Biomechanischer Vergleich der Wirbelsäule von Schaf und Mensch

Abstract

Die Wirbelsäule des Menschen ist vielen Schädigungen durch Verletzungen aber auch Abnützungen und Fehlverwendungen ausgesetzt. In einigen dieser Fälle wird die Wirbelsäule durch das Einsetzen von zumeist metallischen Konstruktionen, zum Beispiel künstlichen Wirbelgelenken oder Bandscheiben, behandelt.

Bevor solche Implantate am Menschen Verwendung finden, müssen sie sich in zahlreichen Versuchen bewähren. Zunächst werden die Implantate selbst im Labor getestet, in weiterer Folge häufig an Wirbelsäulen von Toten. Als erster Schritt einer Überprüfung der Implantate im lebenden Organismus werden Operationen zumeist an Schafen durchgeführt. Zurzeit werden in diesen Versuchen hauptsächlich Komplikationen bei der Operation dokumentiert, und, nachdem die Tiere getötet werden, Reaktionen der Gewebe (wie z.B. der Wirbelknochen) um die Implantate.

Schafe werden so oft herangezogen, weil sie eine dem Menschen ähnliche Wirbelform und -größe haben. Trotz dieser mehrstufigen Überprüfung sind manche Implantate letztendlich für den Menschen nicht ausreichend hilfreich, und werden nicht sehr lange eingesetzt. Wir haben uns die Frage gestellt, ob die trotz der anatomischen Ähnlichkeiten zwischen dem aufrechten Menschen und dem vierbeinigen Schaf unterschiedliche Funktion und Verwendung der Wirbelsäule die Ursache für diese nicht immer zufriedenstellende Übertragbarkeit der Resultate sein könnte.

Um das näher zu untersuchen haben wir sowohl Schafe als auch Menschen zweier Altersklassen (jung und mittelalt) in der Bewegung am Laufband (im Gehen und im Laufen) vermessen. Weiters wurden Rückenbewegungen im Stand der Ruhe beim Schaf auf allen vieren, und beim Menschen sowohl im Vierfüßerstand als auch im aufrechten Stehen untersucht. Bei all diesen Bewegungen wurden sowohl die Bewegung des Rückens (mittels Kinematik) als auch die Muskelverwendung der Bauch- und Rückenmuskeln (mittels Elektromyographie) erfasst. Zusätzlich wurden in einer Magnetresonanz-Tomographie das Volumen und die Qualität dieser Muskeln erhoben.

Es zeigten sich grundlegende Unterschiede in der Wirbelsäulenstabilisierung zwischen Mensch und Schaf, die über die Lage der Wirbelsäule im Raum (vertikal versus horizontal) weit hinausgehen. So ist die Wirbelsäule des Schafs z.B. wesentlich weniger beweglich, und damit kann davon ausgegangen werden, dass Implantate im Schaf geringeren Bewegungskräften ausgesetzt werden.