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Fragestellung: Das Ziel der Studie war es, Zusammenhänge zwischen der biomechanischen Belastbarkeit (Versagenslast: VL, Versagensspannung: VS) und der Mikroarchitektur der Spongiosa in menschlichen Kadaverwirbeln mit geringer Knochendichte mit oder ohne Wirbelbrüchen (VFx) zu untersuchen.

Methodik: Von 13 Körperspendern wurden komplette Wirbelsäulen entnommen (Ethikvotum: Nr. A 2017-0072) und mithilfe hochauflösender CT-Aufnahmen hinsichtlich Knochenmineralgehalt (BMD), Hounsfield-Einheiten (HE) und Frakturanzahl analysiert. Anschließend erfolgte die Spongiosapunktion der Wirbelkörper C2 bis L5 mittels Jamshidi-Nadel®. Im Mikro-CT wurden von 299 Spongiosazylindern folgende Parameter bestimmt: Knochenvolumenanteil (BVF), Trabekeldicke (Tb.Th) Trabekelseparation (Tb. Sp), Grad der Anisotropie (DA), Trabekelanzahl (Tb.N), Verknüpfungsanzahl (Tb.Pf), und Verknüpfungsdichte (Conn.D). Das axiale Bruchlastverhalten von 104 Wirbelpräparaten (C5, C6, T7, T8, T9, T12, L1, L2), dass zur Erzeugung einer VFx 1.Grades führte, wurde mit einer servohydraulischen Materialprüfmaschine untersucht (MTS 858, MTS Systems Cooperation, Eden Prairie, USA). Alle erhobenen Daten wurden mit dem statistischen Softwarepaket SPSS, Version 23.0 (SPSS Inc., Chicago, USA) analysiert. Für Gruppenvergleiche kam der Kruskal-Wallis-Test oder die einfaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) zum Einsatz. Die Auswahl erfolgte in Abhängigkeit vom Resultat des Shapiro-Wilk-Tests auf Normalverteilung. Es wurden Korrelationsanalysen in Abhängigkeit vom Skalenniveau durchgeführt. In einer multiplen Regressionsanalyse ermittelten wir unabhängige Einflussfaktoren auf die VL und VS.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Personen mit mehr als 2 VFx hatten einen signifikant niedrigeren Tb.Pf, der sich in der Regressionsanalyse auch als wichtiger Faktor für eine geringere VL erwies - mit Unterschieden zwischen den Abschnitten der Wirbelsäule.

Die VL und die Endplattengrößen normaler Wirbel nahmen in kraniokaudaler Richtung zu, während die HE abnahm. Die VS war unabhängig vom Geschlecht an der Halswirbelsäule signifikant höher als an der Brust- oder Lendenwirbelsäule (p<0,001). BVF, Tb.Th, Tb.N und Conn.D waren an der Halswirbelsäule signifikant höher als in den anderen Wirbelsäulensegmenten. Im Gegensatz dazu waren Tb.Sp und Tb.Pf in der Halswirbelsäule am niedrigsten. Die BVF korrelierte mit VL (r=0,600, p=0,030) und VS (r=0,763, p=0,002). Die mikroarchitektonischen Veränderungen waren auch in der Halswirbelsäule bei geringerer Dichte nachweisbar.

Halswirbelkörper brechen aufgrund ihrer einzigartigen Mikroarchitektur deutlich später als Brust- und Lendenwirbelkörper. Die Gründe dafür finden sich in einer im Vergleich zu den anderen Wirbelsäulenabschnitten höheren BVF, Tb.Th und geringeren Tb. Sp, sodass sie mehr Kraft pro Fläche aufnehmen können. Als unabhängiger Einflussfaktor auf die VL erwies sich der Tb.Pf.