die Verbindung zum Hirnstamm Hirnstamm Hirnstamm aktiviert.

Basalganglien und Motorik

Funktion und Aufbau

• Basalganglien Basalganglien Basalganglien (Stammganglien) sind subkortikale Kerngebiete, in der Nähe des Thalamus Thalamus Thalamus. Sie gehören zum extrapyramidalen System.
• Funktionell (nicht anatomisch) betrachtet, zählen folgende Strukturen zu den Basalganglien Basalganglien Basalganglien (Stammganglien):
  • Striatum: Nucleus caudatus und Putamen
  • Globus pallidus
  • Substantia nigra (im Bereich des Mittelhirns)
  • Nucleus subthalamicus (im Bereich des Diencephalons)
• Kontrolle und Modulation komplexer Bewegungen, z. B. das Schreiben
  • Erstellen harmonischer Bewegungsabläufe
  • Entstehung eines motorischen Gedächtnisses
• Die Basalganglien Basalganglien Basalganglien (Stammganglien) erhalten Informationen aus verschiedenen Teilen der Hirnrinde. Sie beeinflussen die Bewegungsprogramme bezüglich ihrer Geschwindigkeit, ihres Bewegungsausmaßes, der Kraft und Bewegungsrichtung. Sie kontrollieren auch die Initiation einer Bewegung.
• Die Basalganglien Basalganglien Basalganglien (Stammganglien) haben jeweils eine eher hemmende oder eher erregende Wirkung auf die Motorik. Dieser Umstand erklärt auch, warum degenerative Erkrankungen der Basalganglien Basalganglien Basalganglien (Stammganglien) durch überschießende oder gehemmte Bewegungen gekennzeichnet sein können:
  • Chorea Huntington Chorea Huntington Chorea Huntington: Überschießende Bewegungen
  • Morbus Parkinson: Akinesie

Striatum

• Funktion: Hemmung der Motorik
• Afferenzen:
  • Erregende Fasern (über Glutamat vermittelt) vom Kortex
  • Eher hemmende Fasern (über Dopamin vermittelt) aus der Substantia nigra
• Die Efferenzen des Striatums wirken über GABA hemmend auf Pallidum und Substantia nigra.

Pallidum

• Funktion: fördert die Motorik, „Gegenspieler“ des Striatum
• Afferenzen kommen aus:
  • Striatum
  • Nucleus subthalamicus
  • Thalamus Thalamus Thalamus
• Efferente Bahnen ziehen sowohl zum Thalamus Thalamus Thalamus als auch zur Großhirnrinde.

Nucleus subthalamicus

• Funktion: wirkt eher hemmend auf die Motorik
• Der Nucleus subthalamicus steht über Afferenzen (hemmend) und über Efferenzen (erregend) in Verbindung mit dem Pallidum. Auch vom Großhirn und dem Thalamus Thalamus Thalamus erhält er Afferenzen.
• Die Basalganglien Basalganglien Basalganglien (Stammganglien) stehen über Funktionsschleifen mit der Großhirnrinde in Verbindung. Das heißt: Informationen aus bestimmten Kortexarealen werden in dazugehörigen Anteilen der Basalganglien Basalganglien Basalganglien (Stammganglien) verschaltet und wirken dann über die abgehenden Efferenzen wieder auf sie zurück.
  • Einfachere Funktionsschleifen wie für die Mund- und Gesichtsmuskulatur oder Blickmotorik
  • Komplexere Schleifen, die in Verbindung mit kognitiven Leistungen, Motivation und Antrieb stehen
  • Das erklärt, warum sich bei Erkrankungen der Basalganglien Basalganglien Basalganglien (Stammganglien) nicht nur motorische Symptome zeigen, sondern u. a. auch psychisch-motivationale und demenzielle Veränderungen auftreten.

Großhirnrinde und Motorik

Funktion

Auftauchen einer Bewegungsmotivation und Entwicklung eines Bewegungsentwurfes in der Großhirnrinde → Informationsweiterleitung as das Kleinhirn Kleinhirn Kleinhirn (Cerebellum) und die Basalganglien Basalganglien Basalganglien (Stammganglien) → Bearbeitung, Abstimmung und Modulation der Bewegungsprogramme in den Basalganglien Basalganglien Basalganglien (Stammganglien) und dem Kleinhirn Kleinhirn Kleinhirn (Cerebellum) → Durch das sogenannte „Tor des Bewusstseins“ ( Thalamus Thalamus Thalamus) gelangen sie zum motorischen Kortex, der die Bewegung schließlich veranlasst.

Der Motorcortex

• Funktion: Ausführung komplexer Bewegungen
• Die Großhirnrinde besteht nach Brodmann aus verschiedenen Rindenfeldern
  • Areal 4 entspricht dem primären motorischen Kortex.
  • Areal 6 umfasst den sekundären motorischen Kortex.
  • In jedem der beiden Areale sind die Muskelgruppen jeweils somatotopisch repräsentiert.
• Der Motorcortex ist die in der Hierarchie am höchsten stehende Funktionsebene der Motorik, die Informationen aus den untergeordneten Hirnregionen erhält, verarbeitet und sozusagen als „General“ letztendlich den Befehl zur Bewegungsausführung gibt. Der Bewegungsausführung geht Folgendes voraus:
  • Die Motivation zur Bewegung entsteht im limbischen System und im Frontalhirn.
  • Assoziative Rindenfelder im Großhirn formen einen Bewegungsentwurf.
  • Das Kleinhirn Kleinhirn Kleinhirn (Cerebellum) und die Basalganglien Basalganglien Basalganglien (Stammganglien) erstellen ein Bewegungsprogramm.
  • Bewegungsprogramm gelangt über den Thalamus Thalamus Thalamus zum Motorcortex.
• Der Motorcortex veranlasst über die Pyramidenbahn (Tractus corticospinalis) die Bewegungsausführung. Er ist verbunden mit allen wichtigen Gehirnzentren.
  • Die Pyramidenbahn führt über eine Million efferente Fasern. Der größte Anteil läuft direkt zu den Motoneuronen des Rückenmarks.
  • Diese Fasern kreuzen zu ca. 80 % im unteren Hirnstammbereich und zum kleineren Teil auf Rückenmarksebene zur Gegenseite.
  • Verbindung mit dem Hirnstamm Hirnstamm Hirnstamm zur Koordination der Stützmotorik über den Tractus corticorubralis und Tractus corticoreticularis → Vom Hirnstamm Hirnstamm Hirnstamm aus wird über den Tractus rubrospinalis und den Tractus reticulospinalis das Rückenmark Rückenmark Rückenmark erreicht.
  • Ein Teil der efferenten Fasern zweigt Richtung Thalamus Thalamus Thalamus und Nucleus ruber ab.

Unterscheidung von Pyramidenbahn und extrapyramidale Bahnen

• Die Pyramidenbahn steuert mit ihren Neuronen Neuronen Nervensystem: Histologie der Großhirnrinde, insbesondere dem Gyrus praecentralis, unsere bewussten Bewegungen (Willkürmotorik).
• Das extrapyramidale System mit seinen Kerngebieten unterhalb der Großhirnrinde besitzt die Aufgabe, die unwillkürlichen Bewegungen zu modifizieren.
  • Selbstständige Steuerung der unbewussten Muskelbewegungen und des Grundtonus der Muskulatur.
  • Verbindungen zum visuellen System, zum Gleichgewichtsorgan, dem Großhirn und dem Kleinhirn Kleinhirn Kleinhirn (Cerebellum) ermöglichen die reibungslose Ausführung komplexer Bewegungen.

Klinische Relevanz

Erkrankungen des Rückenmarkes: Querschnittslähmung

• Eine vollständige Durchtrennung des Rückenmarks führt kaudal der Läsion zum Ausfall sämtlicher Funktionen/Faserqualitäten:
  • Motorisch
  • Sensibel
  • Vegetativ
• Anfänglich besteht der spinale Schock Schock Schock: Überblick: äußert sich durch eine vollständige Areflexie, die sich jedoch im weiteren Verlauf zurückentwickelt

Erkrankungen des Hirnstammes: Dezerebrationssyndrom = Enthirnungssyndrom

• Schwere Hirntraumata können zur Schädigung der Bahnen zwischen Großhirnrinde und Hirnstamm Hirnstamm Hirnstamm führen.
• Resultat: Die Großhirnrinde ist von der Steuerung des Organismus abgeschnitten (Dezerebrationssyndrom), während die Hirnstammfunktionen weiterhin erhalten bleiben.
• Bei Unterbrechung der Bahnen kaudal des Nucleus ruber kommt es zur sogenannten Dezerebrationsstarre: fehlende Hemmung des Nucleus ruber → überwiegen der erregenden Funktion des Deiters-Kerns (Tonuserhöhung) → Tonuserhöhung der Extensorenmuskulatur
• Bei Läsionen unterhalb des Deiters-Kerns entsteht das Bild der Dezerebrationsstarre nicht mehr, da hier auch die Aktivierung der Extensoren durch den Deiters-Kern ausfällt.

Erkrankungen des Kleinhirns

Schädigung des Cerebellums (z. B. auch als Folge von chronischem Alkoholabusus) führt zu Störungen in der Feinabstimmung und Koordination von Bewegungen. Folgende Symptome sind dafür charakteristisch:

Erkrankungen der Basalganglien Basalganglien Basalganglien (Stammganglien): Extrapyramidale Bewegungsstörungen

Läsionen im Bereich der Basalganglien Basalganglien Basalganglien (Stammganglien) führen zu Störungen im harmonischen Bewegungsablauf. Unterschieden wird in Plus- und Minussymptome:

• Plus-Symptome:
  • Rigor
  • Tremor
  • Ballismus
  • Athetose
  • Chorea
• Negativ-Symptome:
  • Akinese
  • Hypokinese

Erkrankungen mit hypokinetisch-hypertoner Symptomatik: Morbus Parkinson

• Morbus Parkinson ist eine degenerative Erkrankung der Substantia nigra mit Untergang der Dopamin-produzierenden Zellen.
• Durch den Dopaminmangel und daraus resultierenden Cholinüberschusses kommt es zu Störungen in der Bewegungsmodulation
• Typische Simptomtrias:
  • Rigor mit „Zahnradphänomen“
  • Tremor
  • Akinese

Erkrankungen mit hyperkinetisch-hypotoner Symptomatik:

• Chorea Huntington Chorea Huntington Chorea Huntington:
  • Der Untergang von GABA und Cholin-produzierenden Zellen im Striatum führt zum Überwiegen der dopaminergen Impulse.
  • Symptomatik:
    • Bewegungen sind schnell und arrhythmisch
    • Tickartige Muskelzuckungen
    • Choreatische Bewegungen nehmen bei Aufregung und Bewegungsabsicht zu.
    • Veränderungen der Psyche
    • Demenz Demenz Demenz: Schwerwiegende neurokognitive Störungen
• Athetose:
  • Gekennzeichnet durch langsame, stereotype, wurmartige Bewegungen der Extremitäten
  • Abnormen Gelenkstellungen sind möglich.
  • Spastische Gangstörung
• Ballismus:
  • Diese Bewegungsstörung zeigt sich beim Funktionsausfall des Nucleus subthalamicus.
  • Schnelle, schleudernde Bewegungen, die plötzlich einsetzen
  • Verstärkung der Symptomatik unter Stress

Erkrankungen des Motorcortex: Apoplex (Schlaganfall)

• Läsionen des Tractus corticospinalis (Pyramidenbahn) im Bereich der Capsula interna (z. B. durch Einblutungen) führen zu Lähmungen.
  • Im akuten Stadium: schlaffe Lähmungen der kontralateralen Körperseite
  • Im weiteren Verlauf: Übergang in spastische Lähmungen
  • Auftreten von pathologischen Reflexen
• Wegen der topografischen Anordnung der Pyramidenbahnfasern in der Capsula interna sind je nach Schädigungsort, verschiedene Muskelgruppen von der Lähmung betroffen (Hemiplegie der Arme oder Beine).
• Da die Motoneurone intakt sind, kommt es nicht zur Atrophie der Muskulatur.
• Die Feinmotorik ist gestört und die Muskelkraft vermindert, da durch die Capsula interna auch Fasern zum Stammhirn und dem Cerebellum verlaufen.