脊髓内部由灰质和白质组成。灰质位于脊髓的中央，由神经细胞体和树突及神经胶质等构成。白质位于脊髓周围，由神经纤维组成。
（一）灰质
横切面上呈蝴蝶形或“H”状，以中央管为中心，左右对称。中央管前后各有一条状灰质，称为灰质前连合和灰质后连合，将左右两侧灰质连结在一起。全部灰质连成柱状，向前、向后突出部称为灰质前柱（前角）、后柱（后角）。
前柱内含有大小不等的运动神经元，包括：α运动神经元、γ运动神经元和抑制性中间神经元。神经元为排列分界清楚的不同细胞群（纵切面上则为长短不等的细胞柱），其轴突穿出脊髓形成脊神经前根，支配所属骨骼肌。颈膨大处细胞群最多，按躯体定位排列，可分为：①内侧细胞群，其前内组（颈1至骶1）支配躯干腹侧面的浅肌（如腹外斜肌等）；后内组（颈3至骶5）支配躯干的深肌（如前、后肌、腹横肌等）；②外侧细胞群，前外侧组（颈4至颈8，腰2至骶1）支配手足的伸肌，后外侧组（颈2至胸l，腰2至骶3）支配手足的屈肌及其他小肌；③中间细胞群，位于颈3－7节段，支配膈肌，又称膈核，同时有副神经位于颈6－7前角腹侧。
后柱由中间神经元聚为神经核，为感觉部分，是痛、温觉的第二级神经元细胞（第一级神经元细胞位于脊神经节内）。后柱底部有小脑本体感受径路第二级神经元细胞组成的背核。在后柱尖部有一些半透明状的灰质称作胶状质，贯穿脊髓全长。
侧柱（侧角）位于下颈段、胸脊髓及上腰段，为脊髓交感神经中枢。其纤维支配内脏活动。而骶2－4外侧核为骶副交感神经中枢。
（二）白质
主要由上下纵行的有髓神经纤维组成，是脊髓节段间及脊髓与大脑之间的联络纤维。按部位分为前索、侧索和后索三部分，在灰质前连合的前方，有横行纤维形成白质前连合，在灰质后连合的后方也有一窄条白质，称为白质后连合。
1.前索 位于前正中裂与前外侧沟之间，包括下行的皮质脊髓前束、顶盖脊髓束、内侧纵束和前庭脊髓束，上行的脊髓丘脑前束。
（1）皮质脊髓前束：位于前正中裂两侧，由未交叉的锥体束纤维组成。在其下行过程中不断越过前连合支配对侧前角内的运动神经细胞。该束通过颈节，通常仅到中胸节，主要支配上肢和颈部肌肉。
（2）顶盖脊髓束：纤维起自四叠体上丘和下丘，在中脑被盖交叉后于同侧下降，沿颈脊髓前索前内侧部下降，大部分纤维止于上4个颈段，少量止于颈脊髓下节段。主要传导视、听反射。
（3）内侧纵束：位于顶盖脊髓束后方，起自前庭内侧核、网状结构、上丘、中介核及连合核等。大部分止于上部颈脊髓，小部分下行达腰脊髓，主要参与头颈肌的共济和姿势反射。
（4）前庭脊髓束：起于前庭外侧核，其纤维大部终止于颈、腰段脊髓，参与身体平衡反射。
（5）脊髓丘脑前束：位于前柱的边缘，来自对侧后柱中央细胞群，经前连合交叉在同侧上行终于丘脑，传导触觉。
2.侧索 位于脊髓的两侧部前外侧沟和后外侧沟之间。由上行的脊髓小脑后束、脊髓丘脑侧束和下行的皮质脊髓侧束及红核脊髓束组成。
（1）脊髓小脑后束：位于脊髓侧索表层的后部，起自同侧背核细胞，传导来自同侧关节、肌腱及肌肉的传入冲动，纤维上行至延髓构成绳状体的一部分，经小脑下脚，止于小脑蚓部，该束参与肢体肌肉精细运动和姿势调节。
（2）脊髓小脑前束：起自腹侧海绵质的神经细胞，其轴突经白质前连合至对侧或同侧上行，经小脑上脚达小脑蚓部，为共济运动反射的传入纤维。
（3）脊髓丘脑侧束：位于脊髓小脑前束的内侧，纤维起自后角胶状质，经白质前连合交叉至对侧，止于丘脑。主要传导下肢、躯干、上肢及头部的痛觉和温觉。
（4）皮质脊髓侧束：是锥体束纤维的主要部分，位于外侧索的后部，为来自对侧大脑皮质下行的随意运动纤维。纤维定位分层排列，由内向外依次支配颈、上肢、躯干和下肢。
（5）红核脊髓束：起自中脑红核大、小细胞，于胶质被盖交叉，在皮质脊髓侧束的腹侧下行终止于前柱，起调节姿势作用。
3.后索 主要为上行纤维，有内侧的薄束和外侧的楔束。
（1）薄束：由下肢及下胸后根内侧粗大纤维上升而来，终止于延髓的薄束核。传导本体感觉、深触觉和压迫觉。
（2）楔束：位于薄束外侧，由上胸及颈段后根纤维而来，止于延髓楔束核，功能同薄束。但主要传导本体觉和精细触觉。
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