1. Einleitung
1.1 Die Wirbelsäule
1.1.1 Morphologie der Wirbelsäule
1.1.2 Funktion der Wirbelsäule
1.1.2.1 Stützfunktion
1.1.2.2 Schutz des Rückenmarks durch den knöchernen Wirbelkanal
1.1.2.3 Dämpfung
1.1.2.4 Beweglichkeit durch Gelenksysteme und Muskulatur
1.1.2.5 Blutbildung im roten Knochenmark
1.1 Die Wirbelsäule
1.1.1 Morphologie der Wirbelsäule
Die Wirbelsäule (Columna vertebralis) in ihrer Gesamtheit stellt als Achsenskelett des Rumpfes das zentrale Konstruktionselement der Wirbeltiere (Vertebrata) dar.
Sie bildet die knöcherne Mitte des Körpers und liegt im Rumpfquerschnitt im hinteren Bereich (dorsal). Die Wirbelsäule misst ca. 2/5 der Gesamtkörperlänge. Das in ihrem Inneren liegende Rückenmark (Medulla spinalis) spielt eine maßgebliche Rolle bei der Steuerung der Organfunktionen, der Übermittlung von Reizen und deren Reaktionen.
Die Wirbelsäule des Menschen besteht aus 32-34 knöchernen Elementen, den sogenannten Wirbeln (Vertebrae), und wird in folgende Abschnitte eingeteilt:
- die Halswirbelsäule (Pars cervicalis columnae vertebralis; Pars cervicalis): gebildet von sieben Halswirbeln (Vertebrae cervicales) ⊳ C1-C7
- die Brustwirbelsäule (Pars thoracalis columnae vertebralis; Pars thoracalis): gebildet von zwölf Brustwirbeln (Vertebrae thoracicae) ⊳ T1-T12
- die Lendenwirbelsäule (Pars lumbalis columnae vertebralis; Pars lumbalis): gebildet von fünf Lendenwirbeln (Vertebrae lumbales) ⊳ L1-L5
- das Kreuzbein (Os sacrum): fünf miteinander verwachsene Kreuzbeinwirbel (Vertebrae sacrales)
- das Steißbein (Os coccygis): drei bis fünf Steißwirbel (Vertebrae coccygeae): Co1-Co3-5 rückgebildet
Die Halswirbelsäule stellt den beweglichsten Teil der Wirbelsäule dar.
Die einzelnen Wirbel sind an ihrer Basis den sogenannten Wirbelkörpern1 (Corpora vertebrales) über Zwischenwirbelscheiben2 (Disci intervertebrales) miteinander verbunden. Die Wirbel von Hals-, Brust- und Lendenwirbelsäule (24 Wirbel) bleiben zeitlebens beweglich und werden deshalb als wahre Wirbel bezeichnet. Die Wirbel des Kreuzbeins verschmelzen bis zum 20. Lebensjahr vollständig miteinander zum Kreuzbein, ebenso die Wirbel des Steißbeins. Die Wirbel von Kreuzbein und Steißbein werden deshalb auch als falsche Wirbel bezeichnet.
Abb. 1.1. Die Wirbelsäule des Menschen von dorsolateral
1.1.2 Funktion der Wirbelsäule
- Stützfunktion
- Schutz des Rückenmarks (Medulla spinalis) durch den Wirbelkanal (Canalis vertebralis)
- Abfederung von Impulsen und der Gewichtskraft durch Zwischenwirbelscheiben (Disci intervertebrales), Bandstrukturen (Ligamenta) und Gelenksysteme: Dämpfung
- Umfassende Beweglichkeit durch Gelenksysteme und Muskulatur
- Blutbildung im roten Knochenmark (gewissermaßen eine Nebenaufgabe)
1.1.2.1 Stützfunktion
Die Wirbelsäule als Grundgerüst und tragendes Element des Körpers ermöglicht dem Rumpf die aufrechte Körperhaltung. Sie ermöglicht durch Ihre Stabilität über kontrolliert dynamische Segmentation der Gelenkstrukturen im Zusammenspiel mit anheftender Muskulatur die Aufrichtung und über die Gelenkfunktionen die kontrollierte Bewegbarkeit des Körpers im Ganzen, in den sie vollkommen gebettet ist.
Die Brustwirbelsäule mit ihren Ansatzstellen für die Rippen hat zudem eine zentrale Bedeutung für Form und Funktionalität des Brustkorbs insbesondere im Hinblick auf stützende Eigenschaften bei der Atmung.
Abb. 1.2. Wirbelsäule von vorn, seitlich und hinten
1.1.2.2 Schutz des Rückenmarks durch den knöchernen Wirbelkanal
Der knöcherne Wirbelkanal (Spinalkanal, Canalis vertebralis) ist der schützende Kanal innerhalb der Wirbelsäule (Columna vertebralis), in dem das Rückenmark (Medulla spinalis) verläuft. Er führt vom großen Hinterhauptsloch (Foramen (occipitale) magnum) des Hinterhauptsbeins (Os occipitale) durch die Hals-, Brust- und Lendenwirbelsäule bis zum Kreuzbein. Bauchseitig (ventral) wird der Wirbelkanal abwechselnd durch die Wirbelkörper (Corpora vertebrae) und die Zwischenwirbelscheiben (Disci intervertebrales), rückseitig (dorsal) durch die Wirbelbögen (Arcus vertebrae) begrenzt. Die segmentalen Spinalnerven (Nervi spinales; pl. Nervus spinalis) verlassen die Wirbelsäule über paarige Austrittsöffnungen, den Zwischenwirbellöchern (Foramina intervertebralia), die jeweils durch Einkerbungen (Incisurae) an den Wirbelbogenfüßchen (Pediculi arcus vertebrae) zweier benachbarter miteinander artikulierender Wirbel (Vertebrae) gebildet werden. Siehe Abschnitt 2.6.
1.1.2.3 Dämpfung
Unter Dämpfung verstehen wir innerhalb des Fachgebietes der Anatomie die kinematische Beschreibung von Impulsbewältigung im Hinblick auf Einwirkungen auf die Wirbelsäule, speziell die Verzögerung von Stößen, die dann abgeschwächt auf umliegendes Gewebe abgegeben werden.
Die Abfederung kinetischer Energie, bzw. von Impulsen, sowie von Gewichts- und Beschleunigungskräften erfolgt im Falle der Wirbelsäule durch Zwischenwirbelscheiben (Disci intervertebrales), Bandstrukturen (Ligamenta), Gelenksysteme (Articulationes vertebrales) und Knochen (Ossa; insbesondere der Wirbelkörper), der ebenfalls einen Teil der Energie umzuwandeln vermag.
Innerhalb der Wirbelsäule wird die Dämpfungsfunktion durch eine Kombination zweier struktureller Eigenschaften erreicht:
- Zusammen mit den verformbaren Zwischenwirbelscheiben ermöglichen die Doppel-S-Form der Wirbelsäule bei axialen Kräften eine Stauchung der gesamten Struktur
- Darüber hinaus wird innerhalb der Zwischenwirbelscheiben durch die Verformbarkeit des Faserrings (Anulus fibrosus) ein Teil der einwirkenden Kräfte bzw. Stöße in Verformung und damit in innere Reibung und Wärme umgewandelt. Insgesamt werden so die einzelnen schnellen Kraftanstiege über eine längere Zeit hin verteilt. Stöße und Erschütterungen, wie sie z.B. beim Laufen oder Springen auftreten, werden dadurch gedämpft. Dies ist besonders für den Schutz des Gehirns vor jähen Stoßwirkungen von Bedeutung.
1.1.2.4 Beweglichkeit durch Gelenksysteme und Muskulatur
Die Form der Wirbel (Vertebrae) weicht zwischen den verschiedenen Abschnitten der Wirbelsäule sehr unterschiedlich von der Wirbelgrundform ab. Da vom Kopf abwärts (von cranial) zum Becken hin (nach kaudal) die auf die einzelnen Wirbel einwirkende Gewichtskraft deutlich zunimmt, steigt auch die Masse der Wirbel nach unten deutlich an. Um den Druck von Gewichtskraft und Impulsen möglichst konstant zu halten, nehmen Bauhöhe und Querschnitt der Wirbelkörper ebenfalls nach unten hin zu.
Im oberen Teil der Wirbelsäule haben die Bewegungssegmente3 der Wirbelsäule vermehrt die Aufgabe Seitenneigung (Lateralflexion) zu ermöglichen. Aus diesem Grund sind die Gelenkflächen der Zwischenwirbelgelenke relativ steil gestellt.
Der Lendenbereich hingegen muß einer großen Druckbelastung standhalten und zudem die Rotation des Rumpfes ermöglichen, deshalb sind hier die Gelenkflächen der Zwischenwirbelgelenke fast horizontal aufeinander liegend.
Die Dornfortsätze der Halswirbelsäule sind ziegeldachartig angeordnet, um eine Überstreckung (Hyperextension) der Halswirbelsäule zu verhindern. Die Beweglichkeit des Kopfes wird hauptsächlich vom Zusammenspiel der Kopfgelenke gewährleistet. Die Dornfortsätze der Brust- und besonders die der Lendenwirbelsäule sind horizontaler angeordnet und erlauben eine größere Streckung, die auch als Extensionsbewegung des Rumpfes bezeichnet wird. Sie ist in der Lendenwirbelsäule am ausgeprägtesten. Die längeren Dornfortsätze im Lendenbereich bieten der ansetzenden Muskulatur darüber hinaus längere Hebel für eine noch effizientere Kraftumsetzung.
1.1.2.5 Blutbildung im roten Knochenmark
Knochenmark wird histologisch unterschieden in
- rotes Knochenmark (in dem die Blutbildung stattfindet (mit Ausnahme der Lymphozyten), die Myelopoese) und
- gelbes Knochenmark (Fettmark)
Bei der Geburt ist ausschließlich rotes blutbildendes Gewebe vorhanden. Mit fortschreitendem Alter geht rotes Knochenmark zunehmend über in gelbes Knochenmark, die Blutbildung bleibt dann auf die flachen und kleineren Knochen (Hand- und Fußknochen, Brustbein, Rippen und Wirbelkörper) sowie die Enden von Oberarm- und Oberschenkelknochen beschränkt.
Die Blutbildung (Hämatopoese) ist ein komplexer Prozess, der sich zum größten Teil im roten Knochenmark abspielt und die kontinuierliche Versorgung des Körpers mit Blutzellen sicherstellt. Bei der Hämatopoese werden durch Zellteilungen und Ausdifferenzierung aus multipotenten hämatopoetischen Stammzellen reife Blutzellen (z.B. Erythrocyten). Die Hämatopoese lässt sich nach Ort der Blutbildung in einzelne Prozesse untergliedern:
Die Myelopoese findet beim Gesunden ausschließlich im Knochenmark statt (die sogenannte medulläre Hämatopoese) und führt zur Bildung von
- Erythrocyten (Erythrocytopoese)
- Granulocyten (Granulocytopoese)
- Monocyten (Monocytopoese) und
- Thrombocyten (Thrombocytopoese).
In der Fetalzeit, sowie unter pathologischen Bedingungen kann die Blutbildung auch außerhalb des Knochenmarks erfolgen. Man spricht dann von extramedullärer Hämatopoese.
Lymphocyten (Lymphopoese) hingegen werden nicht im Knochenmark sondern in den lymphatischen Organen (z.B. Lymphknoten und Milz) gebildet.
Die Hämatopoese stellt die kontinuierliche, bedarfsgerechte Versorgung mit Blutzellen sicher. Ein Mangel oder Überschuss an Blutzellen hat weitreichende Konsequenzen für die Sauerstoffversorgung, die Immunabwehr, aber auch rheologische4 Auswirkungen. Daher hält der Körper unter physiologischen Bedingungen die Zellzahl in engen Grenzen. Er ist aber in der Lage in Belastungssituationen (z.B. bei Infektionen) die Zellzahl deutlich zu steigern. Die Steuerung erfolgt abhängig vom Zelltyp durch ein Vielzahl von Mechanismen, unter anderem über Hormone wie Erythropoietin und über Zytokine.
