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Fragestellung: Akute Rückenschmerzen sowie chronische, degenerative Veränderungen gehören zu den häufigsten Erkrankungen, die oft schwer und langwierig zu behandeln sind und die Lebensqualität eines Patienten massiv einschränken. Das Ziel dieser Studie war es daher, diejenigen Belastungskombinationen zu finden, die zu den höchsten Beanspruchungen in der Bandscheibe führen und damit für ihre Degeneration oder für Bandscheibenvorfälle verantwortlich gemacht werden können.

Methodik: Für diese Studie wurde ein geometriegetreues, dreidimensionales, nichtlineares Finite-Elemente-Modell des L4-L5-Bewegungssegments, bestehend aus zwei Wirbeln und der dazwischenliegenden Bandscheibe, erstellt. Die Bandscheibe wurde in zwei Bereiche unterteilt, dem Nucleus pulposus und der Zwei-Komponenten-Struktur, dem Annulus fibrosus. Das Modell wurde nacheinander mit reinen Biegemomenten von 7.5 Nm mit und ohne axiale Last von 500 N belastet. Um Belastungskombinationen wie Flexion + Seitneigung, Flexion + axiale Rotation, Extension + Seitneigung, Extension + axiale Rotation und Seitneigung + axiale Rotation nachzuempfinden, wurde die Richtung des wirkenden Momentes um 15° sukzessiv zwischen jeweils zwei der drei anatomischen Hauptebenen geändert. Untersucht wurden der intradiskale Druck im Nukleus pulposus, die Scherdehnungen zwischen dem Annulus und den angrenzenden Deckplatten sowie das Dehnungsverhalten der Kollagenfasern.

Ergebnisse: Der intradiskale Druck zeigte ein Maximum in Flexion (0,35 MPa), gefolgt von Extension (0,18 MPa), axialer Rotation (0,16 MPa) und Seitneigung (0,14 MPa). Belastungskombinationen führten nicht zu einem Anstieg des intradiskalen Druckes. Belastungskombinationen aus Seitneigung mit Flexion oder Extension führten zu einem starken Anstieg der Scherdehnungen im posterolateralem Bereich, während Belastungskombinationen aus axialer Rotation mit Flexion oder Extension zu einer Verringerung der Scherdehnung führten. Seitneigung in Kombination mit axialer Rotation, gefolgt von axialer Rotation mit Flexion oder Extension führten zu maximalen Zugdehnungen der Kollagenfasern. Die größten Zugdehnungen wurden im posterolateralem Bereich des Annulus fibrosus ermittelt.

Schlussfolgerung: Die Ergebnisse zeigten, dass die Bandscheibe unter kombinierten Belastungsszenarien stärker beansprucht wird als unter Belastungen in einer der drei anatomischen Hauptebenen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass unter komplexer Belastung hauptsächlich der posterolaterale Bereich des Annulus belastet wurde. Dieser Bereich könnte daher stärker einem Bandscheibenvorfall unterliegen.

Danksagung: Diese Untersuchungen wurden unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), Projekt: WI-1352/6-1