In vivo Evaluation eines posterioren dynamischen Stabilisationssystems am lumbalen ovinen Bandscheibendegenerationsmodell: eine biomechanische Studie

Abstract

Die operative Therapie bei degenerativen Wirbelsäulenerkrankungen, die mit einer Instabilität des betroffenen Segmentes einhergehen, beinhaltet häufig die Fusionierung des Wirbelsäulensegmentes. Dadurch lässt sich in der Regel eine Besserung der Beschwerden erzielen, doch geht gleichzeitig die Funktion eines Segmentes verloren. Die damit entstehende Mehrbelastung der Nachbarsegmente kann zu einer Anschlussdegeneration führen. Die ursächlichen degenerativen Prozesse am betroffenen Segment werden nicht therapiert. Das Konzept der dorsalen dynamischen Stabilisierung zur Therapie degenerativer Wirbelsäulenerkrankungen beinhaltet die Stabilisierung des Wirbelsäulensegmentes bei gleichzeitigem Erhalt der Funktion. So soll ein Fortschreiten der Degenerationskaskade verhindert werden. Bisherige Systeme wurden fast ausschließlich in vitro biomechanisch untersucht. Valide Daten über das biomechanische Verhalten nach In-vivo-Exploration fehlen bislang. Es war daher Ziel dieser Studie, die biomechanischen Eigenschaften eines posterioren dynamischen Stabilisierungssystems (PDSS) nach einem Jahr in vivo zu charakterisieren. Dazu wurden je 20 Schafe randomisiert den Gruppen A und B zugeordnet. Bei allen Schafen führten wir eine Nukleotomie des Segmentes L3/4 zur Induktion einer Bandscheibendegeneration durch. Anschließend wurde bei den Tieren der Gruppe B das Segment L3/4 durch das PDSS stabilisiert. Die Tiere der Gruppe A erhielten als Kontrollgruppe keine weitere operative Versorgung. Nach 12 bzw. 48 Wochen Standzeit erfolgte bei 10 Schafen jeder Gruppe die Euthanasie und anschließende Präparation und biomechanische Untersuchung der Segmente L3/4 und L2/3. Dabei wurde die Neutrale Zone (NZ) sowie die Range of Motion (ROM) der Präparate bidirektional für die Flexion/Extension, die Seitneigung und die Rotation bestimmt. Bei den Segmenten der Gruppe B erfolgte nach Explantation des PDSS eine erneute biomechanische Testung. Zum Vergleich der Ergebnisse standen uns biomechanische Daten eines nativen Segmentes sowie eines in vitro nukleotomierten Segmentes zu Verfügung. Beim Vergleich der Ergebnisse der nukleotomierten Gruppe (Gruppe B) mit denen mit zusätzlicher Implantation der PDSS (Gruppe A) zeigten sich in den meisten Messungen nach 12 und nach 48 Wochen signifikant kleinere Ergebnisse in der Implantat-Gruppe, nur die NZ nach 48 Wochen der Seitneigung und der Rotation ergaben keine signifikanten Unterschiede. Dabei waren alle gemessenen Auslenkungen der Gruppe A, abgesehen von der NZ der Seitneigung nach 48 Wochen, signifikant geringer als die Auslenkungen eines nativen Segmentes. Die signifikante Differenz zum nativen Segment blieb in der Implantat-Gruppe auch nach Entfernung der PDSS erhalten, einzig die NZ der Seitneigung nach 48 Wochen zeigte diese nicht. Die Ergebnisse belegen, dass das PDSS in der Lage ist, ein destabilisiertes Segment zu stabilisieren. Es wird dabei jedoch keine physiologische Beweglichkeit gewährleistet. Auch Hinweise auf eine positive Beeinflussung in Bezug auf den Degenerationsprozess finden sich nicht. Somit kann das getestete System die gestellten Anforderungen nicht erfüllen. Es ähnelt in seinen biomechanischen Eigenschaften einer rigiden Stabilisierung. Es sind weitere Untersuchungen nötig, um ein dynamisches Stabilisierungssystem zu entwickeln, welches die Funktionalität bei gleichzeitiger Stabilisierung des Segmentes gewährleisten kann.

Operative therapy of degenerative instable spinal diseases often includes a fusion of the affected spinal segment. This leads to a relief of pain but also to a loss of the segmental function. The resulting overcharge of the adjacent segment may cause a adjacent segment degeneration. Fusion does not treat the causal degenerative processes of the affected segment. The concept of dorsal dynamic stabilization for a therapy of degenerative spinal diseases includes the stabilization of the spinal segment and concurrent a preservation of the spinal function. Thus the degenerative cascade shall be stopped. Previous systems nearly solely have been investigated biomechanical in vitro. Valid data of the biomechanical behavior after in vivo exploration are missing. Therefore it was the aim of this study to characterize the biomechanical properties of a posterior dynamic stabilization system (PDSS) after one year in vivo. 40 sheep of were randomized and distributed into the group A and B. All sheep underwent a nucleotomy of the segment L3/4 to induce disc degeneration. Following the segments L3/4 of the animals of group B were stabilized with the PDSS. Group A was defined as the control group, so no second operation was done. After 12 respectively 48 weeks 10 sheep of every group underwent euthanasia, preparation and biomechanical investigation of the segments L3/4 and L2/3. Neutral Zone (NZ) and Range Of Motion (ROM) were measured bidirectional for flexion/extension, lateral bending and rotation. The segments of group B were tested again after explantation of the PDSS. For comparison biomechanical data of a native segment and a segment after in vitro nucleotomy were available. The PDSS group (group A) showed in the most measurements after 12 and 48 weeks significant less results in comparison to the nucleotomy- group (group B), only the NZ after 48 weeks of the lateral bending and rotation showed no significant differences. All measured deflections of group A, except for the NZ of the lateral bending after 48 weeks, presented results, which were significant less than the deflection of a native segment. The significant difference in comparison to a native segment remained after removal of the PDSS. The results substantiate, that the PDSS is able to stabilize an instable segment. But no physiological movement is achieved. Also clues of a positive influence on the generative process are missing. For that reason the tested system can not comply with the requirements. The biomechanical characteristics resemble a rigid stabilization. Further investigations are needed to develop a dynamic stabilization system which guarantees the function with concurrent stabilization of the segment.