Biomechanik der Wirbelsäule

Rückenschmerz ist die erstgenannte Volkskrankheit Deutschlands. Die Lebenszeitprävalenz von akuten Rückenschmerzen liegt bei etwa 70%. Die Prävalenz chronischer Rückenschmerzen wird mit 8 bis 21% angegeben. Das Julius Wolff Institut forscht, um Schmerzursachen vorzubeugen und die Schmerzbehandlung weiter zu optimieren.

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Mechanobiologie zur Spondylodese

Untersuchung des Fusionsverlaufs an der Lendenwirbelsäule

Die Degeneration der Bandscheibe zählt zu einer der häufigsten Ursachen von spezifischen Rückenschmerzen. Durch multiple Ursachen bedingt, kann es im Zuge der Degeneration zu Segmentinstabilitäten kommen. Die derzeit effektivste operative Therapie zur Behebung einer Instabilität ist die ventrale interkorporale Fusion, bei der mittels autogener Spongiosa augmentierte Cages die dauerhafte knöcherne Fusion eines oder mehrerer Wirbelsegmente erreicht werden soll. Eine der häufigsten Komplikationen der Fusion ist die Bildung einer Pseudarthrose, die Folge des sogenannten Stress-Shieldings sein kann. Dabei wird dem Fusionsgebiet der für den Knochenaufbau erforderliche mechanische Stimulus durch ein zu steifes Implantat entzogen. Dies kann zu frühzeitigem Implantatversagen, Stabilitätsverlust oder Fehlstellungen des Implantats und Schmerzen führen, was für den Patienten zum Teil mit erheblichen Gesundheitsrisiken und der Notwendigkeit von Re-Operationen verbunden ist.

Über die Abläufe der Knochenbildung während der interkorporalen Fusion ist bisher nur wenig bekannt. Das Hauptziel unseres Forschungsvorhabens liegt darin, den Fusionsverlauf an der Lendenwirbelsäule näher zu beleuchten. Hierzu werden Finite-Elemente-Modelle lumbaler Bewegungssegmente entwickelt, in welchen Mechanik und Biologie des Fusionsprozesses interagieren. Die Erkenntnisse sollen unter anderem Aufschluss über die Gründe geben, warum bei manchen Patienten der knöcherne Durchbauungsprozess sehr lange dauert bzw. der Fusionsprozess ganz und gar aussetzt. Darüber hinaus sollen Cage-Designs für die Lendenwirbelsäule entworfen und optimiert werden, die den Zeitraum bis zur vollständigen knöchernen Fusion gegenüber bisher eingesetzten Implantaten deutlich verkürzen und die Verankerungsfestigkeit im Knochen erhöhen. Dadurch soll das Risiko von Pseudarthrosen gesenkt und die mit Revisionsoperationen verbundenen Krankheitskosten reduziert werden.

Cage-Design mit kleinem Durchmesser
Cage-Design mit großem Ringdurchmesser
Cage-Design mit trapezförmigem Querschnitt
Cage-Design mit zwei T-Profilen