Biomechanischer Vergleich der Wirbelsäule von Schaf und Mensch

Bevor Spinalimplantate in den klinischen Gebrauch kommen, werden diese zunächst in-vitro, in weiterer Folge an Tieren auch in-vivo getestet, wobei derzeit hauptsächlich Komplikationen der Operation und postmortale Auswertungen durchgeführt werden. Da in-vitro und anatomische Studien eine Ähnlichkeit zwischen Schafwirbelsäulen und menschlichen Wirbelsäulen feststellen konnten, werden häufig Schafe für diese Studien verwendet. Derzeit liegen keine Bewegungsdaten der Schafswirbelsäule und daher auch keine Vergleichsstudien der Beweglichkeit der Schafswirbelsäule mit dem Menschen vor. Das Ziel der vorgeschlagenen Studie ist es daher, vergleichende in-vivo Daten zur Kinematik und Muskelfunktion der thorakolumbalen Wirbelsäule von Schaf und Mensch zu erheben, und diesen Vergleich mit bildgebenden Verfahren zu untermauern. Dies soll zu einer Analyse der integrativen Mechanismen der Spinalen Kinematik und Wirbelsäulenstabilisierung dienen, damit die Variablen die für einen Transfer von im Schaf erhobenen Daten zum Menschen relevant sind, identifiziert werden können. Folgende Hypothesen werden untersucht: a) Maximum und Minimum Winkel der Bewegung der humane Wirbelsäule im Gehen und Laufen zeigen mehr Ähnlichkeiten mit der Wirbelsäule des Schafs im Trab als im Schritt, auf Grund der diagonalen Symmetrie der Gangarten. b) Beim Schaf ist das Verhältnis der Muskelaktivierung des Rectus abdominis zum Obliquus externus größer als beim Menschen, auf Grund der horizontalen Wirbelsäule und der damit verbundenen größeren Notwendigkeit gegen eine thorakolumbale Extension zu stabilisieren. c) Sowohl im Schaf als auch im Menschen sind die im MRI erhobenen Muskelquerschnittsflächen negativ mit degenerativen Wirbelsäulenveränderungen, und positiv mit den messbaren EMG Aktivitäten korreliert. Zwei Altersgruppen von Schafen (n=24) und freiwilligen Menschen (n=24) werden mittels MRI, Ultraschall und Röntgen untersucht. Spinale Kinematik und Muskelaktivierung werden beim Schaf im Stand der Ruhe, im Schritt und im Trab erhoben, und beim Menschen während im Gehen, im Laufen sowie im Stand der Ruhe und im Vierfüßerstand. Intra-individuelle und inter-individuelle Unterschiede der Bewegung und der Muskelaktivierung zwischen den Species werden mittels Varianzanalyse untersucht, und Korrelationen zwischen Kinematik, EMG Aktivität und MRI basierten Muskelcharakteristika werden ebenfalls dokumentiert. Die Darstellung der Biomechanik und der muskulären Wirbelsäulenstabilisierung im Vergleich beim Menschen und Schaf ermöglicht zukünftigen in-vivo Studien, relevante Informationen für den Transfer von im Schaf gewonnenen Erkenntnissen zum Menschen zu erheben. Die vorgeschlagene Studie wird die Grundlagen für diese neue Dimension in der Beurteilung solcher Studien schaffen.

Bevor Spinalimplantate in den klinischen Gebrauch kommen, werden diese zunächst in-vitro, in weiterer Folge an Tieren auch in-vivo getestet, wobei derzeit hauptsächlich Komplikationen der Operation und postmortale Auswertungen durchgeführt werden. Da in-vitro und anatomische Studien eine Ähnlichkeit zwischen Schafwirbelsäulen und menschlichen Wirbelsäulen feststellen konnten, werden häufig Schafe für diese Studien verwendet. Vor dem Beginn der Studie lagen keine Bewegungsdaten der Schafswirbelsäule und daher auch keine Vergleichsstudien der Beweglichkeit der Schafswirbelsäule mit dem Menschen vor.In der vorliegenden Studie wurden daher vergleichende in-vivo Daten zur Kinematik und Muskelfunktion der thorakolumbalen Wirbelsäule von Schaf und Mensch erhoben, und diese mit bildgebenden Verfahren untermauert. Die darauf basierende vergleichende Analyse der integrativen Mechanismen der Spinalen Kinematik und Wirbelsäulenstabilisierung konnten zahlreiche Parameter untersucht werden.Zunächst wurden die Schafe an das Laufband gewöhnt und es konnte erhoben werden, dass Schafe im Gegensatz zu Pferden, mehr als 5 Trainingseinheiten für das Erreichen einer gleichmäßigen Bewegung am Laufband benötigen. Von den von Menschen und Schafen erhobenen MR Abbildungen der Muskulatur der Lumbalextensoren wurden Beurteilungen der Muskelfettinfiltration und der Muskelvolumina durch verschiedene Personen mit ausgezeichneter, für die Multifidii mit akzeptabler Reliabilität durchgeführt. Bei den untersuchten Personen konnten das Alter und der Body Mass Index als signifikante Einflüsse auf die Muskelfettinfiltrationen der Extensoren, nicht jedoch der Flexoren der Lumbalregion festgestellt werden. Die unterschiedlichen Volumina und Formen der Lumbalmuskulatur von Mensch und Schaf zeigten die unterschiedlichen biomechanischen und funktionellen Anforderungen denen die beiden Species gerecht werden, dies ist von besonderer Bedeutung wenn Schafe als chirurgische Modelle für den Menschen herangezogen werden. Beim Vergleich von Muskelaktivitäten und aktiven Bewegungen der Lumbalwirbelsäule von Mensch und Schaf zeigten sich ebenfalls sehr deutliche Unterschiede. Die Details der Muskelfettinfiltrationen vom Schaf zeigten, anders als beim Menschen, wesentlich mehr derartige Zonen in der Magnetresonanzuntersuchung, auch dies ein wesentliche Einschränkung der direkten Übertragung von Resultaten von Schafstudien auf den Menschen.