Neurochirurgie Karlsruhe
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Bewegungsfreiheitsgrade und Wirbelgelenke

Um überhaupt den Bewegungsrahmen ("Gelenkigkeit") im dreidimensionalen Raum durchführen zu können, wie es dem Menschen, vor allem in jungen Lebensjahren möglich ist (Beugung, Drehung, Gleiten, Schub), bedarf es Gelenke, die diese Bewegungsmuster gestatten. Diese heißen anatomisch exakt "intervertebrale Amphiarthrosen" (amphi, gr.: "um", "herum", arthros, gr.: Gelenk)) sind "Diarthrosen" (echte Gelenke mit den typischen anatomischen Charakteristika ebensolcher) und existieren beim Menschen zwischen dem zweiten und dritten Halswirbel sowie dem letzten lumbalen Wirbel und dem Kreuzbein (Os sacrum). Ferner zwischen dem Kreuz- und dem Darmbein (Iliosakralgelenk).

Andere, sperrigere Bezeichnungen sind "Juxtazygoapophysengelenk", oder "Luschka-Gelenk" (benannt nach dem in Tübingen tätigen Anatomen Hubert von Luschka (1820-1875)". Oft benutzt, aber dennoch falsch sind die Bezeichnungen "Facettengelenke" oder "kleine Wirbelgelenke" (es gibt keine "großen" Wirbelgelenke). Korrekt hingegen sind die Bezeichnungen "Wirbelbogengelenk" oder auch "Wirbelgelenk" bzw. "Juxtazygoapophysengelenk".

Die Flächen dieser Wirbelgelenke unterscheiden sich hinsichtlich ihrer räumlichen Anordnung beim Menschen zwischen der HWS, der BWS und LWS erheblich, je nach dem erforderlichen dreidimensionalen Bewegungsraum.

Eine Übersichtsdarstellung mit repräsentativen Mittelwerten (in Winkelgraden) gibt nachfolgende Tabelle (White & Panjabi 1978, S. 71-79, White & Panjabi 1990, S. 110-111):

Die Extremwerte in Flexion/Extension vor allem in der HWS können um ein Mehrfaches auseinander liegen können. Im Segment HW 5/6 liegen die Mini-Max-Werte zwischen 4 und 34°, bei HW 4/5 zwischen 8 und 39° und bei HW 6/7 zwischen 1 und 29° (White & Panjabi 1990, S. 110). In der LWS unterscheiden sich die Werte aber nur gering um wenige Grade. Bei LW 3/4 liegen die Mini-Max-Werte zwischen 12 und 18, bei LW 4/5 zwischen 14 und 21°, und im lumbosakralen Segment zwischen 18 und 22° (White & Panjabi 1990, S. 111). Das bedeutet, daß der physiologische Bewegungsrahmen in der HWS die größten interindividuellen Unterschiede aufweist und daß die LWS insgesamt einen relativ homogenen Bewegungsrahmen mit nur geringen interindividuellen Unterschieden besitzt.

Die Halswirbelsäule hat den umfassendsten Bewegungsrahmen vor allem in der Flexion/Extension und Rotation, die BWS ist insgesamt relativ starr (Thorax) und besitzt daher nachvollziehbar nur einen geringen Beweglichkeitsrahmen. Die LWS hat ihre ausgeprägteste Beweglichkeit vor allem in der Flexion und Extension besitzt (Ventral- bzw. Dorsalschub).

Die größte Beweglichkeit der HWS findet sich in den Segmenten HW 5/6 und 6/7, gefolgt von HW 3/4 und 4/5. In diesen vier Segmenten finden sich bildmorphologisch die meisten degenerativen Veränderungen bzw. deren klinische Folgen. In der LWS sind die analogen Segmenten vor allem LW 4/5 und lumbosakral, gefolgt von LW 3/4, wo sich sich bildmorphologisch die häufigsten Veränderungen finden bzw. sich diesen Segmenten am häufigsten klinische Symptome finden. In der BWS findet sich die ausgeprägteste Beweglichkeit im sog. "thorakolumbalen Übergangsbereich".

Aus diesen Zahlen wird ferner deutlich, warum das degenerative Hypermobilitätsrisiko (Instabilität, s. Text weiter unten) vor allem in der HWS und LWS auftritt und welches Risiko sich vor allem aus dorsalen und weniger aus ventralen Versteifungsoperationen für HWS und LWS (Anschlußinstabilität, s. Text weiter unten) ergibt: Der gesamte Bewegungsrahmen in der HWS lastet dann auf den nach oben und unten angrenzenden Segmenten, woraus sich in diesen Segmenten vor allem für die Wirbelgelenke eine deutlich unphysiologische Überbelastung ergibt. Ganz besonders deutlich wird das für die LWS: Sind hier die beiden unteren Segmente dorsal fixiert ("verschraubt"), werden die nach oben angrenzenden Segmente vor allem in der Flexion (nach vorne Beugen) extrem unphysiologisch belastet. Bei ventralen Verschraubungen, vor allem in der HWS, ist das Risiko für Anschlußinstabilitäten deutlich geringer (s. im Text weiter unten), was sich auch in den klinischen follow-up Untersuchungen zeigt.

Bewegungssegment oder Functional Spinal Unit (FSU)

Ein Bewegungssegment besteht aus folgenden Elementen (Junghanns 1957, S. 25):

•    Halbgelenkszwischenwirbelscheibe (mit Gallertkern, Faserring und Knorpelplatten)
•    Vorderes und hinteres Längsband
•    Wirbelbogengelenke
•    Gelbes Band

Die heute in der englischsprachige Literatur gebräuchliche Bezeichnung "functional spinal unit" (FSU) entsprecht einem Bewegungssegment und bezeichnet die kleinste physiologische Bewegungseinheit der Wirbelsäule, deren biomechanische Charakteristika denen der gesamten Wirbelsäule entspricht (White & Panjabi 1990, S. 45).

Die Extremwerte in Flexion/Extension vor allem in der HWS können um ein Mehrfaches auseinander liegen können. Im Segment HW 5/6 liegen die Mini-Max-Werte zwischen 4 und 34°, bei HW 4/5 zwischen 8 und 39° und bei HW 6/7 zwischen 1 und 29° (White & Panjabi 1990, S. 110). In der LWS unterscheiden sich die Werte aber nur gering um wenige Grade. Bei LW 3/4 liegen die Mini-Max-Werte zwischen 12 und 18, bei LW 4/5 zwischen 14 und 21°, und im lumbosakralen Segment zwischen 18 und 22° (White & Panjabi 1990, S. 111). Das bedeutet, daß der physiologische Bewegungsrahmen in der HWS die größten interindividuellen Unterschiede aufweist und daß die LWS insgesamt einen relativ homogenen Bewegungsrahmen mit nur geringen interindividuellen Unterschieden besitzt.

Intradiskaler Druck

Bei langstreckigen Wirbelsäulenkorrekturen, wie sie bei Skoliosen notwendig werden können, ist man bemüht, so wenig (also kurzstreckig) wie nötig zu fusionieren. "Saving a Level" wird dieses Vorgehen genannt. In einer aktuellen Publikation wurde der intradiskale (also der Bandscheibenbinnendruck) Druck nach langstreckligen thorakolumbalen Fusionen bei Leichenpräparaten an einem validierten Modell gemessen, die von BW 8 bis LW 5 fusioniert wurden. Im Ergebnis konnte zusammengefaßt gezeigt werden, daß der intradiskale Druck der angrenzenden nicht-fusionierten Segmenten in Flexion als auch in Extension in Abhängigkeit von der Fusionslänge zunahm, d.h., je länger die Fusionslänge desto ausgeprägter der Bandscheibenbinnendruck in den angrenzenden nicht-fusionierten Bandscheiben (Auerbach 2012).

Die Ergebnisse dieser Untersuchung erscheinen an sich wenig überraschend und könnten einen Teil der Erklärung für die Entstehung der "Adjacent Level Disease" (ALD) liefern, daß also erhöhter Bandscheibenbinnendruck eines nicht-versteiften Segments die erste Ursache der Entstehung der ALD darstellt.

Instabilität: Definitionen

White und Panjabi definieren Instabilität als Verlust der Fähigkeit der Wirbelsäule unter physiologischer Belastung seinen physiologischen Bewegungsrahmen aufrecht zu erhalten ohne daß es zu einem neurologischen oder zusätzlichen neurologischen Defizit (also sensible oder motorische Störung) oder zu einer größeren Deformität bzw. starken Schmerzen kommt (White & Panjabi 1990, S. 278).

Kirkcaldy-Willis definierte Instabilität klinisch viel brauchbarer als Phase zwischen der Dysfunktion und der Restabilisierung, wobei die Restablisierung zeigt, warum es später zu klinischen Symptomen kommt: Kapselfibrosen der Wirbelgelenke sowie Osteophytäre  der Wirbelgelenke und der Hinterkanten der Wirbelkörper führen zu einer Bewegungseinschränkung der betroffenen Wirbelsegmente und damit zu einer Stabilisierung derselben, allerdings zum Preis einer Einengung des anatomischen Kompensationsraumes der abgehenden Nervenwurzeln.

Pope und Panjabi definieren Stabilität bzw. Instabilität aus der Sicht der Biomechanik zunächst einfach als Verlust von Festigkeit (Stabilität) und Instabilität als mechanische Entität, die auch nur als solche betrachtet werden sollte. Definitionen sollten nicht auf vermutete Verletzungsmechanismen oder die klinische Anamnese basieren (Pope & Panjabi 1983, S. 256). Panjabi führte später den brauchbaren Begriff der Neutralzone ein. Hiermit bezeichnete er einen biomechanischen Kompensationsbereich auf der x-Achse eines kartesischen Koordinatensystems mit einer Belastungsordinate (y-Achse) und einer Dehnungsabszisse (x-Achse), in dem die Dehnungstoleranz eines „normalen“ Wirbelsegments weiter nach rechts verschoben ist (=instabiles Segment), ohne dass es unter Belastung zu neurologischen Defiziten, größeren Deformierungen  oder unerträglichem Schmerz kommt (Panjabi 1991, zit. Bogduk 1997, S. 216).

Insgesamt gibt es Zustände der lumbalen Wirbelsäule, bei denen Verlust an Festigkeit und das Auftreten von entsprechenden Symptomen eine Rolle spielen. Diese führen aber nicht notwendigerweise zu Instabilität. Bogduk schlägt daher alternativ als Begriffe für derartige Zustände „segmentale Lockerung“ oder einfach „Hypermobilität“ vor (Bogduk 1997, S. 215-216).

Im klinischen Alltag ist vor allem die Instabilität als Folge degenerativer Veränderungen in der LWS und HWS relevant. Die BWS spielt unter den genannten Aspekten aus biomechanischer Sicht keine Rolle, da der Thorax quasi ein Stützkorsett darstellt.

Oben genannte Definitionen der Instabilität zeigen, daß eine (degenerative) Instabilität eine rein biomechanisch faßbare Störung ist, die zunächst klinisch unauffällig ist (s. Neutralzone). Für den klinischen Alltag  sind alle diese obigen Definitionen wenig brauchbar. Hier ist es wichtig, ob es klinische oder bildmorphologische Kriterien gibt, mittels derer man in der Zusammenschau der Befunde das Vorliegen einer a- oder symptomatischen Hypermobilität erheben kann.

Orientierend treten degenerative Instabilitäten häufiger auf

•    bei Frauen als bei Männern (Schmorl 1957, S. 47, Hoeffken 1974, S. 79)
•    in der HWS als in der LWS
•    in der HWS Beginn in niedrigeren Lebensdekaden (ab dritter)
•    in der LWS Beginn in höheren Lebensdekaden (ab fünfter)