Wirbelsäulenmechanik

Die Wirbelsäulenmechanik befasst sich mit dem mechanischen Verhalten der menschlichen Wirbelsäule als mehrsegmentiges Struktursystem. Sie untersucht Kinematik, Statik und Dynamik von Knochen, Bandscheiben, Gelenken, Bändern und Muskulatur, um Lastübertragung, Verformungen und Stabilität zu verstehen.

Anatomische Grundlage: Die Wirbelsäule besteht aus 24 Wirbeln, Bandscheiben und Facettengelenken, unterstützt von Bändern und paraspinalen Muskeln. Die sagittale Krümmung gliedert sich in Halslordose, Brustkyphose und Lendenlordose; diese Kurven beeinflussen Lastübertragung und Bewegungsfreiheit. Bandscheiben wirken als Druck- und Vorspannungsträger, ermöglichen Bewegungen und verteilen Kräfte zwischen Wirbelkörpern; Facettengelenke steuern Richtung und Rotationen. Die Stabilität ergibt sich aus einem Zusammenspiel von Knochen, Knorpel, Bändern und Muskeln.

Mechanische Eigenschaften: Die Wirbelsäule zeigt segmentale Kopplung (Wirbelkörper, Bandscheibe, Facetten). Stellgrößen wie Steifigkeit, Bewegungsumfang, Neutraler Bereich und Restkräfte hängen von Alter, Degeneration, Haltung und Muskelaktivität ab. Bandscheiben und Ligamenta zeigen viskoelastische Eigenschaften; Belastungen erfolgen durch statische Lasten, dynamische Bewegungen und Biegemomente.

Analytische Ansätze: Forschung verwendet experimentelle Tests an Cadaveren, in vivo Bildgebung, sowie computergestützte Modelle wie Finite-Elemente-Modelle und muskuloskelettale Modelle, um Belastungssituationen wie Flexion, Extension, Lateralflexion und Rotation zu simulieren.

Klinische Relevanz: Das Verständnis der Wirbelsäulenmechanik dient Diagnostik, Behandlung und Prävention von Erkrankungen und Verletzungen; es beeinflusst Entscheidungen zu Fusion oder dynamischer Stabilisierung, Implantaten, Ergonomie, Rehabilitation und Training.