Die Ernährung der Bandscheiben

Die Ernährung der Bandscheiben. Die torsionsinduzierte Wirbelkörperdeckplatten-Pumpe der
Bandscheiben.

M. Holtzmann
Privatärztliche Ambulanz für Venenheilkunde, Stuttgart
Erstveröffentlichung online am 22.05.2024

Die Ernährung der Bandscheiben. Die torsionsinduzierte Wirbelkörperdeckplatten-Pumpe der
Bandscheiben.

M. Holtzmann
Privatärztliche Ambulanz für Venenheilkunde, Stuttgart
Erstveröffentlichung online am 22.05.2024

Zusammenfassung

Wir wissen, dass die Bandscheiben über das Gefäßnetz der Wirbelkörperdeckplatten durch druckabhängige Flüssigkeitsverschiebung (Konvektion) versorgt werden. Bei vertikaler Ausrichtung der Wirbelsäule nehmen wir die alltäglichen Kompressions- und Dekompressionsschwingungen als ernährungs-induzierend an.
Jedoch, wie kommt diese Kompressions-Dekompressions-Bewegung bei horizontal ausgerichteter Wirbelsäule, nämlich bei den restlichen Säugetieren zustande?
Auffällig ist die hohe Inzidenz von Bandscheibenvorfällen bei im Zoo gehaltenen Säugetieren und den domestizierten Hunden. Hingegen leiden frei lebende Säugetiere und Hauskatzen nicht unter Bandscheibenvorfällen.
Der entscheidende Unterschied zwischen diesen beiden Tiergruppen ist der Bewegungsumfang. In der Bewegung muss also das Bandscheiben ernährende Momentum in der Wirbelsäule ausgelöst werden.
Was geschieht mit der Wirbelsäule, wenn Tiere rennen? Slow Motion Aufnahmen zeigen eine Rotation des Schultergürtels gegen den Beckengürtel beim laufenden Säugetier. Bewirkt diese Rotation eine Kompression und Dekompression der Bandscheiben und hierbei ihre Ernährung?
An einer mittig durchtrennten Wirbelsäule eines frisch geschlachteten Rindes weisen wir experimentell nach, dass die Rotation der Wirbelsäule die in toto Kompression der Bandscheiben induziert, die für den Outflow in die Spongiosazone der Deckplatten verantwortlich ist. Die Rückrotation in die Neutralstellung dekomprimiert die Bandscheibe und führt über das entstehende Druckgefälle zum Inflow der Nährstoffe aus den gefäßreichen Wirbelkörperdeckplatten.
Am menschlichen Probanden zeigen wir, wie eine Hals- und Oberkörperdrehung unter einer Messlatte durch Summation der Kompression aller Bandscheiben eine sicht- und messbare, reproduzierbare reversible Minderung der Körpergröße auslöst.

Fazit: Beim Sitzen, Stehen, Liegen, Radfahren, Schwimmen (außer Kraulschwimmen) kommt es zu keiner Rotation der Wirbelsäule, und damit zu keiner Ernährung der Bandscheiben. Um Rückenprobleme zu verhindern, muss der moderne Mensch in Intervallen täglich Wirbelsäulen-Rotationsübungen durchführen.

Schlüsselwörter

Rückenschmerzen, Ernährung der Bandscheiben, Bandscheibenvorfall, Wirbelsäulenrotation, Wechseldruckmechanismus, Deckplattenpumpe, In-Out-Flow.

Hintergrund

Die Ernährung der menschlichen Bandscheibe wird, so der allgemeine Konsens, durch axialen Wechseldruck, der eine druckabhängige Flüssigkeitsverschiebung (Konvektion) auslöst (23) und durch Diffusion (8,21) induziert. Da wir Menschen seit ca. 3 Millionen Jahren aufrecht leben, scheint es offensichtlich, dass die vertikal einwirkenden Schwingungen des Alltags die notwendigen Ernährungsbewegungen sicherstellen.
Wenn diese Hypothese stimmt, muss man sich allerdings fragen, wie die restlichen Säugetiere, die in der Regel eine horizontal ausgerichtete Wirbelsäule besitzen eine für die Ernährung ihrer Bandscheiben unabdingbare Kompressions- und Dekompressionsbewegung ausführen können?
Wie kommt ein horizontal gerichteter axialer Wechseldruck in den Wirbelsäulen der Säugetiere zustande?
Bei baugleicher Konstruktion aller Säugetierwirbelsäulen müsste dieser Mechanismus dann auch die menschlichen Bandscheiben versorgen.

Merkwürdig ist die hohe Inzidenz von Bandscheibenvorfällen bei im Zoo gehaltenen Säugetieren. Bei ihren freilebenden Artgenossen existiert diese Problematik nicht.

Auch der Unterschied in der Inzidenz an Bandscheibenvorfällen zwischen domestizierten Hunden einerseits und Hauskatzen andererseits ist erstaunlich. Die Inzidenz der Haushunde ist hoch (4,17,19), die der Hauskatzen nahe Null.
Das Reit- und Arbeitspferd der letzten Jahrtausende hatte keine Bandscheibenvorfälle, sondern ganz andere Probleme. Die heute gehaltenen Sportpferde, die 20 Stunden pro Tag in einer Box oder einem Ständer ihr Leben verbringen müssen, entwickeln zunehmend Rückenprobleme, welche sicher nicht auf Überlastung zurückzuführen sind.

Diese beiden Tiergruppen, die mit hoher Inzidenz an Bandscheibenvorfällen und die ohne, unterscheiden sich im Wesentlichen nur im Grad ihres Bewegungsumfangs.
Der Bewegungsumfang der Wildtiere ist sehr groß, der der Zootiere minimal. Die Hauskatze genießt eine größere Bewegungsmöglichkeit als der Haushund.
Bewegungsmangel und Bandscheibenprobleme beim Säugetier korrelieren stark und deuten möglicherweise auf eine Kausalität hin.
Wie wird der Wechseldruckmechanismus der Wirbelkörperdeckplatten bei sich bewegenden Säugetieren induziert?
Super Slow Motion Aufnahmen geben einen Hinweis. Laufende, rennende, galoppierende Säugetiere zeigen eine Rotation des Beckengürtels gegen den Schultergürtel (6).
So auch beim Menschen. Beim Gehen und Rennen dreht der Schultergürtel gegensinnig wechselnd gegen den Beckengürtel.
Löst diese Rotationsbewegung den Bandscheiben-Versorgungs-Mechanismus aus?

Material und Methoden

Wir führten den makroskopisch anatomischen Nachweis, dass die Rotation der Wirbelsäule eine axiale und gleichförmige Kompressionsbewegung auf die Bandscheibe und eine Dekompressionsbewegung bei Rückkehr in die Neutralstellung auslöst, an einem Tierpräparat durch.
Dazu haben wir die Lendenwirbelsäule eines frisch geschlachteten (12 h), 16 Wochen alten Kalbes (Schnellmast-Verfahren) sagittal mittig durchtrennt. Das neuronale Gewebe wurde entfernt. Manuell führten wir axiale Rotationen durch und maßen die dadurch induzierte makroskopisch sichtbare Annäherung der benachbarten Wirbelkörperdeckplatten.

Den indirekten Beweis für die Existenz dieses Pumpmechanismuses im Menschen führten wir mit einer Messung der funktionellen Körpergrößenveränderung.
Stellt man einen Probanden unter eine Messlatte und lässt ihn den Hals und Oberkörper maximal gestreckt in eine Richtung drehen, so müsste trotz bei der Drehung sich abflachender Kyphose und Lordose (27) durch die Summation der Bandscheibenkompressionen eine reproduzierbare, messbare Körpergrößenminderung auftreten, die bei Rückkehr in die Neutralstellung reversibel ist.

Ergebnisse

1. Reproduzierbare Annäherung der Deckplatten unter manueller Rotation der Lendenwirbelkörper 2 gegen 3. Das Nervengewebe ist entfernt.

Abb. 1: Neutralstellung.

Der Abstand der benachbarten Deckplatten L2/L3 ist durch Kanülen markiert.

Abb. 2: Manueller, gegensinniger Rotationsstress.

Deutliche Annäherung der markierten gegenüberliegenden Deckplatten. Eine gleichmäßige Kompression der Bandscheibe in toto ist sichtbar.

Abb. 3: Automatische (selbsttätige) Rückstellung in die Neutralposition.

Die markierten Deckplatten treten spontan und gleichmäßig auseinander.

1. Demonstration der sichtbaren Formveränderungen des Nucleus pulposus während der Rotation. Der “Fotolinsen-Effekt” des Anulus fibrosus.

Abb. 4: Durch die sich überkreuzende Konstruktion der faszialen Fasern des Anulus fibrosus entsteht bei der Rotation der Effekt einer sich öffnenden Fotolinse im Zentrum der Bandscheiben. Der Raum um den Nucleus pulposus wird sagittal größer, so dass der Nucleus sich abflachen kann (siehe Bild).

Abb. 5: Bei der spontanen, kräftigen Rückkehrreaktion in die Neutralstellung schürt der Anulus fibrosus den Raum um den Nucleus pulposus zu, so dass dieser in seine Kugelform (siehe Bild) gezwungen wird. Dabei schiebt er die benachbarten Wirbelkörperdeckplatten auseinander. Effekt einer sich schließenden Fotolinse.

1. Messung der rotationsinduzierten Annäherung der benachbarten Wirbelkörper Deckplatten.

Abb. 6a: Neutralstellung:
7 mm Abstand zwischen den
Markierungskanülen.

1. Reproduzierbares Oberkörper- und Hals-Rotations-Experiment bei gestreckt stehendem Probanden.

Zu beachten ist, dass sich bei der Rotation der Wirbelsäule die Lordosen- und Kyphosen-Krümmungen abflachen und dabei eine gewisse Zunahme der Körpergröße resultiert. Doch die Summation der rotationsinduzierten Bandscheiben Höhenminderungen überlagern den Kyphosen- und Lordosen-Abflachungseffekt, sodass summa summarum eine individuelle Reduktion der Körpergröße messbar ist. Dieses Phänomen ist nur über die fasziale Konstruktion der Bandscheiben mit sich überkreuzenden Fasern, welche bei Torsion die Deckplatten zueinander ziehen und dabei die Bandscheiben komprimieren, erklärbar.

Das Ergebnis des Experiments ist Geschlechts- und Altersunabhängig.

Diskussion

Die Bandscheiben der Säugetiere und des Menschen bestehen aus Faserknorpelgewebe. Wie bei allen Knorpelgeweben kann die Ernährung und die Entsorgung der Stoffwechsel Endprodukte nicht über innergewebliche Blutgefäße gesichert (10) werden, weil Knorpelgewebe gefäßfrei sind.
Der subkortikale, knöcherne Teil der Abschlussplatten ist siebartig von zahlreichen, gefäßreichen Poren durchsetzt, die die Versorgung der Bandscheibe sicherstellen (8,16,23,26,28).
Der Anulus fibrosus der Bandscheibe ist mit seinem faszialen, scherengitterartig überkreuzenden Fasersystem mit den benachbarten Deck- bzw. Bodenplatten der Wirbel verwachsen (10).
Dreht man ein solches System, so ziehen die gewinkelt verlaufenden Faszienfasern die benachbarten Deckplatten aneinander (9,11,20).
Bei der Drehung öffnet sich, wie bei einer Kameralinse, der Fokus des Anulus fibrosus und gibt dabei sagittal Raum frei zur Abflachung des Nucleus pulposus (10,18,22). So wird die Annäherung der Deckplatten ermöglicht (25).
Werden auf diese Weise die Deckplatten zueinander gezogen (10), wird der Gewebe- Binnendruck im Wirbelzwischenraum größer, was zu einer Flüssigkeitsverschiebung gemäß des Druckgefälles in das Porensystem der Wirbelkörper führt (8,23). Das ist der postulierte rotationsinduzierte Outflow.
Bei der spontanen, kraftvollen Rückdrehung schnürt sich die Anulus fibrosus Linse durch das scherengitterartige überkreuzende Fasersystem enger und zwingt dabei den Nucleus pulposus in seine Kugelform, der dabei die benachbarten Wirbelkörperdeckplatten auseinander drängt (20). Es resultiert ein Unterdruck im Zwischenwirbelraum und konsekutiv strömt nährstoffreiche Flüssigkeit aus den gefäßreichen Deckplattenschichten der Wirbelkörper in das Bandscheibengewebe (23). Das ist der postulierte, rotationsinduzierte Inflow (7,9,12).

Beim Sitzen, Stehen, Liegen, Radfahren, Schwimmen (außer Kraulschwimmen) findet keine Rotation der Wirbelsäule statt, somit auch keine Ernährung der Bandscheiben! Konsekutiv kommt es mit der Zeit zu degenerativen Veränderungen der Gewebestrukturen. Schließlich genügen kleine Strukturbelastungen um einen Bandscheibenvorfall auszulösen.
Die letzten 3 Millionen Jahre bedeutete dies für den betroffenen menschlichen Organismus ein Todesurteil. Evolutionsmedizinisch betrachtet, ist es einfach zu erklären, dass eine vulnerable Bandscheibe vom Organismus prophylaktisch eingemauert werden muss, um keine existenzbedrohenden neuropathischen Symptome auszulösen. Das Bewegungssegment wird knöchern versteift (Spondylophyten und Spangenbildung) zum Preis einer eventuellen Spinalkanalstenose, aber mit der zuverlässigen Verhinderung von Bewegungssituationen, die sonst Bandscheibenvorfälle auslösen würden. Aus diesem Grund gibt es im hohen Alter kaum noch Bandscheibenvorfälle (23).

Die Ernährungs induzierende Pumpbewegung muss allerdings die Bandscheibe in toto erfassen. Bei Beugebewegungen in eine Richtung entsteht eine Teilkompression der Bandscheibe auf der einen Seite und eine Dekompression auf der kontralateralen Seite. Es entsteht nur ein Druckgefälle innerhalb der Bandscheibe. Ein Nährstoffaustausch mit den Deckplatten findet, wenn überhaupt, nur ungenügend statt.

Unterstützend für die Theorie des rotationsinduzierten Deckplatten-Pumpmechanismus ist ein Blick in den Leistungssport.
Die Rückenschmerz Problematik zieht sich durch alle Disziplinen des Sports. Eine Ausnahme ist der Langstreckenlauf, auch im Amateurbereich (2,3,5,14,15). Nach unserem Funktionsmodell erreicht nur ein Langstreckenläufer genügend lange und wiederkehrende Funktionszeiten der undulierenden Deckplatten-Pumpe, um eine ausreichende Ernährung der Bandscheiben sicherzustellen.

Fazit

Seit 3 Millionen Jahren bewegt sich der Mensch, der ausdauerndste Läufer des Planeten (13), oft und lange am Tage und lässt dabei den Schulter- und Beckengürtel gegensinnig und wechselseitig in hoher Frequenz rotieren.
Ohne es zu wissen, ernährte er dabei seine Bandscheiben optimal. Denn ausschließlich bei Drehbewegungen der Wirbelsäule wird, wie wir zeigen konnten, die Deckplattenpumpe (Ernährung der Bandscheiben durch Kompression und Dekompression) in Gang gesetzt.
Heutzutage verbringen die Menschen in Deutschland (18-45 Jahre) 10 Stunden am Tag sitzend (Fahren, Arbeit, Fernsehen, Computer, Freizeit) (6).
Beim Sitzen, Stehen, Liegen, Radfahren, Schwimmen (außer Kraul-Schwimmen) kommt es zu keiner Drehung (Rotation) der Wirbelsäule und die Deckplattenpumpe steht still, weshalb die Bandscheiben mit der Zeit buchstäblich verhungern und verdursten müssen. Der unvermeidliche Zusammenbruch der Bandscheiben endet im Bandscheibenvorfall.
Allerdings bieten sich durch unseren wissenschaftlich gänzlich neuen Ansatz die Möglichkeit, relativ einfach und vor allem kausal Bandscheibenbeschwerden und Rückenschmerzen prophylaktisch und therapeutisch entgegenzuwirken. Man muss die langen Sitz- und Stehphasen des modernen Lebens mit Wirbelsäulen Drehbewegungen unterbrechen, um den für die Bandscheiben lebenswichtigen Pumpeffekt auszulösen.
Für die Praxis bedeutet dies, dass wir entweder täglich einen 10.000 m Lauf absolvieren oder so häufig wie möglich Wirbelsäulen Drehübungen wie den von uns entwickelten Schulter-Twist oder Swivel-Chair-Twist in das tägliche Leben einbauen.

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