Visualisierung mikrozirkulatorischer Perfusion humaner Erector spinae Muskulatur bei Wirbelsäulendegeneration durch Seitenstrom-Dunkelfeld-Bildgebung

Abstract

Rückenschmerzen infolge lumbaler Bandscheibendegeneration sind eine der global am meisten verbreiteten Erkrankungen. Diese führen zu individuellen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Belastungen (Homayouni et al., 2018). Weltweit leiden ca. 84% der Bevölkerung darunter (Salzberg et al., 2013). Faktoren, die dieses Erkrankungsbild bedingen und zur Beeinträchtigung der paraspinalen Muskulatur sowie zur mikrozirkulatorischer Dysfunktion führen, sind noch nicht vollständig geklärt. Für Patienten mit chronischen Rückenschmerzen ist erwiesen, dass ihre Muskulatur in Stärke und Funktion geschwächt ist (Sung et al., 2008). Kontrovers wird der Zusammenhang zwischen Degeneration der Wirbelsäule und des Verfettungsgrads diskutiert (Kalichmann et al., 2017). Auch wurden bereits auf die Degeneration einflussnehmende genetische und molekularbiologische Prozesse untersucht (Wallace, G.Q. und McNelly, EM., 2009), aber die einfachsten physiologischen Parameter, wie die Durchblutung der Erector spinae Muskulatur, sind in der aktuellen Literatur nicht zu finden. In dieser Arbeit wurde der Zusammenhang zwischen Wirbelsäulendegeneration, Verfettungsgrad und mikrovaskulärer Durchblutung der Erector spinae Muskulatur anhand von intraoperativen Messungen an Patienten, die unter Wirbelsäulendegeneration litten, untersucht. Diese prospektive Studie schloss 19 Patienten, die aufgrund von Degeneration der Lendenwirbelsäule operiert (TLIF) wurden, ein. Intraoperativ wurden anhand von Seitenstrom-Dunkelfeld-Bildgebung (SDF-Imaging) Durchblutungsparameter erfasst. Diese wurden mit prä- und postoperativ erhobenen Fragebögen bezüglich der körperlichen Funktion und Schmerzempfindung sowie des Verfettungsgrads der Erector spinae Muskulatur in Zusammenhang gestellt. Die Kontrollgruppe (n=8) bildeten Patienten, die mit akuter Wirbelkörperfraktur über die Rettungsstelle der Charité operativ versorgt wurden. Die ermittelten Daten zeigten einen gleichbleibenden Kapillardurchmesser beider Gruppen, während die funktionelle Kapillardichte in der Kontrollgruppe höher lag. Die Erythrozytenfließgeschwindigkeit und der kapillare Blutfluss zeigten jeweils einen signifikanten Anstieg zwischen dem Kollektiv mit degenerativer WS-Erkrankung und der Fraktur-Gruppe. Alle drei Fragebögen (VAS, SF-36, ODI) zeigten postoperativ eine Verbesserung. Der mittels MRT erhobene Verfettungsindex zeigte beidseits eine signifikant höhere Verfettung des M. erector spinae im Vergleich zum homogenen M. iliopsoas. Eine Korrelation bestand zwischen Verfettungsgrad der rechten Seite des erector spinae und der zunehmenden Kapillardichte und des steigenden funktionellen Blutflusses. Diese Daten zeigen richtungsweisend, dass die Degeneration der Wirbelsäule Einfluss auf die Durchblutung der Rückenmuskulatur nimmt. Zudem konnten erstmals in der Literatur entsprechende Durchblutungsparameter erhoben und die Visualisierung der mikrozirkulatorischen Perfusion der humanen Rückenmuskulatur durchgeführt werden.

Chronic back pain caused by lumbar disc degeneration is one of the most widely spread diseases in the world. It is accompanied with major personal, social and economic burden (Homayouni et al., 2018). 84% of all adults are suffering from back pain and so it is one of the most economically intense diseases in western industrial countries (Salzberger et al., 2013). The factors which lead to this disease and its chronification with the impairment of paraspinal muscles and microcirculatory dysfunction is not fully understood. But it is known that muscles of chronic back pain patients are weakened in strength and function (Sung et al., 2008). There are relevant studies and discussions, like the correlation of the spinal and fatty degeneration (Yanik et al., 2013) or the influence of genetics and molecular biological processes on degeneration (Wallace, G.Q. and McNelly, E.M., 2009). But still today, one of the most essential physiological processes, the microcirculation of the erector spinae muscle has never been examined. Therefore, this study was conducted to show the influence of fatty infiltration of the erector spinae muscle and its microcirculation with intraoperative measurements on patients suffering from degenerative spinal disease. This project included altogether 27 patients, 19 suffering from mono- and bisegmental lumbar disc degeneration and 8 with osteoporotic or traumatic vertebral body fractures, which served as the control group. All of them underwent surgery (posterior stabilization/ spondylodesis). Pre- and postoperatively the individual pain score (VAS), the Oswestry disability index (ODI) and disease specific quality of life (SF-36) were evaluated. To show the fatty muscle degeneration preoperative MRI-scans were used and set in relation to normal iliopsoas muscle. Intraoperatively, the microvascular perfusion was recorded by sidestream-darkfield-imaging (SDF) and afterwards analyzed, giving microcirculatory data. Surgery resulted in a significant improvement of pain and quality of life, the musculus erector spinae showed an increased in fatty infiltration compared to the iliopsoas. Microcirculatory data showed an increase in functional capillary density and red blood cell velocity for patients suffering from a fracture. A correlation was found between fatty infiltration of the right side of erector spinae muscle and capillary density and functional blood flow. This study demonstrates the influence of degeneration of the spine on microcirculation of the erector-spinae muscle. Besides the above-mentioned context, the project succeeded in being the first published technique of visualization of paraspinal muscle perfusion and microcirculatory data using sidestream-darkfield-imaging.