De wervelzuil

Mr. Guy Declerck MD geeft live uitleg over de wervelzuil

33 Wervels

Normalerwijze bestaat de wervelzuil uit 33 wervels. De 24 bovenste wervels vormen de beweeglijke wervelzuil. Men onderscheidt 7 nekwervels (cervicale wervelzuil of CWZ ), 12 borstkaswervels (thoracale wervelzuil of TWZ) en 5 wervels in de lage rug (lumbale wervelzuil of LWZ). De onderste 9 wervels zijn aan elkaar vastgegroeid en vormen het onbeweeglijke onderdeel dat centraal in het bekken gelegen is. Men onderscheidt het heiligbeen (sacrum) en het stuitbeen, ook staartbeen of coccyx genaamd.
De beweeglijke wervelzuil zit niet vast op het onbeweeglijke deel (Fig A) omdat het beweeglijke deel een gewricht vormt met het heiligbeen, vooraan via een tussenwervelschijf (L5-S1) en achteraan via de zogenoemde ‘facetgewrichten’ (L5-S1).

Fig A. De bovenste 24 wervels vormen de beweeglijke wervelzuil die scharniert op de onderste 9 aan elkaar vastgegroeide wervels.

S-vormige curves

Om zich op 2 benen te kunnen voortbewegen in een rechtopstaande positie moet de opgroeiende mens zijn wervelzuil in ‘bochten wringen’ (Fig B). Bij een foetus en een pasgeborene vormt de wervelzuil een naar voren gebogen holle curve die men de kyfose noemt. Tijdens de groei ontstaan in deze kyfotische structuur twee andere naar achteren gebogen curven. De bovenste curve (cervicale lordose) ontwikkelt zich wanneer de zuigeling zijn hoofdje opheft om rond te kijken. De onderste curve (lumbale lordose) ontstaat wanneer het kind rechtop begint te lopen¹.
In opgroeiende proefdieren kan men een lumbale lordose doen ontstaan wanneer ze verplicht worden op hun achterste poten rond te lopen^2,3.

Fig B. Vooraleer de mens zich rechtopstaand kan voortbewegen en schokken opvangen, moet de wervelzuil zich eerst in S-vormige ‘bochten’ wringen (schets uit de cursus van Kyphon NV).

De zwaartekracht oefent verticale krachten uit op de lumbale wervelzuil

Zodra een persoon kan staan en zich rechtop voortbewegen, drukt de massa van zijn hoofd, borstkas en armen loodrecht op de onderste lage lumbale wervelzuil (LWZ). Hierdoor wordt continu een kracht uitgeoefend die ongeveer gelijk is aan 55 % van zijn lichaamsgewicht. Voor een persoon van 70 kg bedraagt dit 385 N (Newton) wat ongeveer overeenkomt met een gewicht van 40 kg^1,4. Om deze kracht op te vangen is een speciale constructie vereist van de wervels (zie ‘wervellichaam’) en van de tussenwervelschijven (zie later blog ‘tussenwervelschijf’).

De lichaamsgestalte is ’s morgens groter dan ’s avonds

Eigenaardig genoeg vertoont de wervelzuil gedurende een etmaal zoiets als een ‘cyclisch diurnaal ritme’.
Tijdens een normale nachtrust kunnen de tussenwervelschijven min of meer recupereren van de geleverde inspanningen van de voorbije dag. Wanneer we ’s morgens opstaan, staan deze schijven onder spanning omdat ze door de platte rust water hebben kunnen opnemen en daardoor opgezwollen zijn. Deze situatie duurt slechts één uurtje na het opstaan. Door recht te staan, rond te lopen en onze dagelijkse activiteiten op te nemen, wordt de wervelzuil opnieuw belast waardoor de tussenwervelschijven het opgenomen water opnieuw uitpersen. Dit leidt tot een vermindering van de hoogte en het volume van de schijven met bijna 20%⁵ en veroorzaakt een vermindering van onze gestalte van 15 tot 25 mm^6,7,8. Wij zijn dus ’s morgens na het opstaan groter dan wanneer we ’s avonds gaan slapen.
Dit is ook de reden waarom wij onze wervelzuil ’s morgens minder vlot kunnen vooroverbuigen⁹. Naarmate de dag vordert, vlot het beter. Bij gezonde mensen bedraagt deze verbetering 5° à 6,5° en bij rugpatiënten zelfs 11°^10,11,12. Of je nu meer of minder gaat oefenen en sporten, het maakt geen verschil uit. ’s Avonds zal je sowieso beter kunnen vooroverbuigen. Je wordt dus niet soepeler door alleen maar te oefenen!

Er is een reden waarom de curves S-vormig zijn

Het is zeker niet om esthetische redenen want in principe zou een rechte rug even aantrekkelijk kunnen zijn.
Tijdens het stappen en zich voortbewegen, moeten de S-vormige curves (CWZ, TWZ en LWZ) ook bijdragen tot het opvangen van de schokken. Daarom nemen de curves ook continu toe en af¹³. Men kan de wervelzuil dan best vergelijken met de springveren in een matras.

De rug- en buikspieren

De rug- en buikspieren helpen eveneens bij het opvangen van de schokken. We voelen het niet, maar ze moeten hiervoor grote inspanningen leveren. Deze spieren zorgen ervoor dat we stabiel op onze benen kunnen blijven vooruitgaan en niet omvervallen¹⁴. De activiteit van de rug- en buikmusculatuur kan vergeleken worden met de inspanningen die de dij- en de kuitspieren moeten leveren om te voorkomen dat de knieën en enkels doorslaan tijdens staan en gaan¹⁵.
Probeer maar even van een stoel te springen en met gestrekte benen en rug op de grond te landen. Ik garandeer u dat u er beter aan doet om deze sprong uit te voeren met geplooide benen en de rug licht voorovergebogen te houden.
Het zijn dus inderdaad de spieren die weerstand bieden om pijnloos te landen tijdens het gaan, lopen of springen.

Gevolgen voor en door rugchirurgie

Het is dan uiteraard makkelijk te begrijpen dat wanneer de rugspieren beschadigd werden en de souplesse van de curves verstoord werd door rugchirurgie (wegnemen van een tussenwervelschijf (discectomie) voor een hernia die beenpijn veroorzaakt, aan elkaar fixeren van wervels met plaat en vijzen (arthrodese) of plaatsen van een discusprothese), er elders in de nog beweeglijke delen van de wervelzuil een onnatuurlijke compensatie moet ontstaan om de rechtopstaande balans te vrijwaren. Dit kan pijnlijk worden! Men zou voor minder aanraden om, na rugchirurgie, de rugspieren intens te oefenen!

De wervelzuil is een bouwkundig toestel

De wervelzuil doet dienst als een steunpilaar - een soort torengebouw - om de vorm en de flexibiliteit van het lichaam te bewaren maar ook om het stevigheid en stabiliteit te verschaffen.
In werktuigbouwkundige termen is de wervelzuil niet meer en niet minder dan een toestel dat verantwoordelijk is om meerdere wervels op elkaar te kunnen laten staan (axiale rigiditeit). Men kan de wervelzuil dan ook vergelijken met een uit legoblokken opgebouwde toren met als enige verschil dat de blokken nog ten opzichte van elkaar kunnen bewegen¹.

Complexe bewegingen

Omdat de wervels ten opzichte van elkaar kunnen buigen, strekken en draaien, kan de wervelzuil dezelfde bewegingen in verschillende richtingen uitvoeren: vooroverbuigen of flexie (Fig C1), achteroverbuigen of extensie (Fig C2), en roteren (Fig C3). Een combinatie van deze drie laat complexe bewegingen toe.
De bewegingen worden uitgevoerd door de aanwezigheid van gewrichten, enerzijds de schijven tussen de wervels (tussenwervelschijf of discus) en anderzijds de zogenoemde ‘facetgewrichten’ achteraan (Fig D). De wervels zijn omgeven door meerdere ligamenten die in zekere zin dienst doen als veiligheidskabels. Maar omdat de wervels ook aan elkaar verbonden zijn via spieren die vrijwillig kunnen aanspannen, zijn het vooral de spieren die ervoor zorgen dat de wervelzuil tijdens de bewegingen stabiel blijft rechtstaan (16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23).
Tussen de leeftijd van 16 tot 86 jaar verliest de wervelzuil ongeveer de helft van haar beweeglijkheid. Dit is in hoofdzaak te wijten aan toenemende veranderingen in tussenwervelschijven en ligamenten en veel minder door verlies aan rekbaarheid van de spieren¹.

Fig C. Met toestemming van de afgebeelde persoon. Fig C1: flexie van de wervelzuil is mogelijk omdat iedere tussenwervelschijf vooraan lichtjes wordt samengedrukt. Achteraan wordt er wel weerstand geboden door toename van de spanning in de buitenring van de discus (annulus). Fig C2: strekken van de lage rug is mogelijk door gelijkaardige evenementen maar in de tegenovergestelde richting. Fig C3: het draaien van de lumbale wervelzuil gebeurt door een geringe twist in elke tussenwervelschijf. De weerstand wordt geboden omdat er in de buitenring van de discus een grote spanning optreedt (verdere uitleg later in blog over ‘tussenwervelschijf’).

Bewegingssegment tussen twee wervels

Het bewegingssegment tussen twee wervels bestaat uit drie gewrichten (Fig D): de tussenwervelschijf en twee ‘facetgewrichten’. De beweeglijkheid tussen twee wervels en van de wervelzuil is dan ook veel complexer omdat ze, in tegenstelling tot bijna alle andere en veel meer eenvoudige gewrichten in het menselijke lichaam, gelijktijdig gebeurt rond meerdere bewegingsassen²⁴.

Fig D. Door de aanwezigheid van tussenwervelschijven en zogenaamde ‘facet’-gewrichten kan de wervelzuil in verschillende richtingen bewegen. De wervelzuil vormt eveneens een sterke benige muur rondom het ruggenmerg.

De tussenwervelschijf is het belangrijkste gewricht

De tussenwervelschijf is het belangrijkste gewricht in de wervelzuil maar bevat geen slijmvlies (synovium). In tegenstelling tot de meeste andere gewrichten, is een probleem in de discus helemaal geen ‘alles-of-niets’ probleem. Al is het inmiddels onomstotelijk bewezen dat ernstige en chronische lage rugpijn hoofdzakelijk veroorzaakt wordt door slijtage (degeneratie) van een lumbale tussenwervelschijf¹, een probleem in een discus leidt geenszins tot grote functionele hindernissen van de wervelzuil. Het kan wel pijnlijk zijn!

Ruimschootse compensatie wanneer een tussenwervelschijf het laat afweten

Aantastingen van de tussenwervelschijf worden ruimschoots gecompenseerd door de nog ‘normale’ discussen tussen de overige wervels en de enorme bewegingsreserve ter hoogte van de heupen bij voorover- en achteroverbuigen. Deze functionele compensatie bij beschadiging van één of meerdere discussen is een van de hoofdredenen waarom niet-operatieve behandelingen, wat die ook mogen wezen, nog tijdelijk goede resultaten kunnen opleveren.

Nog steeds geen goed functionerend kunstgewricht

De wetenschap is er tot op heden nog niet in geslaagd een perfect functionerend kunstgewricht te ontwikkelen dat de mechaniek van de drie gewrichten tussen de wervels kan vervangen. Het blijft vooruitgaan met ‘trial and error’. De bestaande technologie kon wel reeds enkele kunstdiscussen fabriceren. Maar slechts één van de drie gewrichten vervangen is te vergelijken met wat zal gebeuren wanneer slechts één van de drie leeggelopen banden van een bakfiets vervangen wordt. Het reproduceren van de complexe structuur en functies van het bewegingssegment tussen twee wervels is een veel grotere uitdaging dan het vervaardigen van een nieuwe kunstheup of kunstknie.

Methodes om bewegingen te meten

Er bestaan verschillende methodes om de beweeglijkheid van de wervelzuil bij een bepaalde persoon na te gaan^{25,26,27,28,29}. Achterhalen wat bij één bepaald individu de normale flexie, extensie en rotatie is, kan en moet zijn, is niet evident. Nochtans is het uiterst belangrijk voor een rugchirurg wanneer hij beslist om wervels aan elkaar vast te zetten of een tussenwervelschijfprothese te plaatsen (zie hoger).

Nog andere factoren die de beweeglijkheid bepalen

De beweeglijkheid van de wervelzuil hangt onder andere af van de leeftijd (jong versus middelbare leeftijd versus oud), de gespierdheid en het tijdstip van de dag (zie hoger). Maar ook de genetische aanleg is belangrijk. Genen beïnvloeden het lichaamsgewicht, de body mass index en de degeneratie van de tussenwervelschijf^30,31: elk hebben ze een invloed op de beweeglijkheid. Omdat al deze gegevens bij iedereen continu veranderen is het op heden alles behalve evident om een bevredigend resultaat aan te houden naarmate de geopereerde rugpatiënt ouder wordt. Men is nog mijlen verwijderd van de relatief goede resultaten na heup- en kniechirurgie (zie hieronder).

De Schöbertest

De door arts en paramedicus meest gebruikte test om een idee te krijgen over de beweeglijkheid van de wervelzuil is de zogenaamde ‘Schöber’. Hierbij plaatst de onderzoeker twee streepjes op de middenlijn van de rug: eentje ter hoogte van de onderste L5 wervel en een tweede 10 cm hoger. Daarna moet de patiënt met gestrekte knieën vooroverbuigen, waarbij de afstand tussen de streepjes wordt gemeten. Deze test toont echter helemaal niets aan, hij is subjectief, onbetrouwbaar, en komt niet overeen met eenvoudige radiologische metingen^32,33. De test wordt te sterk beïnvloed door het lichaamsgewicht, de uitholling in de lage rug (lordose) en de lengte van de borstkas^34,35. Nochtans wordt deze test veel gebruikt tijdens medico-legale evaluaties van chronische lage rugpijn.

Verschil met andere beweeglijke gewrichten in het lichaam

In bijna alle beweeglijke gewrichten van het skelet is een slijmvlies aanwezig (synovium). Ontstaat er een probleem in zo’n gewricht, bv. in een heup, schouder, knie of ellenboog, dan hebben niet-operatieve behandelingen maar weinig succes. Het wordt een zaak van ‘alles-of-niets’. Omdat deze synoviale gewrichten maar twee beenderen met elkaar verbinden (mono-articulair), is de wetenschap er reeds vrij goed in geslaagd om hun mechaniek na te bootsen. Wanneer vandaag bv. een kunstheup of kunstknie perfect ingeplant wordt, heeft men ongeveer 75% kans op een zeer bevredigend resultaat gedurende een periode van 20 jaar^36,37.

Bescherming van het ruggenmerg

Het ruggenmerg ontvangt en zendt signalen van de hersenen naar de rest van het lichaam en vice versa. Het ruggenmerg geniet optimale bescherming doordat het omringd is door een sterke en rigide benige muur Fig D). Aldus wordt een cilindervormige opening (foramen spinale) gevormd. Die ontstaat doordat de wervelboog (arcus vertebralis) zich op enige afstand van het wervellichaam bevindt. De diameter van deze opening moet ietwat groter zijn dan de diameter van het ruggenmerg om te vermijden dat dit laatste samengedrukt wordt door de curves in de wervelzuil. De wervelboog is bevestigd op het wervellichaam met twee tubulaire structuren die men ‘pedikels’ noemt. Het zijn deze structuren waardoorheen een rugchirurg vijzen boort tot in het wervellichaam. Deze pedikels omringen het ruggenmerg niet volledig. Hierdoor bestaat tussen de wervels een ruimte (foramen intervertebrale) waardoor de takken van het ruggenmerg (zenuwwortels) het ruggenmergkanaal of wervelkanaal (canalis spinalis) kunnen verlaten.

Boodschap

Het weze duidelijk. De meest vingervaardige rugchirurg ter wereld kan u, in vergelijking met heup- of kniechirurgen, nog steeds geen tijdelijke nieuwe en perfect functionerende wervelzuil geven. Geen probleem: door te gissen en te missen (trial and error) geraakt men ook vooruit, al duurt het jaren vooraleer men lessen trekt uit zijn fouten.

Gratis E-boek “Oefeningen om chronische pijn te verlichten” downloaden

73% van de chronische pijnpatiënten zijn niet in staat dingen te doen die voor gezonde mensen normaal zijn: stappen, fietsen, met je kinderen spelen, etc. Naast medische behandelingen kan ook lichaamsbeweging heel nuttig zijn om je mobiliteit te bewaren of verbeteren. Dit e-boek wil je vertrouwd maken met enkele eenvoudige lichaamsoefeningen die je pijn kunnen verminderen.

GRATIS DOWNLOADEN

Referenties

¹ Adams MA, Bogduk N, Burton K, Dolan P, ‘The biomechanics of back pain’, 3rd Ed, Churchill Livingstone, Edinburgh, 2013
² Cassidy JD, Yong-Hing K, Kirkaldy-Willis WH et al., ‘A study of the effects of bipedism and upright posture on the lumbosacral spine and paravertebral muscles of the Wistar rat’,
Spine, 1988, 13:301
³ Preuschoft H, Hayama S, Günther MM, ‘Curvature of the lumbar spine as a consequence of mechanical necessities in Japanese macaques trained for bipedalism’,
Folia Primatol (Basel), 1988, 50:42
⁴ Ruff S, ‘Brief acceleration. Less than one second’,
German Aviation Medicine, 1950,1;584
⁵ Botsford DJ, Esses SI, Ogilvie-Harris DJ, ‘In vivo diurnal variation in intervertebral disc volume and morphology’,
Spine, 1994, 19:935
⁶ De Puky P, ‘The physiological oscillation of the length of the body’,
Acta Orthop Scand, 1935, 6:338
⁷ Krag MH, Cohen MC, Haugh LD et al., ‘Body height change during upright and recumbent posture’,
Spine, 1990, 15:202
⁸ Tyrrell AR, Reilly T, Troup JD, ‘Circadian variation in stature and the effects of spinal loading’,
Spine, 1985, 10:161
⁹ Dolan P, Adams MA, ‘Recent advances in lumbar spinal mechanics and their significance for modelling’,
Clin Biomech, 2001, 16(Suppl 1):S8
¹⁰ Adams MA, Dolan P, Hutton WC, ‘Diurnal variations in the stresses on the lumbar spine’,
Spine, 1987, 12:130
¹¹ . Dvorák J, Vajda EG, Grob D et al., ‘Normal motion of the lumbar spine as related to age and gender’,
Eur Spine j, 1995, 4:1
¹² Ensink FB, Saur PM, Frese K et al., ‘Lumbar range of motion. Influence of time of day and individual factors on measurements’,
Spine, 1996, 21:1339
¹³ Syczewska M, Oberg T, Karlsson D, ‘Segmental movements of the spine during treadmill walking with normal speed’,
Clin Biomech (Bristol, Avon), 1999, 14:384
¹⁴ Granata KP, Marras WS, ‘The influence of trunk muscle coactivity on dynamic spinal loads’,
Spine, 1995, 20:913
¹⁵ Alexander RM, ‘Elasticity in human and animal backs’,
In: ‘Vleeming A, Mooney V, Dorman T et al., ‘Movement, stability and low-back pain’,
Churchill Livingstone, Edinburgh, 1997
¹⁶ Macintosh JE, Bogduk N, ‘The biomechanics of the lumbar multifidus’,
Clin Biomech, 1986, 1:205
¹⁷ Macintosh JE, Valencia F, Bogduk N et al., ‘The morphology of the human lumbar multifidus’,
Clin Biomech, 1986, 1:196
¹⁸ Macintosh JE, Bogduk N, ‘1987 Volvo award in basic science. The morphology of the lumbar erector spinae’,
Spine, 1987, 12:658
¹⁹ Bogduk N, Pearcy M, Hadfield G, ‘Anatomy and biomechanics of psoas major’,
Clin Biomech, 1992, 7:109
²⁰ Bogduk N, Macintosh JE, Pearcy MJ, ‘A universal model of the lumbar back muscles in the upright position’,
Spine, 1992, 17:897
²¹ Macintosh JE, Pearcy MJ, Bogduk N, ‘The axial torque of the lumbar back muscles: torsion strength of the back muscles’,
Aust N Z J Surg, 1993, 63:205
²² Bogduk N, ‘Clinical anatomy of the lumbar spine and sacrum’, 3rd Ed, Churchill Livingstone, Edinburgh, 1997
²³ McGill SM, Yingling VR, Peach JP, ‘Three-dimensional kinematics and trunk muscle myoelectric activity in the elderly spine. A database compared to young people’,
Clin Biomech, 1999, 14:389
²⁴ Sears WR, McCombe PF, Sasa RC, ‘Kinematics of Cervical and Lumbar Total Disc Replacement’,
Semin Spine Surg, 2006, 18:117
²⁵ Hindle RJ, Pearcy MJ, Cross AT et al., ‘Three-dimensional kinematics of the human back’,
Clin Biomech, 1990, 5:218
²⁶ Fujii R, Sakaura H, Mukai Y et al.,‘ Kinematics of the lumbar spine in trunk rotation. In vivo three-dimensional analysis using magnetic resonance imaging’,
Eur Spine J, 2007, 16:1867
²⁷ Pearcy M, Portek I, Shepherd J, ‘Three-dimensional x-ray analysis of normal movement in the lumbar spine’,
Spine, 1984, 9:294
²⁸ Pearcy MJ, Gill JM, Whittle MW et al., ‘Dynamic back movement measured using a three-dimensional television system’,
J Biomech, 1987, 20:943
²⁹ Saur PM, Ensink FB, Frese K et al., ‘Lumbar range of motion. Reliability and validity of the inclinometer technique in the clinical measurement of trunk flexibility’,
Spine, 1996, 21:1332
³⁰ Battié MC, Levalahti E, Videman T et al., ‘Heritability of lumbar flexibility and the role of disc degeneration and body weight’,
J App Physiol, 2008, 104:379
³¹ Bible JE, Simpson AK, Emerson JW et al, ‘Quantifying the effects of degeneration and other patient factors on lumbar segmental range of motion using multivariate analysis’,
Spine, 2008, 33:1793
³² Miller SA, Mayer T, Cox R et al., ‘Reliability problems associated with the modified Schöber technique for true lumbar flexion measurement’,
Spine, 1992, 17:345
³³ Portek I, Pearcy MJ, Reader GP et al., ‘Correlation between radiographic and clinical measurement of lumbar spine movement’,
Br J Rheumatol, 1983, 22:197
³⁴ Adams MA, Mannion AF, Dolan P, ‘Personal risk factors for first-time low back pain’,
Spine, 1999, 24:2497
³⁵ Mellin GP, ‘Comparison between tape measurements of forward and lateral flexion of the spine’,
Clin Biomech, 1989, 4:121
³⁶ Hunt LP, Ben-Shlomo Y, Clark EM et al., ‘45-day mortality after 467.779 knee replacements for osteoarthritis from the National Joint Registry for England and Wales. An observational study’,
Lancet, 2014, 384:1429
³⁷ Hunt LP, Ben-Shlomo Y, Clark EM et al., ‘90-day mortality after 409 096 total hip replacements for osteoarthritis, from the National Joint Registry for England and Wales. A retrospective analysis’,
Lancet, 2013, 382:1097