Het dag- en nachtritme van de discus

Indeling

• Inleiding
• Gemiddelde lengte van de lage rug
• 's Morgens ben ik groter dan 's avonds
• 's Morgens lijkt mijn pas gekochte broek plots te kort!
• Astronauten zijn bij hun terugkeer eventjes veel 'groter'
• Mechanische uitleg waarom de discushoogte 's nachts herstelt
• Alles wat leeft, heeft overdag een ander ritme dan 's nachts
• De diurnale cyclus in medisch vakjargon
• Circadiaanse biologie en geneeskunde
• Tot 13 jaar groeit de discus in hoogte. Daarna stopt het!
• Verdere verklaring: een beetje anatomie, scheikunde en fysica!
• De buitenring (= annulus) vertoont een ander nachtelijk leven
• Referenties

Inleiding

Alles wat leeft, dus ook de mens met al zijn organen, heeft overdag een ander ritme dan 's nachts. Dit geldt ook voor de discus in de lage rug. Gedurende de dag veranderen zijn hoogte en volume en dus ook zijn vorm. Dit staat rechtstreeks in verband met de activiteiten die we gedurende 24 uur uitvoeren. Zitten, staan, gaan, vooroverbuigen, draaien, dragen, werken, sporten etc. zijn enorm belastend voor deze discussen. De discussen zijn niet gemaakt om levenslang perfect weerstand te bieden aan de enorme krachten die ze dagelijks moeten opvangen en verwerken. Zolang discussen gezond en intact blijven - en dit is dit doorgaans het geval gedurende de eerste 20 levensjaren - recupereren ze vrij goed na een nachtje platte rust.

Het is belangrijk dat u dit weet. Onze lichaamshouding en bewegingen in de rug zijn grotendeels afhankelijk van de kwaliteit van onze discussen (zie Blog 'Wervelzuil'). Ons dagritme heeft een compleet andere invloed op de discus dan het nachtritme. Dit is ook de reden waarom er op de MRI-beelden veel meer bulgings te zien zijn vanaf de late voormiddag tot wanneer u slapen gaat. Neemt men een MRI 's morgens onmiddellijk na het opstaan, dan zijn er veel minder bulgings te zien.

Opletten dus! Gebrek aan kennis van die wetenschappelijke gegevens die bij iedereen wereldwijd vastgesteld kunnen worden, kan leiden tot compleet verkeerde discectomieën door medische charlatans. Ook in ons land komt het veel voor¹.

Gemiddelde lengte van de lage rug

De optelsom van alle discushoogtes in de wervelzuil van hals, borstkas en lage rug (in cm) is verantwoordelijk voor ongeveer 25 % van de volledige lengte van onze wervelzuil². In de lage rug bedraagt de gemiddelde hoogte van iedere normale discus 5 à 10 mm. Omdat de lage rug gewoonlijk 5 discussen bevat (= lumbale wervelzuil), is de totale hoogte van zijn discussen 25 à 50 mm.
Noot: de discushoogte wordt mede bepaald door de graad van lordotische uitholling en de reeds opgetreden degeneratiefenomenen.

's Morgens ben je groter dan 's avonds

Naarmate we onze lage rug overdag meer en langer belasten, verminderen hoogte en volume van zijn discussen met ongeveer 20 %³. 's Avonds zijn we dan ook ongeveer 15 à 30 mm kleiner dan 's morgens. Wanneer de discussen 's nachts goed kunnen recupereren, neemt onze lichaamsgestalte opnieuw toe. 's Morgens zijn we dan opnieuw ongeveer 20 à 30 mm langer^4,5,6,7,8.

's Morgens lijkt mijn pas gekochte broek plots te kort!

Wanneer je 's morgens onmiddellijk na het opstaan nog vlug eens de gisterennamiddag of -avond gekochte broek of rok 'op maat' wil passen, dan hoef je je niet boos te maken op je kleermaker. Het kledingstuk is NIET korter geworden! JIJ bent groter geworden! Pas de broek een halfuurtje later opnieuw en hij zit opnieuw als gegoten. Neem gerust de proef op de som!
Eigenaardig genoeg gebeurt deze snelle verkorting van de lichaamslengte vooral tijdens het eerste uur na opstaan. Wanneer we daarna gedurende 2 à 3 uur blijven rondlopen met een tas van 20 kg op onze rug, vermindert het volume van elke discus in de lage rug verder met ongeveer 5 %⁹.

Astronauten zijn bij hun terugkeer eventjes veel 'groter'

Partners van astronauten en kosmonauten, die gedurende maanden blootgesteld worden aan nul zwaartekracht, staan versteld dat hun vliegeniers bij aankomst ongeveer 5 cm gegroeid zijn. Hun radiologische MRI's vertonen quasi geen 'zwarte' discussen meer en van bulgings is haast geen sprake meer. Maar u vergist zich indien u concludeert dat deze piloten geen lage rugpijn meer zouden hebben. Voor u lijkt het verwonderlijk dat ze met een 'normale lage rug' wél lage rugpijn kunnen ervaren^7,10,11. In de volgende blogs zal ik uitleggen waarom ze wel prijs kunnen hebben.

Mechanische verklaring waarom de discushoogte 's nachts herstelt

Gedurende een normale nachtrust herstellen de discussen hun hoogte. Hun bulgings kunnen ook volledig verdwijnen. De graad van recuperatie is weliswaar afhankelijk van de hoeveelheid degeneratie die reeds in de verschillende discussen is opgetreden (Fig. 1).
Wanneer we slapen, wordt de wervelzuil relatief ontlast. Hierdoor verdeelt de zwaartekracht zich min of meer gelijkmatig over alle structuren van de wervelzuil. Ligamenten en rugspieren kunnen zich ontspannen. Hierdoor vermindert de spanning op de buitenste ringstructuur van discussen (= annulus). Kernen (= nucleus) worden niet langer belast en kunnen opnieuw water uit de aanpalende wervellichamen opzuigen.

Fig. 1. Mechanische voorstelling van de diurnale veranderingen in de discogene waterhuishouding in de lage rug. Bovenaan: vooraleer we opstaan, zijn de discussen gezwollen door de grote hoeveelheid opgezogen water. De ligamenten (hier afgebeeld door een blauwgroene en rode lijn) staan niet onder spanning. Onderaan: naarmate de dag vordert, wordt water uit discussen geperst waardoor ze hoogte verliezen en uitpuilen ('bulging'). Hierdoor komen ligamenten tussen de wervels (= intervertebrale ligamenten) onder spanning te staan. Ook de achteraan gelegen facetgewrichten gaan overdag meer belast worden (niet aangeduid op deze figuur).

Alles wat leeft, heeft overdag een ander ritme dan 's nachts

Net zoals zijn eigena(a)r(es) vertoont een discus een verschillend dag- en nachtritme. Het dagelijks herhaalde proces van verlies en pogingen tot herstel van de waterinhoud in de discus noemt men 'discogene diurnale cyclus'.
Deze cyclus is van belang voor de interpretatie van MRI-beelden. Ziet men bulgings op de MRI vooraleer men de kans kreeg veel rond te lopen na het opstaan, dan wijst dit op evoluerende degeneratieprocessen in één of meer van de drie discusstructuren (Fig. 2).
Ziet men bulgings wanneer men reeds langer dan 2 uur heeft rondgelopen, dan kan dit simpelweg de uiting zijn van het hoger vernoemde strikt normale mechanische proces.

De diurnale cyclus in medisch vakjargon

In het medisch biomechanisch vakjargon luidt deze discogene diurnale dag- en nachtcyclus van waterinhoud als volgt: 'Omwille van de verhoogde zwellingsdruk zuigt de discus 's nachts uit de omgevende weefsels water op. Hierdoor neemt de hydratie van het discusweefsel toe en daalt de zwellingsdruk opnieuw tot het evenwicht met de omgevende externe mechanische lasten terug bereikt is'^3,12. Gelukkig legt men u dit niet in deze terminologie uit!
Zoals hierboven reeds aangegeven, wordt dit natuurlijk nachtelijk herstelproces bij het rechtop lopend zoogdier 'mens' in ongeveer een uurtje teniet gedaan. Van zodra wij 's morgens beginnen rond te lopen, persen we het water opnieuw uit onze discussen.

Circadiaanse biologie en geneeskunde

Synchroon leven volgens het dagelijkse 24-uur dag- en nacht- of licht-donkerritme is essentieel voor de gezondheid en het functioneren van de hersenen. De circadiaanse biologie bestudeert de invloed van dit dag- en nachtritme op de scheikundige processen in onze lichaamscellen. Dit ritme reguleert de informatieoverdracht vanuit onze genen naar de organen, de moleculaire celactiviteit en de samenwerking tussen verschillende organen^13,14,15. Verstoren we dit ritme, dan kunnen we ten prooi vallen aan ziekte, slaapstoornissen of degeneratieve hersenaandoeningen als Alzheimer's, Parkinson's en Huntington's¹⁶.
Benjamin Franklin vatte het ooit mooi samen: 'Early to bed, early to rise, makes a man healthy, wealthy and wise'. Hoe het werkt bij de vrouw, weet ik niet!

Tot 13 jaar groeit de discus in hoogte. Daarna stopt het!

In de tijdspanne vanaf de geboorte tot ongeveer 13 jaar neemt de hoogte van de discus tussen de 4de en de 5de lumbale wervels toe met 3 tot 10 mm. Daarna stelt men geen verdere groei meer vast¹⁷. Ondanks gebrek aan wetenschappelijk bewijs, ga ik er van uit dat deze groei zich ook voordoet in andere discussen van de lage rug.
Noot: kinderen onder de 13 jaar ontwikkelen ook frequent lage rugpijn.

Verdere verklaring: een beetje anatomie, scheikunde en fysica!

1. De discus bestaat uit drie onderdelen. De kern (= nucleus) is omringd door een buitenring (= annulus) en is van wervellichamen gescheiden door de eindplaten (Fig 2). Water zit goed opgesloten in de kern. Hoe kan het dan dat water uitgeperst en daarna opnieuw opgenomen wordt?
2. Uit de lessen fysica leerden we dat water niet kan samengeperst worden. Maar water in de discus is niet wat u zich daar normalerwijze bij voorstelt. U kan er uw handen niet in wassen! U moet zich de kern voorstellen als een spons waarvan de vezels vol water zitten. Die vezels zijn opgebouwd uit suikereiwitten (= proteoglycanen) die water aantrekken en vasthouden. U kunt zich deze vezels voorstellen als rechtopstaande kapstokken die met meerdere haken tal van bolhoeden (= watermoleculen H20) vasthouden.
3. Dagelijkse activiteiten ontwikkelen enorme drukkrachten die de bolhoeden van de kapstokken afrukken en de spons samendrukken, m. a. w. de activiteiten drukken de spons plat waardoor water uitgeperst wordt. M. a. w. de discushoogte neemt af doordat water uit de discus geperst wordt (18, 19, 20). Het omgekeerde, opzuigen van water uit de omgevende structuren, gebeurt door een proces dat men osmose noemt.

Fig. 2. Links: L4-L5 en L5-S1 discussen van een 42-jarige man op een sagittale dissectiecoupe (Declerck - Kakulas, Neuropathology Perth, Western Australia, X90- 1420). Rechts: de drie onderdelen van L4-L5 discus met kern (blauwgrijze spons), omringende band (gestreept) en eindplaten t. h. v. van de overgang wervel naar de discusbuitenring (Rechts: schets door de Colombiaanse schilder-beeldhouwer Alonso Ríos, www.alonsoriosescultor.com).

De buitenring (= annulus) vertoont een ander nachtelijk leven

Ongeveer 25 % van het hoogteverlies van de discussen wordt ook toegeschreven aan wat men 'visco-elastische vervorming' van de annulus noemt²¹. Om dat te begrijpen, kan men de annulus best vergelijken met een slaapmatras uit traagschuim. Terwijl je slaapt neemt de matras de vorm aan van je lichaam en wanneer je opstaat, neemt het ding opnieuw zijn oorspronkelijke vorm aan. Welke voordelen zo'n matras biedt, is voor mij een 'raadsel verdoken in een mysterie van enigma's'.
Omdat het volume en de druk van water (= hydrostatische druk) in de kern van de discus gedurende de dag geleidelijk aan verminderen, zal de annulus minder opgespannen worden en geleidelijk aan meer gaan uitpuilen. Dit is de reden waarom men, naar gelang van het tijdstip van de dag, op de MRI verschillende groottes van bulgings kan zien: 's morgens geen of kleine en 's avonds grotere. Begrijpelijk! Naarmate er meer water uit de discus geperst wordt, zal de hydrostatische druk op de annulus verminderen waardoor hij elastischer wordt^22,23,24. Omdat de hydrostatische druk in de kern ongeveer 30 % tot 40 % afneemt, zal de kern minder en de annulus méér aangesproken worden om de dagelijkse lasten te dragen. Daardoor gaat de annulus meer uitpuilen (= bulging). Deze situatie kan ook vergeleken worden met wat er gebeurt in een leeglopende fietsband^25,26.

In de volgende blogs leg ik de gevolgen uit van discusveroudering en -degeneratie.

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 Federaal Kenniscentrum Gezondheidszorg, 'Chronische lage rugpijn',
KCE Reports, 2006, Vol 48A:13
² Adams MA, Bogduk N, Burton K, Dolan P (Eds), 'The biomechanics of back pain, 3the Edition',
Edinburgh, Churchill Livingstone, 2013:13
³ Botsford DJ, Esses SI, Ogilvie-Harris DJ, 'In vivo diurnal variation in intervertebral disc volume and morphology',
Spine, 1994, 19 :935
⁴ De Puky P, 'The physiological oscillation of the length of the body',
Acta Orthop Scand, 1935, 6:1
⁵ Tyrrell AR, Reilly T, Troup JD, 'Circadian variation in stature and the effects of spinal loading',
Spine, 1985, 10:161
⁶ Krag MH, Cohen MC, Haugh LD et al., 'Body height change during upright and recumbent posture',
Spine, 1990, 15:202
⁷ LeBlanc AD, Evans HJ, Schneider VS et al., 'Changes in intervertebral disc cross-sectional area with bed rest and space flight',
Spine, 1994, 19:812
⁸ Adams MA, Bogduk N, Burton K, Dolan P (Eds), 'The biomechanics of back pain, 3the Edition',
Edinburgh, Churchill Livingstone, 2013:184
⁹ Malko JA, Hutton WC, Fajman WA, 'An in vivo magnetic resonance imaging study of changes in the volume (and fluid content) of the lumbar intervertebral discs during a simulated diurnal load cycle',
Spine, 1999, 24:1015
¹⁰ Wing PC, Tsang IK, Susak L et al., 'Back pain and spinal changes in microgravity',
Orthop Clin North Am, 1991, 22:255
¹¹ Pedrini-Mille A, Maynard JA, Durnova GN et al., 'Effects of microgravity on the composition of the intervertebral disk',
J Appl Physiol, 1992, 73(Suppl 2): 265
¹² Johnstone B, Urban JPG, Roberts S et al., 'The fluid content of the human intervertebral disc. Comparison between fluid content and swelling pressure profiles of discs removed during surgery and those taken postmortem',
Spine, 1992, 17:412
¹³ Bass J, Lazar MA, 'Circadian time signatures of fitness and disease',
Science, 2016, 354:994
¹⁴ Panda S, 'Circadian physiology of metabolism',
Science, 2016, 354:1008
¹⁵ Turek FW, 'Circadian clocks. Nor your grandfather's clock',
Science, 2016, 354:992
¹⁶ Musiek ES, Holtzman, 'Mechanisms linking circadian clocks, seep, and neurodegeneration',
Science, 2016, 354:1004
¹⁷ Taylor JR, 'Growth of human intervertebral discs and vertebral bodies',
J Anat, 1975, 120:49
¹⁸ Adams MA, Hutton WC, 'The effect of posture on the fluid content of lumbar intervertebral discs',
Spine, 1983, 8:665
¹⁹ Kraemer J, Kolditz D, Gowin R, 'Water and electrolyte content of human intervertebral discs under vertical load',
Spine, 1985, 10:69
²⁰ McMillan DW, Garbutt G, Adams MA, 'Effect of sustained loading on the water content of intervertebral discs. Implications for disc metabolism',
Ann Rheum Dis, 1996, 55:880
²¹ Broberg KB, 'Slow deformation of intervertebral discs',
J Biomech, 1993, 26:501
²² Schmidt H, Shirazi-Adi A, Galbusera F et al., 'Response analysis of the lumbar spine during regular daily activities. A finite element analysis',
J Biomech, 2010, 43:1849
²³ Koeller W, Funke F, Hartmann F, 'Biomechanical behavior of human intervertebral discs subjected to long lasting axial loading',
Biorheology, 1984, 21:675
²⁴ Smeathers JE, 'Some time dependent properties of the intervertebral joint when under compression',
Eng Med, 1984, 13:83
²⁵ Brinckmann P, Grootenboer H, 'Change of disc height, radial disc bulge, and intradiscal pressure from discectomy. An in vitro investigation on human lumbar discs',
Spine, 1991, 16:641
²⁶ Shirazi-Adl A, 'Finite-element simulation of changes in the fluid content of human lumbar discs. Mechanical and clinical implications',
Spine, 1992, 17:206