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Aus der Orthopädischen Klinik

des St. Josef-Hospitals – Universitätsklinik

der Ruhr-Universität Bochum

Direktor: Prof. Dr. med. J. Krämer

Biomechanische Reaktion des Nachbarsegmentes bei Degeneration und

Fusion an der Halswirbelsäule

Inaugural-Dissertation

zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin

einer

Hohen Medizinischen Fakultät

der Ruhr-Universität Bochum

vorgelegt von

Dirk Trebing

aus Unna

2006

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Dekan: Prof. Dr. med. G. Muhr 1. Referent: Priv. – Doz. Dr. med. F. Rubenthaler 2. Referent: Prof. Dr. med. K. Schmieder Tag der mündlichen Prüfung: 12.12.2006

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Inhaltsverzeichnis Seite 1. Einleitung 6 1.1 Anatomie 8 1.1.1 Deskriptive Anatomie 8 1.1.2 Funktionelle Anatomie 14 1.2 Pathologische Veränderungen der 16 unteren zervikalen Bewegungssegmente 1.3 Klinische Definition der Zervikalsyndrome 24 1.4 Operation bei zervikalen Diskopathien 29 1.4.1 Techniken 29 1.5 Ergebnisse der OP-Techniken 34 1.6 Probleme der OP-Techniken 35 2. Fragestellung 37 3. Material und Methoden 37 3.1 Präparation 37 3.2 Versuchsanlage 40 3.3 Messung 44 3.4 Mathematische Methoden 46 4. Ergebnisse 48 4.1 Untersuchung der Extension 48 4.2 Untersuchung der Flexion 51 4.3 Untersuchung der Seitneigung nach rechts 53 4.4 Untersuchung der Seitneigung nach links 55 5. Diskussion 59 6. Zusammenfassung 63

4

Literaturverzeichnis 65 Danksagung 77 Lebenslauf 78

5

Abkürzungsverzeichnis:

A. Arterie

Aa. Arterien

Abb. Abbildung

a.p. anterior posterior

bzw. Beziehungsweise

C zervikales Bewegungssegment

CT Computertomografie

DRB Digital rigid body

F Kraft

HWS Halswirbelsäule

Li. links

Lig. Ligamentum

Ligg. Ligamenta

LWS Lendenwirbelsäule

M. Musculus

Mm. Musculi

MRT Magnetresonanztomografie

min Minuten

mm Millimeter

N. Nervus

Ncm Newtonzentimeter

Nn. Nervi

Nm Newtonmeter

PC Personalcomputer

Proc. Processus

Procc. Processi

R. Ramus

Re. rechts

Rr. Rami

Tab. Tabelle

Th thorakales Bewegungssegment

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1) Einleitung

Die degenerative Erkrankung der HWS ist eine Erkrankung, welche so-

wohl die Bandscheiben als auch die knöchernen Strukturen betreffen

kann. Am häufigsten sind die beweglichsten Segmente von C4/5 bis

C7/Th1 betroffen. Zu den degenerativen Krankheitsbildern zählen die

Bandscheibenprotusion, der Bandscheibenvorfall und die Chondrose als

diskogene Erkrankungen. Zu den knöchernen Veränderungen zählen die

Osteochondrose, die Unkovertebralgelenkshypertophie und die Wirbelbo-

gengelenksarthrose (PRESCHER 1998). Die ersten degenerativen Ver-

änderungen im Sinne einer osteochondrotischen Veränderung treten ab

der 3. bis 4. Lebensdekade auf, wobei die ersten knöchernen Verände-

rungen ab der 5. bis 6. Lebensdekade auftreten. Bei der Osteochondro-

se handelt es sich um einen degenerativen Aufbrauch und damit einher-

gehende Reaktionen der angrenzenden Wirbelkörperdeck- und Grund-

platten. Durch die Verschmälerung der Bandscheibe kommt es zu einer

Lockerung der umgebenden Bandstruktur und die Wirbelkörper können

sich gegeneinander verschieben. Diese Veränderungen werden auch ra-

diologisch erkennbar und als Rückwärtsgleiten (Retrolisthesis) oder Vor-

gleiten (Pseudospondylolisthesis) bezeichnet. Durch diese Mehrbean-

spruchung kann es zu einer Sklerosierung der Grund- und Deckplatten

kommen, sowie zu knöchernen Abstützungsreaktionen welche als Spon-

dylophyten bezeichnet werden (WEBER et. al 2004, PRESCHER 1998).

Desweiteren kann sich in diesem Bewegungssegment eine kyphotische

Stellung einstellen und die angrenzenden Segmente werden zum Aus-

gleich zu einer kompensatorischen Hyperlordose gezwungen. Die neu

gewonnene Verschieblichkeit wird aber auch zum Problem der kleinen

Wirbelgelenke und Unkovertebralgelenke. Durch die Verschiebungen

werden sie inkongruent und neigen zu degenerativen Arthrosen den so-

genannten Spondylarthrosen oder Unkovertebralarthrosen. Aufgrund der

anatomischen Nähe der Procc. uncinati zum Foramen transversarium und

den zervikalen Nervenwurzeln können diese Strukturen durch eine dege-

nerative Veränderung beeinträchtigt werden (TANAKA et. al. 2000,

TAYLOR et. al. 2000, EBRAHEIM et. al. 1998). Aber auch durch Verle-

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gung von Bandscheibenmaterial, vor allem durch Anteile des Nucleus

pulposus, kann es zu Beeinträchtigungen der Nervenwurzel oder des Rü-

ckenmarks kommen. Der zervikale Bandscheibenvorfall ist im Vergleich

zum lumbalen Bandscheibenvorfall seltener und tritt erst später auf

(WEBER et al. 2004, IWAMURA et al. 2001, TAYLOR et al. 2000,

NISHIZAWA et al. 1999). Durch den Wasserverlust des Gallertkerns

(Nucleus pulposus) geht die Pufferwirkung der Bandscheibe verloren. Der

Faserring kann dadurch rissig werden und bekommt Lücken aus denen

Anteile des Nucleus pulposus austreten können (KUMARESAN et al.

2001). Aus diesen oben genannten degenerativen Veränderungen kön-

nen klinische Syndrome entstehen. Dem lokalen Zervikalsyndrom kön-

nen muskuläre Ursachen zugrunde liegen wie muskuläre Verspannungen

im Nackenbereich (Muskelhartspann). Aber auch arthrotische Verände-

rungen der Wirbelbogengelenke können durch Reizung der Nn. Occipita-

les lokale Schmerzen verursachen. Neben dem lokalen Zervikalsyndrom

unterscheidet man das Zervico-zephale Syndrom (Zervikozephalgie)

und das Zerviko-Brachialsyndrom (Zervikobrachialgie) (PERSSON et

al. 1999). Unter dem Zerviko-zephalen Syndrom versteht man den Kopf-

schmerz, welcher auch migräneartig hervortreten kann sowie Schwindel-

attacken. Gelegentlich kann es auch zu Seh- und Hörstörungen kommen.

Als mögliche Ursache dafür wird die Verengung der A. vertebralis ange-

führt (STREK et al. 1998). Häufig kommt es bei Hyperextensions- und

Rotationsbewegungen zu den genannten Symptomen. Das Zerviko-

Brachialsyndrom ist durch wirbelsäulenbedingte, in den Arm ausstrahlen-

de Schmerzen characterisiert. Die Schmerzen strahlen entsprechend ei-

nes dem Nerv zugehörigen Dermatom aus. Klinisch findet man dazu pas-

send eine Abschwächung der entsprechenden Reflexe oder motorische

Abschwächung der zugehörigen Muskulatur. In der folgenden Arbeit wur-

den 11 formalinfixierte Halswirbelsäulenpräparate in einer Versuchsanla-

ge untersucht. Im Fordergrund standen die biomechanischen Verände-

rungen des benachbarten Bewegungssegmentes zunächst bei Degenera-

tion einer Bandscheibe und anschließend nach Fusion eines Bewegungs-

segmentes. Durch Einleitung reiner Momente wurde die Beweglichkeit

des benachbarten Segmentes in den jeweiligen Zuständen untersucht um

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Rückschlüsse auf die im klinischen Alltag gesehene verstärkte Degenera-

tion eines Segmentes nach Fusion oder Degeneration des Nachbarseg-

mentes zu erhalten.

1.1 Anatomie

1.1.1) Deskriptive Anatomie

Die Halswirbelsäule besteht aus den Wirbelkörpern C1 – C7, den Zwi-

schenwirbelscheiben, dem Bandapparat und der die HWS umgebenden

Muskulatur.

Die Wirbelkörper, Corpora vertebrales, haben einen für die HWS typi-

schen Aufbau. Die Wirbelkörper sind klein, rechteckig und sattelförmig.

Hauptsächlich besteht der Wirbelkörper aus einer Substantia spongiosa

und wird von einer sehr dünnen Substantia corticalis bedeckt. Die krania-

le Begrenzung der Wirbelkörper wird Deckplatte genannt und läuft jeweils

in transversaler Richtung konkav und nach lateral in die Hakenfortsätze,

Unci corporum, aus. Diese Hakenfortsätze gehen mit dem darüberliegen-

den Wirbelkörper eine gelenkartige Verbindung ein, es entstehen die so

genannten „Unkovertebralgelenke“. Entwicklungsgeschichtlich sind die

Unci corporum als Teile der Wirbelbögen aufzufassen.

Die untere Begrenzung der Wirbelkörper wird Grundplatte genannt. Zent-

ral tritt an den Endflächen der Wirbel die poröse Grenzfläche der Spongi-

osa zu Tage, welche von einer hyalinen Knorpelplatte, der Wirbelkörpe-

repiphyse bedeckt wird. Der ringförmig verknöcherte Anteil der Wirbelkör-

perepiphyse ist als Randleiste mit dem übrigen Körper synostosiert.

Nach dorsal setzt sich der Wirbelkörper in den Wirbelbogen, Arcus ver-

tebralis, fort. Im Bereich der HWS hat der Wirbelbogen eine dreieckige

Form. Der Wirbelbogen bildet das Foramen vertebrale, indem das Rü-

ckenmark mit seinen Häuten verläuft.

Der Wirbelbogen hat insgesamt 7 Fortsätze:

1 Processus spinosus ( Dornfortsatz )

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2 Processus transversi ( Querfortsätze )

und je 2 Processus articulares superiores + inferiores

( 2 obere und untere Gelenkfortsätze )

Die Querfortsätze stehen normalerweise mit den Rippen in gelenkiger Ver-

bindung.

Entwicklungsgeschichtlich haben sich die Rippen im Bereich der Hals- und

Lendenwirbelsäule zurückgebildet und sind nur noch rudimentär vorhanden.

Diese Rudimente sind mit den Querfortsätzen verwachsen und als „Höcker-

chen “, Tuberculum anterius und posterius bezeichnet.

In jedem der Procc. transversi ab C6 befindet sich das Foramen transversa-

rium, durch das die rechte bzw. linke A. vertebralis verlaufen. Lateral der Pro-

cessus transversi befindet sich der Sulcus nervi spinalis, durch den die

Spinalnerven, Nn cervicales, verlaufen. Die Nervenaustrittspunke und der

proximale Anteil der Nerven liegen bei der Halswirbelsäule in enger Bezie-

hung zu den Bandscheiben und den Processus uncinati (TANAKA et al.

2000, EBRAHEIM et al.1996)

Der Dornfortsatz, Processus spinosus, ist gabelförmig gespalten. Lediglich

der Dornfortsatz des 7. Halswirbels ist nicht gespalten, er besitzt jedoch ei-

nen weit vorspringenden Dornfortsatz, und deshalb wird der 7. Halswirbel

Vertebra prominens genannt.

Die Dorn- und Querfortsätze dienen der autochtonen Muskulatur als Ansatz-

stellen.

Eine Ausnahme in der Anatomie der Halswirbel bilden die Wirbel C1 und C2,

Atlas und Axis und die damit verbundenen Segmente C0/C1 und C1/C2.

Daher sollte man die Halswirbelsäule in ihrer Gesamtheit nicht als homoge-

nen Bewegungsabschnitt sehen. Die Halswirbelsäule sollte daher in einen

oberen und unteren Abschnitt unterteilt werden. Den oberen Anteil bilden die

Hinterhauptschuppe mit ihren Gelenkkondylen (C0), der sich anschließende

Atlas (C1) und der Axis (C2). Der untere Teil verläuft vom Segment C2/3 bis

C7/Th1. Das Gelenk zwischen Hinterhauptschuppe und kranialem Anteil des

Atlas bildet ein Eiergelenk. Die hauptsächlichen Bewegungsrichtungen sind

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Flexion und Extension. Eine geringfügige Rotation und Seitneigung ist in die-

sem Gelenk auch möglich. Das Gelenk zwischen Atlas und Axis dient aus-

schließlich der Rotation (MIMURA et al. 1989). Das Segment C2/3 zeigt in

seinem Aufbau nun die typischen Charakteristika wie die folgenden Segmen-

te bis zum Segment C7/Th1. Im Segment C7/Th1 kommen erstmals zwei

weitere Gelenke hinzu. Das Kostovertebralgelenk und das Kostotransversal-

gelenk mit der ersten Rippe. Unter dem Gesichtspunkt der degenerativen

Veränderungen sollten die Wirbelbogengelenke, die Unkovertebralgelenke

und das Bandscheibenfach genannt werden (BOGDUK 1982, BOGDUK /

MARSLAND 1988, DVORAK / PANJABI et al. 1994, DVORAK et al. 1992,

EXNER 1954, KRÄMER 1997a, LANG 1991, PANJABI et al. 1994,

ROTHMANN / SIMEONE 1982, TÖNDURY 1947, VON LUSCHKA 1858,

VON STREMPEL 2001, VON TURKLUS / GEHLEN 1987, WHITE 1988). Die

Halswirbel sind über Muskeln und Bandstrukturen miteinander verbunden.

Das vordere Längsband steht mit den Wirbelkörpern in engem Kontakt und

verläuft über die Vorderfläche der Wirbelkörper nach kaudal. Über die Shar-

pey´schen Fasern besteht eine direkte Verbindung. Das hintere Längsband

verläuft ab dem zweiten Wirbelkörper nach kaudal und hat nur über die

Randleisten der Deck- und Bodenplatten Kontakt mit den Wirbelkörpern. Es

besteht jedoch eine feste Verbindung zu den Zwischenwirbelscheiben

(BENNINGHOFF 1985). Des Weiteren enthält das hintere Längsband nozi-

zeptive und mechanorezeptive Fasern (DVORAK / GROB 1999).

Segmental zwischen den laminären Wirbelbogenanteilen verlaufen die Ligg.

flava, welche in den kaudalen Segmenten der Halswirbelsäule an Dicke zu-

nehmen und damit eine Stabilisation der Bewegungssegmente hervorrufen

(BENNINGHOFF 1985, KRÄMER 1997a).

Die prävertebrale Muskulatur besteht aus den Mm. rectus capitis anterior et

lateralis, Mm. longus colli, Mm. longus capitis, und die Mm. scaleni. Diese

Muskeln werden über den Plexus cervicalis und Plexus brachialis versorgt.

Die dorsale Muskulatur besteht aus den Mm. multifidus cervicis, Mm. se-

mispinalis capitis, Mm. splenius cervicis et capitis und den Mm. longissimus

cervicis. Die nervale Versorgung erfolgt durch die Rami dorsales der Spinal-

nerven (BENNINGHOFF 1985).

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Die Verbindung zwischen den Wirbelkörpern bilden die Zwischenwirbel-

scheiben oder Bandscheiben, Disci intervertebrales. Sie machen in ihrer Ge-

samtheit etwa ein Viertel der Gesamtlänge der Wirbelsäule aus und bestim-

men wesentlich die Form der Wirbelsäule.

Zwischen Schädel und Atlas sowie zwischen Atlas und Axis sind keine

Bandscheiben angelegt. Die Zwischenwirbelscheibe besteht aus einem zent-

ralen Gallertkern, Nucleus pulposus, und den ihn umgebenden, konzentrisch

angeordneten Fasern des Anulus fibrosus.

Abb.1: Schematische Darstellung einer Bandscheibe im Querschnitt und eine

Ausschnittsvergrößerung (BENNINGHOFF 1985)

Der Nucleus pulposus ist vergleichbar mit einem Wasserkissen, welches

nicht komprimierbar ist. Dadurch kommt es zu einer gleichmäßigen Druckver-

teilung und Anspannung der Fasern des Anulus fibrosus.

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Abb. 2: Verlagerung des Nucleus pulposus bei Inklination und Reklintation

am Beispiel der LWS (BENNINGHOFF 1985)

Die Fasern des Anulus fibrosus (Sharpey´sche Fasern) verlaufen schräg zu-

einander in 10 bis 15 aufeinander folgenden Lamellen. Die Lamellen sind an

der Randleiste verankert und bilden damit die Verbindung zwischen den Wir-

belkörpern. Neben der Druckverteilung kommt es dadurch auch zu einer

Hemmung stärkerer Bewegungen der Wirbelkörper gegeneinander

(BENNINGHOFF 1985, KAHLE et al. 1968).

Die Anteile die über bzw. unter dem Nucleus pulposus in direktem Kontakt

zum Wirbelkörper stehen, werden hyaline Knorpelplatte genannt. Der Nuc-

leus pulposus hat einen Wassergehalt von ca. 88% und beinhaltet haupt-

sächlich Mucopolysaccharide, Hyaluronsäure, Keratinsulfat und Chondritin-

sulfatkomplexe. Diese Substanzen sind die Grundlage für die Elastizität, Vis-

kosität und das Quellvermögen der Bandscheiben (KRÄMER 1997a,

KAPANDJI 1992). Bis zum zweiten Lebensjahr enthalten die Bandscheiben

Gefäße durch die sie versorgt werden. Beim älteren Kind und beim Erwach-

senen sind die Bandscheiben avaskulär und ernähren sich über Diffusion

(Krämer 1995).

Die physiologischen Horizontalspalten im nichtdegenerativen Bandscheiben-

gewebe (VON LUSCKA 1858) sind eine Besonderheit der Halswirbelsäule.

Durch die Horizontalspalten wird die Beweglichkeit der Halswirbelsäule posi-

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tiv beeinflusst (KRÄMER 1997a). Sie entstehen zwischen dem 9. und 20.

Lebensjahr als seitliche Einrisse im Anulus fibrosus ausgehend von den Unci

corporis.

Die Unci corporis, auch Hakenfortsätze, sind entwicklungsgeschichtlich ein

Teil des Wirbelbogens, welche ab dem 6. Lebensjahr mit der Deckplatte ver-

wachsen. Im Röntgenbild der HWS im a.p. Strahlengang sind sie als seitliche

Ausziehungen des Wirbelkörpers erkennbar. Dadurch bekommt die Deck-

platte der Halswirbelkörper eine konkave Form und bildet somit das Gegen-

stück zur konvexen Grundplatte der Halswirbelkörper.

Im Bereich der Halswirbelsäule treten acht zervikale Spinalnervenpaare aus.

Der erste der acht paarigen Zervikalnerven tritt zwischen Hinterhauptbein

und Atlas in unmittelbarer Nähe zur Massa lateralis des Atlas aus. Die paari-

gen Zervikalnerven C2 bis C7 treten in absteigender Reihenfolge durch die

Foramina intervertebralia des kranial gelegenen Segments aus. Die Nerven-

wurzel C8 tritt zwischen C7/Th1 aus.

Das hintere Längsband begrenzt mit dem äußeren Blatt der Dura mater spi-

nalis den Epiduralraum nach ventral, das innere Blatt der Dura mater spinalis

bildet den Durasack (KRÄMER 1997a). Die das Rückenmark verlassenden,

gruppenweise auftretenden Nervenfasern bilden die Wurzeln für den Spinal-

nerven; Radix dorsalis und Radix ventralis vereinigen sich im Bereich des

Foramen intervertebrale zum Spinalnerven. Kurz vor Vereinigung der Radi-

ces liegt das Spinalganglion in der hinteren Wurzel eingefügt. Die Spinalner-

ven verlassen das Segment durch die paarigen Foramina intervertebralia

(BENNINGHOFF 1985). Dabei liegen die Spinalnerven zum grössten Teil

intradural; die Pia mater bedeckt den Anfang des Spinalnerven, die Arach-

noidea bedeckt die Wurzeln bis in die von der Dura mater gebildeten Ta-

schen zur Einbettung des Spinalganglions (DVORAK / GROB 1999). Im Epi-

duralraum liegt ein durchgehendes Venensystem mit Binde- und Fettgewebe

und verbindet somit inneres und äusseres Blatt der Dura (KRÄMER 1997a).

Die Pia mater spinalis umhüllt das Rückenmark (BENNINGHOFF 1985). Die

vaskuläre Versorgung der Halswirbelsäule erfolgt vorwiegend durch die Äste

der Aa. vertebrales und deren venösen Abflüssen (DVORAK / GROB 1999).

14

1.1.2) Funktionelle Anatomie

Die Halswirbelsäule wird unter dynamischer Belastung durch die Elastizität

und Kompressibilität der Zwischenwirbelscheiben über die knöchernen Ge-

lenkverbindungen sowie Muskel- und Bandstrukturen in alle Richtungen be-

weglich. Das Bewegungssegment besteht aus den Wirbelkörpern und der

Zwischenwirbelscheibe (JUNGHANNS 1951). Die Wirbelkörper bilden dabei

den vorderen Pfeiler, die Gelenkfortsätze und Wirbelbögen den hinteren Pfei-

ler. Der einzelne Halswirbel wirkt als Hebel über einen im Bereich der Wir-

belbogengelenke gelegenen Drehpunkt. Axiale Kräfte werden dadurch aktiv

und passiv kompensiert. Die direkte, passive Kompensation der Kräfte ge-

schieht über die Bandscheibe. Die indirekte, passive Kompensation hingegen

geschieht über die kranialen Anteile der autochthonen Rückenmuskulatur.

Das Ausmaß der Wirbelsäulenbeweglichkeit in einem Bewegungssegment ist

abhängig vom Verhältnis zwischen Höhe der Bandscheibe und der Wirbel-

körper. Die Höhe des Wirbelkörpers steht zur Bandscheibe im Verhältnis 5:2.

Insgesamt ergeben sich sechs Freiheitsgrade: Flexion und Extension, Seit-

neigung, Verschiebung in sagittaler, transversaler und axialer Richtung sowie

die Rotation. Der Nucleus pulposus erlaubt dabei wegen seiner kugellager-

ähnlichen Eigenschaften und der Lage im Zwischenwirbelgewebe große Be-

wegungsausschläge. Unter axialer Kompression fallen 75% der Druckkräfte

auf den Nucleus pulposus, 25% auf den Anulus fibrosus. Der Kern steht auf

Grund seiner Hydrophilie unter einer Vorspannung und Elastizität. Dadurch

werden hohe axiale und exzentrische, statische sowie dynamische Belastun-

gen ermöglicht. Diese Kräfte werden über die Elastizität der Bandscheiben

gedämpft. Unter axialer statischer oder dynamischer Belastung kommt es im

Bereich der Halswirbelsäule zu einer Kompression des Nucleus pulposus

ohne Dezentrierung. Eine exzentrische statische oder dynamische Belastung

führt zu einer Dezentrierung des Nucleus pulposus zur kontralateralen Seite.

Dazu zählen die Flexion, Extension und Seitneigung der Halswirbelsäule

(KAPANDJI 1992). Dabei kommt es zu einer ungleichmäßigen Belastung des

Kernes und der Faserringanteile. Die einseitige Verkleinerung des interver-

tebralen Raumes unter exzentrischer Krafteinwirkung bewirkt eine Vergröße-

rung dieses Raumes mit Anspannung der Ringfasern auf kontralateraler Sei-

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te. Der Nucleus pulposus erfährt eine kontralateral gerichtete Bewegung mit

Tonuserhöhung des kontralateralen Kernanteiles, die zu einer vermehrten

Spannung der gleichfalls kontralateral gelegenen Ringfasern führt. Bei Rota-

tion sowie axialer, transversaler oder sagittaler Verschiebung kommt es zu-

sätzlich zu einer Spannung der schräg gegen die Dreh- bzw. Verschiebebe-

wegung gelegenen Ringfasern. Unter Berücksichtigung der Gelenkposition

sowie Muskel- und Bandstrukturen wird durch diese Mechanismen eine

Rückführung in die Neutralstellung des Bewegungssegmentes erreicht

(KAPANDJI 1992). Durch Entlastung der Halswirbelsäule entsteht durch den

intradiskalen onkotischen Druck eine vermehrte Flüssigkeitsaufnahme in den

Nucleus pulposus. Eine umgekehrte Situation stellt sich unter Belastung der

Bandscheibe dar (KRÄMER 1997a). Es resultiert eine Abnahme der Vor-

spannung, Elastizität und des Höhenverhältnisses zwischen Bandscheibe

und Wirbelkörper. Mit zunehmendem Alter sinkt der Grad der Hydrophilie und

Vorspannung des Kernes, so dass die Kompensation einer statischen, dy-

namischen sowie axialen oder exzentrischen Druckbelastung vermindert ist.

Die knöchernen Gelenkverbindungen spielen ebenfalls eine entscheidende

Rolle für die Belastbarkeit und Mobilität des einzelnen Bewegungssegmen-

tes, insbesondere im mittleren bis unteren Anteil der Halswirbelsäule. Bei

Volumenänderung im Zwischenwirbelabschnitt erfolgt eine relative Bewe-

gung in den Wirbelbogengelenken. Unter axialer Belastung erfolgt somit eine

kraniokaudale Verschiebung der Facetten zueinander. Unter nichtaxialer Be-

lastung resultiert eine relative sagittale Distraktion der Gelenkflächen (Flexi-

on) und Annäherung aneinander (Extension). Das Ausmaß der Extension

wird über die Anspannung des vorderen Längsbandes und die knöcherne

Annäherung der Wirbelbogengelenke sowie der Dornfortsätze limitiert. Die

Flexion wird über die Anspannung der Ligg. longitudinale posterius, flava,

interspinalia, nuchae sowie über die Tonuserhöhung der Gelenkkapseln be-

grenzt. Flexions- und Extensionsbewegungen werden in der Sagittalebene

über die Unkovertebralgelenke geführt. Seitneigung und Rotation sind nur

über Kombinationsbewegungen im Bereich der Wirbelbogengelenke möglich.

Dabei erfolgt eine kombiniert auftretende Seitneigung in der Frontal-, eine

Extension in der Sagittal- und eine Rotation in der Transversalebene

(KAPANDJI 1992).

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Die degenerationsbedingte Veränderung des Bandscheibengewebes führt zu

einer verminderten Spannung im Bewegungssegment, so dass ein Abflachen

des Bandscheibenfaches resultiert. Bandscheibenschäden äussern sich so-

mit in Kompressionssyndromen der abgehenden Nervenwurzeln durch se-

questriertes Bandscheibematerial oder reaktiv entstandene Osteophyten.

Des Weiteren können lokale und pseudoradikuläre Schmerzsyndrome durch

die veränderte Stellung der Wirbelbogengelenke verursacht werden. Es re-

sultiert eine veränderte Stellung der Artikulationsflächen der Wirbelbogenge-

lenke im Sinne einer Inkongruenz, durch die die entsprechenden Irritationen

der Gelenke entstehen (KRÄMER 1997a).

1.2) Pathologische Veränderungen der unteren zervika len Bewegungs-segmente Degenerative Veränderungen des okzipitozervikalen Überganges sind im

Vergleich zu den rheumatischen Veränderungen und anlagebedingten Fehl-

bildungen bei komplexen Missbildungssyndromen eher eine Seltenheit. Häu-

fig handelt es sich um sekundäre Veränderungen durch anderweitig geschä-

digte Regionen der HWS. Nicht selten finden sich die schmerzverursachen-

den degenerativen Schäden an der HWS in den unteren Bewegungsseg-

menten in Form von Bandscheibendegenerationen, Osteochondrosen, Un-

kovertebralarthrosen und Wirbelbogengelenkarthrosen.

Im Bereich der mittleren und unteren HWS, in der die anatomische Charakte-

ristik des Bewegungssegmentes deutlich uniformer erscheint, finden sich

häufig degenerative Veränderungen knöcherner und diskogener Natur. Radi-

kuläre Kompressionssyndrome können durch ossäre Stenosen im Sinne von

Wirbelbogengelenks- oder Unkovertebralgelenkshypertophie sowie durch

bandscheibenbedingte Raumforderungen (Protrusion / Prolaps) verursacht

werden.

Die Unkovertebralarthrose verursacht nicht durch arthrotische Veränderun-

gen Beschwerden, da es sich bei den Unkovertebralgelenken nicht um ur-

sprünglich anlagebedingt vorhandene Strukturen handelt. Diese Gelenke

werden erst im Laufe des Lebens ausgebildet. Die Beschwerdesymptomatik

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wird vielmehr durch die Hypertrophie der unkovertebralen Region mit korres-

pondierenden Wurzelkompressionssyndromen verursacht. Die Unkover-

tebralgelenke sind primär als Gelenk nicht vorhanden. Erst ab dem 5. Le-

bensjahr kommt es zu starkem Wachstum der Procc. uncinati mit Ausbildung

von “Anlagerungsgelenken”. Dieses wird durch Ausbildung von sog. Horizon-

talspalten gefördert, die als Gelenkspalt der Unkovertebralgelenke fungieren

(VON LUSCHKA 1858). Dieser Vorgang ist physiologisch, führt aber im hö-

heren Alter zu Anbaureaktionen der Unci corporis, welche die Neuroforamina

antero-medial einengen können (DIHLMANN 1987, KUHLENDAHL 1953,

LANG 1991).

Abb. 3: Dünnschichtpräparat mit Darstellung der Horizontalspalten

Die Unkovertebralgelenksarthrose stellt einen physiologischen Alterungspro-

zess der menschlichen Halswirbelsäule dar. In Abhängigkeit von Ausprä-

gungsgrad der Knochenneubildung im Bereich der Procc. uncinati und Grös-

se der entsprechenden Neuroforamina können diese Veränderungen zu ent-

sprechenden Radikulopathien an der HWS führen. Ca. 2/3 der Radikulo-

pathien der HWS werden durch knöcherne Einengungen der Neuroforamina

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verursacht (BENINI 1987, BOGDUK / MARSLAND 1988). Diese knöchernen

Stenosen werden durch eine Kombination aus Osteochondrosen, Wirbelbo-

gengelenksarthrosen und Unkovertebralgelenksarthrosen verursacht. Das

klinische Beschwerdebild wird durch die kompressionsbedingte Radikulo-

pathie bestimmt. Selten führt die Unkovertebralgelenksarthrose ohne Steno-

se des Neuroforamens zu lokalen bewegungsabhängigen Beschwerden der

HWS. Die Procc. uncinati sind in den Nativröntgenaufnahmen der HWS in

zwei Ebenen gut zu erkennen. Zur Beurteilung der hypertrophiebedingten

Einengung der abgehenden Nervenwurzel können 45°-Schr ägaufnahmen

zur Darstellung der Neuroforamina sowie ein CT oder MRT der HWS heran-

gezogen werden.

Abb. 4: Röntgenschrägaufnahme der HWS. Im Segment C5/C6 zeigt sich ei-ne knöcherne Foramenstenose durch osteophytäre Reaktionen.

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Bei der Osteochondrose handelt es sich um einen degenerativen Aufbrauch

der Bandscheibe mit reaktiven Veränderungen (Abstützungsreaktionen) der

Wirbelkörpergrund- und deckplatten. Aufgrund der hohen Beweglichkeit der

unteren HWS, bedingt durch die frühe Entwicklung der Horizontalspalten und

der starken Beanspruchung durch das relativ hohe Kopfgewicht, kommt es

schon frühzeitig zu Zermürbungen der Bandscheibe mit konsekutiver Hö-

henminderung und zunehmender Kyphosierung des betroffenen Segments.

Radiologisch können Abstützungsreaktionen mit Sklerosierung der Grund-

und Deckplatten beobachtet werden (BUETTI-BÄUMLI 1954, THURN /

BÜCHELER 1986).

Abb. 5: Röntgenaufnahme mit seitlichem Strahlengang. Hier zeigt sich eine isolierte Osteochondrose C5/C6 mit ausgeprägter spondylophytärer Reakti-on.

20

Folge dieser Instabilität des Bewegungssegmentes ist die reaktive Bildung

von Spondylophyten. Auch die benachbarten Bewegungssegmente werden

durch die Kyphose im veränderten Segment zu einer kompensatorischen

Hyperlordose gezwungen und können so zu möglichen zusätzlichen Proble-

men führen (BENINI 1987, ECKLIN 1960, KRÄMER 1997a, KUHLENDAHL

1953, PANJABI et al. 1994).

Die zervikale Spondylose / Osteochondrose ist nach WHITE (1988) die häu-

figste Ursache für Rückenmarksstörungen. Insbesondere im Bereich der

Segmente C5/C6 bis C7/Th1 sind häufig osteochondrotische Reaktionen zu

erkennen. In der 3. und 4. Lebensdekade treten hier die ersten erkennbaren

Veränderungen auf. Häufig sind diese Veränderungen jedoch zunächst ohne

beschwerdeauslösende Relevanz (GORE / SEPIC 1986, SALEMI et al.

1996). Eine gefürchtete Komplikation, die durch massive spondylophytäre

Raumforderungen im Rückenmarkskanal auftreten kann, ist die zervikale

Myelopathie, die besonders in der 6. bis 8. Lebensdekade auftritt (BENINI

1996, EBARA 1988, LAROCCA 1988).

Die Osteochondrose verursacht in der Regel keine Beschwerden. Vielmehr

die kompensatorische Hyperlordose der Nachbarsegmente und das „Aufein-

andersinken“ der kleinen Wirbelbogengelenke im betroffenen Abschnitt ver-

ursachen lokale Beschwerden (BOGDUK / MARSLAND 1988, MCLAIN

1994). Hier sind klinisch vor allem schmerzhafte Bewegungseinschränkun-

gen bei Reklination zu finden. Insbesondere die Rotation in Reklination

(SPURLING-Test) verursacht Beschwerden im Bereich der Wirbelbogenge-

lenke der unteren HWS. Gelegentlich tritt bedingt durch die massive Raum-

forderung der Spondylophyten in den Spinalkanal eine langsam progrediente

Myelopathie in den Vordergrund. Selten können durch massive Spondy-

lophytenbildung nach ventral Schluckbeschwerden oder Fremdkörpergefühle

in der Speiseröhre hervorgerufen werden.

Die Bandscheibenzwischenräume sind in den Nativröntgenaufnahmen der

HWS in zwei Ebenen gut zu erkennen. Mögliche Einengungen des Wirbelka-

nals oder der Neuroforamina sind durch CT, Myelo-CT oder MRT zu verifizie-

ren.

21

Degenerative Veränderungen der Wirbelbogengelenke (Facettengelenke)

können auf zweierlei Art zu Beschwerden im HWS-Bereich führen. Zum ei-

nen führt die mögliche Aktivierung der Arthrose zu lokalen Beschwerden im

Bereich der Wirbelbogengelenke und zum anderen kann die natürliche Ent-

wicklung der Arthrose mit entsprechenden osteophytären Reaktionen zu

Nervenkompressionssyndromen führen (BOGDUK 1982, BOGDUK /

MARSLAND 1988, KUHLENDAHL 1953, MCLAIN 1994, MORALDO /

OPPEL 1984). Die Arthrose der Wirbelbogengelenke wird meist durch die

segmentale Gefügestörung eingeleitet. Durch das „Zusammensacken“ des

Bewegungssegmentes, verursacht durch die Bandscheibendegeneration,

entsteht ein erhöhter Druck im Gelenk. Hierdurch verstärkt sich die Degene-

ration in diesem Segment. Lokaler und pseudoradikulärer Schmerz, vermittelt

durch die die Gelenkkapsel versorgenden Rr. meningei et dorsales, sind die

Folgen. Hierdurch wird ein reflektorischer Muskelhartspann mit zunehmen-

den lokalen Beschwerden ausgelöst. Weiterhin können durch die klassischen

arthrosebedingten Veränderungen radikuläre Schmerzbilder entstehen:

Durch osteophytäre Reaktionen der Wirbelbogengelenke kommt es zur Hy-

pertrophie mit möglicher Einengung im Bereich des dorsokaudalen Neurofo-

ramens (BENINI 1987, BOGDUK / MARSLAND 1988, BOGDUK et al. 1988,

KUHLENDAHL 1953). Das Vorkommen der Wirbelbogengelenksarthrose ist

eng an die Entstehung der segmentalen Osteochondrose gekoppelt und folgt

keiner eigenen Häufigkeitsverteilung. Nahezu immer findet sich die Kombina-

tion von Wirbelbogengelenksarthrose und Osteochondrose (KRÄMER

1997a). Die Wirbelbogengelenksarthrose ist in erster Linie im unteren HWS-

Bereich anzutreffen. Lokale Druckschmerzen über den tastbaren Wirbelbo-

gengelenken und ein paravertebraler Muskelhartspann geben erste Hinweise

auf ein schmerzhaftes Facetten-Syndrom. Auch Hypomobilitäten der Wirbel-

bogengelenke, im Sinne von manualmedizinisch erfassbaren „Blockierungen“

oder Funktionsstörung ohne Arthrose, verursachen ähnliche Beschwerdebil-

der (FAC-Lehrmaterial 1999). Bei der Bewegungsprüfung imponiert vor allem

eine schmerzhafte Bewegungseinschränkung bei Reklination. Insbesondere

die Rotation in Reklination (SPURLING-Test) verursacht Beschwerden im

Bereich der Wirbelbogengelenke der unteren HWS (DVORAK et al. 1992).

Auch radikuläre Beschwerdebilder, die sich langsam entwickelt haben, las-

22

sen neben der Unkovertebralgelenksarthrose und der mediolateral betonten

Osteochondrose an eine ossär bedingte Foramenstenose durch Wirbelbo-

gengelenkshypertrophie denken. Erst die Röntgendiagnostik kann bei loka-

len, pseudoradikulären oder radikulären Beschwerden im Bereich der unte-

ren HWS Aufschluss über die mögliche Ursache geben. Eine Wirbelbogen-

gelenksarthrose kann in den Röntgenaufnahmen der HWS in zwei Ebenen

gut erkannt werden. Zur Beurteilung der möglichen Nervenwurzelkompressi-

on durch Wirbelbogengelenkshypertrophie sind CT oder MRT sinnvoll.

Durch Verlagerung von Bandscheibenmaterial, insbesondere von Anteilen

des Nucleus pulposus in den Spinalkanal, können Kompressionssyndrome

des Rückenmarks oder der Nervenwurzeln entstehen. Im Unterschied zur

lumbalen findet bei der zervikalen Bandscheibe ein völlig anderer Degenera-

tionsprozess statt. Durch die Ausbildung der Unkovertebralgelenke und Hori-

zontalspalten findet eine frühzeitige Degeneration des Nucleus pulposus statt

(VON LUSCHKA 1858). Da der Faserring ventral und lateral besser ausge-

bildet ist, kommt es insbesondere zu Verlagerungen von Bandscheibenmate-

rial in Richtung Spinalkanal (KRÄMER 1997a). Durch die entsprechende Lo-

kalisierung des Bandscheibenmaterials kann es durch eine zentrale Raum-

forderung zur Entwicklung einer Myelopathie oder lateral zur Entwicklung

einer Radikulopathie kommen.

Der zervikale Bandscheibenvorfall ist aufgrund der im Vergleich zur lumbalen

Bandscheibe völlig anders verlaufenden Degeneration seltener anzutreffen.

Ca. 1/3 der orthopädischen Patienten mit Bandscheibenvorwölbungen haben

ihre Problematik im Bereich der HWS. Nahezu die restlichen verbleibenden

2/3 der Patienten mit Bandscheibenvorwölbungen haben ihren Bandschei-

benschaden an der LWS (KRÄMER 1981, SALEMI et al. 1996). Kardinal-

symptom für das Vorliegen eines zervikalen Bandscheibenvorfalls ist das

rasche und heftige Auftreten einer entsprechenden Radikulopathie. Im Un-

terschied zu den ossär bedingten Wurzelbedrängungen kommt es beim Vor-

fall zu einer Akutsymptomatik mit radikulärem Schmerzbild und möglicher-

weise Muskelparesen und Reflexausfällen. Bei einem zentralen Prolaps mit

Myelonkompression können heftige Akutsymptome fehlen. Lediglich eine

23

lokale oder pseudoradikuläre Schmerzausstrahlung, die durch den R. menin-

geus des hinteren Längsbandes vermittelt wird, kann auftreten. Es gilt hier

jedoch die langsam fortschreitende Myelopathie zu erkennen und schnellst-

möglich, aufgrund der eingeschränkten Remissionstendenz, zu behandeln

(WHITE 1988, BENINI 1996, EBARA et al. 1988, LAROCCA 1988).

Das Nativröntgenbild gibt über den Nachweis einer Segmenterniedrigung

indirekten Hinweis auf das mögliche Vorliegen eines Banscheibenprolapses.

Letztlich gibt das MRT sichere Informationen über das Vorliegen eines Vor-

falles. Zur besseren Beurteilung der Raumforderung kann ein CT in Mye-

lografie-Technik hilfreich sein.

Abb. 6: Grosser Bandscheibenprolaps C5/6 im MRT

24

1.3) Klinische Definition der Zervikalsyndrome Die einzelnen pathomorphologischen Veränderungen an der HWS verursa-

chen häufig ähnliche oder sogar identische Beschwerdebilder, da sie häufig

die gleichen schmerzauslösenden Strukturen affektieren. Im klinischen

Sprachgebrauch haben sich daher Beschreibungen von sog. Zervikalsyn-

dromen als hilfreich erwiesen (KRÄMER 1997a). Zervikalsyndrome sind Be-

schwerdebilder deren Ursprung mit pathologischen Veränderungen im Na-

cken- / Halsbereich einhergehen. Hauptursachen sind muskuläre Verspan-

nungen und arthrotische Veränderungen sowie „harte“ (Osteochondrosen,

Osteophyten, Unkovertebralarthrosen) und „weiche“ (Protrusionen und Pro-

lapse) Affektionen der Nervenwurzeln und Reizungen der Nn. occipitales.

Neben den lokalen Zervikalsyndromen unterscheidet man die Zervikozephal-

gien von den Zervikobrachialgien. Affektionen die zu ausstrahlenden Be-

schwerden führen werden in radikuläre oder pseudoradikuläre Syndrome

unterschieden. Bei den radikulären Zervikalsyndromen sind insbesondere die

Zervikobrachialgiesyndrome mit Affektion einer einzelnen Nervenwurzel ein-

drucksvoll. Die pseudoradikuläre Ausstrahlung wird häufig durch Affektionen

der Wirbelbogengelenke mit Schmerzvermittlung der Gelenkkapselrezepto-

ren über den R. meningeus und dorsalis vermittelt (JENKER 1982, KRÄMER

1997a, KRÄMER 1981, KRÄMER / NENTWIG 1999, VON STREMPEL

2001).

Das lokale Zervikalsyndrom wird in erster Linie durch muskuläre Verspan-

nungen, durch Fehlstellung der Wirbelbogengelenke, lokale Instabilitäten und

arthrotische Veränderungen sowie harte (Osteochondrosen, Osteophyten,

Unkovertebralarthrosen) und weiche (Protrusionen und Prolapse) Affektionen

ausgelöst. Es handelt sich hierbei um lokale Schmerzhaftigkeiten ohne Aus-

strahlung (BOGDUK 1982, BOGDUK / MARSLAND 1988, BOGDUK et al.

1988, DVORAK et al. 1990, JENCKER 1982, KRÄMER 1997a, LANG 1991,

PANJABI et al. 1994).

Die Ursachen für lokale Zervikalsyndrome können vielseitig sein. Häufig lie-

gen muskuläre Verspannungen, ausgelöst durch Reizung der Wirbelbogen-

gelenke oder der Nn. Occipitales, vor (WRETE 1934).

25

In den mittleren Altersdekaden kommt es hauptsächlich durch degenerative

Knochenneubildungen in der Unkovertebralregion aber auch durch Ver-

schmälerungen der Intervertebralräume durch Protrusionen oder Sequester

von Bandscheibengewebe zur Einengung der Neuroforamina mit konsekuti-

ver Wurzelreizsymptomatik. Diese Beschwerden äussern sich dann als radi-

kuläres Zervikalsyndrom. Im akuten Stadium der Radikulopathie kann es

durch mechanische Irritation und damit verbundener Freisetzung von Ent-

zündungsmediatoren zur Ausbildung einer Arachnoiditis mit konsekutivem

Wurzelödem kommen, welches die zusätzliche Einengung fördert (FRANK

1995). Diese Zervikobrachialgien sind radikulärer Natur und werden entspre-

chend ihrer Ausstrahlung noch in die entsprechenden Segmente unterteilt

(KRÄMER 1981).

Bei der klinischen Untersuchung finden sich beim lokalen Zervikalsyndrom

ein positionsabhängiger Schulter-Nacken-Schmerz, eine schmerzbedingte

Reduktion der HWS-Beweglichkeit sowie häufig ein Hartspann der paraver-

tebralen HWS-Muskulatur. Neurologische Ausfallerscheinungen und

Schmerzausstrahlungen fehlen gänzlich (KRÄMER 1997a).

Als Grundlagendiagnostik zur Darstellung degenerativer knöcherner Verän-

derungen sollte bei andauernden Beschwerden (einige Tage bis wenige Wo-

chen) ein Röntgenbild der Halswirbelsäule in zwei Ebenen erstellt werden.

Die dargestellten degenerativen Veränderungen im Röntgenbild korrelieren

selten mit den aktuellen Beschwerdebildern. Das Röntgenbild dient auch

zum Ausschluss von Malignomen und Entzündungen. Eine weiterführende

Diagnostik ist üblicherweise beim lokalen Zervikalsyndrom nicht erforderlich.

Es sollte jedoch erwähnt werden, dass insbesondere durch die optimale

Weichteildarstellung sowie den sagitalen Anschnitt der gesamten HWS dem

MRT eine überragende Bedeutung in der Diagnostik an der HWS zukommt.

Bei anhaltenden lokalen Beschwerden sollte insbesondere bei fehlenden na-

tivradiologischen Korrelaten eine Diagnostik mit MRT eingeleitet werden, um

weichteilige Veränderungen wie gutartige oder bösartige Raumforderungen

an der HWS auszuschliessen.

26

Unter einem zervikozephalen Syndrom versteht man ein Zervikalsyndrom,

welches mit Kopfschmerzen, Schwindelattacken, mitunter auch mit Hör-,

Seh- und Schluckstörungen einhergeht (KRÄMER 1997a).

Das zervikozephale Syndrom kann durch eine Bedrängung der A. vertebralis

und des Halssympathikus verursacht werden. Als Störfaktoren kommen fer-

ner Fehlstellungen der Gelenke am okzipitozervikalen Übergang, Achsenab-

weichungen der Halswirbelsäule und Einengung des A. vertebralis im Fora-

men processus transversus durch laterale knöcherne Ausziehungen an den

Processus uncinati C4-C7 in Frage (STREK et al 1998). Häufig spielen beim

zervikozephalen Syndrom muskuläre Verspannungen und Reizungen der

Nn. occipitales eine wichtige Rolle. Meistens handelt es sich um eine Kombi-

nation der oben genannten Ursachen (DECHER 1969, FLOCK 1970,

KUMMER 1984, OPPEL / FRITZ 1986, PÖLLMANN et al. 1996, TERRACHE

1984, TILSCHER 1984).

Führendes Symptom beim zervikozephalen Syndrom sind Kopfschmerzen,

die anfallsweise in Abhängigkeit von der Kopfhaltung auftreten bzw. sich ver-

stärken. Durch bestimmte Kopfbewegungen lassen sich zervikale Kopf-

schmerzen auslösen, verschlimmern oder auch kupieren. Die Erscheinungs-

formen zervikaler Kopfschmerzen sind unterschiedlich. Die Kopfschmerzen

sind gelegentlich mit Schwindelerscheinungen, subjektiven Sehstörungen

und teilweise objektivierbaren Symptomen des Vestibularapparates verbun-

den. Gleichgewichtsstörungen und Schwindelgefühle treten beim zerviko-

zephalen Syndrom ebenfalls in Abhängigkeit von bestimmten Kopfhaltungen

auf: Bei Rotation der Halswirbelsäule entsteht ein Drehschwindel, der meis-

tens nur wenige Sekunden bis Minuten anhält. Oft ruft nur die Kopfdrehung

nach einer bestimmten Seite den Drehschwindel hervor, häufig auch die Hy-

perextension. Viele Patienten geben an, dass die Schwindelattacken bei al-

len plötzlichen Kopfbewegungen, vor allem beim raschen nach-oben-

schauen, auftreten. Schwindelattacken zervikaler Genese können auch vom

Propriozeptorenfeld der Kopf- oder Kiefergelenke verursacht werden. Die

Diagnoseerhärtung eines zervikal bedingten Kopfschmerzes erfolgt nach

Ausschluss anderer Kopfschmerzursachen wie z. B. der Migräne und dem M.

Menière durch probatorische Behandlung mit einer Halskrawatte, physikali-

27

schen Massnahmen, nichtsteroidalen Antiphlogistika, paravertebralen Injekti-

onen und perineuralen Infiltrationen der Nn. occipitales majores.

Bei der bildgebenden Diagnostik steht am Anfang zunächst die Röntgen-

übersichtsaufnahme der Halswirbelsäule in zwei Ebenen. Zur weiteren Ab-

klärung beim Verdacht eines Bandscheibenprolapses oder einer knöchernen

Raumforderung stehen Computertomografie und Magnetresonanztomografie

der HWS und zum Ausschluss intrakranieller Prozesse des Schädels eben-

falls das MRT oder CT zur Verfügung.

Das Zervikobrachialgiesyndrom ist durch wirbelsäulenbedingte Schmerzen

im Bereich der Halswirbelsäule mit Ausstrahlung in ein dem Spinalnerven

entsprechendes Dermatom charakterisiert. Die Zervikobrachialgiesyndrome

beginnen mit dem C5-Syndrom, da erst ab der Nervenwurzel C5 eine nervale

Ausstrahlung in den Arm besteht.

Durch degenerative Veränderungen im Bereich des entsprechenden Bewe-

gungssegmentes kommt es zu Kompressionen oder Irritation des Spinalner-

ven. Hierbei kommt es zu Beschwerden im Bereich des entsprechenden

Dermatoms im Sinne von Schmerzen, Parästhesien oder Hypästhesien

(BENINI 1987, DVORAK et al. 1990, KRÄMER 1981, KUHLENDAHL 1953,

MORALDO / OPPEL 1984, VON STREMPEL 2001).

Beim Zervikobrachialgiesyndrom findet sich bei der klinischen Untersuchung

oft eine Abschwächung der Muskeleigenreflexe oder Muskelparesen. Leit-

symptom ist jedoch die segmentale armbetonte Schmerzausstrahlung.

• C5-Syndrom: Bei Schädigung der C5-Wurzel kommt es zu Schmerzen

und Hypästhesien im Bereich der ventralen Oberarmregion und Ab-

schwächung der M. deltoideus. In Analogie kann es wie beim C6-

Syndrom zur Abschwächung des Bizepssehnenreflexes kommen.

• C6-Syndrom: Hierbei handelt es sich um Affektionen der zwischen C5/C6

austretenden Nervenwurzel C6. Gekennzeichnet ist das Beschwerdebild

durch Schmerzausstrahlung und Hypästhesie im Daumen- und Zeigefin-

gerbereich und des radialseitigen Unterarms. Es kann zu einer Kraftmin-

derung der Ellenbogenbeuger mit Abschwächung der Bizepssehnenrefle-

xe kommen.

28

• C7-Syndrom: Das Dermatom der C7-Wurzel ist im Vergleich zu den ande-

ren deutlich kleiner und betrifft lediglich den Bereich des Mittelfingers. Die

palmarseitigen Handflexoren, die Daumenballenmuskulatur und der M.

trizeps fungieren als Kennmuskeln. Eine Abschwächung des Trizepsseh-

nenreflexes kann vorliegen.

• C8-Syndrom: Das C8-Syndrom ist gekennzeichnet durch Schmerzaus-

strahlung und Hypästhesie im Ring- und Kleinfingerbereich. Eine Kraft-

minderung der Fingerbeuger und -spreizer mit Atrophie der Kleinfinger-

ballenmuskulatur ist zu finden.

Wie auch beim lokalen Zervikalsyndrom kann bei andauernden Beschwerden

(einige Tage bis wenige Wochen) ein Röntgenbild der Halswirbelsäule in

zwei Ebenen erstellt werden. Auch hier sollte jedoch erwähnt werden, dass

insbesondere durch die optimale Weichteildarstellung sowie dem sagitalen

Anschnitt der gesamten HWS dem MRT eine überragende Bedeutung in der

Diagnostik an der HWS zukommt. Insbesondere bei klinischen Anzeichen

eines Nervenschadens mit Abschwächung der motorischen Eigenreflexe o-

der der Kennmuskeln sowie Hypästhesien im entsprechenden Dermatom

sollte eine weiterführende Diagnostik mit Computertomografie oder besser

mit Magnetresonanztomografie eingeleitet werden. Bei zunehmenden Pare-

sen sollte zur weiteren Beurteilung eine apparative neurologische Untersu-

chung erfolgen.

Bei der zervikalen Myelopathie, auch zervikomedulläres Syndrom genannt,

handelt es sich um meist irreversible Rückenmarkssymptome, die von einer

Rückenmarkskompression durch degenerative, traumatische oder entzündli-

che Veränderungen der zervikalen Bewegungssegmente mit Raumforderun-

gen im Spinalkanal ausgehen. Im Bereich der mittleren und unteren Halswir-

belsäule ist der Epiduralraum um das Rückenmark sehr eng. Grosse Aus-

weichmöglichkeiten des Myelons sind daher nicht möglich. Durch chroni-

schen Druck auf das Rückenmark, ausgelöst durch langsam an Grösse zu-

nehmende osteophytäre Veränderungen, kann es zu irreversiblen Schäden

des zervikalen Rückenmarks kommen (BYRNE / WAXMAN 1990, BENINI

1996, EBARA et al. 1988, LAROCCA 1988, WHITE 1988).

29

Die Ausfallerscheinungen der betroffenen Strukturen können sich durch radi-

kuläre Ausfälle und Zeichen langer Bahnen mit pathologischen Reflexen (Py-

ramidenbahn) manifestieren. Spastische Paraparese mit Kloni und positivem

Babinski-Zeichen und Sphinkterstörung treten meist später auf. Schmerzen

fehlen häufig. Beim Übergang ins chronische Stadium treten Gangstörungen

und Ataxien auf. Die Rückenmarkschädigung beim zervikalen Diskusprolaps

tritt im Gegensatz zum bandscheibenbedingten Kaudasyndrom der Lenden-

wirbelsäule ganz allmählich auf (DVORAK et al. 1990, EBARA et al. 1988).

Bei dem klinischen Verdacht einer zervikalen Myelopathie sollte jedoch im-

mer eine umfassende neurologische Untersuchung mit neurophysiologischer

Diagnostik erfolgen, um den Verlauf der Erkrankung besser beurteilen zu

können.

Die Diagnosesicherung erfolgt durch die neurologische Untersuchung und

die Darstellung durch die Magnetresonanztomografie, die auch in der Früh-

phase der Erkrankung als besonders sensitiv gilt. Die Magnetresonanztomo-

grafie gibt im Falle einer zervikalen Myelopathie sichere Hinweise auf eine

Affektion des zervikalen Rückenmarks. Jedoch auch die Computertomografie

und die Myelografie (dann auch als Kombination dieser beiden Verfahren)

können unter Kenntnis der klinischen Befunde die Diagnose der zervikalen

Myelopathie erhärten.

1.4) Operationen bei zervikalen Diskopathien 1.4.1) Techniken Zur operativen Therapie bei zervikalen Bandscheibenvorfällen oder anders

gearteten Kompressionsphänomenen an den zervikalen Nervenwurzeln sind

prinzipiell ventrale und dorsale Operationstechniken anwendbar. Der medio-

laterale Bandscheibenvorfall oder die in dieser Region anzutreffende Fora-

menstenose mit Kompression der abgehenden Nervenwurzeln wird heutzu-

tage fast ausschliesslich durch eine ventrale Ausräumung des Bandschei-

benfaches mit anschliessender Fusion des entsprechenden Segmentes be-

handelt. Die seit Jahrzehnten für die monosegmentale Fusion beschriebenen

OP-Techniken nach SMITH/ROBINSON (1958) oder CLOWARD (1958)

werden heute zunehmend durch Interpositionslösungen ohne Eigenknochen

30

verlassen, um die Problematik der Spanentnahme zu verhindern (GROTHE

et al. 1991, KADEN et al. 1993, KEHR et al. 1993). Verwandt werden auch

Hohlkörper ("Cages"), sie müssen aber nicht unbedingt mit autologem Kno-

chen gefüllt werden, da sie im Gegensatz zu einem eingebrachten Knochen-

span nicht eingebaut, sondern nur umbaut werden, was für die Stabilität der

HWS ausreichend ist (PAYER et al. 2003).

Ventrale Operationsverfahren

Bei Operationen im unteren HWS-Bereich müssen die Schultern mit Pflaster-

verbänden nach kaudal gezogen werden, damit intraoperativ dieser Bereich

mit dem Bildwandler ausreichend beurteilt werden kann. Mit einer Lage-

rungsrolle zwischen den Schulterblättern und einem Lagerungsring für den

Hinterkopf wird eine leichte Lordose der HWS eingestellt.

Für eine Diskektomie in ein oder zwei Segmenten und für eine Spondylekto-

mie eines einzelnen Wirbelkörpers wird ein Zugang entlang des medialen

Randes des M. sternocleidomastoideus gewählt. Das Platysma wird durch-

trennt und der mediale Rand des M. sternocleidomastoideus aufgesucht und

nach lateral gehalten. Die mittlere Halsfaszie (lamina praetrachealis), die den

in der Tiefe sichtbaren M. omohyoideus umscheidet, wird mit Pinzetten an-

gehoben und nach kranial und kaudal über dem zu erreichenden Wirbelseg-

ment inzidiert. Anschliessend wird die A. carotis palpiert und an ihrem media-

len Rand in die Tiefe präpariert. Schilddrüse, Luft- und Speiseröhre werden

nach medial gehalten und etwas angehoben, bis die tiefe Halsfaszie (lamina

praevertebralis) sichtbar wird. Diese wird in der Mittelinie über der Band-

scheibe bzw. dem Wirbelkörper gespalten. Die medialen Ränder des M. lon-

gus colli werden mit einem Raspatorium jeweils nach lateral geschoben und

unter diese Ränder kann ein selbsthaltender Retraktor eingesetzt werden. In

die Wirbelköper werden Stifte eingebracht, über die der Zwischenwirbelraum

mit einem speziellen Spreizer aufgespreizt wird.

31

Abb. 7: Das Platysma ist eröffnet und der mediale Rand des M. sternoclei-domastoideus (Pfeile) ist erkennbar.

Abb. 8: Darstellung der lamina praevertebralis durch Einsetzen eines Sprei-

zers.

32

Abb. 9: Nach Einschrauben der Fixierungsstifte in die Wirbelkörper kann hier ein Spreizer aufgesetzt werden. Das Bandscheibenfach ist hier bereits eröff-net.

Diskektomie / Unkoforaminotomie Das vordere Längsband wird quer inzidiert und anschliessend wird mit Fass-

zangen die Bandscheibe entfernt. Die Hinterkanten der Wirbel werden mit

einem scharfen Löffel gesäubert und das hintere Längsband inspiziert. Mit

Mikrostanzen oder mit einer Hochgeschwindigkeitsfräse werden die Oste-

ophyten auf der klinisch relevanten Seite entfernt. Meist kann man bei einem

Bandscheibenvorfall mit einem scharfen Häkchen den Sequester erfassen

und herausziehen. Bei in den Wirbelkanal verlagerten Sequestern ist es not-

wendig, das hintere Längsband lateral zu resezieren. Mit einem Nervenhäk-

chen werden der Wirbelkanal und das Zwischenwirbelloch ausgetastet. Fin-

det man einen Sequester, kann er heraus luxiert werden. Beschränkt sich die

Kompression nur auf das Zwischenwirbelloch, kann auf das vollständige Aus-

räumen der Bandscheibe verzichtet werden. Das Unkovertebralgelenk wird

von medial mit der Hochgeschwindigkeitsfräse aufgeweitet und somit das

Zwischenwirbelloch erweitert (JOHNSON et al. 2000). Eine Fusion ist bei

dieser Technik aber nicht möglich.

33

Abb. 10: Im aufgespreizten Bandscheibenfach kann man das komplett aus-geräumte Bandscheibenfach erkennen. Das hintere Längsband ist eröffnet und die Dura (Pfeil) mit ihren epiduralen Gefässen ist erkennbar.

Nach einer Diskektomie ist, bei degenerativen Erkrankungen mit bereits prä-

operativ eingetretener Einsteifung des Bewegungssegmentes, nicht immer

eine Fusion notwendig (POINTILLART et al. 1995, SONNTAG / KLARA

1996).

Bei präoperativer Gefügestörung oder bei einer nachgewiesenen Instabilität

erscheint manchen Autoren ein Knochenspan oder ein Interponat nicht aus-

reichend. Sie fordern eine zusätzliche ventrale Osteosynthese, wie nach ei-

ner Spondylektomie (SONNTAG / KLARA 1996, WANG et al. 2000). Anfangs

wurden die Platten mit Schrauben, die auch die Hinterwand des Wirbels fas-

sen mussten, an den Wirbelkörpern fixiert. Verbesserte Schraubengewinde

und eine festere Verbindung der Schraube mit der Platte ermöglichten die

Schrauben monokortikal einzubringen. Das Risiko einer Dura- oder Rücken-

marksverletzung wird hierdurch reduziert. Allerdings haben diese starren

Systeme den Nachteil, dass der Knochenspan in die angrenzenden Wirbel

nicht immer unter Kompression einheilen kann. Dies wird durch dynamische

34

Systeme erreicht, wobei einerseits die Schrauben so mit der Platte fixiert

sind, dass sie sich nicht herausdrehen können, andererseits aber in dem

Plattenloch noch so gleiten können, dass die Grenzschicht zwischen Implan-

tat und Spanlager im Wirbel unter einer ständigen Kompression steht (BOSE

et al. 2003, CASHA et al. 2003).

Nachbehandlung von ventralen Op-Techniken Nach einer Diskektomie ergänzt durch einen Knochenspan oder ein Interpo-

nat ist eine Zervikalstütze nur bei Nackenschmerzen notwendig. Nach einer

Osteosynthese wird sie in der Regel für 4-6 Wochen verordnet. Die Stütze

sollte schrittweise abgeschult werden. Eine isometrische Krankengymnastik

sollte den Patienten bekannt sein und auch in Eigenregie täglich durchge-

führt werden.

1.5) Ergebnisse der OP-Techniken Die Aussagen in der Literatur über das Behandlungsergebnis sind nur mit

Einschränkungen zu verwerten, da die Patientenselektion und die Methoden

der Auswertung sehr unterschiedlich sind. Auch beeinflusst der Zeitpunkt der

Befragung das Ergebnis. Eine Verbesserung der radikulären Beschwerden

ist ohne eine simultane Fusion in 81% zu erreichen, eine spontane Fusion

tritt in 74% ein. Nachteil sind die bis zu zwei Monate bestehenden Nacken-

schmerzen und ein Interskapularschmerz (YAMAMOTO et al. 1991). Mit ei-

ner Spondylodese durch einen Knochenspan nach einer Dekompression

lässt sich in 81% das Beschwerdebild bessern. Eine zusätzliche Osteo-

synthese hat nur einen geringen Effekt auf das Ergebnis (ZOEGA et al.

2000). Das Ergebnis von Fusionen mit einem Knochenspan ist abhängig da-

von, ob eine Nervenwurzelkompression operiert wurde oder eine Myelo-

pathie. Bei einer Nervenwurzelkompression lassen sich die Beschwerden in

93% bessern, bei einer Myelopathie nur in 62%. Die Prognose der Myelo-

pathie ist besser, wenn die Symptome weniger als ein Jahr bestanden

(HEIDECKE et al. 2000). Die bislang existierenden mittelfristigen Ergebnisse

der „Cage“-Techniken zeigen vergleichbar gute Ergebnisse (PAYER et al.

2003). Einige Autoren berichten auch über gute Ergebnisse mit einfacher

35

Ausräumung des Bandscheibenfaches und Dekompression der Nervenwur-

zeln ohne anschliessende Fusion (SAVOLINENEN et al. 1998).

1.6) Probleme der OP-Techniken Der ventrale Zugang bietet aufgrund des Zuganges besondere Komplikati-

onsmöglichkeiten. Klinisch bedeutsam sind Verletzungen des N. laryngeus

recurrens. Bei einem linksseitigen Zugang ging man davon aus, dass die

Wahrscheinlichkeit, den Nerven zu verletzen, geringer sei, da er weiter kau-

dal das Operationsfeld kreuzt. Neuere Untersuchungen konnten jedoch keine

Zusammenhänge zwischen Auswahl der Zugangsseite und Auftreten von

Recurrens-Schäden aufzeigen (BEUTLER et al. 2001). Nicht nur die direkte

Verletzung führt zu Funktionsstörungen, sondern auch die Kompression

durch die Blockung des endotrachealen Tubus kommt als Ursache in Be-

tracht. Ein Tubus mit der Möglichkeit, den Cuff-Druck zu überwachen, ver-

mindert die Häufigkeit dieser Verletzung von 6,4% auf 1,7% (APFELBAUM et

al. 2000, RATNARAJ et al. 2002).

Verletzungen der A. carotis, A. vertebralis oder des N. laryngeus superior

sind ebenso selten wie ein Pneumothorax oder die Verletzung des Ductus

thoracicus bei Operation am zerviko-thorakalem Übergang. Duraverletzun-

gen lassen sich meist nicht primär verschliessen, sondern müssen durch Auf-

lagern von Muskelstückchen abgedichtet werden. Selten ist zusätzlich eine

lumbale Liquordrainage notwendig.

Mögliche Verletzungen des N. cutaneus femoralis oder des N. inguinalis füh-

ren bei der Spanentnahme zu Schmerzen. Abrisse der spina iliaca anterior

sind beschrieben (SCHNEE et al. 1997).

Setzt man einen Knochenspan ohne Osteosynthese ein, so ist ein Verrut-

schen in 0,7%- 6% zu beachten. Eine Pseudarthrosenrate von 3% bis zu

26% ist in der Literatur beschrieben (CAUTHEN et al. 1998, GRUMME /

KOLODZIEJCZYK 1994).

Das Implantatversagen ist von vielen Faktoren abhängig: Einen Einfluss ha-

ben das Ausmass der präoperativen Instabilität, die Knochenqualität und die

Anzahl der zu fusionierenden Segmente. Eine sorgfältige Präparation des

Spanlagers und die Beachtung der Grundsätze der Biomechanik können die

36

Pseudarthrosenrate senken. Das verbesserte Design der Schrauben und

Platten hat Lockerungen verringert. Jede Schraubenlockerung sollte wegen

der Gefahr einer Ösophagusverletzung ausnahmslos revidiert werden. Sie

kann auch noch nach Jahren auftreten, so dass bei Schluckstörungen immer

eine Röntgenaufnahme angefertigt werden sollte (POMPILI et al. 2002,

GEYER / FOY 2001).

37

2) Fragestellung

Aufgrund der Beobachtungen im klinischen Alltag und der geschilderten

Symptome der Patienten stellt sich die Frage nach relevanten biomechani-

schen Veränderungen im Bereich des Nachbarsegmentes eines fusionierten

HWS Bewegungssegmentes. Bislang gibt es nur wenige Studien, welche

sich mit dem Phänomen der stärkeren Degeneration eines Nachbarsegmen-

tes nach Fusion eines Bewegungssegmentes im HWS-Bereich auseinander-

setzen. POSPIECH und Mitarbeiter (1999) haben in einer Studie gezeigt, das

sich nach Fusion eines Bewegungssegmentes die Druckverhältnisse in der

Bandscheibe des Nachbarsegmentes verändern. Dies ist eine mögliche Er-

klärung der erhöhten Degeneration des Nachbarsegmentes. Durch die bio-

mechanische Beobachtung von 2 benachbarten Segmenten soll insbesonde-

re die Reaktion des nicht veränderten Bewegungssegmentes auf die verän-

derte Situation des operierten Nachbarsegmentes untersucht werden.

3) Material und Methoden

3.1) Präparation

Für die biomechanische Testung konnten 11 formalinfixierte Halswirbelsäu-

lenpräparate gewonnen werden. Hierzu wurden im Anatomischen Institut der

Ruhr-Universität Bochum Halswirbelsäulen von C2 bis Th1 entnommen und

weitestgehend von umliegender Muskulatur befreit. Es wurde darauf geach-

tet, dass die Bandstrukturen erhalten blieben. Die Präparate wurden zu-

nächst als Ganzes einer Röntgenuntersuchung unterzogen, um höhergradige

degenerative Veränderungen, destruierende Geschehen sowie anlagebe-

dingte Fehlbildungen auszuschließen. Nach Auswertung der Röntgenbilder

konnten alle 11 Präparate für die Untersuchung Verwendung finden. Durch

die Röntgenuntersuchung wurden nun mit einfachen Stecknadeln die Band-

scheiben C4/5 sowie C5/6 markierte. Bei der weiteren Präparation wurde die

Abschnitte oberhalb C4 und unterhalb C6 entfernt, um hierdurch zwei Bewe-

gungssegmente für die Untersuchung zu erhalten. In klinischen Studien zeig-

38

te sich, dass Bandscheibenvorfälle vor allem in der Etage C4/5 und C5/6 auf-

treten (IWAMURA et al. 2001).

Im weiteren Verlauf wurde zunächst an einer nicht für die Untersuchung in

Frage kommenden Halswirbelsäule ein Eingussversuch durchgeführt. Die

Wirbelkörper C6 und C4 wurden an ihrer Grund beziehungsweise Deckplatte

mit mehreren Schrauben versorgt um ein besseres Ausreissverhalten im

Eingussmaterial zu erzielen (siehe Abbildung).

Abb. 11: Einguss des Präparates in Akrylharz. Der einzugießende Wirbelkör-per wird zur besseren Verankerung im Harz mit Schrauben gespickt. Die Bandscheiben sind radiologisch mit Stecknadeln (Pfeile) markiert worden.

Das Probepräparat wurde auf der einen Seite mit handelsüblichem Knochen-

zement und auf der andern Seite mit Polyesterharz eingegossen. Hiernach

wurden Scherkräfte auf die Fixierungsschrauben aufgebracht wodurch sich

die Schrauben am Knochenzement lösten (siehe Abbildung). Ein Lösen der

Fixierungsschrauben aus dem Polyesterharz war ohne Zerstörung des Prä-

39

parates nicht möglich. Daher entschieden wir uns die Präparate in Polyester-

harz einzugießen.

Abb. 12: Ausbruch der vorderen oberen linken Schraube (Pfeil) nach Einguss in Knochenzement.

Alle Präparate wurden nach dem Einguss erneut geröngt um eine korrekte

Präparation zu Gewähr leisten. Auch nach der Untersuchung erfolgte eine

solche Kontrolle um eine Destruktion der Präparate auszuschließen. In kei-

nem Fall kam es zu einer Zerstörung des Präparates durch die Untersu-

chung.

40

Abb. 13: Röntgenkontrolle nach der Messung. Es zeigen sich keine knöcher-nen Destruktionen. An den Wirbelkörper sind die Bohrkanäle der Schrauben der Caspar-Platte zu erkennen.

3.2) Versuchsanlage

Eingesetzt wurde eine am Lehrstuhl für Allgemeine Mechanik der Ruhr-

Universität Bochum entwickelte Versuchsanlage (BEERENS 1988, MICKLEY

et al. 1990). In dieser Anlage konnten bis dato LWS-Präparate untersucht

werden. Durch eine Weiterentwicklung konnten auch durch die Technik der

Ultraschallmessmethode mehrsegmentale Wirbelsäulenabschnitte untersucht

werden (HAAKER et al. 1996). Die Möglichkeit der Applikation von Kompres-

sionskraft Fy, oder positiver und negativer Querkräfte Fx und Fz sowie die

Anwendung von Momente um die x-, y- und z-Achse (Mx, My, Mz) bestand.

Im vorliegenden Versuch wurde auf die Verwendung einer Kompressions-

kraft verzichtet, da derzeit weder eine einheitliche Auffassung über die

,,physiologische" Höhe einer solchen Kraft, noch über den Angriffspunkt be-

41

steht. Es wurden also reine Momente auf das Versuchspräparat bei Flexion,

Extension und Seitneigung nach rechts und links durch Verwendung eines

Momentenrads angewandt.

Die applizierten Momente waren statisch und wurden über eine Lasteinlei-

tungsplattform in den obersten Wirbelkörper des mehrsegmentalen Wirbel-

säulenpräparates eingeleitet. Die Einleitung der Lasten erfolgt so, daß die

freie Deformation des oberen Wirbelsäulenabschnitts sichergestellt ist. Es

können keine deformationsbedingten Zwangskräfte und Zwangsmomente

auftreten, die zu einer scheinbaren Vergrößerung der Segmentsteifigkeit füh-

ren würden. Ein speziell dafür entwickeltes querkraft- und momentenfreies

Lager erfüllt mit Fx = Fz = 0 und My = Mx = 0 diese Forderung (BEERENS

1988).

Die Lasten werden unter Verwendung kalibrierter Massen erzeugt und in al-

len drei Belastungsrichtungen (x, y, z) über Drahtseile in die Vorrichtung ein-

geleitet. Durch Auflegen der kalibrierten Massen und Abwarten des Auspen-

delns der Gewichte konnte jeweils eine statische Messung des applizierten

Drehmoments in 50 Ncm-Schritten bis zum erreichen des maximalen Dreh-

moments von 300 Ncm für Rotation, Flexion und Extension erreicht werden.

Die Messung der Drehmomente erfolgt mit Hilfe eines radförmigen Momen-

tenaufnehmers, auf dessen Speichen DMS-Kraftaufhehmer angebracht wur-

den. Hierdurch konnte eine digitale Aufnahme der Messdaten gewährleistet

werden.

Die Meßeinrichtung für die Verformungen besteht aus einer Ultraschall-

meßeinrichtung der Fa. Zebris (HAAKER et al. 1996) und einem PC. Dabei

sind drei Aluminiumrahmen als mobile und statische DRB´s einsetzbar auf

denen in rechtwinkliger Anordnung wiederum 3 Piezo-Schallgeber platziert

sind, die bei 13x11 mm Größe ein Gewicht von nur 3 Gramm aufweisen. Das

Gesamtgewicht dieser DRB´s beträgt weniger als 20 g und beeinflußt durch

seine Installation am Wirbelkörper dessen Beweglichkeit kaum. Es wurde

jeweils eine DRB an Wirbelkörper C4, C5 und C6 angebracht. Ein ähnliches

Verfahren benutzten GOEL et. al. Es wurde ein optoelektronisches Verfahren

zur Stellungskontrolle der Wirbelsäulenpräparate benutzt. Infrarot - LED´s,

die fest mit den Wirbelkörpern verbunden waren, sendeten Infrarotlicht aus

welches mittels mehrerer Detektoren (Selspot II System) aufgenommen wur-

42

de und somit die Veränderungen in den verschiedenen Ebenen gemessen

wurde (GOEL et. al. 1988).

Als Meßaufnehmer dient der Ultraschallmeßaufnehmer CMS 50 mit den Ma-

ßen 375 x 400 x 50 mm. Der Abstand zwischen den DRB´s und dem Ultra-

schallmessaufnehmen lag zwischen 70 und 100 cm (s. Abb.).

Abb. 14: Versuchsaufbau: Erkennbar ist der Ultraschallmessaufnehmen (a), das eingespannte Präparat mit den DRB´s (b), das Momentenrad (c) auf das über die Drahtseile (d) das Drehmoment eingeleitet wird.

43

Abb. 15: Das Präparat: Erkennbar sind die mobilen DRB´s an den Wirbelkör-pern (b), sowie das Momentenrad (a).

Der Messaufnehmer wurde über eine Zebris - PC-Einsteckkarte mit einem

entsprechenden PC verbunden. Kräfte wurden mit DMS-Kraftaufnehmern

(Fa. Zebris), das Moment mit den oben beschriebenen DMS-Moment-

aufnehmern gemessen. Alle Aufnehmer sind an ein Vielstellen-Meßgerät (Di-

tel-Verstärker) angeschlossen, das mit einem Personalcomputer verbunden

ist. Ein menügeführtes Basic-Programm (MICKLEY et al. 1990) registriert

und verarbeitet die Messdaten die dann als Datei zur weiteren Auswertung

gespeichert werden können. Frühere Versuche mit Dummys und einfachen

menschlichen Bewegungssegmenten haben eine große Präzision der Me-

ßanlage gezeigt, die den Forderungen nach Genauigkeit und Reproduzier-

barkeit der Meßwerte im Rahmen der angestrebten Parameterstudien ge-

recht wird (STEFFEN et al. 1995).

Die ursprünglich für LWS-Präparate konzipierte Messeapparatur musste da-

hingehend überprüft werden, ob die deutlich kleineren HWS-Präparate eben-

falls mit der entsprechenden Apparatur untersucht werden können. Insbe-

44

sondere der Aufnahmekopf des Momentenrades könnte hier bei starken Be-

wegungsausschläge am Untersuchungstisch anschlagen oder die Polyester-

harzblöcke könnten gegeneinander schlagen. Daher mussten ausreichend

kleine Blöcke gegossen werden und zunächst erfolgte ein Probelauf mit ei-

nem eingegossen Plastikmodell. Hier konnten seitens der beschriebenen

Problematik keine Hindernisse gefunden werden, sodass zunächst ein Pro-

belauf mit einem Präparat, welches nicht für die Untersuchung in Frage kam,

durchgeführt wurde. Auch hier konnten keine Anschlagphänomene festge-

stellt werden, so dass die Apparatur für geeignet erachtet wurde.

3.3) Messung

In diesem Verfahren sollen nun die HWS-Präparate unter verschiedenen Si-

tuationen untersucht werden. Hier sollte eine Untersuchung am unbehandel-

ten Präparate (nativ), sowie eine Untersuchung nach ausgeräumter Band-

scheibe (Diskose) und eine Untersuchung nach Fusionen, in gleicher Tech-

nik wie in der vorangegangenen Studie beschrieben, durchgeführt werden.

Auch hier erfolgten jeweils für jede Situation drei Messzyklen. Nach Einbau

des Präparates in den Versuchstand erfolgte eine fünf Minuten Pause in dem

das Präparat in aufrechter Position seine neutrale Stellung einnehmen sollte.

Die Präparate wurden während der Pausen jeweils durch feuchte Formalin-

tücher in ihrem durchfeuchteten Zustand erhalten. Es erfolgten dann die

Messzyklen für Extension, Flexion sowie Seitneigung nach rechts und nach

links. Hierbei wurde beginnend aus unbelasteter Stellung jeweils in 50 Ncm-

Schritten ein maximales Drehmoment von 300 Ncm appliziert. Zwischen den

einzelnen statischen Werteermittlungen wurde jeweils maximal 30 Sekunden

das Auspendeln der aufgelegten Gewichte abgewartet. Ein Messzyklus be-

stand aus einer in 50 Ncm-Schritten zunehmenden Belastung bis maximal

300 Ncm und in den Ausgangzustand ebenfalls in 50 Ncm-Schritten zurück.

Nach einem Zyklus erfolgte eine erneute Pause von fünf Minuten in der das

Präparat jeweils messbar in seine Ursprungsposition zurückging. Hierdurch

wurde erkennbar, dass in keinem Fall eine Destruktion des Systems oder

eine irreversible Verformung des Systems hervorgerufen wurde. Jeweils drei

Messzyklen für jedes Präparat erfolgten für die unterschiedlichen Bewe-

45

gungsrichtungen jeweils in den Situationen nativ, Diskose und Fusion. Wäh-

rend dieser Versuche kam es zu keinem Zeitpunkt der Untersuchung zu ei-

ner Zerstörung der Präparate. Auf Destruktionsversuche wurde verzichtet.

Die im PC gespeicherten Messdaten konnten als Datei in einer Tabellenkal-

kulation weiter bearbeitet werden.

Tab. 1) Zeitplan zur Messung der Halswirbelsäulenpräparate

1. Vorbereitung des HWS-Präparates 10 min 2. Messung der Rotation um die X-Achse:

INKLINATION:

a. Nullmessung 0,5 min b. Stempel + 250 Ncm 0,5 min c. 1000 Ncm 0,5 min d. 1500 Ncm 0,5 min e. 2000 Ncm 0,5 min f. 2500 Ncm 0,5 min g. 3000 Ncm 0,5 min 3000 Ncm 0,5 min h. 2500 Ncm 0,5 min i. 2000 Ncm 0,5 min j. 1500 Ncm 0,5 min k. 1000 Ncm 0,5 min l. Stempel + 250 Ncm 0,5 min m. Nullmessung 0,5 min

3. Regenerationspause für das Präparat 5 min 4. 2 Wiederholungen

Messung der Seitenbiegung

1. Umbauarbeiten am Versuchsstand (evtl. 10 min)

46

2. Messung : Seitenbiegung ( lateral bending )

a. Nullmessung 0,5 min b. Stempel + 250 Ncm 0,5 min c. 1000 Ncm 0,5 min d. 1500 Ncm 0,5 min e. 2000 Ncm 0,5 min f. 2500 Ncm 0,5 min g. 3000 Ncm 0,5 min h. 3000 Ncm 0,5 min i. 2500 Ncm 0,5 min j. 2000 Ncm 0,5 min k. 1500 Ncm 0,5 min l. 1000 Ncm 0,5 min m. Stempel + 250 Ncm 0,5 min n. Nullmessung 0,5 min

3. Regenerationspause für das Präparat 5 min 4. 2 Wiederholungen

3.4. Mathematische Methoden Zunächst wurden alle gewonnen Daten für die entsprechenden Bewegungen

eines Segmentes als Rohdaten in eine Excel-Tabelle gespeichert. Aus die-

sen Rohdaten wurden die Mittelwerte errechnet und graphisch dargestellt. Im

Ergebnisteil sind die entsprechenden Grafiken zu sehen. Um zu erfahren, ob

die gewonnen Messwerte signifikant sind, wurden sie mittels T-Test nach

Student untersucht.

Signifikanztests dienen dem statistischen Nachweis von Unterschieden oder

Effekten. Dabei versucht man, die Nullhypothese zu widerlegen. In diesem

Fall ist die Nullhypothese, dass zwischen den jeweiligen Zuständen (behan-

delt, unbehandelt) und der Reaktion auf das Nachbarsegment kein Zusam-

menhang besteht. Das Ergebnis des T-Tests wird als p-Wert angegeben.

Signifikanz liegt vor, wenn der errechnete Wert kleiner ist als das vorher fest-

gelegte Signifikanzniveau. Das Signifikanzniveau wird im Allgemeinen mit

5% angegeben. Mit Signifikanztest kann man die Irrtumswahrscheinlichkeit

quantifizieren. Ein Ausschluss der Irrtumswahrscheinlichkeit gibt es mit dem

T-Test allerdings nicht. Um den T-Test anwenden zu können, müssen die

47

Werte auf ihre Normalverteilung hin überprüft werden. Dazu benutzt man die

Gaußsche Normalverteilung.

Viele Vorgänge lassen sich durch die Normalverteilung exakt bzw. annä-

hernd gut beschreiben.

Meßwerte Flexion Nativ

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 2 4 6 8 10 12

Abb. 16: Normalverteilung der Mittelwerte am Beispiel des Gesamtwinkels im

unbehandelten Zustand für Flexion.

Alle ermittelten Werte zeigten eine gute Verteilung in der Gaußschen Nor-

malverteilung, so dass der T-Test nach Student angewendet werden konnte.

Um eine Aussage über die Streuung der Werte um den Mittelwert machen zu

können, ist die Standardabweichung ein sinnvolles Maß. Sie ist definiert als

die positive Quadratwurzel aus der Varianz. Die wichtigsten Maßzahlen für

die Einheitlichkeit vergleichbarer Werte sind die Standardabweichung, der

Mittelwert und die Anzahl der Objekte N.

48

Zur besseren Beschreibung der Werte ist das Konfidenzintervall geeignet.

Ein Konfidenzintervall ist ein Unsicherheitsintervall für die Schätzung eines

Parameters. Das Ergebnis einer solchen Schätzung ist abhängig von der

Stichprobe und weist damit eine Zufallsschwankung auf. Zur Berechnung

eines Konfidenzintervalls muss man die gewünschte Überdeckungswahr-

scheinlichkeit spezifizieren. Häufig wird das 95% Konfidenzintervall gewählt.

Dieses Intervall ist ein Bereich, der den theoretischen Wert des interessie-

renden Parameters mit einer Wahrscheinlichkeit von 95% beinhaltet.

4.) Ergebnisse

Bei den 11 Präparaten handelte es sich um 7 weibliche und 4 männliche

Probanden. Das Alter der Probanden lag zwischen 61 und 94 Jahren mit ei-

nem Durchschnittsalter von 79,4 Jahren. Höhergradige Deformitäten oder

Verschleißerscheinungen, die zum Ausschuss geführt hätten, lagen entspre-

chend der Röntgenuntersuchungen nicht vor.

4.1) Untersuchung der Extension Bei der Prüfung der Extension konnten maximale Bewegungsausschläge für

alle Präparate im Durchschnitt bei 6,46° [±3,99°] unt er nativen Bedingungen

für das Gesamtsystem festgestellt werden. Die gesamte Beweglichkeit ver-

teilte sich hier mit 3,85° [±3,91°] für das Segment 1, an dem im weiteren Ver-

lauf der Untersuchung die entsprechenden Veränderungen vorgenommen

werden sollten, und 2,71° [±2,74°] für das Segment 2. Die durchschnittliche

gesamte Beweglichkeit der einzelnen Präparate lag im Minimum bei 2,23°

und dem Maximum bei 15,77° [±6,39°]. Nach Ausräumung des Segmentes 1

(Bandscheibenausräumung) konnten hier durchschnittlich erheblich höhere

Beweglichkeiten festgestellt werden. Im Gesamtsystem fand sich eine durch-

schnittliche Beweglichkeit von 10,78° [±5,10°], welche sich mit 7,30° [±3,79°]

auf das Segment 1 und um 3,50° [±1,82] auf das Segmen t 2 verteilten. Die

Beweglichkeit im Segment 1 wurde daher um 3,45° gestei gert. Im Segment 2

stieg die durchschnittliche maximale Beweglichkeit bei der Extension um

0,79°. Bei der Untersuchung der Extension bei fusionier tem Segment 1 fand

49

sich für das Gesamtsystem eine durchschnittliche Beweglichkeit von maximal

7,70° [±3,21°]. Die Beweglichkeit des fusionierten Syste ms lag bei Extension

für das fusionierte Segment 1 bei 3,94° [±2,07°], dass unbehandelte Seg-

ment 2 war hingegen leichtgradig in der Beweglichkeit auf 3,82° [±1,81°] ge-

fallen (Abb. 16-18).

Bewegungszyklus Extension Nativ / Bandscheibenausräumung / Fusion

(gesamt)

12,00

10,00

8,00

6,00

4,00

2,00

0,00

350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00

Moment in Ncm

Winkel in °

GesamtwinkelExtension Nativ

GesamtwinkelExtension Discose

GesamtwinkelExtension Fusion

Abb. 17: Durchschnittliche Bewegungsausschläge der statischen Untersu-chung bei Extension für das Gesamtsystem.

50

Extension Nativ / Bandscheibenausräumung / Fusion

behandeltes Segment 1

8,00

7,00

6,00

5,00

4,00

3,00

2,00

1,00

0,00

350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00

Winkel in °

Drehmoment in Ncm

Seg 1 ExtensionNativ

Seg 1 ExtensionBandscheiben- ausräumungSeg 1 ExtensionFusion

Abb. 18: Durchschnittliche Bewegungsausschläge der statischen Untersu-chung bei Extension für das behandelte Segment 1. Annähernd gleiche Be-wegungsausschläge zeigt das Segment 1 unter nativ und fusioniertem Zu-stand.

Extension Nativ / Bandscheibenausräumung / Fusionunbehandeltes Segment 2

4,50

4,00

3,50

3,00

2,50

2,00

1,50

1,00

0,50

0,00

350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 50,00

Winkel in °

Drehmoment in Ncm

Seg 2 ExtensionNativ

Seg 2 ExtensionBandscheiben- ausräumungSeg 2 ExtensionFusion

Abb. 19: Durchschnittliche Bewegungsausschläge der statischen Untersu-chung bei Extension für das unbehandelte Segment 2. Höchste Bewegungs-ausschläge des Segment 2 sind bei fusioniertem Segment 1 zu beobachten.

51

4.2) Untersuchung der Flexion Bei der Untersuchung der Flexion wurden unter nativen Verhältnissen maxi-

male Bewegungsausschläge von durchschnittlich 13,77° [±5,28 °] festgestellt.

Diese unterteilten sich in 7,85° [±3,90°] für Segment 1 und 6,03° [±2,54°] für

Segment 2. Die maximal erreichbare durchschnittliche Beweglichkeit beider

Segmente zusammen lag bei 22,52°, die minimale Beweg lichkeit lag im

Durchschnitt für beide Segmente bei 5,18°. Nachdem Segm ent 1 ausge-

räumt wurde, stieg die Beweglichkeit im Gesamtsystem um 4,02° auf 17,89°

[±7,22°] welche sich im Segment 1 um durchschnittlich 3,53 ° auf 11,38°

[±5,44°] vergrößerte. In Segment 2 stieg die Bewegli chkeit um 0,59° auf

6,62° [±3,20°]. Nach Durchführung der Fusion in Segmen t 1 wurde hier eine

deutliche Bewegungsreduktion auf 5,29° [±2,79°] erziel t. In Segment 2 zeigte

sich eine Steigerung der durchschnittlichen Beweglichkeit auf 6,45° [±2,69°]

(Abb. 19-21).

Gesamtbeweglichkeit Flexion Nativ / Bandscheibenausräumung / Fusion

-

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

0 50 100 150 200 250 300 350

Drehmoment in Ncm

Win

kel i

n °

Gesamtw inkelFlexion Nativ

Gesamtw inkelFlexionBandscheiben- ausräumungGesamtw inkelFlexion Fusion

Abb. 20: Bei der Flexion konnte bei der gesamten Beweglichkeit des Sys-tems eine deutliche Veränderung der Bewegungsausschläge unter verschie-

52

denen Drehmomenten festgestellt werden. Die Unterschiede zwischen den drei Situationen waren jeweils signifikant. Erkennbar werden eine Bewe-gungszunahme bei Bandscheibenausräumung sowie eine Bewegungsreduk-tion bei Fusion.

Flexion Nativ / Bandscheibenausräumung / FusionSegmen1 (behandelt)

-

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0 50 100 150 200 250 300 350

Drehmoment in Ncm

Win

kel i

n °

Seg 1 FlexionNativ

Seg 1 FlexionBandscheiben- ausräumung

Seg 1 FlexionFusion

Abb. 21: Bei der Flexion konnte bei der Beweglichkeit von Segment 1 noch deutlicher die Veränderung der Bewegungsausschläge unter verschiedenen Drehmomenten festgestellt werden. Auch hier ergeben sich signifikante Un-terschiede zwischen den drei Situationen.

Flexion Nativ / Bandscheibenausräumung / FusionSegment 2 (unbehandelt)

-

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

0 50 100 150 200 250 300 350

Drehmoment in Ncm

Win

kel i

n ° Seg 2 Flexion

Nativ

Seg 2 FlexionBandscheiben-ausräumungSeg 2 FlexionFusion

Abb. 22: Bei der Flexion des unbehandelten Segmentes 2 zeigten sich eben-falls signifikante Änderungen der Bewegungsausschläge. Bei Bandscheiben-

53

ausräumung und Fusion war eine vermehrte Beweglichkeit des unbehandel-ten Segmentes 2 festzustellen.

4.3) Untersuchung der Seitneigung nach rechts Die geringsten Änderungen der Beweglichkeit konnte für das System bei

Seitneigungsbewegungen festgestellt werden. Unter nativen Bedingungen

war eine Gesamtseitneigung zur rechten Seite von 7,03° [±2,79°] möglich.

Diese wurden mit 4,02° [±1,85°] Seitneigung durch Seg ment 1 und 3,09°

[±1,53°] durch Segment 2 realisiert. Die Standardabwe ichung für beide Seg-

mente zusammen konnte bei 2,94° ermittelt werden. Die maximale Seitnei-

gung, die erreicht wurde, lag bei 12,08°, die minima le bei 2,84°. Nur

leichtgradige Bewegungszunahmen konnten für Segment 1 nach Erzeugung

einer Bandscheibenausräumung ermittelt werden. Hier konnte eine durch-

schnittliche Seitneigung von Segment 1 von 4,23° [±1,8 7°] festgestellt wer-

den. Die Seitneigung in Segment 2 stieg leichtgradig auf 3,19° [±1,91°] an.

Die Beweglichkeit des Gesamtsystems stieg um 0,29° auf 7,32 ° [±2,94°].

Nach Fusion des Segmentes 1 lag die Seitneigung von Segment 1 leicht un-

ter den nativen Verhältnissen bei 3,87° [±1,93°]. Ein e Bewegungszunahme

konnte jedoch für Segment 2 mit 3,37° [±1,66°] ermit telt werden. Auch im

Gesamtsystem kam es zu einer minimalen Bewegungszunahme um 0,15°

auf 7,18° [±2,91°] (Abb. 22-24).

54

Seitneigung Rechts Nativ / Bandscheibenausräumung / Fusion

(gesamt)

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00Drehmoment in Ncm

Winkel in °

Gesamtw inkelNativ

Gesamtw inkelBandscheiben- ausräumungGesamtw inkelFusion

Abb. 23: Seitneigung beider Bewegungssegmente zusammen für die Rechtsseitneigung.

Seitneigung rechts Nativ / Bandscheibenausräumung / Fusion

Segment 1 (behandelt)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00

Drehmoment in Ncm

Winkel in °

Segment 1Nativ

Segment 1Bandscheiben-ausräumungSegment 1Fusion

Abb. 24: Seitneigung von Segment 1 für die Rechtsseitneigung. Die Darstel-lung der Linksseitneigung zeigt nahezu identische Verhältnisse.

55

Seitneigung rechts Nativ / Bandscheibenausräumung / Fusion

Segment 2 (unbehandelt)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00

Drehmoment in Ncm

Winkel in °

Segment 2 Nativ

Segment 2Bandscheiben- ausräumungSegment 2Fusion

Abb. 25: Seitneigung von Segment 2 für die Rechtsseitneigung. Die Darstel-lung der Linksseitneigung zeigt nahezu identische Verhältnisse. 4.4 Untersuchung der Seitneigung nach links

Ebenso wie die Untersuchung der Seitneigung nach rechts finden sich auch

bei der Untersuchung der Seitneigung nach links nur kleine Bewegungsun-

terschiede. Unter nativen Bedingungen zeigte sich eine Gesamtneigung von

6,88° [±2,98°]. Diese unterteilten sich in 3,97° [±2,0 3°] Seitneigung für das

Segment 1 und 2,75° [±1,87°] für das Segment 2. Die durchschnittliche ma-

ximale Beweglichkeit des Gesamtsystems lag bei 10,78° und die minimale

bei 1,66°. Nach Ausräumung des Bandscheibenfaches kam es z u einem

leichten Anstieg der Beweglichkeit für das Gesamtsystem um 0,62° auf 7,50°

[±2,99°]. Es konnte für das behandelte Segment 1 eine Zunahme der Beweg-

lichkeit um 0,51° auf 4,48° [±2,16°] ermittelt werden . Für das unbehandelte

Segment 2 konnte nur eine minimale Zunahme der Beweglichkeit von 0,13°

auf 2,90° [±1,93°] ermittelt werden.

56

Seitneigung links Nativ / Bandscheibenausräumung / Fusion (gesamt)

-8,00

-7,00

-6,00

-5,00

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

0 50 100 150 200 250 300 350

Winkel in °

Kraft in Ncm

GesamtwinkelNativ

GesamtwinkelDiscose

GesamtwinkelFusion

Abb. 26: Seitneigung des Gesamtsystems für die Linksseitneigung.

Seitneigung links Segment 1Nativ / Bandscheibenausräumung / Fusion

-5,00

-4,50

-4,00

-3,50

-3,00

-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0 50 100 150 200 250 300 350

Winkel in °

Kraft in Ncm

Segment 1Nativ

Segment 1Discose

Segment 1Fusion

Abb. 27: Seitneigung von Segment 1 für die Linksseitneigung.

57

Seitneigung links Segment 2 Nativ / Bandscheibenausräumung / Fusion

-3,50

-3,00

-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0 50 100 150 200 250 300 350

Winkel in °

Kraft in Ncm

Segment 2Nativ

Segment 2Discose

Segment 2Fusion

Abb. 28: Seitneigung von Segment 2 für die Linksseitneigung. Größte Bewegungsänderungen wurden bei der Bewegungsrichtung Flexion

erreicht. So sind hier unter Bandscheibenausräumungsverhältnissen maxi-

male durchschnittliche Bewegungsausschläge für das gesamte System von

13,77° festzustellen. Deutlich rigidere Verhältnisse fi nden sich bei Extension.

Nahezu unveränderte Verhältnisse finden sich bei der Seitneigung. Dieses

wird auch bei der Betrachtung der Fusionstechnik nach SMITH und

ROBINSON erkennbar. Das Knochen-(bzw. Holz) Interponat, welches da-

nach durch eine Caspar-Platte fixiert wurde, stabilisiert insbesondere den

vorderen Pfeiler. Die Seitneigung bleibt durch die Möglichkeit des "seitlichen

Kippens" relativ unbeeinflusst durch die Fusion. Eine verstärkte Beweglich-

keit durch die Bandscheibenausräumung bleibt jedoch aus, da die knöcher-

nen Strukturen wie Wirbelbogengelenke und Unkovertebralgelenke stärkere

Beweglichkeiten nicht zulassen. Bei der Extension ist über die weiterhin mög-

liche Beweglichkeit der Wirbelbogengelenke (dorsaler Pfeiler) eine deutliche

Restbeweglichkeit auch nach Fusion möglich. In Tabelle 2 zeigt sich, dass in

58

Segment 1 signifikant unterschiedliche Bewegungen unter den verschiede-

nen Situationen eintrafen (T-Test nach Student). Mit Ausnahme der Extensi-

on sowie der Seitneigung rechts, im Vergleich der Bandscheibenausräumung

mit dem nativen Präparat, waren alle Ergebnisse signifikant unterschiedlich.

Es konnten jedoch auch in Segment 2, an dem zu keinem Zeitpunkt Verän-

derungen vorgenommen wurden, in nahezu allen Situationen signifikante

Unterschiede der Beweglichkeit ermittelt werden. Ausnahmen bildeten hier

die Seitneigung rechts bei dem Vergleich Bandscheibenausräumung zu na-

tiv, sowie die Seitneigung links bei dem Vergleich Bandscheibenausräumung

zu Fusion. Durch die veränderte Biomechanik in Segment 1 wurden hier also

reaktiv Veränderungen der Beweglichkeit in Segment 2 verursacht.

Tab. 2: Konfidenzintervalle der durchschnittlichen Bewegungsmaxima im verbundenen T-Test nach Student zwischen den einzelnen Situationen nativ gegen Fusion, nativ gegen Bandscheibenausräumung sowie Bandscheiben-ausräumung gegen Fusion (n=11).

95% Konfidenzin-

tervall der Differenz p-Wert (T-Test)

Untere Obere Segment 1 Extension -2,7475 -2,2820 <0,001 Ausräumung/Fusion Flexion 4,5072 5,1049 <0,001 Seitneigung links -,6014 -,3150 <0,001 Seitneigung rechts ,2223 ,4187 <0,001 Segment 1 Extension 2,3251 2,8345 <0,001 Nativ/Ausräumung Flexion -3,2059 -2,7921 <0,001 Seitneigung links ,1129 ,3532 <0,001 Seitneigung rechts -,3460 -,1302 <0,001 Segment 1 Extension -,1551 ,2852 =0,562 Nativ/Fusion Flexion 1,6715 1,9427 <0,001 Seitneigung links -,3129 -,1374 <0,001 Seitneigung rechts -,0024 ,1671 =0,057 Segment 2 Extension ,2295 ,5031 <0,001 Ausräumung/Fusion Flexion ,1595 ,5089 <0,001 Seitneigung links -,0536 ,0856 =0,652 Seitneigung rechts -,3037 -,0947 <0,001 Segment 2 Extension 1,3816 2,0891 <0,001 Nativ/Ausräumung Flexion -,9318 -,6638 <0,001 Seitneigung links ,3895 ,7045 <0,001 Seitneigung rechts -,1527 ,0099 =0,085 Segment 2 Extension 1,7871 2,4162 <0,001 Nativ/Fusion Flexion -,5454 -,3818 <0,001 Seitneigung links ,3901 ,7359 <0,001 Seitneigung rechts -,3576 -,1836 <0,001

59

Tab. 3: Prozentuale Bewegungsveränderung der Segmente 1 und 2 im Ver-gleich Nativ gegen Bandscheibenausräumung und Nativ gegen Fusion. Im Segment 2 (unbehandeltes Segment) fällt auf, dass es bei allen Veränderun-gen in allen Situationen zu einer Bewegungszunahme kommt.

Prozentuale Bewegungsveränderung

Segment 1 (be-handelt)

Segment 2 (unbe-handelt)

Nativ / Bandscheibenaus-räumung Extension 89,61% 29,15%

Flexion 44,97% 44,97%

Seitneigung links 12,84% 2,91%

Seitneigung rechts 5,22% 3,23%

Nativ / Fusion Extension 2,34% 40,96%

Flexion -32,61% 6,97%

Seitneigung links -5,54% 7,64%

Seitneigung rechts -3,73% 9,06%

5.) Diskussion Über die Reaktion des Nachbarsegmentes bei ausgeprägten Verschleisser-

scheinungen oder einer Diskektomie oder Fusion eines Bewegungssegmen-

tes an der zervikalen Wirbelsäule existiert eingeschränkte Kenntnis. In der

Literatur wird im Rahmen von klinischen Studien immer wieder die verstärkte

Degeneration der Nachbarsegmente erwähnt. Gründe hierfür werden jedoch

nur vermutet (KAISER et al. 2002, KATSUURA et al. 2001, ISEDA et al.

2001, HILIBRAND et al. 1999). So finden KAISER und Mitarbeiter (2002) in

einem Kollektiv von 540 zervikalen Fusionen (251 mit zusätzlicher Caspar-

Platte) bei lediglich 2 Patienten einen revisionsbedürftigen Befund aufgrund

von ausgeprägten degenerativen Veränderungen im Nachbarsegment. Hin-

gegen finden KATSUURA und Mitarbeiter (2001) bei 21 von 42 ventralen

Spondylodesen entsprechende radiologische Veränderungen. 8 der 21 Pati-

enten hatten nach durchschnittlich 14,2 Monaten erneut neurologische Aus-

60

fälle, die auf das Nachbarsegment zurückzuführen waren. 77% der Patienten

mit Reaktion des Nachbarsegmentes hatten einen deutlich kyphotischen

Einbau des Interponates, so dass hier von den Autoren ein entsprechender

Zusammenhang diskutiert wird. Auch ISEDA und Mitarbeiter (2001) konnten

bei 14 Patienten zeigen, dass im MRT nach 12 Monaten signifikant unter-

schiedliche Helligkeitsgradienten (Degenerationsindex) zwischen ventraler

Spondylodese und Laminoplastie vorlagen. Entsprechende Veränderungen

waren bei der Laminoplastie kaum zu sehen. Bei 409 ventralen zervikalen

Spondylodesen konnten HILIBRAND und Mitarbeiter (1999) eine jährliche

Inzidenz von Nachbarsegmentdegenerationen von 2,9% finden. Nach einem

follow up von 10 Jahren lagen bei 25,6% der Patienten symptomatische

Nachbarsegmentdegenerationen vor. Dies betraf die Segmente C5/C6 und

C6/C7 signifikant häufiger. Unerwarteter Weise traten diese symptomatischen

Nachbarsegmentdegenerationen bei Mehretagenfusionen signifikant seltener

auf, als bei monosegmentalen Fusionen. Dieser Sachverhalt trägt jedoch

nicht zum Verständnis dieses Mechanismuses bei. Basierend auf diesen Be-

obachtungen interessierte uns neben den Veränderungen im behandelten

Segment insbesondere die Reaktion des Nachbarsegmentes auf die Verän-

derungen im Segment 1. Bisher sind nur wenige Studien an der zervikalen

Wirbelsäule durchgeführt worden, die sich mit diesem Sachverhalt in ähnli-

cher Form beschäftigen (POSPIECH et al. 1996 u. 1999, ECK et al. 2002).

Eine Bewegungsanalyse des nicht behandelten Nachbarsegmentes ist in der

Literatur bislang nicht beschrieben.

Bei der Auswahl der Präparate stellte sich die Frage, ob frische Leichenprä-

parate oder formalisierte Leichenpräparate in Frage kommen. Grundsätzlich

kommt die Untersuchung von frischen Präparaten den in vivo existenten Be-

dingungen näher. Um jedoch eine Systemänderung durch die verschiedenen

Massnahmen (Diskektomie u. Fusion) zu untersuchen, erschienen formali-

sierte Präparate ausreichend. Ethisch ergab sich hierdurch eine deutlich ge-

ringere Problematik, da die 11 Spender zu Lebzeiten verfügt hatten, dass ihr

Leichnam zu wissenschaftlichen Zwecken Verwendung finden darf. Alle Prä-

parate wurden zeitnah zu den Untersuchungen entnommen und vorbereitet.

Um die Feuchtigkeit der Präparate zu erhalten, wurden diese zwischen den

Untersuchungen mit feuchten Formalintüchern umwickelt.

61

Die Anzahl von 11 Präparaten erscheint im Literaturvergleich für diese Art

von Untersuchungen als ausreichend. So erfolgten die Untersuchungen von

POSPIECH und Mitarbeitern (1999) an sieben Leichenpräparaten, die Unter-

suchungen von ECK und Mitarbeitern (2002) an sechs Präparaten. Bei bei-

den Untersuchungsgruppen wurden frische Leichenpräparate verwendet. In

der Untersuchung von POSPIECH und Mitarbeitern (1999) wurden Vorlasten

zur Simulation der Muskelzüge verwendet. Da hier jedoch noch keine ver-

bindlichen Angaben für die Bestimmung der Vorlasten existieren, verzichte-

ten wir gänzlich auf die Applikation von Vorlasten, um hier keine zusätzliche

Fehlerquelle zu integrieren.

Die gewählte Messmethode mit dem Ultraschallverfahren hat sich in Studien

an der LWS bewährt (STEFFEN et al. 1995, MICKLEY et al. 1990). Durch

die Situation eine höhere Anzahl von Ultraschallmikrofonen in das System

einzubinden, bestand die Möglichkeit einen weiteren rigid body anzubringen,

wodurch ein zweites Segment beobachtet werden konnte. Die Untersuchun-

gen in der Literatur beschränkten sich auf Druckmessung an den Bandschei-

ben bei Anlage von Drehmomenten. In der Untersuchung von POSPIECH

und Mitarbeitern (1999) wurden maximale Drehmomente von 0,5 Nm appli-

ziert. Auch hier wurden native mit diskektomierten und fusionierten Segmen-

ten verglichen. Es konnten hier erhebliche Druckunterschiede gefunden wer-

den. Maximale Druckunterschiede fanden sich für axiale Rotation bei An-

wendung einer Vorlast mit bis zu 400% Drucksteigerung. POSPICH und Mit-

arbeiter folgern daher, dass dieser Sachverhalt eine mögliche Erklärung für

die fortschreitende Degeneration des Nachbarsegmentes darstellt. Gleiche

Rückschlüsse aus ihren Ergebnissen ziehen ECK und Mitarbeiter (2002).

Diese applizierten maximale Bewegungsausschläge auf langstreckige HWS-

Präparate (C3 bis Th1). Diese Präparate wurden bis 20° Flexion und bis 15°

Extension untersucht. Die Untersuchung fand am unveränderten sowie am

fusionierten Präparat statt. Auch hier fanden sich signifikante Druckänderun-

gen in den Nachbarsegmenten. So konnte der Druck im darüberliegenden

Segment C4/C5 um bis zu 73,2% und der Druck im darunter liegenden Seg-

ment C6/C7 um bis zu 45,3% gesteigert werden. Die Drucksteigerung in den

über dem behandelten Segment liegenden Bandscheiben lagen höher als in

den darunter liegenden Segmenten. Eine Veränderung der Beweglichkeit

62

durch Applikationen von statischen Drehmomenten wurde in beiden Studien

nicht untersucht.

Die von uns applizierten Drehmomente von bis zu 300 Ncm zeigten in kei-

nem Fall Schädigungen des Systems. Nach Durchführung eines Messzyklus

und abwarten einer Ruhephase von fünf Minuten kehrte das System in sei-

nen Ausgangzustand zurück. Die zu Beginn des folgenden Messzyklus fest-

gestellte Ausgangssituation zeigte bei keinem Präparat Abweichungen ober-

halb eines Toleranzniveaus von zwei Grad. Eine Destruktion des Systems

konnte daher ausgeschlossen werden. Die durch den Formalisierungspro-

zess eingetretenen Veränderungen des Präparates konnten durch diesen

Sachverhalt ebenfalls relativiert werden. Die Tatsache, dass das System im-

mer wieder in seinen Ausgangzustand zurückkehrte, zeigte dass die elasti-

schen Strukturen intakt geblieben waren. Eine Veränderung der Elastizität

lag jedoch durch den Formalinisierungsprozess zweifelsfrei vor.

Veränderungen im Bandscheibenfach zeigten in unserer Untersuchung ins-

besondere wesentliche Einflüsse auf Flexion und Extension. Die Seitneigung

wurde durch die Behandlung von Segment 1 nur unwesentlich verändert. Die

relativ geringen Veränderungen der Beweglichkeit bei Seitneigung waren

jedoch ebenfalls signifikant. Ausnahmen bildeten hier die Rechtsseitneigung

von Segment 1 beim Vergleich nativ gegen Fusion, sowie die Rechtsseitnei-

gung von Segment 2 beim Vergleich nativ gegen Bandscheibenausräumung

und beim Vergleich Bandscheibenausräumung gegen Fusion. Alle übrigen

Vergleiche zeigten signifikante Unterschiede. Bei den Flexions- und Extensi-

onsbewegungen waren nahezu alle Vergleiche signifikant. Ausnahmen bilde-

ten hier nur das Segment 1 bei Extension im Vergleich nativ gegen Band-

scheibenausräumung.

Eine Untersuchung der Rotation wurde von uns nicht durchgeführt, da sich

hier zwei Probleme zeigten. Zum einen wäre die Anbringung des Momenten-

rades in der Drehachse schwer zu definieren gewesen, zum anderen wäre

messtechnisch durch das Verfahren der Ultraschallmikrofone die Bewegung

der Rotation sehr ungenau bestimmt worden. Es ist jedoch zu erwarten, dass

auch bei den Rotationsbewegungen ähnliche Resultate erkennbar gewesen

wären. POSPIECH und Mitarbeiter (1999) konnten hier die stärksten Ände-

rungen des Druckes der Bandscheiben bei Rotation feststellen.

63

Untersuchungen dieser Art sind bisher nur in geringer Zahl in der Literatur zu

finden. Um jedoch das Phänomen der verstärkten Degeneration benachbar-

ter Segmente zu verstehen, bedarf es weiterer Untersuchungen. Ein mögli-

cher Ansatz zur Vermeidung dieser Problematik stellen mobile Bandscheibe-

ninterponate dar. Erste Ergebnisse zeigen vergleichbar gute Resultate bezo-

gen auf Schmerzreduktion und Zufriedenheit der Patienten verglichen mit

den Standardverfahren der Fusion (BRYAN 2002). Die biomechanischen

Untersuchungen solcher Bandscheibenprothesen deuten ebenfalls auf eine

gute Haltbarkeit dieser Implantate hin (ANDERSON et al. 2003). Die Lang-

zeitergebnisse solcher Implantate müssen nun erhoben werden, um festzu-

stellen, ob das Nachbarsegment durch die Verwendung solcher Implantate

tatsächlich vor verstärkter Degeneration geschützt wird.

6.) Zusammenfassung

Die degenerative Erkrankung der HWS betrifft nicht nur die Bandscheiben

sondern auch die knöchernen Strukturen der HWS. Aufgrund der permanen-

ten Belastung im Alltag kommt es zu verschleißbedingten Veränderungen vor

allem der Bandscheiben. Durch die Höhenminderung des Bandscheibenfa-

ches können sich die Wirbelkörper durch Lockerung des Bandapparates ge-

geneinander verschieben. Dadurch kommt es zu einer Reaktion der Wirbel-

körper im Sinne einer Spondylophytenbildung. Kommt es jedoch zu einem

Bandscheibenvorfall können die benachbarten Strukturen wie die Nerven-

wurzeln unter Kompression geraten und das klinische Bild einer Zervikobra-

chialgie verursachen. Bei Versagen der konservativen Therapie erfolgt die

Stabilisierung des betroffenen Segmentes. Nach erfolgter Fusion des Seg-

mentes kommt es jedoch zu einer vermehrten Belastung des Nachbarseg-

mentes. Um diesen Sachverhalt näher zu betrachten wurde eine biomecha-

nische Bewegungsanalyse von 11 zweisegmentalen HWS-Präparaten

durchgeführt. Es wurden neben der Flexion und Extension auch die Seitnei-

gung nach rechts bzw. links untersucht. Neben offensichtlichen Veränderun-

gen der Beweglichkeit eines manipulierten Segmentes 1 (unbehandelte,

ausgeräumtes Bandscheibenfach, fusioniertes Segment) konnten im nicht-

64

behandelten mituntersuchten Nachbarsegment 2 signifikante Bewegungszu-

nahmen in nahezu allen Bewegungsrichtungen ermittelt werden, wenn in

Segment 1 eine Fusion durchgeführt oder eine Bandscheibenausräumung

durchgeführt wurde. Das unbehandelte Segment 2 zeigte nach Bandschei-

benausräumung eine signifikant deutliche Bewegungszunahme. Das bestä-

tigt die Vermutung, dass es nach Manipulation in einem Segment zu einer

Bewegungszunahme im benachbarten Segment kommt und damit die dege-

nerativen Veränderungen auch das unbehandelte Segment erfassen. Auch

nach Fusion eines Bewegungssegmentes findet sich im benachbarten Seg-

ment eine Bewegungszunahme in allen Untersuchungsrichtungen. Die ge-

samte Beweglichkeit der untersuchten Segmente veränderte sich hingegen

nur minimal oder war sogar eingeschränkt. Ebenso war das behandelte

Segment in seiner Beweglichkeit deutlich eingeschränkt. Dies unterstreicht

noch einmal die Beobachtung, dass es isoliert im benachbarten Segment zu

einer Bewegungszunahme und damit zu einer stärkeren Degeneration des

Bewegungssegmentes kommt. Durch diese Beobachtung sind die beschrie-

benen Degenerationen in den Nachbarsegmenten besser interpretierbar.

65

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Danksagung Ich möchte mich bei dem Direktor der Orthopädischen Universitätsklinik Bo-chum Herrn Prof. Dr. med. J. Krämer für die Möglichkeit zur Durchführung einer Dissertation, Durchsicht der Arbeit und die konstruktive Kritik bedan-ken. Mein besonderer Dank gilt Herrn Priv.-Doz. Dr. med. F. Rubenthaler für die Bereitstellung eines Themas, Unterstützung, Beratung, konstruktive Kritik und kritische Durchsicht meiner Arbeit. Bedanken möchte ich mich bei Herrn Prof. Dr. Dermitzel für die zur Verfü-gungstellung der Räume im KAFFZ zur Präparation der HWS-Präparate. Bei den Präparatoren Frau Schneider und Herrn Riese bedanke ich mich für die Hilfe bei der Präparation der HWS-Präparate. Desweiteren möchte ich mich bei Herrn Prof. Dr. rer. nat. Hackl Lehrstuhlin-haber der Fakultät für Allgemeine Mechanik an der Ruhr-Universität Bochum für die Zusammenarbeit bedanken. Besonders möchte ich mich hier bei Herrn Dr.-Ing. Mickley und vor allem bei Herrn Dipl. Ing. Lange für die tatkräf-tige Unterstützung während der Messungsphase bedanken. Für die Überprüfung der Statistik möchte ich mich bei Herrn Dipl.-Stat. Holland-Letz bedanken.

Lebenslauf Persönliche Daten Name Dirk Trebing

Geburtsdatum 14. April 1976

Geburtsort Unna

Familienstand verheiratet, 1 Kind

Staatsangehörigkeit deutsch

Konfession evangelisch

Wohnung Jägerweg 33, 59174 Kamen

Schulausbildung

August 1982 – Juli 1986 Eichendorff Grundschule Kamen-Methler

August 1986 – Juni 1995 Städtisches Gymnasium Kamen

Fremdsprachen: Englisch und Französisch

Wehrdienst

01.Juli 1995 – Wehrdienst im 1./Sanitätsbataillon 7 in der Paracelsus-

30. April 1996 Kaserne Hamm

Studium

Oktober 1996 - Studium der Humanmedizin an der Ruhr-Universität

Oktober 2003 Bochum

Seit dem 01.12.2003 als Assistenzarzt der Universitätsklinik für Orthopädie / Unfallchirurgie

am St. Josef Hospital Bochum angestellt.