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Untersuchung möglicher ursächlicher Zusammenhänge zwischen Bandscheiben- und Facettengelenksdegeneration mittels In-vivo-, In-vitro- und Finite-Elemente-Analysen

Fachliche Zuordnung Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
Förderung Förderung von 2013 bis 2018
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245402226
 
Erstellungsjahr 2019

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Degeneration der Bandscheibe und Facettengelenke, die neben anderen Faktoren auch auf langjährige Über- und Fehlbelastungen zurückgeführt werden kann, zählt zu einer der häufigsten Ursachen von spezifischen Rückenschmerzen. Bis heute ist nicht geklärt, ob ein Zusammenhang zwischen beiden Strukturen besteht. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, durch einen kombinierten Ansatz aus In-vivo-, In-vitro- und Finite-Elemente-Analysen Aussagen über den Verlauf degenerativer Veränderungen in Wirbelsäulensegmenten zu treffen. In vivo sollten im Schafsmodell diverse chirurgische Eingriffe zur Initiierung einer Bandscheibenund/oder Facettengelenksdegeneration vorgenommen und über den Zeitraum eines Jahres der gegenseitige Einfluss anschließender degenerativer Veränderungen dieser beiden Strukturen aufeinander untersucht werden. Die anschließenden In-vitro-Analysen dienten dazu, morphologische Veränderungen in den betroffenen Segmenten zu detektieren und die in diesem Vorhaben zu entwickelnden Finite-Elemente-Modelle mit realistischen Material- und Geometrieparametern zu speisen. Hier konnten wir zeigen, dass die Nukleotomie als auslösendes Moment einer Bandscheibendegeneration die Entstehung der Facettengelenksdegeneration fördert. Auch eine Hypomobilisation durch interkorporale Fusion führte zu einer leichten Veränderungen der Facettengelenke, dargestellt durch eine signifikante Gelenksspaltänderung im Indexlevel. Durch eine dorsale Versteifung mittels Fixateur können ebenso morphologische Veränderungen in der Bandscheibe des gleichen Segments aber auch in den Anschlusssegmenten folgen. Durch die Hypermobilisation aufgrund einer Facettektomie degenerierten die Bandscheiben der benachbarten Segmente allerdings nicht. Die Finite-Elemente-Analysen sollten Aufschluss über das Degenerationsverhalten im Menschen geben und unter Berücksichtigung der individuellen Wirbelsäulenmorphologie den mechanischen Zusammenhang zwischen Bandscheiben- und Facettendegeneration klären. Hier konnten wir zeigen, dass die Facettendegeneration keinen signifikanten mechanischen Effekt auf die Bandscheibe im Indexlevel hat. Eine mittel- bis hochgradige Bandscheibendegeneration kann einen merklichen Einfluss auf die Facettengelenksdegeneration haben. Unter Berücksichtigung natürlicher Varianzen der geometrischen Parameter und der Stoffeigenschaften des Schafes verliert diese Aussage jedoch wieder an Kraft. Generell bleibt festzuhalten, dass die interindividuellen Unterschiede in der Morphologie einer Spezies einen größeren Einfluss auf die Ergebnisse haben als die modellierten Degenerationsgrade. Die Finite-Elemente-Analysen zeigen weiterhin, dass die Erkenntnisse aus dem Schafsmodell, sprich das Zusammenspiel zwischen Facetten- und Bandscheibendegeneration, nicht direkt auf den Menschen übertragen werden können. Für die Wahl eines geeigneten Tiermodells sowie eines Therapieverfahrens sind diese Kenntnisse zwingend erforderlich. Sie liefern Grundlagen und Ansätze zur Optimierung und Entwicklung von Wirbelsäulenimplantaten und leisten eine wichtige Hilfestellung beispielsweise beim Entscheidungsprozess bezüglich des Einsatzes bewegungserhaltender bzw. fusionierender Implantate.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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