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

Abstract

Die operative Versorgung von degenerativ veränderten Bewegungssegmenten der Wirbelsäule umfasst häufig deren Stilllegung durch Fusionierung. Aufgrund der stets multisegmentalen Bewegung der Wirbelsäule führt dies jedoch zu einer Beeinflussung der Biomechanik der benachbarten Segmente und somit häufig zur Entstehung einer Anschlusssegmentdegeneration. Die Problematik der operativen Versorgung liegt daher darin, Verfahren zu finden, welche das betroffene Segment ausreichend stabilisieren und dabei keine Beeinflussung der Anschlusssegmente zur Folge haben. Die dynamische Stabilisation könnte ein solches Verfahren sein, da sie eine Restbeweglichkeit im operierten Segment erhält und so eine Beeinflussung der Anschlusssegmente verhindern soll. Da jedoch bislang wenig über das Verhalten solcher dynamischer Stabilisationen aus in-vivo Versuchen bekannt ist, war es das Ziel der vorliegenden Studie zu untersuchen inwiefern die Biomechanik des oberen Anschlusssegmentes durch seine Nachbarschaft zur dynamischen Stabilisation in-vivo beeinflusst wird. Zur Testung dieser Fragestellung wurden 40 adulte weibliche Schafe einer Nukleotomie im Bewegungssegment L3/4 unterzogen. Anschliessend erfolgte die randomisierte Zuteilung zur Versuchsgruppe A und zur Kontrollegruppe B. Den Tieren der Versuchsgruppe wurde in einem zweiten Eingriff ein dorsales dynamisches Stabilisationssystem (PDSS) implantiert. Nach Standzeiten von 12 und 48 Wochen wurden die Tiere euthanasiert und die gewonnenen, zweisegmentigen Präparate (L2-L4) biomechanisch getestet. Die so ermittelten biomechanischen Parameter Neutralzone (NZ) und Range of Motion (ROM) wurden zwischen den einzelnen Versuchsgruppen, sowie mit nativen Werten verglichen und somit untersucht, ob der Einfluss auf das obere Anschlusssegment (L2/3), bei alleiniger Nukleotomie und bei dynamischer Stabilisation nach Nukleotomie vergleichbar ist. Es zeigte sich, dass die ROM der lediglich nukleotomierten Präparate in Flexion/Extension nach 12 Wochen im Vergleich zu den Nativwerten signifikant gemindert war. Im weiteren Studienverlauf war diese Minderung jedoch wieder rückläufig, so dass die lediglich nukleotomierten Präparate in Flexion/Extension wieder ähnliche Werte wie die nativen Präparate aufwiesen. Die NZ-Werte der lediglich nukleotomierten Präparate wiesen keine signifikanten Unterschiede zu den Nativwerten auf. Die Präparate der Versuchsgruppe (1A und 2A) wiesen im Vergleich zu den Nativwerten eine Minderung der ROM auf, die nach 12 Wochen lediglich in Flexion/Extension, jedoch nach 48 Wochen in allen Bewegungsebenen ersichtlich war und somit als progredient zu werten ist. Der Vergleich mit den Präparaten der Vergleichsgruppe (1B und 2B) zeigte eine signifikante ROM-Minderung in Rotation nach 12 Wochen und nach 48 Wochen eine signifikante Minderung der ROM in Flexion/Extension und der NZ in Rotation und Flexion/Extension. Darüber hinaus durchgeführte Äquivalenztests ergaben zu keinem Studienzeitpunkt eine statistisch signifikante Äquivalenz zwischen der Versuchs- und der Kontrollgruppe. Das in dieser Studie gestestete Implantat führte sowohl im Vergleich zu den Nativwerten als auch im Vergleich zu den lediglich nukleotomierten Präparaten der Kontrollgruppe zu einer signifikanten Beeinflussung der Biomechanik des oberen Anschlusssegmentes und kann somit die Anforderungen an eine dynamische Stabilisation nicht erfüllen. Es zeigte sich jedoch nicht die Entwicklung einer Instabilität, wie sie bei einer Segmentdegeneration zu erwarten wäre, sondern eine Abnahme der biomechanischen Parameter und ein daraus zu schliessender, zunehmender Funktionsverlust des oberen Anschlusssegmentes. Es bleibt zu klären ob dieser Funktionsverlust die mögliche Folge oder der mögliche Auslöser einer Anschlusssegmentdegeneration ist, so dass die Ätiologie der Anschlusssegmentdegeneration im Fokus weiterer Forschungsarbeiten stehen sollte. Darüber hinaus gilt es die Stärken und Schwächen dynamischer Stabilisationssysteme weiter zu untersuchen um mögliche alternative Einsatzbereiche zu finden und Stabilisationssysteme entwickeln zu können, die sich gegenüber den Anschlusssegmenten neutral verhalten.

Operativ Treatment of degenerated functional spinal units often requires their abandonment by spondylodesis. Due to the multisegmental motion of the vertebral column this causes alteration of the biomechanical properties of adjacent segments which often leads to adjacent segment degeneration. Consequently the problem in operativ treatment is to find a procedure that stabilizes the operated Segment and causes no alteration in the adjacent motion segments. Dynamic stabilization could be one of those procedures, because it stabilizes the operated segment and is said to cause no alteration in adjacent segments. Yet little is known about the characteristics of those dynamic stabilization systems in-vivo, so this study aimed to determine if and how the adjacent segment motion is alterated by its neighbourship to a dynamic stabilisation. In this Study 40 female sheep underwent a nucleotomie in the lumbar motion segment L3/4 followed by an randomized assignment to either the testing group A or control-group B. The animals of the testing-group underwent a second intervention in which an dynamic posterior stabilization system (PDSS) was implanted. After the randomized assignation the animals were euthanized after either 12 or 48 weeks followed by präparation of bisegmental supplements (L2-L4) for biomechanical testing. In Order to see wether the effect of dynamic stabilization after nucleotomie and nucleotomie alone on the adjacent motion segment is similar, the measured biomechanical parameters range of motion (ROM) und neutral zone (NZ) were compared between the different study groups and in reference to the biomechanical parameters of native sheep motion segments. It was found that ROM of the upper adjacent segments after nukleotomie alone significantly decreased in flexion/extension after 12 weeks in respect to native motion segments. Anyway in further progress of the study this decrease of ROM reversed with the biomechanical parameters after 48 weeks and nucleotomie alone being similar to the parameters of native motion segments. The NZ after nucleotomie alone showed no significant differences to the NZ of native motion segments. The supplements of the testing group (1A and 2A) showed a decrease of the ROM compared to native motion segments. After 12 weeks this decrease was only to be seen in flexion/extension, but after 48 weeks every plane of motion was affected, so this decrease can be considered as progressively. In Comparison to the supplements of the control group the ROM showed a significant decrease in rotation after 12 weeks and after 48 weeks a decrease of the ROM in flexion/extension and the NZ in rotation and flexion/extension was found. Equivalency-testings showed no significance between testing- and control-group at any time. The dynamic stabilization systems tested in this study lead to signifikant alteration of the biomechanical behavior of the upper adjacent motion segment compared to the control-group as well as compared to native motion segments. Consequently the expectations to a dynamic stabilization system are not fulfilled. However there were no signs of progressiv instability as to be expected in segmental degeneration, but rather a decrease of the biomechanical parameters of the upper adjacent segment assuming a progressiv loss of function. It remains to be figured out wether this loss of function is the result or the cause of adjacent segment degeneration, hence further studies should focus on the etiology of adjacent segment degeneration. Beyond that the properties, advantages and disadvantages of dynamic stabilization systems should be studied in order to find alternativ fields of application and to develope stabilization systems that act neutral in reference to the adjacent motion segments.