Kinematische Untersuchung des Wirbelsäulensegments C4/C5 mittels Rotationsachsen vor und nach Einbau von Bandscheibenprothesen

by Constantin Alexander Hemprich
Doctoral thesis
Date of Examination:2024-11-22
Date of issue:2024-10-11
Advisor:Prof. Dr. Lukas Weiser
Referee:Prof. Dr. Lukas Weiser
Referee:Prof. Dr. Christian von der Brelie
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-10745

 

 

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Abstract

English

Cervical disc herniations and degenerative changes in the cervical spine are common causes of neck pain and hold significant medical relevance. In addition to conservative treatment methods, anterior cervical discectomy and fusion (ACDF) is considered the gold standard surgical treatment. This procedure involves removing the affected disc and fusing the segment, which, however, carries the risk of adjacent segment disease (ASD), a degenerative change in neighboring segments. As an alternative, motion-preserving disc prostheses (total disc arthroplasty, TDA) have been developed, aiming to maintain physiological kinematics and reduce the risk of ASD. The present study investigates the biomechanical effects of two prosthesis types, Baguera®C Cervical Disc Prosthesis (Spineart, Plan-les-Ouates, Switzerland, TDA-BAG) and Rhine® Cervical Disc System (K2M Inc., Leesburg, Virginia, USA, TDA-RHI), on the kinematics of the C4/C5 vertebral segment. Using ten human cervical spine specimens, the instantaneous helical axis (IHA) was analyzed under intact conditions and after TDA including the impact of decentralized preloads. The results show that both prostheses alter the segment's kinematics, particularly under lateral preload, with the TDA-RHI showing greater deviations from natural kinematics than the TDA-BAG. Despite preserving some range of motion after TDA, a complete imitation of natural segment kinematics is not achievable, suggesting potential long-term consequences such as ASD.
Keywords: cervical spine; instantaneous helical axis; total disc arthroplasty; cervical disc; range of motion; functional spinal unit

German

Zervikale Bandscheibenvorfälle und degenerative Veränderungen der Halswirbelsäule sind häufige Ursachen für Nackenschmerzen und stellen eine erhebliche medizinische Herausforderung dar. Während konservative Therapieansätze weit verbreitet sind, stellt die Anteriore Cervikale Diskektomie und Fusion (ACDF) die etablierte chirurgische Standardtherapie dar. Dieser Eingriff beinhaltet die Entfernung der erkrankten Bandscheibe und die Versteifung des betroffenen Wirbelsegments, was jedoch das Risiko einer Adjacent Segment Disease (ASD) birgt, einer Degeneration benachbarter Segmente. Als Alternative zu ACDF wurden bewegungserhaltende Bandscheibenprothesen (Total Disc Arthroplasty, TDA) entwickelt, die darauf abzielen, die physiologische Kinematik zu bewahren und das Risiko einer ASD zu reduzieren. Diese Studie untersucht die biomechanischen Effekte von zwei verschiedenen Prothesentypen, der Baguera®C Cervical Disc Prosthesis (Spineart, Plan-les-Ouates, Schweiz, TDA-BAG) und der Rhine® Cervical Disc System (K2M Inc., Leesburg, Virginia, USA, TDA-RHI), auf die Kinematik des Wirbelsegments C4/C5. Hierfür wurden zehn humane Halswirbelsäulenpräparate verwendet, um die momentane Schraubachse (Instantaneous Helical Axis, IHA) unter intakten Bedingungen sowie nach der Implantation der beiden Prothesen zu analysieren. Dabei wurden zusätzlich dezentrale Vorlasten appliziert. Die Ergebnisse zeigen, dass beide Prothesen die Kinematik des Wirbelsegments verändern, insbesondere unter lateraler Vorlast. Die TDA-RHI wies größere Abweichungen von der natürlichen Kinematik auf als die TDA-BAG. Obwohl ein gewisses Bewegungsausmaß nach TDA erhalten bleibt, ermöglicht keine der Prothesen eine vollständige Replikation der natürlichen Segmentkinematik, wodurch das Risiko einer ASD nicht ausgeschlossen werden kann.
 
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