Biomechanische Analyse der Lendenwirbelsäule nach Implantation einer Bandscheibenendoprothese sowie ergänzender Spondylodese als Komplikationsmanagement

Zusammenfassung

Studienziel: Ziel der Untersuchungen war die Frage, inwieweit sich die mono- und mehrsegmentale Beweglichkeit der Lendenwirbelsäule (LWS) nach Bandscheibenprothesenimplantation (BSPI) verändert und ob sich bei auftretenden Komplikationen (Dislokation oder Migration der Bandscheibenprothese) eine ausreichende Stabilität des Bewegungssegments durch eine dorsale Spondylodese erzielen lässt. Zur Beantwortung dieser Fragen erfolgte die Untersuchung von LWS-Präparaten vor und nach BSPI sowie nach dorsaler Spondylodese im Wirbelsäulenversuchsstand. Methode: Nach röntgenologischem Ausschluss höhergradiger degenerativer Veränderungen und osteodensitometrischem Ausschluss einer höhergradigen Osteoporose (T-Score > −3,0) erfolgte eine Verformungsmessung im Wirbelsäulenversuchsstand mit automatischer elektromechanischer Lastaufbringung von 10 Nm. Die Prüfung von 13 LWS-Präparaten beinhaltete eine multisegmentale Untersuchung in Flexion, Extension, Seitneigung und Seitdrehung. Die Aufzeichnung der relativen Bewegungsausschläge der LWS im Wirbelsäulenversuchsstand erfolgte mittels Ultraschalldetektoren (Zebris®). Im 2. Schritt erfolgte die Messung nach Implantation einer Bandscheibenprothese (BSP) im Bewegungssegment L3/4 und im 3. Schritt die Messung nach ergänzender dorsaler Spondylodese mit Fixateur interne. Ergebnisse: Nach Implantation der BSP im Bewegungssegment L3/4 verzeichneten wir gegenüber der Messung ohne Implantat eine erhöhte Seitneigung und Seitdrehung der Lendenwirbelsäule. Die ermittelten Werte betrugen für die Seitneigung eine Zunahme von +74 % für das Bewegungssegment L3/4 und +3 % für die gesamte LWS sowie bei der Seitrotation +72 % für das Bewegungssegment L3/4 und +30 % für die gesamte LWS. Die Flexion und Extension reduzierte sich nach Einbau der BSP um durchschnittlich −11 %. Nach ergänzender dorsaler Spondylodese mit Pedikelschrauben verringerten sich die Bewegungsausmaße der LWS im Wirbelsäulenversuchsstand (Flexion/Extension −74 %, Seitneigung −75 %, Seitdrehung −51 %). Schlussfolgerung: Die BSPI erhält (Flexion/Extension) beziehungsweise verbessert (Seitneigung/Seitdrehung) die Beweglichkeit der LWS. Bei Auftreten von Komplikationen wie Dislokation oder Migration des Implantats und sekundären degenerativen Veränderungen ist eine spätere dorsale Spondylodese mit erwünschter Einschränkung der LWS-Beweglichkeit möglich.

Abstract

Study Design: The aim of our investigations was to study the question as to what extent the mono- and multisegmental mobility of the lumbar spine (LS) differs after implantation of a disc prosthesis (DP) and if, in case of postoperative complications (dislocation or migration of the disc prosthesis), a sufficient stability of the motion segment can be achieved with a spinal fusion. To answer these questions we examined in corpse the mobility of the LS before and after DP implantation as well as after spinal fusion by using a load simulator for mobility and stability investigations of the lumbar spine. Method: After radiological exclusion of higher degenerative changes (X‐ray in two planes) and exclusion of high-grade osteoporosis by using a pQ‐CT scan with measurement of the bone mineral density (T score > −3.0), the first step was the multisegmental measurement of the thirteen unfixated LS specimens without DP by automatic electromechanical load-bearing. The measurements of mobility of the LS were done in flexion, extension, side-bending and side-rotation with a reproducible load of 10 Nm. The analysis of the movements during flexion and extension as well as side-bending and side-rotation were done by an ultrasonic detection system (zebris®). In the second step the excursions were measured after implantation of the DP in L3/4 and in the third step after additional dorsal spinal fusion. Results: After implantation of the artificial disc in L3/4 the mobility in side-bending and side-rotation increases in comparison to the LS without surgery. For side-bending we found an increasing amount up to +74 % for the single motion segment L3/4 and +3 % for the total LS, respectively, for the side-rotation an increase of mobility up to +72 % for the single motion segment L3/4 and +30 % for the total LS. On the other hand a decreased mobility of −11 % for flexion and extension was found with an artificial disc in comparison to the lumbar spine. After additional dorsal spinal fusion of L3/4 the mobility obviously decreases in all directions (flexion/extension −74 %, side-bending −75 %, side-rotation −51 %). Conclusion: The DP preserves (flexion/extension) and, respectively, improves (side-rotation/side-bending) the mobility of the LS. In cases of complications like dislocation or migration of the DP and secondary degenerative changes, the dorsal spinal fusion with restricted movements of the LS afterwards is a possible treatment solution.

Schlüsselwörter

Bandscheibenprothese - Biomechanik - Lendenwirbelsäule - Spondylodese

Key words

artificial intervertebral disc - biomechanics - lumbar spine - spinal fusion

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