Versus Tijdschrift voor Fysiotherapie, 1e jrg 1993, no. 2 (pp )

Transcriptie

1 Auteur(s): C. Riezebos, E. Koes Titel: Druk versus trek op de lumbale disci intervertebrales Jaargang: 11 Jaartal: 1993 Nummer: 2 Oorspronkelijke paginanummers: Deze online uitgave mag, onder duidelijke bronvermelding, vrij gebruikt worden voor (para-) medische, informatieve en educatieve doeleinden en ander niet-commercieel gebruik. Zonder kosten te downloaden van:

2 Druk versus trek op de lumbale disci intervertebrales C. Riezebos E. Koes In deze rubriek wordt problematiek uit de dagelijkse praktijk aangedragen. Om het theoretisch kader rond deze problemen te verbreden en waar mogelijk te verdiepen doen wij een beroep op U. Aan het slot van de presentatie van het probleem worden U enkele vragen voorgelegd. Wij nodigen U uit Uw antwoorden dienaangaande aan ons mee te delen via het bijgevoegde antwoordformulier. Natuurlijk staat het U vrij, aanvullend kommentaar te leveren. Het is niet noodzakelijk alle vragen te beantwoorden, ook gedeeltelijk ingevulde formulieren zijn van harte welkom. De verzamelde antwoorden worden in een volgende aflevering van deze rubriek gepubliceerd. Inleiding en probleemstelling In de literatuur wordt vrijwel algemeen aangenomen dat de discus intervertebralis een struktuur is welke op druk wordt belast. Op basis van deze theorie, gesteund door gegevens verkregen uit mechanische modellen, metingen in het laboratorium en metingen bij de levende mens, worden sommige houdingen en bewegingen als meer of minder belastend gezien voor deze struktuur. Dit leidt tot keuzes van zowel adviezen over houding en beweging, als van bijvoorbeeld aktieve oefeningen (of andere applicaties) bij patiënten met lage rugklachten. In die zin heeft een theorie over de discus, net als elke andere theorie over welk onderdeel van het bewegingsapparaat dan ook, direkte konsekwenties voor de dagelijkse praktijk. Het lijkt wellicht verloren moeite om ondanks de geweldige hoeveelheid literatuur waarin drukkrachten op de discus worden "bewezen" of op zijn minst aannemelijk gemaakt, de veronderstelde funktie van de discus intervertebralis: het opvangen van deze drukkrachten, ter diskussie te stellen. De reden dat wij dit toch doen is gebaseerd op de volgende overwegingen. Sinds Mixter en Barr in 1934 in het New England Journal of Medicine de discusruptuur - de hernia nuclei pulposi - beschreven als oorzaak van de ischialgie (8), is de aandacht voor de discus intervertebralis onevenredig groot geworden. Het ter diskussie stellen van de rol die de discus mogelijkerwijs speelt bij de opvang van de belastingen van de wervelkolom is een poging te komen tot een meer genuanceerde diskussie over deze problematiek. Een tweede reden is dat de benadering van patiënten met rugklachten, ondanks de grote toename van de kennis over de bouw en de veronderstelde funktie van de discus, bepaald niet geleid heeft tot een evenredige verbetering van de behandelresultaten. In dit artikel zullen wij een aantal argumenten tegenover elkaar zetten aangaande de vraag in hoeverre aannemelijk valt te maken dat de facetgewrichten, in plaats van de discus, verantwoordelijk zijn voor de drukopvang in de wervelkolom. Druk versus trek In essentie worden in de literatuur en de kliniek de volgende argumenten genoemd om de belasting van de discus door drukkrachten aannemelijk te maken. a. De wervelkolom wordt axiaal (verticaal) op druk belast. De discus staat horizontaal en is dus de struktuur die deze krachten kan opvangen. b. De bouw van de discus - bestaande uit een anulus fibrosis en nucleus pulposus - maakt de discus zeer geschikt als drukopvanger.

3 c. De facetgewrichten van de lumbale wervelkom kunnen de drukkrachten op de wervelkolom niet opnemen omdat zij verticaal staan. Tevens zijn de gewrichtsvlakken sagittaal gesteld, zodat geen sagittate reaktiekrachten kunnen worden opgenomen. d. De gewrichtsvlakken van de lumbale wervels zijn veel te klein om de grote krachten op de wervelkolom in verschillende houdingen en belastingen te weerstaan. e. In verschillende houdingen is in vivo de druk in de discus hoger of lager. Deze drukverandering correlleert hoog met de houding en de mate van spieraktiviteit. Dit betekent dat de discus op druk wordt belast. ad a. De wervelkolom wordt axiaal (verticaal) op druk belast. De discus staat horizontaal en is dus de struktuur die deze krachten kan opvangen. Het is om twee redenen niet goed denkbaar dat de wervelkolom door de zwaartekracht verticaal op druk wordt belast. (Op de mogelijke belasting van de discus door de zwaartekracht en spierkracht samen gaan wij later in: zie ad c). Ten eerste is de wervelkolom aan de rugzijde gelegen en niet centraal in het lichaam (figuur 1). Als wij het lichaam opgebouwd denken uit schijven betekent dit dat het deelzwaartepunt van iedere "lichaamsschijf" vóór de bijbehorende wervel is gelegen en niet erin c.q. erboven. Dit betekent dat de wervelkolom door de zwaartekracht wordt belast op bulging en niet op axiale (verticale) druk. Dit wordt ondersteund door het feit dat in de rechtopstaande stand de rugspieren zijn aangespannen. Figuur 1. a. De wervelkom zou axiaal op druk worden belast bij een centrale ligging in het lichaam. b. Omdat de wervelkom meer aan de rugzijde van het lichaam is gelegen wordt de wervelkolom door de zwaartekracht min of meer belast op bulging. c. Het lichaam opgebouwd gedacht uit schijven. De deelzwaartepunten van iedere schijf (behalve die van het hoofd) liggen ventraal van de wervelkolom. Alleen indien de lumbale wervelkolom in een geëxtendeerde positie wordt gebracht kan de zwaartelijn van de bovenliggende rompmassa door één of meer wervels gaan. Ten opzichte van andere wervels moet de zwaartelijn in dat geval juist achter deze wervels projekteren. Dit komt doordat de wervelkolom S-vormig is opgebouwd: in geen enkele positie kunnen alle lumbale wervels tegelijk op druk worden belast. In de rechtopstaande stand (laat staan in de voor de discus als zeer belastend beschouwde voorovergebogen houding) is van axiale drukbelasting door de zwaartekracht echter geen sprake. De enige massa waarvan het zwaartepunt ongeveer boven de wervelkolom ligt is die van het hoofd. Dit betekent dat de enige wervels die min of meer verticaal (axiaal) belast worden door de zwaartekracht, de eerste en tweede halswervel (Atlas en Axis) zijn. Dit zijn echter nu net de enige twee wervels die geen discus bezitten. Wanneer de disci intervertebralis werkelijk bedoeld zouden zijn om drukkrachten op te vangen zou te verwachten zijn dat deze in het hoog cervicale gebied zeer goed ontwikkeld zouden zijn. Noch tussen hoofd en atlas, noch tussen atlas en draaier zijn echter disci aanwezig. Ten tweede staan de wervels niet horizontaal ten opzichte van de zwaartekracht doch scheef. Mensen bezitten immers een cervicale lordose, thoracale kyfose en lumbale lordose: de wervelkolom als totaal is gekromd. In de rechtopstaande stand staan de meeste wervellichamen dan ook schuin ten

4 opzichte van de inwerkende zwaartekracht (zie figuur Ib). De discus van Lumbale 5 bijvoorbeeld maakt in de rechtopstaande stand gemiddeld een hoek van ongeveer 50 met de horizontaal (3). Dit heeft tot gevolg dat als de discus de zwaartekracht moet opvangen er behalve een drukkomponent tevens een afschuifkracht op de wervel werkt (figuur 2). Het krachtenspel op de wervelkolom is dus zeker niet een zaak van eenvoudige verticale druk, doch een kombinatie van buiging en afschuiving. Klinisch vinden we dit terug bij de spondylolytische spondylolisthesis: bij een onderbreking van de wervelbogen schuift de wervelkolom naar voren af over de onderliggende. Bij zuivere verticale belasting zou hiervan geen sprake zijn. Figuur 2. Indien de wervels horizontaal zouden staan zou de zwaartekracht (Fz) een druk loodrecht op de wervel veroorzaken. Omdat de meeste wervels scheef staan is er behalve een drukkomponent (Fd) tevens een afschuifkracht (Fa) aanwezig. ad b. De bouw van de discus - bestaande uit een anulus fibrosis en nucleus pulposus - maakt de discus zeer geschikt als drukopvanger. In het laboratorium werd en wordt veelvuldig onderzoek gedaan naar de belastbaarheid van de verbindingen tussen twee wervels. Deze experimenten worden in principe als volgt verricht. Twee wervels met daartussen de discus worden horizontaal in een drukmachine geplaatst en vervolgens verticaal op het corpus van de bovenliggende belast, zoals zeer schematisch voorgesteld in figuur 3. Allerlei materiaaleigenschappen van de discus kunnen nu worden bepaald: maximale belasting, kruip, relaxatie, mate van uitbochting van de vezels enz. Steeds blijkt hierbij de drukopvang door de discus aanzienlijk hoger te zijn dan de drukopvang door de facetgewrichten. Hierdoor lijkt de uitgangsgedachte: de discus is verantwoordelijk voor de drukopvang, bewezen. Een dergelijke proef opzet lijdt echter aan een cirkelredenering, een soort hysteron proteron, waarbij het te bewijzene al in de proefopstelling zelf is gestoken. Een voorbeeld moge dit verduidelijken.

5 Figuur 3. Principe van vele in vitro experimenten. In werkelijkheid is er in plaats van een gewicht meestal sprake van geavanceerde drukapparatuur. Zullen wij U bewijzen dat touw als funktie heeft het opvangen van drukkrachten, omdat dit materiaal hiervoor zeer geschikt is? De proefopstelling ziet er dan als volgt uit. Wij nemen een kluwen touw zoals in figuur 4a. Omdat wij denken dat deze bol touw "bedoeld is" om drukkrachten op te nemen plaatsen we hierop een aantal flinke gewichten. Figuur 4. Alhoewel een bos touw in principe in staat is druk op te nemen (let op de minimale vervorming), kan hieruit niet gekonkludeerd worden dat de funktie van het materiaal "touw" het opvangen van drukkrachten is. Het blijkt dat de kluwen zeer goed in staat is de druk van het gewicht te weerstaan; de vervorming is minimaal (figuur 4b). U trekt uit dit experiment dan ook de konklusie dat Uw theorie juist was: de bol touw dient voor het opnemen van drukkrachten en niet voor het dichtbinden van pakjes of het ophangen van een schilderij. Hierboven (onder ad a.) is al gezegd dat de zwaartekracht zeker niet als een axiale drukkracht op de discus werkt: niet de zwaartekracht, doch de onderzoeker drukt op de discus. Als wij de kluwen touw vergelijken met een discus intervertebralis (figuur 5) vallen een tweetal verschillen hiermee op. Ten eerste is de discus niet hol van binnen, doch gevuld met een waterige, niet of nauwelijks samendrukbare substantie: de nucleus pulposus. Ten tweede zijn de vezels van de anulus fibrosis niet overal in de discus van hetzelfde type, zoals bij vezels van de kluwen touw wel het geval is. In de buitenste lagen van de anulus fibrosis komen de vezels exakt overeen met die zoals gevonden worden in ligamenten en pezen. Met name door Pauwels

6 is aannemelijk gemaakt dat dit type bindweefsel zich ontwikkelt op plaatsen waar trekbelastingen heersen (H). Meer naar het centrum van de discus toe worden de vezels steeds dunner, liggen verder uit elkaar en komen meer overeen met vezels zoals deze worden gevonden in het kraakbeen van gewrichten (hyalien kraakbeen). Formeel gezegd: de buitenste lagen van de anulus bevatten vezels van collageen type I, de binnenste van collageen type II (4,5). (Het verschil tussen beide typen bestaat uit een andere hoeveelheid en volgorde van de aminozuren, met name valine en hydroxylysine). Figuur 5. De discus intervertebralis en de facetgewrichten (wervel L4) van achter boven gezien. Het feit dat de buitenste vezels identiek zijn aan die van ligamenten en pezen doet het vermoeden rijzen dat deze vezels bedoeld zijn om trekspanningen op te nemen. De vezels meer in het centrum kunnen eveneens slechts trekkrachten opnemen doch vormen zich eerder op plaatsen waar door verticale druk horizontale afschuifspanningen ontstaan, zoals bijvoorbeeld in kraakbeen (11). Zelfs een oppervlakkige beschouwing van figuur 5 laat echter zien dat de struktuur van de discus intervertebralis in niets lijkt op het kraakbeen van de facetgewrichten. De discus lijkt qua samenstelling, bouw en struktuur veel meer op een ligament dan op hyalien kraakbeen. De interaktie tussen de nucleus pulposus en anulus fibrosis wordt over het algemeen als volgt voorgesteld. De verticale drukbelasting van de discus leidt tot een dreigende zijdelingse uitstulping (afplatting) van de nucleus pulposus. Dit leidt tot trekspanningen in het niet rekbare vezelnetwerk van de nucleus zelf en tevens in dat van de anulus fibrosis. Als gevolg hiervan ontstaat er een hydrostatische drukstijging in de nucleus pulposus, zodat een zeer drukvaste struktuur ontstaat (figuur 6). Het geheel heeft iets weg van een gelatine-pudding, gehuld in een aantal strak hieromheen getrokken nylon kousen, waar men op gaat zitten. De nucleus pulposus vervult in dit model een cruciale rol: zonder nucleus geen hydrostatische druk, hetgeen zou resulteren in een sterk verminderende mogelijkheid tot het opvangen van druk. "Degeneratie" van de nucleus (vermindering van het watergehalte en fragmentatie) wordt dan ook geacht te leiden tot een verminderde drukopvangmogelijkheid van de discus met discopathie, spondylosis en spondylarthrosis als gevolg.

7 Figuur 6. Principe van de drukopvang door de discus intervertebralis zoals veelvuldig beschreven in de literatuur. Er is sprake van een samenspel tussen hydrostatische druk in de nucleus pulposus en hierdoor opgewekte trekspanningen in de anulus fibrosis. Een interessant experiment van Markolf en Morris (7) laat echter zien dat de bovenstaande theorie niet juist kan zijn. In het kort komt het onderzoek op het volgende neer. Lumbale intervertebrale disci werden in vitro belast op verticale druk na verschillende ingrepen (figuur 7): Figuur 7. Verklaring in de tekst. a. injektie van de discus met een fysiologische zoutoplossing, nucleus en eindplaten werden intakt gelaten; b. een kleine opening in de anulus fibrosis (2-4 mm), de nucleus en de eindplaten werden intakt gelaten; c. een kleine opening in de anulus fibrosis, de nucleus werd geheel verwijderd, de eindplaten werden intakt gelaten;

8 d. een kleine opening in de anulus fibrosis, de nucleus werd geheel verwijderd, de eindplaten werden eveneens verwijderd. De resultaten van deze vier situaties werden vergeleken met die van intakte disci met eindplaten. De volgende mechanische reakties van de discus werden onderzocht: de mate van indrukking bij belastingen van 0 tot 450 kg (druk-verkortingstest): - de verandering in de tijd van de benodigde druk bij een bepaalde mate van indrukking (drukrelaxatietest); - de verandering in de tijd van de vervorming bij een konstante belasting (kruiptest). De bijzondere uitkomst van dit onderzoek was dat in alle gevallen vanaf de derde belastingscyclus de grafieken vrijwel gelijk werden aan die van de intakte discus. Ter illustratie worden in figuur 8 de oorspronkelijke resultaten van dit onderzoek gegeven voor de druk-verkortingstest van situatie d zoals hierboven beschreven. De afwijking van de eerste cyclus moet volgens de auteurs gezocht worden in het feit dat er eenvoudig minder materiaal aanwezig was. Als bijzonderheid wordt nog vermeld dat in geval b luide "poppingsounds" waren te horen tijdens de belasting en ontlasting. Dit werd toegeschreven aan het in het tunneltje geperst worden van nucleus materiaal, dat daarna door de hoge druk werd vastgeperst tegen de wand (analoog aan een slijmprop bij een ademhalingspatient welke wordt vastgeklemd in de kleine luchtwegen bij krachtig hoesten). De auteurs spreken van "self-sealing" van de discus. Het voorgaande betekent dat het vermogen druk op te vangen van de discus en de wijze waarop dit gebeurt, niet afhangt van het al of niet aanwezig zijn van de nucleus pulposus. De drukopvang wordt gerealiseerd door de anulus fibrosis zelf, identiek aan het opvangen van druk door een bol touw (zie figuur 4). Figuur 8. Druk-verkortingskurve zoals gemeten door Markolf et al. (8). Verklaring in de tekst. ad c. De facetgewrichten van de lumbale wervelkom kunnen de drukkrachten op de wervelkolom niet opnemen omdat zij verticaal staan. Tevens zijn de gewrichtsvlakken sagittaal gesteld, zodat geen sagittate reaktiekrachten kunnen worden opgenomen.

9 Bij de positie van de facetgewrichten moet een onderscheid gemaakt worden tussen: de stand van de intervertebrale gewrichten ten opzichte van de bijbehorende wervellichamen; de stand van de intervertebrale gewrichten ten opzichte van de horizontaal. Lumbaal staan de facetgewrichten ten opzichte van de wervellichamen iets schuin, zoals te zien is in figuur 2. De positie van de wervelgewrichtsvlakken ten opzichte van de horizontaal wordt bepaald door de ruimtelijke positie van de wervels. Wij gaan in het hierna volgende verder uit van de voorovergekantelde positie zoals wordt ingenomen door de onderste lumbale wervels. Of in het algemeen evenwicht gemaakt kan worden in een gewricht hangt af van de grootte en richting van de belasting en de grootte en richting van krachten geleverd door ligamenten en of spieren ten opzichte van de positie van de gewrichtsvlakken. In een vroegere aflevering van deze rubriek zijn wij op deze problematiek al ingegaan (13). Het kernpunt van dit betoog willen wij hier nog eens herhalen. In ieder synoviaal gewricht is slechts evenwicht (stilstand) mogelijk wanneer de reaktiekracht loodrecht staat op de gewrichtsvlakken. Om precies te zijn: de reaktiekracht moet loodrecht staan op het gemeenschappelijke raakvlak in het momentane kontaktpunt. De mogelijkheid dat de reaktiekracht nul is laten we hier buiten beschouwing: het kraakbeen op het gewrichtsoppervlak kan in zo'n geval niet blijven bestaan. Of evenwicht in een gewricht mogelijk is, hangt op zich niet af van de positie van het gewrichtsvlak ten opzichte van de horizontaal ofwel ten opzichte van de zwaartekracht. Dit laatste blijkt uit vele situaties in verschillende gewrichten. We volstaan met enkele voorbeelden. 1. In ruglig tilt U het gestrekte been een klein stukje van de onderlaag op. Het gewrichtsvlak van de tibia staat vrijwel verticaal, doch evenwicht is probleemloos mogelijk. 2. In ruglig heft U de arm zijwaarts tot ongeveer 90 en tilt de gestrekte arm een klein stukje op van de onderlaag. Het vlak van de cavitas glenoidalis staat loodrecht ten opzichte van de bodem, doch opnieuw is evenwicht in het gewricht probleemloos mogelijk. 3. In stand heft U de gestrekte arm naar voren met een zwaar gewicht in de hand. Het gewrichtsvlak van de radius staat verticaal, doch de pols schiet niet in een bajonetstand. In deze en vele andere situaties zijn geen strukturen aanwezig in het gewricht die horizontaal staan en verticale drukbelastingen kunnen opvangen. Het evenwicht komt tot stand doordat ofwel meerdere spieren ofwel spieren en ligamenten en/of kapseldelen worden aangespannen, zodanig,dat de reaktiekracht loodrecht op het gewrichtsoppervlak wordt gericht (13). Bij het beschouwen van zowel de zwaartekracht als de spierkracht van de rugstrekkers lijkt tamelijk overtuigend te kunnen worden aangetoond dat door de kombinatie van deze twee krachten de discus op druk wordt belast. Dit wordt weergegeven in figuur 9. Hierbij is echter het volgende van het grootste belang. Het plaatsen van het aangrijpingspunt van de reaktiekracht in de discus is een keuze van de maker van de krachtenanalyse zelf. Het enige dat "blijkt" uit dergelijke modellen is dat de onderzoeker het kennelijk "logisch" vond de reaktiekracht in de discus te laten aangrijpen. Ook hier is weer sprake van eenzelfde cirkelredenering als behorend bij figuur 4. Figuur 9. Model om de drukbelasting op de discus te berekenen. De plaats waar de reaktiekracht (Fr) aangrijpt is echter een keuze van de onderzoeker. Fz is zwaartekracht, Fs is spierkracht. Omdat men de reaktiekracht laat aangrijpen in de discus wordt deze op druk belast en niet omdat de discus door de zwaartekracht op druk belast moet worden. De keuze van het aangrijpingspunt van de reaktiekracht is bij de wervelkolom immers vrij. Met hetzelfde recht stopt men er vooraf in dat de reaktiekracht geheel wordt opgenomen

10 door de facetgewrichten omdat men dat "logisch" vindt. Dat laatste vinden wij ook en dus zullen we trachten een evenwichtsmodel te vervaardigen van de wervelkolom en wel zodanig dat de drukopvang door de discus niet nodig is, maar gerealiseerd wordt door de synoviale, intervertebrale gewrichten. In figuur 10 wordt als eerste benadering een soort "wasknijpermodel" van de wervelkolom getoond (figuur l0a). Belasting zonder spieraktiviteit op het corpus zou druk op de discus veroorzaken (figuur l0b). Bij gelijktijdige spieraktiviteit wordt de druk op de discus gereduceerd tot 0 (figuur l0c). Het geheel valt goed te vergelijken met een wasknijper welke U om de vinger klemt. De vinger stelt de discus voor en de veer in de wasknijper de belasting. Wanneer U met de andere hand de wasknijper opendrukt blijft de belasting op de wasknijper (het bot) gelijk doch die op de vinger (de discus) neemt af naarmate U meer kracht zet. Het probleem bij dit model zal duidelijk zijn. De gewrichtsvlakken staan horizontaal, terwijl de spieren verticaal verlopen. Dat is niet het geval in de wervelkolom. De gewrichtsvlakken van de lumbale wervelkolom staan, afhankelijk van de ruimtelijke positie van de wervel, min of meer schuin. Tevens staan deze vlakken schuin ten opzichte van de wervel zelf. De schuine positie van de gewrichtsvlakken ten opzichte van de wervel is gerealiseerd in het model getoond in figuur l0d. Figuur 10. Verklaring in de tekst. Bij belasting van het corpus zou de discus worden ingedrukt, terwijl het bovenste gewrichtsvlak langs het onderste zou afglijden. De wervel wordt hierbij, door de scheve stand van de gewrichtsvlakken, tevens gedwongen naar achteren te verplaatsen (figuur l0e). Ondanks de scheve stand van de gewrichtsvlakken, is evenwicht toch mogelijk indien een spier zou aanspannen welke verloopt in de richting Fs. De reaktiekracht staat loodrecht, de drie krachten (Fg, Fr en Fs) gaan door één punt en de momenten ten opzichte van het punt P kunnen nul zijn indien Fs groot genoeg is (figuur l0f). Ook bij deze voorstelling van zaken ontstaan echter problemen. De schuin verlopende spier Fs (b) lijkt, volgens een recente beschrijving van de anatomie van de rugspieren (3) niet te bestaan. Daarnaast is er in figuur 10 steeds sprake van een verticale belasting op het wervellichaam in plaats van een belasting welke aangrijpt vóór de wervelkolom. Het volgende (en voor wat dit artikel betreft laatste) model, waarin geprobeerd is alle hierboven genoemde eisen te verwerken, wordt getoond in

11 figuur 11. De belasting Fz, de zwaartekracht van hoofd, romp en armen, grijpt voor de wervelkolom aan. Figuur 11. Alternatief model voor de opvang van de drukkrachten op de wervelkolom. De druk wordt volledig opgenomen door de facetgewrichten. Fz is de zwaartekracht. Fs is de spierkracht. Fl is de trekspanning in kapsel/ligamenten van het intervertebrale gewricht (of andere strukturen welke in een soortgelijke richting lopen). P is het kontaktpunt in het gewricht. Fres is de resultante van Fl en Fs, aangrijpend in S2. De werklijnen van Fz, Fres en Fr gaan door één punt (SI), terwijl Fres en Fz tegengestelde momenten bezitten ten opzichte van 'P. De reaktiekracht Fr moet loodrecht op het gewrichtsoppervlak staan. De werklijn van deze kracht snijdt die van Fz in het punt SI. De spierkracht van de rugspieren wordt voorgesteld door Fs, min of meer e- venwijdig lopend aan de lengterichting van de wervelkolom. Deze drie krachten (Fz, Fr en Fs) gaan niet door één punt en evenwicht is niet mogelijk. Gezocht moet nu worden naar een extra kracht (Fl), welke een zodanige richting heeft dat de werklijn van de resultante (Fres) van Fl en Fs door SI gaat. Met de in de figuur gekozen richting van Fl blijkt dit mogelijk. Welke anatomische struktuur stelt deze Fl nu voor? Het blijkt dat vezels in het kapsel van de intervertebrale gewrichten, zoals weergegeven in figuur 12, de juiste richting zouden hebben om deze kracht op te nemen. Hier kan tegen in gebracht worden dat de kracht in de vezels in de orde van grootte ligt (of zelfs groter is) dan de spierkracht. Is dit niet een te zware belasting voor het kapsel?

12 Figuur 12. Detail van het vezelverloop zoals nodig voor Fl (zie figuur 11). De vezels lopen van achter onder op het onderste proc. articularis van de bovenliggende wervel naar voor en boven op het bovenste proc. articularis van de onderliggende wervel. Het antwoord hierop is drieledig. Ten eerste worden op de discus intervertebralis probleemloos enorme krachten geaccepteerd, waarom dan niet op het kapsel van het intervertebrale gewricht? Ten tweede is het hier gebruikte model zeer gevoelig voor relatief kleine richtingsveranderingen. De krachten kunnen daardoor nog groter, maar ook veel kleiner worden. Wanneer toch spiervezels zouden bestaan welke min of meer horizontaal verlopen (van dorso-craniaal naar ventrocaudaal) is het evenwicht aanzienlijk eenvoudiger te realiseren. Veel hangt dus af van de nauwkeurigheid waarmee anatomische gegevens in het model worden verwerkt. In dit voorbeeld is dat in ieder geval niet gebeurd. Hier gaat het slechts om een principe, niet om een kwantitatieve uitwerking. Ten derde: de kapsels van de intervertebrale gewrichten zijn ook opvallend sterk. Het kapsel van het intervertebrale gewricht blijkt trekkrachten tot 600 N (60 kgf) op te kunnen nemen (3). Aangezien het intervertebrale gewricht bestaat uit twee kamers (links en rechts) kan per wervel een trekkracht van 120 kg alleen al door de collagene vezels rond het intervertebrale gewricht worden opgenomen. Een volgend punt heeft betrekking op de richting van de reaktiekracht. Deze loopt zoals hier wordt aangenomen, min of meer in het sagittale vlak, dus van voor naar achter. De precieze richting hangt af van de positie van het momentane kontaktpunt in het gewricht in iedere romphouding. In het algemeen valt echter in te zien dat, aangezien de Fz ventraal van de wervelkolom aangrijpt (althans in de rechtopstaande stand of voorovergebogen posities) de reaktiekracht steeds min of meer, ten opzichte van de wervel, van voor naar achter (dus in het sagittale vlak) moet lopen. Hoe valt dit te rijmen met de over het algemeen sagittaal staande gewrichtsvlakjes van de lumbale wervels? De gewrichtsvlakken zouden juist frontaal moeten staan (net als in de thoracale wervelkolom) om de reaktiekrachten te kunnen oovangen. Anders zouden de vlakjes van de bovenliggende wervel tussen die van de onderliggende door naar voren afglijden. Het antwoord op dit probleem luidt: de intervertebrale gewrichtsvlakken staan lumbaal niet in het sagittale vlak. In figuur 13 wordt de werkelijke vorm van de lumbale gewrichtsvlakken op het proc. articularis superior van L4 getoond. Figuur 13. De vorm van het facetgewricht van L4, van boven bezien. Duidelijk is dat een groot deel van het gewrichtsvlak in het frontale vlak staat. Dit is bij de lumbale wervels steeds het geval. Alleen het meest dorsale deel van het vlak staat min of meer in het sagittale vlak. Alhoewel de variatie groot is, blijkt steeds het ventrale deel van het gewrichtsvlak in het frontale vlak te staan (3,12) waardoor reaktiekrachten in sagittale richting uitstekend verwerkt kunnen worden. (De frontale stand van de gewrichtsvlakken tussen L5 en het sacrum wordt zelfs in de meeste anatomieboeken als opvallend feit vermeld).

13 ad d. De gewrichtsvlakken van de lumbale wervels zijn veel te klein om de grote krachten in verschillende houdingen te weerstaan. Niemand is verbaasd over het feit dat het basisgewricht van de grote teen (art. metatarso-phalangeale I) tijdens de afzetfase van het hardlopen vele malen het lichaamsgewicht te verwerken krijgt. De gewrichtsvlakken van de beide kamers van het intervertebrale gewricht samen zijn echter minstens zo groot, zo niet groter dan het genoemde gewricht van de hallux. Daar komt bij dat in ieder gewricht in vrijwel elke positie (uitgezonderd de close packed position) slechts kontakt gemaakt wordt op een zeer klein kraakbeengebied vergeleken met het totale oppervlak. De totale oppervlakte van het gewricht doet dus in feite niet ter zake bij de vraag of bepaalde krachten wel of niet opgevangen zouden kunnen worden. ad e. In verschillende houdingen is in vivo de druk in de discus hoger of lager. Deze drukverandering correlleert hoog met de houding en de mate van spieraktiviteit. Dit betekent dat de discus op druk wordt belast. Vooral de zweedse onderzoeker en autoriteit op het gebied van de wervelkolom A. Nachemson heeft zich beziggehouden met onderzoek naar de druk in de discus onder invloed van houding en belasting (1,9,11). Figuur 14. Overgenomen van A. Nachemson (9). Druk in de discus intervertebralis in verschillende houdingen, vergeleken met de druk in de rechtopstaande stand. In verschillende houdingen: zit, lig, voorovergebogen in stand, enz. varieert de druk in de discus. De veel geciteerde grafiek getoond in figuur 14 toont de procentuele intradiscale drukverhoudingen in verschillende posities ten opzichte van de rechtopstaande stand (9). Alhoewel deze gegevens sterk lijken te pleiten voor de gedachte dat de discus op druk wordt belast, dienen we toch het volgende in ogenschouw te nemen: druk in de discus is niet hetzelfde als druk op de discus. Uit experimenten van Nachemson zelf blijkt bijvoorbeeld de druk in de discus eveneens toe te nemen bij autotractie (figuur 15). Hierbij trekt de proefpersoon via de armen aan zijn eigen, via een corset gefixeerd, bekken. De drukwaarden werden gemiddeld 4.9 maal hoger vergeleken met de druk in ontspannen ruglig.

14 Figuur 15. Overgenomen van Andersson et al. (2). De druk in de discus bij autotractie wordt hoger. Bij passieve tractie, gegeven door twee onderzoekers, steeg de gemiddelde discus druk eveneens, alhoewel minder dan bij de aktieve tractie (2.5 maal hoger vergeleken met de druk in ontspannen ruglig). De onderzoekers verklaren dit verschijnsel via door de tractie opgewekte spierspanning. Het verschijnsel kan echter eveneens op een andere manier worden verklaard. Zelfs wanneer de discus geheel ontlast is, bestaat er een positieve intradiscale druk: de discus is "voorgespannen" (6). Dit betekent tevens dat in zo'n geval het volume van de discus maximaal is. Aangezien de discus bestaat uit niet of nauwelijks rekbaar materiaal (collagene vezels met een maximale verlenging van ca. 3%), gaat iedere vormverandering van de discus gepaard met een volumeverkleining en dus een drukstijging. In figuur 16 wordt op nog een andere manier het verband tussen volume, belasting en inwendige druk van de discus getoond. De discus wordt voorgesteld als een rechthoek waarvan de breedte aanzienlijk groter is dan de hoogte (de breedte van een discus is ongeveer 50 mm, de hoogte ongeveer 6 mm). De zijwanden lopen echter niet verticaal doch zijn iets naar buiten uitgebocht. In het model worden de zijwanden voorgesteld door twee cirkelbogen van een cirkel met het centrum van de discus als middelpunt. Terwille van de duidelijkheid is de hoogte van de discus in de figuur sterk overdreven. Figuur 16. Bij tractie worden de uitbochtende vezels rechtgetrokken. Als de blauwe oppervlakjes in figuur a groter zijn dan de blauwe balk in figuur b neemt de druk in de discus toe. Dit blijkt steeds het geval te zijn. Als tractie aan deze struktuur wordt gegeven kan de hoogte van de discus maximaal gelijk worden aan de lengte van de uitbochtende vezels. Met andere woorden: de blauwe oppervlakken in figuur 16a verdwijnen en maken het oppervlak van de discus kleiner. De blauwe balk in figuur 16b is de oppervlakte waarmee de oorspronkelijke discus toeneemt. Wanneer de vermindering van het oppervlak in situatie a groter is dan de toename zoals gegeven in situatie b, is er een netto afname. Aangezien de discus opgevat mag worden als een hele serie van het hier getoonde "plakje" achter elkaar, mag in dit geval oppervlakte bij benadering representatief geacht worden voor volume. Uit berekeningen blijkt dat bij tractie het volume van het model afneemt en dus de inwendige druk toeneemt (zie de appendix). Uit het feit dat de druk in de discus toeneemt in bepaalde houdingen kan dan ook niet zomaar gekonkludeerd worden dat dit veroorzaakt wordt door een toename van de druk op de discus.

15 Diskussie In het voorgaande zijn argumenten tegen over elkaar gezet die voor of tegen de opvatting pleiten dat de discus intervertebralis op druk wordt belast. We zullen in deze diskussie niet nog eens de argumenten zelf bespreken, dat zou al snel leiden tot een herhaling van zetten. Liever willen we nog een aantal vragen opvoeren met betrekking tot de context van het gestelde probleem. 1. Overal in het lichaam worden drukkrachten opgevangen in synoviale gewrichten, terwijl bindweef sel verantwoordelijk is voor het opnemen van trek. Waarom zou nu juist in de wervelkolom een bindweefselstruktuur de druk moeten opvangen? 2. Een onderzoeker plaatst een drukopnemer, zoals gebruikt door Nachemson, in de achillespees. Gevraagd wordt aan de proefpersoon op de tenen te gaan staan. De druk in de pees blijkt bij dit experiment sterk toe te nemen. Zouden wij nu de konklusie moeten trekken dat de achillespees kennelijk op druk wordt belast? 3. Stel dat van oudsher de anatomen nu eens andere namen zouden hebben bedacht voor de discus intervertebralis, omdat zij bij het beschouwen van een bewegingssegment van de wervelkolom het volgende dachten: "Aan de achterzijde van de wervel zien wij een doornvormige botuitsteeksel, een processus spinosus, verbonden met elkaar door ligamenten: de ligg. supra- en interspinale. Aan de zijkant vinden wij een dwarsuitsteeksel, een processus transversus, verbonden met elkaar via een ligament: het lig. intertransversarium. Aan de voorkant vinden wij ook een uitsteeksel, weliswaar een groot uitsteeksel, maar toch een uitsteeksel. Omdat het zo groot is noemen we dit deel van de wervel: het processus gigantus. Onderling zijn deze uitsteeksels verbonden door een ringvormig ligament, wij noemen dit ligament: het lig. anulare intergigantum (figuur 17)". Het is de vraag of in dit geval iemand ooit verzonnen zou hebben dat dit ligament op druk zou worden belast. Figuur 17. Alternatieve naamgeving van het corpus en de discus. 4. Als de wervellichamen op druk zouden worden belast, waarom zijn hiertussen dan geen synoviale gewrichten gevormd? Bij de giraffe, waar de cervicale wervelkolom werkelijk verticaal op druk wordt belast, is dit wel het geval (centrale gewrichten). 5. Als rond gewrichten veel bindweefsel wordt aangetroffen (wervelkolom, sacroiliacaalgewricht, acromioclaviculair gewricht, enz.) wordt dit meestal verklaard door aan te nemen dat de krachtsinwerking hier wel zeer groot moet zijn. Dat vele touwtjes een goede richting van krachten mogelijk maakt wordt niet in de overweging betrokken. Als rond gewrichten veel spieren of spierslippen worden aangetroffen, wordt dit meestal verklaard door aan te nemen dat hier wel zeer subtiele bewegingen moeten worden gemaakt, of dat, net als bij de verklaring van de hoeveelheid bindweefsel, wel zeer grote krachten

16 moeten werken. Zowel de wervelkolom als het heupgewricht zijn hier voorbeelden van. Het probleem van het richten van (reaktie)krachten wordt ook hier niet in de overweging betrokken. Wanneer anatomen van oudsher naar ligamenten en spieren zouden hebben gekeken vanuit de vraagstelling: hoe kunnen deze strukturen de reaktiekrachten steeds loodrecht op het gewricht richten, zou een andere anatomie zijn ontstaan. Vooraf bestaande theoretische opvattingen over de funktie van een anatomische struktuur bepalen in hoge mate op welke wijze deze struktuur door de onderzoeker wordt "gezien" en beschreven. Binnenkort zullen wij dan ook nog eens met "andere ogen" anatomische wervelkolompreparaten bestuderen teneinde vast te stellen of er min of meer horizontaal verlopende spier- (of ligament)vezels bestaan, die passen bij de opvatting dat de drukkrachten op de wervelkolom worden opgenomen door de facetgewrichten in plaats van door de discus. APPENDIX In figuur 18a wordt een discus voorgesteld op ongeveer ware grootte (de wigvorm is niet weergegeven). Het model (figuur 18b) bestaat uit een rechthoek met aan twee zijden cirkelbogen van de omgeschreven cirkel met straal r. Deze cirkelbogen representeren het iets naar buiten uitbochten van de anulus fibrosis. De hoogte van de discus is in de figuur voor de duidelijkheid sterk overdreven. In de berekening wordt uitgegaan van een hoogte van 6 mm en een breedte van 50 mm. Het oppervlak wordt geacht het volume van de discus te representeren. Het effekt van tractie op het volume wordt berekend, waarbij er van uitgegaan wordt dat de tractie zover wordt doorgezet dat de uitbochtende vezel v een verticaal verloop krijgt. Figuur 18. a. Verhoudingen van de discus (ware grootte, de wigvorm is niet gerepresenteerd). b. Model van de discus. De hoogte is sterk overdreven. r = straal omgeschreven cirkel. v = lengte van de uitbochtende anulus vezels. α = booghoek van v. Het oppervlak van de discus zonder tractie bestaat uit de som van het oppervlak van de rechthoek en de beide cirkelsegmenten. 1. De straal van het cirkelsegment r: r = = De hoek α: 3 α = 2 arctan = Oppervlak cirkelsegment: A 1 :

17 2 α 1 2 A1 = π r r sinα = Het oppervlak van de rechthoek: A 2 = = Totale oppervlak voor de tractie: O1 = 2 A1 + A2 = De lengte van de uitbochtende vezel v: α v = π r = Na tractie, waarbij de vezel v geheel is rechtgetrokken is het oppervlak van de discus: O 2 = = Aangezien O 2 ( ) kleiner is dan O 1 ( ) neemt de druk in de discus als gevolg van tractie dus toe. Indien U mee wilt werken aan deze rubriek verzoeken wij U vriendelijk het hieronderstaande antwoordformulier vóór 30 juni 1993 aan ons toe te zenden. In een volgende aflevering van dit tijdschrift zullen de gebundelde resultaten worden gepubliceerd. Wij danken U bij voorbaat voor Uw medewerking. Vraag Kunt U hardere argumenten dan verwoord in dit artikel aanvoeren voor of tegen de stelling dat de discus intervertebralis op druk wordt belast? U wordt van harte uitgenodigd Uw antwoord in te sturen aan: VERSUS antwoordnummer WB DEN HAAG (Een postzegel plakken is dus niet nodig). Literatuur 1. Andersson G., Ortengren R., Nachemson A.Intradiskal pressure, intra-abdominal pressure and myoelectric back muscle activity related to posture and loading. Clinical Orthopaedics and Related Research, no.129, pp , (1977). 2. Andersson G., Schultz A., Nachemson A. De druk in de discus intervertebralis tijdens tractie. Stimulus, nr. 4, pp , (1985). 3. Bogduk N., Twomey L.. Clinical anatomy of the lumbar spine. Churchill Livingstone (1991). 4. Eyre D., Muir H. Type I and II collagens in intervertebral disc. Biochem. J., vol. 157, no.157, pp , (1976). 5. Eyre D., Muir H.

18 Quantitative analysis of types I and II collagens in human intervertebral discs at various ages. Biochemica et Biophysica Acta, no.492, pp.29-42, (1977). 6. Jensen G. Biomechanics of the lumbar intervertebral disc: a review. Physical Therapy, vol.60, no.6, pp , (1980). 7. Markolf K., Morris J. The structural components of the intervertebral disc. The Journal of Bone and Joint Surgery, vol.56-a, no.4, pp , (1974). 8. Mixter W., Barr J. Rupture of the intervertebral disc with involvement of the spinal canal. New England Journal of Medicine, vol.211, no.5, pp , (1934). 9. Nachemson A. Lumbar intradiscal pressure. Dept. of orthopedic surgery, pp Sahlgren Hospital, Goteberg Sweden. 10. Nachemson A. Measurement of intradiscal pressure. University of Upsala, Sweden, pp Pauwels F. Gesammelte Abhandlungen zur funktionellen Anatomie des Bewegungsapparates. Springer Verlag (1965). 12. PutzR. Funktionelle Anatomie der Wirbelgelenke. Georg Thieme Verlag (1981). 13. Riezebos C., Lagerberg A., Koes E., Krijgsman F. De non-validiteit van de manuele weerstandstest. Versus, tijdschrift voor fysiotherapie, no.3, pp , (1992).