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Wie beeinflussen die Kräfte in den Facettengelenken die Lage der Rotationsachsen in einem Wirbelsäulensegment?
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Autoren
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H. Schmidt
- Universitätsklinikum Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, Germany
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F. Heuer
- Universitätsklinikum Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, Germany
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H.-J. Wilke
- Universitätsklinikum Ulm, Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, Germany
| Veröffentlicht: | 16. Oktober 2008 |
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Gliederung
Text
Fragestellung: Die Lage der Rotationsachsen gibt Aufschluss über das Stabilitätsverhalten eines Wirbelsäulensegments und ist relevant für die Weiterentwicklung bewegungserhaltender Wirbelsäulenimplantate. Die Facettengelenke tragen wesentlich zur Segmentstabilität bei. Wie diese die Lage der Rotationsachsen beeinflussen, ist nur wenig bekannt. Das Ziel dieser Finite-Elemente (FE) Studie war es daher, den Einfluss der Facettengelenke auf die Lage der Rotationsachsen zu untersuchen.
Methodik: Hierfür wurde ein dreidimensionales FE-Modell eines lumbalen L4-5-Bewegungssegments genutzt. Das FE-Modell wurde mit einer Axialkraft von 500 N und mit reinen Momenten von 7,5 Nm in den drei anatomischen Hauptebenen belastet. Um Belastungskombinationen zu simulieren, wurde die Richtung des wirkenden Momentes um 15° sukzessiv zwischen jeweils zwei der drei anatomischen Hauptebenen geändert.
Ergebnisse: Kleine Momentapplikationen (zwischen 0,5 und 2,5 Nm) führten zu Rotationsachsen, die im zentralen Bandscheibenbereich lokalisiert waren (Abbildung 1 [Abb. 1]). Die Facettengelenke wurden nur geringfügig belastet. Mit zunehmender Momentamplitude (bis auf 7,5 Nm) kam es zu Facettenbelastungen von 105 N in axialer Rotation, von 50 N in Extension und von 36 N in Seitneigung. In Flexion blieben die Facetten unbelastet. Kombinierte Belastungen führten nicht zu einem Anstieg der Facettenkräfte. Hohe Kräfte in den Facetten bewirkten eine Verschiebung der Rotationsachsen in den posterioren Bandscheibenbereich. Bei einer axialen Rotation und unterschiedlichen Kombinationen mit einer axialen Rotation wurden die Rotationsachsen außerhalb der Bandscheibe im Bereich der Facettengelenke berechnet.
Schlussfolgerung: Diese FE-Untersuchung zeigt einen bestehenden Zusammenhang zwischen der Lage der Rotationsachsen und der wirkenden Kräfte in den Facettengelenken. Die Facetten wurden maximal belastet, wenn die Rotationsachsen außerhalb lokalisiert waren, während kleine Facettenkräfte berechnet wurden, wenn die Rotationsachsen innerhalb der Bandscheibe lagen.
