Z . Orlhop. 130 (1992)
Veränderungen an der lumbalen Bandscheibe nach Anwendung der nicht-automatisierten perkutanen Diskektomie Eine biomechanische Untersuchun g W. H. M. Castro', J. Jerosch' , P. Brinckmann/ 'Klinik und Poliklinik für Allgeme ine Orthopädie der Westfälischen Wilhelm s-Univer sit ät Münster (Direktor: Prof. Dr. W. Winkelmann) "Institut für experimentelle Biomechanik der Westfälischen wilhelm s-Universit ät Münster
Zusammenfassu ng In einer experimentellen Arbeit wurden 8 humane Lendenwirbelsäulen kernspintomographisch untersuch t. Dan ach wur de n 21 Bewegungssegmente für eine biomechanische Studie präpariert . Die paraspina le
Muskulatur sowie die posterioren Elemente wurden entfernt. Unter einer axialen Belastun g vo n 500 N wurden jeweil s 1,0 g, 2,0 g und 3,0 g Nu kleus gewebe nac h der Methode der nichtautomatisierten perkutanen lumbalen Disektomie entfernt. Am Anfang jeder Te stserie wurden di e Höhe der Band scheibe , der intradi sk aIe Dru ck und die radia le Au sdehnun g unter einer axialen Belastun g vo n 1000 N gemesse n. Die gleichen Messungen wurden nach der Entnahme vo n je 1,0 g Band scheiben gewebe erneut durchgeführt. An schli eßend erfolgte eine statistische Au swertung (F riedman- Test) . Die gesamte Meng e des entn ommenen Nukleusgewebes ( = in-vitro- Nukleusgewe be) wurde in isotonische Koch salzlösung gelegt und erneut mit einer Präzision swaage gewo gen (= Naßgewicht) . Danach wurde da s M aterial gefrierge trocknet und wiederum gewogen ( ~ Trockeng ewicht) . Die Erg ebnisse dieser Stud ie zeigten, daß die radiale Au sdehnung pro Gramm entnommenen Nukleusgewe bes im Mittel um 0,2 3 mm zunimmt. Die Hö he nimmt im Durchsch nitt 0,77 mm pro Gramm ab . Der intr ad iskaIe Druck reduziert sich deutlich (Anfangswert : 9,19 Bar bis zum E ndwe rt ( = nach Ent na hme vo n 3,0 g): 2,5 8 Bar. Die Messung der Ge wichte erga b deutliche Differen zen . Das Naßgewic ht ist im Mittel 2,6mal so groß wie das Gewicht des in-vitro-Nukleu sgewebes und Ilma! so gro ß wie das Trockengewicht.
Z. Orthop. 130 (1992) 472-4 78 © 1992 F. Enke Verlag Stu ttgart
C ha nges 01 the Lumba r Disc after Non-Automated Percutaneou s Discectom y A Biomechanical Study For a biom echan ical study 8 specimens of th e lumbar spine (LI-SI) were scanned with MR I. After th at 21 mot ion segments were pr epared for the exp eriments . Th e paraspinal musculature as weil as the po sterior element s were remove d , Fro m each disc 1,0 g, 2,0 g, and 3,0 g of nuc1ear material were co nsecutively remo ved under an axial load of 500 N. At the beginning of every standardized experiment o f a moti on segrnent , as weil as after the excisi on o f every gram o f nuc1ear mate rial, intradiscal pressure, the heigh t of the disc and the ca ntour o f the disc were determined with an axial lo ad on the motion segme nt of 1000 N . Th e change in radial bulging of the disc was measured using the cornputerassis ted recordings of each dis c co ntour. All the data were statistically ana lyzed usin g the Friedman-test. The nuclear material remo ved from the discs ('in- vitro nu c1ear material') was placed in isotonic saline over 45 minute s and again weighted ('wet weight ' ). Af th at th e nuclear material was free ze-dried ('dry weightI). The results of this st udy showed tha t a fter the excision of every gra m of nucl ear mat erial the height of the disc decreased in ave rage 0,77 mm . A lso intradiscal pressure reduces significa ntly: from the initial stage, o n average, 9, 19 bar to the endsta ge (= after the removal of 3,0 g), on average , 2, 58 bar. Radi al bul ge inc rea ses with ever y gram rernoved, on average 0 ,23 mm. The weight of the wet nuc1ear material is 2,6 tim es as much as that of the in-vitro nuclear materia l and 11 times as much as tha t of the freez e-dried material.
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472
Path ogenese und Prävention der spastischen H üftluxation
Die perkutane Diskektomie gehört mittlerweile zu den routinemä ßig eingesetzten invasiven Eingriffe zur Behandlu ng eines lumb alen Band scheiben vor falles. Obwo hl bezüglich der Ergebni sse der perkutane n Beha ndlungsmethoden eines lumb alen Bandscheibenvo rfa lles bereits viel publiziert worden ist (4, 10, 13), ist es ersta unlich, daß es nur wenige Arbeiten über die dur ch diese Meth oden bewirkten Veränderu ngen an der Bandscheibe gibt. Diese Ta tsache ist um so erstaunlicher, da es bereits klinische Studien (1, 11) gibt , die nachweisen, daß sich nach einem perku tan en Eingriff der Umfang des Band scheiben vorfalls nicht verändert. Zielsetzung der vor liegenden Stud ie war es, in einer biomecha nischen Untersuchung die Verände rungen an der Band scheibe hinsichtlich intradiskalem Dru ck, H öhe und radi aler Ausdehnung nach Entn ahm e defini erter Mengen von Band scheibengewebe zu bestimmen und statistisch auszuwerte n. Die Gewebeentn ahm e erfolgte nach der Meth ode der nicht-automat isierten Diskektomie (NAPLD-Methode nach Hijikata (8, 9).
Material und Methoden 8 humane Lendenwirbelsäulen (mit insgesamt 33 Bewegungssegment en) wurden nach der Aut opsie ent nommen. Der Zeitraum zwischen Tod und Entna hme lag zwischen 12 und 48 Stunden . Die Daten dieser Präp arate sind in Tab elle I au fgelistet. Die Pr äpar ate wurden nach Entna hme in luftundurchlässige Siegelrand beutel vakuum-eingeschweißt und tiefgefro ren ( - 25 Grad Celsius). Nachemsan (12) fand in einer experim ent ellen Unte rsuch ung keinen deutlichen nachweisbar en Einfluß einer Tie fkühllagerun g auf die mechani schen Eigenscha ften der Bandscheibe. Anh and einer kernspin tomographischen Voruntersuchung ko nnten 21 Bewegungssegment e selektiert werden. Bei 20 Bewegungssegment en ent sprach die Bandscheibenhöhe und die Signa lintensität der Band scheib e derjenigen einer skelett au sgewachsenen Wirbelsäul e einer jungen gesunden Person . Bei einem Segment zeigten sich ein deutlicher Signalverlust und eine Höhenmind erun g der Bandscheibe. Die Verteilung der verschiedenen Segmente war 0
Tab . 1: te n.
Geschlecht
Alter
4 14190
we iblich männ lich we iblich we iblich w eiblich männ lich we iblich männ lich
87 57 64 64 69 77 53 52
520190 521 /90 536190 237 /90 544/90 545 /90 551 /9 0
wie folgt : einmal da s Bewegungssegment L1/2, fünfmal L2/3 und L4/5, sechsma l L3/4 und viermal das Segment L5/SI. Nach der kernspint omograph ischen Untersuchung wurden die Lend enwirb elsäul en von der anhaftenden Muskulatur und allen posterior en Element en befreit und in Bewegungssegmente (d . h. ';' Wirbelkörp er Band scheibe - ';' Wirbelk örper) unt erteilt . Die ligarnent ären Verbindungen zwischen den Wirbelkörp ern wurden makroskopisch nicht geschä digt. Ein präpariertes Bewegungssegment wurd e in einer elektro -mecha nischen Ma terial-Test masc hine getestet (Abb . I). Dazu wur de es mit Knochenzement zwischen 2 parallel ausgerichteten Platt en fixiert , wobei die Mittelebene der Bandscheibe parallel zu der Ebene der Meßsonde für die radia le Ausdehnung zentriert wurd e (Abb . 2a und 2b). Damit konnte gewährleistet werden, daß die Richtung der axialen Belastun g senkrecht zur Mittelebene der Band scheibe war. Flexion , Extensio n und Seitneigung wurden auf diese Weise verhindert und infolgedessen anguläre Bewegungen, die Scherkräft e in der Band scheibe erzeugen könnten, verhütet. Nach Per foration des Annulus fibrosu s mit einem Trephine wurde mit Hilfe einer Nuk leusfa ßzange Bandscheibengewebe entfernt. Über einen Thermostaten und eine Wasserp umpe wu rde die Temperatur während eines Untersuchungsvorganges auf 37 Grad Celsius geha lten. Um zu Versuchsbeginn eine physiologische Bean spru chun g des Bewegungssegmentes zu simulieren, wurde vor dem Anfan g einer Testserie das Präparat zunächst über 30 Minu ten mit 1000 N vorbelastet. Der Wert der dadurch entsta ndenen Höhenänd erung wurde registriert und bei den anschließenden Höhenmessungen nach Entnahme standa rdisierter Mengen Nukleusgewebe berücksichtigt . Bevor Band scheibengewebe entfernt wurde, wurde die axiale Kraft auf 500 N redu ziert ; dies entspricht der Belastun g beim Lebenden im Liegen. Anschließend erfolgte die Diskektomie unter einer axialen Belastung von 500 N. Die Messungen der verschiedenen Parameter wurden unter einer axialen Belastun g von 1000 N dur chgeführt , die derjenigen beim Lebend en beim Stehen oder leichter körperlicher Arbeit entspricht (12). 0
Daten der untersuchten Lendenw irbelsäulenpräpara-
W irbelsäulennumme r
J.
J. J. J.
J. J. J.
J.
Todesursache
I
Akuter Herztod Respirato rische Insuff . Hirnmassenblutung Kardiogener Shock Herzinsuff izienz Tumorle iden Akuter Herztod Respirator ische Insuff .
473
Abb . 1 Die elektromech anische Material-Testmasch ine der Firma Otto Wolpert-Werke Gmb H, Ludw igshafen /Rhein.
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Einleitung
Z. Orthop . 130 (1992)
Z. Orthop. /30 (/992)
W. H. M. Castro und Mitarb. A bb . 2 Abb. 2a: Position der Meßson de in Relation zur M itteiebene der Bandsche ibe tunkst. Abb. 2b : Fixierung eines Sewegungsseg mentes im Knochenzement zw ischen den parallel gelegenen Soden- und Deckplatten (rechts).
Es wurden die folgenden parameter gernessen:
- der inttadiskale Druck - die Höhenveränderung des Bewegungssegmentes - die Kontur der Bandscheibe in ihrer Mittelebene und die Fläche der Band scheibe
Der intradiskaie Druck wurde mit einem Halbleiter-Druckaufnehmer , der in ein Edelstahlröhrchen von 2,4 mrn Durchmesser eingebaut war, gemessen. Die empfindliche Fläche des Druckau fnehmers befand sich an der Stirnseite des Röhrchens. Der Transducer wurde durch eine Führungskanüle von posterolateral mit konstanter Eindringtiefe in das Zentrum der Bandscheibe gelegt. Führungskanüle und Druck sonde wurden 2 mm zurückgezogen und der intradiskaie Druck wurde gemessen. Artefakte durch Druck des Transducers gegen eine feste Faserstruktur wurden auf diese Weise verhütet. Das Druckmeß gerät lieferte ein Millivolt-Signal, welches proport ional zum Druck ist (50 mV = I Bar = 0,1 MPa) . Der Meßbereich des Geräte s lag zwischen und 30 Bar.
°
Die Höhenveränderung eines Bewegungssegmentes wurde opt oelektronisch gemessen (Meßbereich: 0-100,00 mm). Der Meßfehler beträ gt 0,01 mm. Die Kontur der Bandscheibe wurde mit Hilfe einer Meßsonde , die an drei elektronische Tran sducer gekoppelt war , über die gesamte Zirkumferenz der Band scheibe gemessen. Der Kopf der Meßsonde hat die Form eines Halbzylinders mit einem Radius von 2,5 mm und einer Höhe von 5 mm . Damit berührt der Kopf den Diskus an der Stelle der größten radialen Ausdehnung. Die 5 mm-H öhe des Kopfes kompensiert außerdem geringe Differ enzen in der Einstellung der Mitt elebene der Bandscheibe gegenüber der Eben e der Meßeinrichtung (2). Vor jeder Testserie am Bewegungssegment wurde mit Hilfe zylindrischer Testkörper die Meßeinrichtung kalib riert . Der Fehler in den Koordinaten der Konturmessung war
kleiner als 0,02 mm . Nach Abtasten mit der Meßsonde ergab die Mittelebene der Bandscheibe eine Diskuskontu r, die auf dem Mon itor eines angeschlossenen Computers dargestellt wurde. Nach jeder Entnahme einer definierten Gewebemenge aus der Bandscheibe wurde eine neue Diskuskontur gemessen. Diese wurde auf die Ausgangskontur projiziert (Abb. 3), so daß die Veränderungen der radialen Au sdehnung vom Computer ausgewertet werden konnten . Die festgestellte Veränderung der radialen Au sdehnun g wurde definiert als der Durchschnitt swert der Konturdifferenz gemessen in radialer Richtung (3). Angesichts der Tatsache, daß an der Eintrittsstelle der Nukleusfaßzange eine deutli che Eindellung der Diskuskontur auftrat, wurde für die spätere Auswertung der Veränderung der rad ialen Ausdehnun g die Bandscheibe in 4 Quadranten unterteilt: zwei anterolaterale und zwei posterolatera le. Mit einer 10fachen Vergrößerung konnte auf diese Weise die radiale Ausdehnung in mm nach jeder Entnahme von 1,0 g Nukleusgewebe für jeden Quadranten errechnet werden. Anh and der festgelegten Diskuskontur konnte an schließend nach j eder Messung die Fläche der Bandscheibe vom Computer errechnet werden. Die entnomm enen Mengen Bandscheibengewebe wurden sofort nach Entnahme auf 0, 1 g genau gewogen. 1m weiteren Text wird das mittels der NA PLDMethode entnommene Gewebe als .in-vitro Nuk leusgewebe' gekennzeichnet. Nach Abschluß einer Testserie an einem Bewegungssegment wurde dieses Gewebe über 45 Minuten in isotoni sche Kopchsalzlösung eingelegt. Dadurch konnte eine maximale Flüssigkeitsaufnahme und -benetzung des in-vitro Neukleusgewebes erfol gen. Nach 45 Minuten wurde dieses feuchte Gewebe erneut gewogen; wir bezeichnen dieses Gewicht als ,Naßgewicht' . Anschließend wurde das Nukleu sgewebe gefrierget rocknet und wiederum gewogen (,Tra ckengewicht') .
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Pathogenese und Prävention der sp astischen Hüftlu xation
Abb, 3
Projek-
tion eine r Diskuskontur nach Ent-
nahme von 3 ,0 Gramm Diskusgewebe auf die Ausga ngskontur der Bandsche ibe . Ve rgrößert ist die Differen z der zw eiten
gegen die erste Kontur (in radialer Richtu ng) um den
Z. Orthop, 130 (1992)
475
Tab . 2 Einteilung des Degener ationsgrades der Bandschei be nach Galan te (5l. Grad
I; No rma ler Diskus. Annulus frei von Rupturen und
weiß; we iße r gallertart iger Nukle us. Grad I:
Der Diskus erscheint normal, doch der Nukleus ist fibröser; Grenze Annulus - Nukleus ist deutlich .
Grad 111: isolierte Fissuren im Annulus. Trockene r Nuk leus, verfärbt . Die Abg renzung A nnulus - Nukleus w ird unscharf. Grad IV : Rupture n und Sequester im A nnulus und Nukleus . Marginale Osteophyten oft nachw eisbar.
Tab, 3
Bandscheibenfläche (cm 2l, m ittlere Druc kspannun g
(Nfcm2 ; 10 Nfcm2 = 1 Bar ) und intradiskaler Druck (Bar) bei 1
Nach Beendigung einer Testserie an einem Bewegungssegment wurde die Bandscheibe in der transversalen Ebene du rchtrennt und makroskopisch auf ihren Degener ationsgrad nach der Einteilung von Galante (5) beurteilt (Tab , 2),
Die stat istische An alyse der Dat en erfolgte mit dem Friedman -Test, wobei das Signifik anz-Niveau p < 0,0 5 betru g.
Ergebnisse
Der Degenerationsgrad der 21 untersuchten Band scheiben nach der Einteilung von Galante (5) zeigte einmal Grad III (Segment Nt. 14 L4/5) und zwanzigmal Grad I bis 11, wobei eine exakte Differenzierung zwischen den beiden nicht sicher möglich war.
Tabelle 3 enthä lt die Meßwerte der Band scheibent1äche, des intradiska ien Dru cks und der mittleren Dru ckspannung, bestimmt bei einer axialen Last von 1000 N . Die mittlere Druckspannun g ist der Quotient aus axialer Kraft geteilt dur ch Fläche der Band scheibe. Im Mittel beträgt die Dru ckspannung 5,51 ± O,84 Bar. Aus der Ta belle wird ersichtli ch, daß der intradiskaie Dru ck da s 1,66fache der mittle ren Dru ckspannung ist . Dieses
kN axialer Last.
Nr.
1. 2. 3, 4, 5 6, 7, 8 9, 10, 11. 12, 13. 14, 15, 16. 17, 18. 19, 20, 21.
L2/3 L3/4 L4/5 L5/1 Ll /2 L2/3 L3/4 L4/5 L5/1 L2 /3 L3 /4 L4 /5 L5/1 L4/5 L5/1 L2/3 L3 /4 L3/4 L4/5 L2/3 L3 /4
M ittelwert :
mittlere Druckspann ung
intradiskaler Druc k
20 ,48 22,24 21,64 18,2 7 15,09 15,96 16,09 15,56 14, 25 19,3 7 20,0 9 19,36 16,72 21,23 15,33 15,56 18 ,07 22,20 24,29 17,6 7 20,20
4,88 4,50 4,6 2 5,47 6,6 3 6,27 6,22 6,43 7,0 2 5,16 4,9 8 5,17 5,98 4,7 1 6,52 6,43 5,53 4,50 4,12 5,66 4,95
8,5 6 8,0 6 7,80 10,70 8,20 11,76 11,50 10 ,94 9,60 8,30 8 ,60 8,74 9,20 7,70 10,48 12,12 9,98 7,72 6,92 8,10 8,20
18,55
5,51
9,20
Verhältni s ist in Übereinstimmung mit den Ergebnissen
von Na chemson (12). Je Gramm entnommenen Nukleusgewebes verringert sich die Höhe des Zwischenwirbelraumes im Dur chschnitt um 0,77 ± 0,33 mm (Tab , 4). Die statistische Auswertung mit dem Friedman -Test ergab, daß die Veränderung der Höhe nach den einzelnen Entnahmen von je 1,0 Gram m, d. h. die globa le Verän derung, hoch-signifikant ist (p
Veränderungen an der lumbalen Bandscheibe nach Anwendung der nicht-automatisierten perkutanen Diskektomie Eine biomechanische Untersuchun g W. H. M. Castro', J. Jerosch' , P. Brinckmann/ 'Klinik und Poliklinik für Allgeme ine Orthopädie der Westfälischen Wilhelm s-Univer sit ät Münster (Direktor: Prof. Dr. W. Winkelmann) "Institut für experimentelle Biomechanik der Westfälischen wilhelm s-Universit ät Münster
Zusammenfassu ng In einer experimentellen Arbeit wurden 8 humane Lendenwirbelsäulen kernspintomographisch untersuch t. Dan ach wur de n 21 Bewegungssegmente für eine biomechanische Studie präpariert . Die paraspina le
Muskulatur sowie die posterioren Elemente wurden entfernt. Unter einer axialen Belastun g vo n 500 N wurden jeweil s 1,0 g, 2,0 g und 3,0 g Nu kleus gewebe nac h der Methode der nichtautomatisierten perkutanen lumbalen Disektomie entfernt. Am Anfang jeder Te stserie wurden di e Höhe der Band scheibe , der intradi sk aIe Dru ck und die radia le Au sdehnun g unter einer axialen Belastun g vo n 1000 N gemesse n. Die gleichen Messungen wurden nach der Entnahme vo n je 1,0 g Band scheiben gewebe erneut durchgeführt. An schli eßend erfolgte eine statistische Au swertung (F riedman- Test) . Die gesamte Meng e des entn ommenen Nukleusgewebes ( = in-vitro- Nukleusgewe be) wurde in isotonische Koch salzlösung gelegt und erneut mit einer Präzision swaage gewo gen (= Naßgewicht) . Danach wurde da s M aterial gefrierge trocknet und wiederum gewogen ( ~ Trockeng ewicht) . Die Erg ebnisse dieser Stud ie zeigten, daß die radiale Au sdehnung pro Gramm entnommenen Nukleusgewe bes im Mittel um 0,2 3 mm zunimmt. Die Hö he nimmt im Durchsch nitt 0,77 mm pro Gramm ab . Der intr ad iskaIe Druck reduziert sich deutlich (Anfangswert : 9,19 Bar bis zum E ndwe rt ( = nach Ent na hme vo n 3,0 g): 2,5 8 Bar. Die Messung der Ge wichte erga b deutliche Differen zen . Das Naßgewic ht ist im Mittel 2,6mal so groß wie das Gewicht des in-vitro-Nukleu sgewebes und Ilma! so gro ß wie das Trockengewicht.
Z. Orthop. 130 (1992) 472-4 78 © 1992 F. Enke Verlag Stu ttgart
C ha nges 01 the Lumba r Disc after Non-Automated Percutaneou s Discectom y A Biomechanical Study For a biom echan ical study 8 specimens of th e lumbar spine (LI-SI) were scanned with MR I. After th at 21 mot ion segments were pr epared for the exp eriments . Th e paraspinal musculature as weil as the po sterior element s were remove d , Fro m each disc 1,0 g, 2,0 g, and 3,0 g of nuc1ear material were co nsecutively remo ved under an axial load of 500 N. At the beginning of every standardized experiment o f a moti on segrnent , as weil as after the excisi on o f every gram o f nuc1ear mate rial, intradiscal pressure, the heigh t of the disc and the ca ntour o f the disc were determined with an axial lo ad on the motion segme nt of 1000 N . Th e change in radial bulging of the disc was measured using the cornputerassis ted recordings of each dis c co ntour. All the data were statistically ana lyzed usin g the Friedman-test. The nuclear material remo ved from the discs ('in- vitro nu c1ear material') was placed in isotonic saline over 45 minute s and again weighted ('wet weight ' ). Af th at th e nuclear material was free ze-dried ('dry weightI). The results of this st udy showed tha t a fter the excision of every gra m of nucl ear mat erial the height of the disc decreased in ave rage 0,77 mm . A lso intradiscal pressure reduces significa ntly: from the initial stage, o n average, 9, 19 bar to the endsta ge (= after the removal of 3,0 g), on average , 2, 58 bar. Radi al bul ge inc rea ses with ever y gram rernoved, on average 0 ,23 mm. The weight of the wet nuc1ear material is 2,6 tim es as much as that of the in-vitro nuclear materia l and 11 times as much as tha t of the freez e-dried material.
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Path ogenese und Prävention der spastischen H üftluxation
Die perkutane Diskektomie gehört mittlerweile zu den routinemä ßig eingesetzten invasiven Eingriffe zur Behandlu ng eines lumb alen Band scheiben vor falles. Obwo hl bezüglich der Ergebni sse der perkutane n Beha ndlungsmethoden eines lumb alen Bandscheibenvo rfa lles bereits viel publiziert worden ist (4, 10, 13), ist es ersta unlich, daß es nur wenige Arbeiten über die dur ch diese Meth oden bewirkten Veränderu ngen an der Bandscheibe gibt. Diese Ta tsache ist um so erstaunlicher, da es bereits klinische Studien (1, 11) gibt , die nachweisen, daß sich nach einem perku tan en Eingriff der Umfang des Band scheiben vorfalls nicht verändert. Zielsetzung der vor liegenden Stud ie war es, in einer biomecha nischen Untersuchung die Verände rungen an der Band scheibe hinsichtlich intradiskalem Dru ck, H öhe und radi aler Ausdehnung nach Entn ahm e defini erter Mengen von Band scheibengewebe zu bestimmen und statistisch auszuwerte n. Die Gewebeentn ahm e erfolgte nach der Meth ode der nicht-automat isierten Diskektomie (NAPLD-Methode nach Hijikata (8, 9).
Material und Methoden 8 humane Lendenwirbelsäulen (mit insgesamt 33 Bewegungssegment en) wurden nach der Aut opsie ent nommen. Der Zeitraum zwischen Tod und Entna hme lag zwischen 12 und 48 Stunden . Die Daten dieser Präp arate sind in Tab elle I au fgelistet. Die Pr äpar ate wurden nach Entna hme in luftundurchlässige Siegelrand beutel vakuum-eingeschweißt und tiefgefro ren ( - 25 Grad Celsius). Nachemsan (12) fand in einer experim ent ellen Unte rsuch ung keinen deutlichen nachweisbar en Einfluß einer Tie fkühllagerun g auf die mechani schen Eigenscha ften der Bandscheibe. Anh and einer kernspin tomographischen Voruntersuchung ko nnten 21 Bewegungssegment e selektiert werden. Bei 20 Bewegungssegment en ent sprach die Bandscheibenhöhe und die Signa lintensität der Band scheib e derjenigen einer skelett au sgewachsenen Wirbelsäul e einer jungen gesunden Person . Bei einem Segment zeigten sich ein deutlicher Signalverlust und eine Höhenmind erun g der Bandscheibe. Die Verteilung der verschiedenen Segmente war 0
Tab . 1: te n.
Geschlecht
Alter
4 14190
we iblich männ lich we iblich we iblich w eiblich männ lich we iblich männ lich
87 57 64 64 69 77 53 52
520190 521 /90 536190 237 /90 544/90 545 /90 551 /9 0
wie folgt : einmal da s Bewegungssegment L1/2, fünfmal L2/3 und L4/5, sechsma l L3/4 und viermal das Segment L5/SI. Nach der kernspint omograph ischen Untersuchung wurden die Lend enwirb elsäul en von der anhaftenden Muskulatur und allen posterior en Element en befreit und in Bewegungssegmente (d . h. ';' Wirbelkörp er Band scheibe - ';' Wirbelk örper) unt erteilt . Die ligarnent ären Verbindungen zwischen den Wirbelkörp ern wurden makroskopisch nicht geschä digt. Ein präpariertes Bewegungssegment wurd e in einer elektro -mecha nischen Ma terial-Test masc hine getestet (Abb . I). Dazu wur de es mit Knochenzement zwischen 2 parallel ausgerichteten Platt en fixiert , wobei die Mittelebene der Bandscheibe parallel zu der Ebene der Meßsonde für die radia le Ausdehnung zentriert wurd e (Abb . 2a und 2b). Damit konnte gewährleistet werden, daß die Richtung der axialen Belastun g senkrecht zur Mittelebene der Band scheibe war. Flexion , Extensio n und Seitneigung wurden auf diese Weise verhindert und infolgedessen anguläre Bewegungen, die Scherkräft e in der Band scheibe erzeugen könnten, verhütet. Nach Per foration des Annulus fibrosu s mit einem Trephine wurde mit Hilfe einer Nuk leusfa ßzange Bandscheibengewebe entfernt. Über einen Thermostaten und eine Wasserp umpe wu rde die Temperatur während eines Untersuchungsvorganges auf 37 Grad Celsius geha lten. Um zu Versuchsbeginn eine physiologische Bean spru chun g des Bewegungssegmentes zu simulieren, wurde vor dem Anfan g einer Testserie das Präparat zunächst über 30 Minu ten mit 1000 N vorbelastet. Der Wert der dadurch entsta ndenen Höhenänd erung wurde registriert und bei den anschließenden Höhenmessungen nach Entnahme standa rdisierter Mengen Nukleusgewebe berücksichtigt . Bevor Band scheibengewebe entfernt wurde, wurde die axiale Kraft auf 500 N redu ziert ; dies entspricht der Belastun g beim Lebenden im Liegen. Anschließend erfolgte die Diskektomie unter einer axialen Belastung von 500 N. Die Messungen der verschiedenen Parameter wurden unter einer axialen Belastun g von 1000 N dur chgeführt , die derjenigen beim Lebend en beim Stehen oder leichter körperlicher Arbeit entspricht (12). 0
Daten der untersuchten Lendenw irbelsäulenpräpara-
W irbelsäulennumme r
J.
J. J. J.
J. J. J.
J.
Todesursache
I
Akuter Herztod Respirato rische Insuff . Hirnmassenblutung Kardiogener Shock Herzinsuff izienz Tumorle iden Akuter Herztod Respirator ische Insuff .
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Abb . 1 Die elektromech anische Material-Testmasch ine der Firma Otto Wolpert-Werke Gmb H, Ludw igshafen /Rhein.
Dieses Dokument wurde zum persönlichen Gebrauch heruntergeladen. Vervielfältigung nur mit Zustimmung des Verlages.
Einleitung
Z. Orthop . 130 (1992)
Z. Orthop. /30 (/992)
W. H. M. Castro und Mitarb. A bb . 2 Abb. 2a: Position der Meßson de in Relation zur M itteiebene der Bandsche ibe tunkst. Abb. 2b : Fixierung eines Sewegungsseg mentes im Knochenzement zw ischen den parallel gelegenen Soden- und Deckplatten (rechts).
Es wurden die folgenden parameter gernessen:
- der inttadiskale Druck - die Höhenveränderung des Bewegungssegmentes - die Kontur der Bandscheibe in ihrer Mittelebene und die Fläche der Band scheibe
Der intradiskaie Druck wurde mit einem Halbleiter-Druckaufnehmer , der in ein Edelstahlröhrchen von 2,4 mrn Durchmesser eingebaut war, gemessen. Die empfindliche Fläche des Druckau fnehmers befand sich an der Stirnseite des Röhrchens. Der Transducer wurde durch eine Führungskanüle von posterolateral mit konstanter Eindringtiefe in das Zentrum der Bandscheibe gelegt. Führungskanüle und Druck sonde wurden 2 mm zurückgezogen und der intradiskaie Druck wurde gemessen. Artefakte durch Druck des Transducers gegen eine feste Faserstruktur wurden auf diese Weise verhütet. Das Druckmeß gerät lieferte ein Millivolt-Signal, welches proport ional zum Druck ist (50 mV = I Bar = 0,1 MPa) . Der Meßbereich des Geräte s lag zwischen und 30 Bar.
°
Die Höhenveränderung eines Bewegungssegmentes wurde opt oelektronisch gemessen (Meßbereich: 0-100,00 mm). Der Meßfehler beträ gt 0,01 mm. Die Kontur der Bandscheibe wurde mit Hilfe einer Meßsonde , die an drei elektronische Tran sducer gekoppelt war , über die gesamte Zirkumferenz der Band scheibe gemessen. Der Kopf der Meßsonde hat die Form eines Halbzylinders mit einem Radius von 2,5 mm und einer Höhe von 5 mm . Damit berührt der Kopf den Diskus an der Stelle der größten radialen Ausdehnung. Die 5 mm-H öhe des Kopfes kompensiert außerdem geringe Differ enzen in der Einstellung der Mitt elebene der Bandscheibe gegenüber der Eben e der Meßeinrichtung (2). Vor jeder Testserie am Bewegungssegment wurde mit Hilfe zylindrischer Testkörper die Meßeinrichtung kalib riert . Der Fehler in den Koordinaten der Konturmessung war
kleiner als 0,02 mm . Nach Abtasten mit der Meßsonde ergab die Mittelebene der Bandscheibe eine Diskuskontu r, die auf dem Mon itor eines angeschlossenen Computers dargestellt wurde. Nach jeder Entnahme einer definierten Gewebemenge aus der Bandscheibe wurde eine neue Diskuskontur gemessen. Diese wurde auf die Ausgangskontur projiziert (Abb. 3), so daß die Veränderungen der radialen Au sdehnung vom Computer ausgewertet werden konnten . Die festgestellte Veränderung der radialen Au sdehnun g wurde definiert als der Durchschnitt swert der Konturdifferenz gemessen in radialer Richtung (3). Angesichts der Tatsache, daß an der Eintrittsstelle der Nukleusfaßzange eine deutli che Eindellung der Diskuskontur auftrat, wurde für die spätere Auswertung der Veränderung der rad ialen Ausdehnun g die Bandscheibe in 4 Quadranten unterteilt: zwei anterolaterale und zwei posterolatera le. Mit einer 10fachen Vergrößerung konnte auf diese Weise die radiale Ausdehnung in mm nach jeder Entnahme von 1,0 g Nukleusgewebe für jeden Quadranten errechnet werden. Anh and der festgelegten Diskuskontur konnte an schließend nach j eder Messung die Fläche der Bandscheibe vom Computer errechnet werden. Die entnomm enen Mengen Bandscheibengewebe wurden sofort nach Entnahme auf 0, 1 g genau gewogen. 1m weiteren Text wird das mittels der NA PLDMethode entnommene Gewebe als .in-vitro Nuk leusgewebe' gekennzeichnet. Nach Abschluß einer Testserie an einem Bewegungssegment wurde dieses Gewebe über 45 Minuten in isotoni sche Kopchsalzlösung eingelegt. Dadurch konnte eine maximale Flüssigkeitsaufnahme und -benetzung des in-vitro Neukleusgewebes erfol gen. Nach 45 Minuten wurde dieses feuchte Gewebe erneut gewogen; wir bezeichnen dieses Gewicht als ,Naßgewicht' . Anschließend wurde das Nukleu sgewebe gefrierget rocknet und wiederum gewogen (,Tra ckengewicht') .
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Pathogenese und Prävention der sp astischen Hüftlu xation
Abb, 3
Projek-
tion eine r Diskuskontur nach Ent-
nahme von 3 ,0 Gramm Diskusgewebe auf die Ausga ngskontur der Bandsche ibe . Ve rgrößert ist die Differen z der zw eiten
gegen die erste Kontur (in radialer Richtu ng) um den
Z. Orthop, 130 (1992)
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Tab . 2 Einteilung des Degener ationsgrades der Bandschei be nach Galan te (5l. Grad
I; No rma ler Diskus. Annulus frei von Rupturen und
weiß; we iße r gallertart iger Nukle us. Grad I:
Der Diskus erscheint normal, doch der Nukleus ist fibröser; Grenze Annulus - Nukleus ist deutlich .
Grad 111: isolierte Fissuren im Annulus. Trockene r Nuk leus, verfärbt . Die Abg renzung A nnulus - Nukleus w ird unscharf. Grad IV : Rupture n und Sequester im A nnulus und Nukleus . Marginale Osteophyten oft nachw eisbar.
Tab, 3
Bandscheibenfläche (cm 2l, m ittlere Druc kspannun g
(Nfcm2 ; 10 Nfcm2 = 1 Bar ) und intradiskaler Druck (Bar) bei 1
Nach Beendigung einer Testserie an einem Bewegungssegment wurde die Bandscheibe in der transversalen Ebene du rchtrennt und makroskopisch auf ihren Degener ationsgrad nach der Einteilung von Galante (5) beurteilt (Tab , 2),
Die stat istische An alyse der Dat en erfolgte mit dem Friedman -Test, wobei das Signifik anz-Niveau p < 0,0 5 betru g.
Ergebnisse
Der Degenerationsgrad der 21 untersuchten Band scheiben nach der Einteilung von Galante (5) zeigte einmal Grad III (Segment Nt. 14 L4/5) und zwanzigmal Grad I bis 11, wobei eine exakte Differenzierung zwischen den beiden nicht sicher möglich war.
Tabelle 3 enthä lt die Meßwerte der Band scheibent1äche, des intradiska ien Dru cks und der mittleren Dru ckspannung, bestimmt bei einer axialen Last von 1000 N . Die mittlere Druckspannun g ist der Quotient aus axialer Kraft geteilt dur ch Fläche der Band scheibe. Im Mittel beträgt die Dru ckspannung 5,51 ± O,84 Bar. Aus der Ta belle wird ersichtli ch, daß der intradiskaie Dru ck da s 1,66fache der mittle ren Dru ckspannung ist . Dieses
kN axialer Last.
Nr.
1. 2. 3, 4, 5 6, 7, 8 9, 10, 11. 12, 13. 14, 15, 16. 17, 18. 19, 20, 21.
L2/3 L3/4 L4/5 L5/1 Ll /2 L2/3 L3/4 L4/5 L5/1 L2 /3 L3 /4 L4 /5 L5/1 L4/5 L5/1 L2/3 L3 /4 L3/4 L4/5 L2/3 L3 /4
M ittelwert :
mittlere Druckspann ung
intradiskaler Druc k
20 ,48 22,24 21,64 18,2 7 15,09 15,96 16,09 15,56 14, 25 19,3 7 20,0 9 19,36 16,72 21,23 15,33 15,56 18 ,07 22,20 24,29 17,6 7 20,20
4,88 4,50 4,6 2 5,47 6,6 3 6,27 6,22 6,43 7,0 2 5,16 4,9 8 5,17 5,98 4,7 1 6,52 6,43 5,53 4,50 4,12 5,66 4,95
8,5 6 8,0 6 7,80 10,70 8,20 11,76 11,50 10 ,94 9,60 8,30 8 ,60 8,74 9,20 7,70 10,48 12,12 9,98 7,72 6,92 8,10 8,20
18,55
5,51
9,20
Verhältni s ist in Übereinstimmung mit den Ergebnissen
von Na chemson (12). Je Gramm entnommenen Nukleusgewebes verringert sich die Höhe des Zwischenwirbelraumes im Dur chschnitt um 0,77 ± 0,33 mm (Tab , 4). Die statistische Auswertung mit dem Friedman -Test ergab, daß die Veränderung der Höhe nach den einzelnen Entnahmen von je 1,0 Gram m, d. h. die globa le Verän derung, hoch-signifikant ist (p
