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Morphologie
Eine normale Form unserer Wirbelsäule ist essentiell für eine ergonomisch, aufrechte Körperhaltung wie auch für die normale Funktionalität des Rückenmarks und der Rückenmarksnerven. Eine abnormale Form, also eine Deformität der Wirbelsäule kann viele Ursachen habe, wie beispielsweise angeborene Fehlbildungen der Wirbel, Erkrankungen des Gehirns, der Muskeln oder des Bindegewebes, Abnutzungserscheinungen an den Bandscheiben und Zwischenwirbelgelenken, Fraktur von Wirbeln, Entzündungen der Bandscheiben. Die Folgen einer Deformität können sehr unterschiedlich sein und reichen von einer gestörten, verminderten Körperwahrnehmung, über Schmerzen bis hin zu Störungen der Lungenfunktion, des Herzkreislaufystems oder des Rückenmarkes. Die Frage wie nun genau die Form einer gesunden Wirbelsäule aussieht, ist nicht so einfach zu beantworten, da diese von Mensch zu Mensch in einigen Aspekten stark variiert. Weiters ändert sich die Form während unseres Lebens ständig. Das wesentliche Grundprinzip einer normalen Form jedoch ist einheitlich, mit nur wenig Variation: der Schwerpunkt des Kopfes und des Brustkorbes liegen vertikal über dem Schwerpunkt des Beckens;
Abbildung 1a und 1b zeigt die normale Form einer Wirbelsäule eines Erwachsenen in 2 Ebenen. In Abbildung 1b ist zu sehen, dass in der Ansicht von vorn (frontale Ebene) die Wirbelsäule gerade, vertikal angelegt sein muss. Eine Abweichung von dieser Form wird Skoliose genannt. In der seitlichen Eben (sagittale Ebene) ist die Form gekennzeichnet durch drei harmonische Kurvaturen. Die Halswirbelsäule ist in Ihrer Krümmung in Ihrer Konvexität nach vorne gerichtet, die Brustwirbelsäule in ihrer Konvexität nach hinten und die Lendenwirbelsäule wiederum nach vorne. Die Krümmung der Hals- und Lendenwirbelsäule sind wie erwähnt nach vorne gerichtet und werden Lordosen genannte, während die Krümmung der Brustwirbelsäule nach hinten gerichtet ist und Kyphose genannt wird. Deformitäten in dieser Ebene werden je nach Krümmungsrichtung entweder Kyphosen oder Lordosen genannt, wobei in Realität die meisten Deformitäten in der sagittalen Ebene Kyphosen sind. Das Ausmass der Krümmung der drei Wirbelsäulenabschnitte wird jeweils mittels Winkelmass angegeben: CL, TK, LL (siehe Abbildung 1a). Diese drei Werte verändern sich im Laufe des Lebens, wie in Abbildung 2 zu sehen ist1: die Krümmung der Lendenwirbelsäle nimmt ab, während die Krümmung der Brust- und Halswirbelsäule zunimmt. Abbildung 3 zeigt im Detail wie sich die Form der Wirbelsäule im Verlaufe des Lebens verändert. Es ist zu bemerken, dass einerseits das Alter einen Einfluss auf die Form der Wirbelsäule hat, andererseits werden die Ausmasse der Krümmungen auch bestimmt durch die individuelle Form des Beckens, welche zwischen Menschen erheblich variiert. Insbesondere der Neigungswinkel des Sakrums (PI Winkel in Abbildung 1a) hat grossen Einfluss auf das Ausmass der Krümmung der Lendenwirbelsäule und sekundär auch auf die Krümmung der Brust- und Halswirbelsäule. Der PI Wert ist nach Abschluss des Knochenwachstumes nahezu konstant während des Lebens. Normalwerte für PI liegt zwischen 40 und 65°. Der Körper hat aber noch die Möglichkeit über die Neigung des Sakrums zu modifizieren durch eine Änderung des PT Winkels (siehe Abbildung 1a). Dies ist ein wichtiger Kompensationsmechanismus bei vielen Wirbelsäulendeformitäten. Obwohl zwischen Menschen die Krümmungsausmasse unterschiedlich sind, das schlussendliche Ziel des Körperaufbaus ist es, den Schwerpunkt des Kopfes und des Thorax vertikal über dem des Beckens stehen. Die in Abbildung 1a dargestellte C7 „plumb line“ (C7PL) ist eine wichtige Messung, welche angibt ob die Brust- und Lendenwirbelsäule global in normaler Form sind. Diese vertikale Linie mit Startpunkt im Zentrum des Halswirbelkörpers 7 soll nahe der Hinterkante des ersten Sakralwirbels verlaufen. Ist dies nicht der Fall, so liegt eine Deformität der Brust- und/oder Lndenwirbelsäule in der sagittalen Eben vor. Analoges gilt für die Halswirbelsäule. Die C2PL soll nahe der Hinterkante des Halswirbelkörpers 7 verlaufen (Abbildung 1a). Ist dies nicht der Fall, so liegt eine Deformität der Halswirbelsäule vor, obwohl auch Deformitäten der Brust- oder Lendenwirbelsäule Einfluss auf die C2PL haben können ohne dem Vorliegen einer Halswirbelsäulendeformietät. Beide Werte, C2PL und C7PL verändern sich auch im Laufe des Lebens, was in Abbildung 4 zu sehen ist.
Wachstum der Wirbelsäule und Lunge
Ein genaueres Verständnis des Skelettwachstumes, insbesondere der Wirbelsäule und des Wachstums der Lunge sind im Kontext von kindlichen Wirbelsäulendeformitäten wichtig. Grund dafür ist, dass Wirbelsäulendeformitäten während der Phasen eines raschen Knochenwachstums tendenziell rasch zunehmen. Es ist zu beachten, dass jedoch die Zunahme einer Deformität den Phasen erhöhten Skeletwachstumes etwas hinterherhinkt. Dies ist der Grund warum beispielsweise eine Korsetttherapie bei jugendlicher Skoliose oder der Scheuermann’scher Erkrankung bis mehrere Monate nach dem Ende des Knochenwachstums zu erfolgen hat3. Die Abbildung 5 zeigt die jährlichen Wachstumsraten des Körperstammes für Mädchen und Jungen. Hierbei zeigt sich, dass es im Kindes- und Jugendlichenalter zwei Phasen erhöhter Wachstumsraten gibt: in den ersten beiden Lebensjahren sowie zu Beginn der Pubertät. Wie erwähnt ist damit zu rechnen, dass kindliche Wirbelsäulendeformitäten, wie die kongenitale Skoliose oder die idiopathische Skoliose des Jugendlichenalter, oder aber auch die Scheuermann’sche Erkrankung, während dieser Phasen deutlich an Schwere zunehmen. Die Abbildung 6 zeigt nochmals eine detailliertere Ansicht des Wirbelsäulenwachstums während der Pubertät, wobei sich Unterschiede zwischen Mädchen und Jungen zeigen: Mädchen erreichen sowohl des maximale Wachstumsstadium wie auch das Ende des Wachstums früher als Jungen. Die maximale Wachstumsgeschwindigkeit ist bei Jungen etwas höher. Viele Knochen im menschlichen Körper entstehen im Verlaufe des Kindes- und Jugendlichenalters durch die Verschmelzung mehrerer Knochenkerne. Mittels eines Röntgenbilds beispielswiese des Beckens oder Ellenbogens kann so eine relativ genaue Abschätzung gemacht werden in welchem Wachstumsstadium sich ein Jugendlicher befindet. Die roten und gelben Punkte in Abbildung 6 zeigen das Auftreten von gewissen Referenzpunkten im Knochenwachstum, welche Rückschlüsse auf das Knochenalter zulassen. In der gleichen Abbildung ist eine wichtige vertikale Referenzlinie eingezeichnet: Sollte es vorkommen, dass ein Kind oder Jugendlicher eine so starke Wirbelsäulendeformität aufweist, dass eine Operation nötig ist, muss das Auftreten eines sog. „crankshaft“ Phänomens beachtet werden. Jeder Wirbelkörper hat ein Wachstumszentrum im vorderen wie auch im hinteren Bereich. Wenn nun eine Operation durchgeführt wird, bei der Wirbelkörper versteift werden, so wird dies in der Regel entweder von vorne (durch den Brustkorb) oder hinten (durch den Rücken) durchgeführt. Wenn nun beispielsweise eine Versteifung der hinteren Elemente erfolgt, bevor der Patient das maximale Knochenwachstum erreicht hat, so kann es im Verlauf nach der Operation zu einer Zunahme der Deformität kommen. Bedingt ist dies dadurch, dass die Teile der Wirbelkörper, welche nicht versteift sind (in diesem Beispiel die vorderen Anteile) weiter wachsen. Ist die Phase des maximalen Knochenwachstums überschritten, so tritt das sogenannte crankshaft Phänomen nicht mehr auf. Die Abbildung 7 zeigt eine weitere wichtige Referenzlinie im Knochenwachstum der Wirbelsäule mit Relevanz im Hinblick auf chirurgische Eingriffe. Im Verlaufe der Skelettentwicklung entstehen die Wirbel aus mehreren sogenannten Verknöcherungszentren welche im Verlaufe des Wachstums zu einem Knochen verschmelzen. Der Übergang zwischen dem vorderen und hinteren Verknöcherungszentrum am Wirbel wird „neuro-centrale“ übergangszone genannt. Das Verschmelzen dieser beiden Bereiche zu einem Knochen indiziert, dass das Wachstum der hinteren Wirbelanteile (Wirbelbogen) nahezu abgeschlossen ist. Wird eine versteifende Operation eines Wirbelsäulenabschnittes durchgeführt vor dem Verschluss der „neuro-centralen“ übergangszone, so besteht die Gefahr, dass im weiteren Verlauf das Wachstum des Wirbelbogens gehemmt wird und so im Verlauf eine Verengung des Wirbelkanals entstehen kann.
Deformitäten, welche bereits in den ersten beiden Lebensjahren vorhanden sind und die Brustwirbelsäule betreffen können einen negativen Effekt auf die Entwicklung der Lunge haben. Wie in Abbildung 8 zu sehen ist findet ein wesentlicher Teil der Lungenentwicklung in den ersten beiden Lebensjahren statt. In dieser Zeit entsteht eine grosse Anzahl an Alveolen, die funktionelle Einheit der Lunge. Ist während dieser Zeit der Brustkorb durch eine Wirbelsäulendeformität eingeschränkt, kann es zu einer Minderentwicklung der Lunge kommen.
Weiterführende Literatur
Referenzen
1. Attiah M, Gaonkar B, Alkhalid Y, et al. Natural history of the aging spine: a cross-sectional analysis of spinopelvic parameters in the asymptomatic population. J Neurosurg Spine. 2019:1-6.
2. Schlosser TP, Janssen MM, Vrtovec T, et al. Evolution of the ischio-iliac lordosis during natural growth and its relation with the pelvic incidence. Eur Spine J. 2014;23(7):1433-1441.
3. Cheung JPY, Cheung PWH, Samartzis D, Luk KD. Curve Progression in Adolescent Idiopathic Scoliosis Does Not Match Skeletal Growth. Clin Orthop Relat Res. 2018;476(2):429-436.
4. Schlosser TP, Vincken KL, Attrach H, et al. Quantitative analysis of the closure pattern of the neurocentral junction as related to preexistent rotation in the normal immature spine. Spine J. 2013;13(7):756-763.
5. Thurlbeck WM. Postnatal human lung growth. Thorax. 1982;37(8):564-571.