Zu grosse Last für die Wirbelsäule

Warum schmerzt so vielen Menschen so oft der Rücken? Die Empa hat zusammen mit der University of Pittsburgh und der Universitätsklinik Balgrist die Mechanik der unteren Rückenwirbel entschlüsselt.

Bruno Knellwolf
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Wenn der Rücken schmerzt. (Bild: fotolia)

Wenn der Rücken schmerzt. (Bild: fotolia)

Warum schmerzt so vielen Menschen so oft der Rücken? Die Empa hat zusammen mit der University of Pittsburgh und der Universitätsklinik Balgrist die Mechanik der unteren Rückenwirbel entschlüsselt.

Für die einen sind Rückenschmerzen der Preis für den aufrechten Gang. Denn seit wir uns aufgerichtet haben, trägt unsere Wirbelsäule den ganzen Tag die gesamte Last von Kopf, Oberkörper und Armen. Das führe zu einem Verschleiss, der irgendwann schmerzen könne.

Für die anderen sind Rückenschmerzen eine Zivilisationskrankheit. Das Problem hat demnach erst begonnen, als der Mensch sich hingesetzt hat, um nachzudenken. Wir bewegen uns zu wenig und schwächen so die Muskeln. Dazu kommt Stress privat oder bei der Arbeit. So von Sorgen gebeutelt, geht der Mensch gebeugt durchs Leben. Die Rückenmuskeln verkrampfen sich und bald schmerzt der Rücken.

Manchmal hilft Stärkung

In vielen Fällen hilft dann die Lockerung und Stärkung der Rückenmuskeln. Doch das funktioniert nicht bei jenen, die ein mechanisches Problem an der Wirbelsäule haben. Eine Operation lindert die Schmerzen. Mit einer Metallkonstruktion werden die defekten Rückenwirbel oder Bandscheiben überbrückt. Doch bald können die Schmerzen an benachbarten Wirbeln wieder auftreten.

Warum ist das so? Etwa ein Viertel der Patienten erleidet einen Rückfall. Am meisten aber jene, deren Rückgrat nicht vertikal über dem Hüftgelenk sitzt. Für die Empa-Forscher war das eine Frage für Maschinenbauingenieure, die sich wie im Brückenbau in Form, Elastizität, Beweglichkeit und Material auskennen. Die Empa-Forscher fütterten den Computer mit Wirbelsäulengeometriedaten, dann wurde die Biomechanik der Wirbelsäule abgebildet. Zu klären galt es zum Beispiel, ob sich eine Bandscheibe wie ein Kugelgelenk oder wie ein Gummilager verhält.

Mechanik nachgebildet

Die Wissenschafter konnten die Mechanik mit dem Computermodell nachbilden und erklären, warum bei einer Fehlausrichtung der Wirbelsäule die Rückfallquote nach einer Operation höher ist. Die Wirbelsäule hat bei einer Fehlstellung höhere Kräfte auszuhalten. Wenn der nicht operierte Patient sich nach vorne beugt, um eine Last aufzuheben, sind die Bandscheiben bis zu 34 Prozent stärker belastet, nach der Operation sogar um 45 Prozent stärker als beim gesunden Menschen. Der Verschleiss nimmt also rapid zu.

Als Folgeprojekt wurde ein 3D-Röntgen-Videosystem entwickelt, das die Bewegungen der Wirbelsäule genau aufzeichnet. Dank der so entschlüsselten Mechanik soll in Zukunft genau gesagt werden können, ob eine Überbrückungsoperation sinnvoll ist oder nicht.