Der altersabhängige Verbundbau der Lendenwirbelkörper

Abstract

In 240 autopsy cases of both sexes, aged between 19 and 88 years, with no evidence of clinically manifest bone diseases, the structure of the spongy bone and the external form of the 3rd and 5th lumbar vertebral bodies (LV) were investigated quantitatively and morphometrically as a function of age, and mechanical loading. The evaluation was performed on the basis of X-ray images of 100 μ-thick polished bone sections using the Leitz texture analysis system. The structure of the cross-sectional surface of the vertebral body was analysed both as a whole, and also after subdivision into 5 equal-sized horizontal rectangles, “fifths”. The external form was determined by measuring the greatest and smallest heights and widths, and the differences of these heights and widths calculated from these figures. In both lumbar vertebrae, the volume density and the surface density are virtually equal and between the ages of 50 and 70 decrease uniformly by about one-third. The specific surface remains constant. In the individual “fifths”, these three structural variables manifest a typical “stepped” distribution, the highest values being in the outer “fifths” and the lowest in the inner “fifths”. In consequence of the age-dependent loss of spongy bone, a flattening of this stepped distribution occurs from the age of 50 upwards, so that at age 70 and beyond, only the outer “fifths” differ from the equal inner and middle “fifths”. Volumetric density and the surface density are correlated in the entire lumbar vertebrae in their individual fifths and between the two lumbar vertebrae examined. With respect to the external form, the height and the difference in heights remain constant throughout the whole of life; the maximum width and the difference in widths revealed an age-dependent increase. The vertebral bodies are mainly subjected to compressive forces. The principle of their construction is based on the functional unit of the compound construction of spongy bone and the hydraulic support given by the fluid-filled cells of the medullary space. The construction-dependent inhomogeneity represents the morphological equivalent of regionally differing mechanical loading in the vertebral body. As, with increasing age, physical stressing of the skeletal system decreases, the spongiosa trabeculae lack an adequate stimulus for the preservation of their former structure. Accordingly, the structure of the remaining spongy bone changes to meet these new age-dependent conditions of mechanical loading. Despite considerable structural changes, the external form of the lumbar vertebrae remains largely constant with respect to height. The increase in maximum width, representing a spondylosis deformans, is based on an increase in tensile forces acting upon the outer edges of the vertebral bodies following degenerative intervertebral disc changes. It leads to an impairment of the dynamic, but not the static, function of the vertebral column. These changes in the structure and form of the vertebral bodies, which differ in their nature, may be considered to be specific to man and to apply equally to all the vertebrae. Coexistence of breakdown and new formation of the spongy bone is an expression of the functional unity of the bones and the muscles and of the reactive plasticity of bony tissue. Bei 240 Verstorbenen beiderlei Geschlechts im Alter von 19–88 Jahren wurde nach Ausschluß klinisch manifester Knochenerkrankungen die Struktur der Spongiosa und die äußere Form des 3. und 5. Lendenwirbelkörpers (LWK) in Abhängigkeit von Lebensalter und Mechanik quantitativ-morphometrisch untersucht. Die Auswertung erfolgte an Röntgenbildern 100 μ dicker Knochengroßflächenschliffe mit Hilfe des Leitz-Textur-Analyse-Systems. Die Struktur der Querschnittsfläche der Wirbelkörper wurde einerseits insgesamt, andererseits nach Unterteilung in gleich große, horizontale Rechtecke jeweils in Fünfteln analysiert. Die äußere Form wurde durch die Messung der jeweils größten und kleinsten Höhe bzw. Breite sowie den daraus berechneten Differenzen dieser Höhen und Breiten erfaßt. Volumetrische Dichte und Oberflächendichte sind in beiden LWK nahezu gleich hoch und nehmen vom 50. bis zum 70. Lebensjahr und älter gleichsinnig um etwa ein Drittel ab. Die spezifische Oberfläche bleibt konstant. In den einzelnen Fünfteln weisen diese drei Strukturparameter eine typische, treppenförmige Verteilung mit den höchsten Werten in den äußeren Fünfteln und den niedrigsten im Inneren auf. Durch den altersabhängigen Spongiosa verlust kommt es ab dem 50. Lebensjahr zu einer Abflachung dieser treppenförmigen Verteilung, so daß sich in der Altersklasse 70 Jahre und älter nur noch die äußeren von dem inneren und den mittleren Fünfteln unterscheiden. Volumetrische Dichte und Oberflächendichte korrelieren miteinander im gesamten LWK ebenso wie in seinen einzelnen Fünfteln, aber auch zwischen den beiden LWK. Bei der äußeren Form bleiben die Höhe und die Differenz der Höhen während des gesamten Lebens konstant. Lediglich die maximale Breite und die Differenz der Breiten zeigen eine altersabhängige Zunahme. Die Wirbelkörper werden vorwiegend auf Druck beansprucht. Ihr Konstruktionsprinzip beruht auf der funktioneilen Einheit des Verbundbaues der Spongiosa und der hydraulischen Verstärkung durch die flüssigkeitshaltigen Zellen des Markraumes. Die konstruktionsbedingt inhomogene Struktur stellt das morphologische Äquivalent der im Wirbelkörper regional unterschiedlichen mechanischen Beanspruchung dar. Auf Grund der mit dem Alter abnehmenden körperlichen Belastung des Skeletsystems fehlt den Spongiosabälkchen der für die bisherige Struktur adäquate Erhaltungsreiz. Dementsprechend resultiert die den altersgemäßen mechanischen Erfordernissen physiologisch angepaßte Struktur der Restspongiosa. Trotz des erheblichen Strukturwandels bleibt die äußere Form der LWK hinsichtlich der Höhe weitgehend konstant. Die Zunahme der maximalen Breite in Form der Spondylosis deformans beruht auf einer vermehrten Zugbelastung der Wirbelkörperrandleiste infolge von degenerativen Bandscheibenveränderungen und führt zu einer Einschränkung der dynamischen, jedoch nicht der statischen Funktionen der Wirbelsäule. Dieser wesensverschiedene Wandel der Struktur und Form der Wirbelkörper ist als humanspezifisch anzusehen und betrifft alle Wirbel gleichermaßen. Dieses Nebeneinander von An- und Abbau der Spongiosa ist Ausdruck der funktioneilen Einheit von Knochen und Skeletmuskulatur bzw. der reaktiven Plastizität des Knochengewebes.

DOI: 10.1007/BF00432642

Cite this paper

@article{Pesch2004DerAV, title={Der altersabh{\"a}ngige Verbundbau der Lendenwirbelk{\"{o}rper}, author={Herbert Pesch and H. -P. Scharf and G J Lauer and Heidi Seibold}, journal={Virchows Archiv A}, year={2004}, volume={386}, pages={21-41} }