Die Dynamik der menschlichen Wirbelsäule

Das Skelett der Wirbelsäule dient dem Körper als stabile Stütze und besteht aus 33–34 Wirbeln. Ein Wirbel besteht aus zwei Teilen – dem Wirbelkörper (vorne) und dem Wirbelbogen (hinten). Der Wirbelkörper macht den Großteil des Wirbels aus. Der Wirbelbogen besteht aus vier Segmenten. Zwei davon sind die Pedikel, die die Stützwände bilden. Die anderen beiden Teile sind dünne Platten, die eine Art „Dach“ bilden. Drei Knochenfortsätze gehen vom Wirbelbogen aus. Die rechten und linken Querfortsätze zweigen von jedem „Pedikel-Platten“-Gelenk ab. Außerdem ist auf der Mittellinie, wenn sich eine Person nach vorne beugt, ein nach hinten ragender Dornfortsatz zu sehen. Je nach Lage und Funktion weisen die Wirbel verschiedener Abschnitte spezifische strukturelle Merkmale auf, und die Richtung und der Bewegungsgrad des Wirbels werden durch die Ausrichtung der Gelenkfortsätze bestimmt.

Halswirbel. Die Gelenkfortsätze sind flach und oval und stehen in einem Winkel von 10–15° zur Frontalebene, 45° zur Sagittalebene und 45° zur Horizontalebene. Jede Verschiebung des oberen Gelenks gegenüber dem unteren erfolgt somit gleichzeitig in drei Ebenen. Der Wirbelkörper weist eine Konkavität der Ober- und Unterseite auf, was von vielen Autoren als Faktor zur Vergrößerung des Bewegungsumfangs angesehen wird.

Brustwirbel. Die Gelenkfortsätze sind zur Frontalebene um 20° geneigt, zur Sagittalebene um 60°, zur Horizontal- und Frontalebene um 20°.

Eine solche räumliche Anordnung der Gelenke erleichtert die Verschiebung des oberen Gelenks relativ zum unteren Gelenk gleichzeitig nach ventrokraniell oder dorsokaudal in Kombination mit seiner medialen oder lateralen Verschiebung. Die Gelenkflächen weisen eine überwiegende Neigung in der Sagittalebene auf.

Lendenwirbel. Die räumliche Anordnung ihrer Gelenkflächen unterscheidet sich von der der Brust- und Halswirbelsäule. Sie sind gewölbt und stehen in einem Winkel von 45° zur Frontalebene, 45° zur Horizontalebene und 45° zur Sagittalebene. Diese räumliche Anordnung erleichtert die Verschiebung des oberen Gelenks relativ zum unteren Gelenk, sowohl dorsolateral als auch ventromedial, in Kombination mit einer kranialen oder kaudalen Verschiebung.

Die wichtige Rolle der Zwischenwirbelgelenke bei der Bewegung der Wirbelsäule wird auch durch die bekannten Arbeiten von Lesgaft (1951) belegt, in denen der Übereinstimmung der Schwerpunkte der sphärischen Oberflächen der Gelenke in den Segmenten C5-C7 große Aufmerksamkeit geschenkt wird. Dies erklärt das vorherrschende Bewegungsvolumen in ihnen. Darüber hinaus begünstigt die Neigung der Gelenkflächen gleichzeitig zur Frontal-, Horizontal- und Vertikalebene die gleichzeitige lineare Bewegung in jeder dieser drei Ebenen und schließt die Möglichkeit einer Bewegung in einer Ebene aus. Darüber hinaus begünstigt die Form der Gelenkflächen das Gleiten eines Gelenks entlang der Ebene eines anderen, wodurch die Möglichkeit einer gleichzeitigen Winkelbewegung eingeschränkt wird. Diese Ideen decken sich mit den Untersuchungen von White (1978), in deren Ergebnis nach Entfernung der Gelenkfortsätze mit Bögen das Volumen der Winkelbewegung im Wirbelbewegungssegment in der Sagittalebene um 20-80 %, in der Frontalebene um 7-50 % und in der Horizontalebene um 22-60 % zunahm. Die Röntgendaten von Jirout (1973) bestätigen diese Ergebnisse.

Die Wirbelsäule enthält alle Arten von Knochenverbindungen: kontinuierliche (Syndesmosen, Synchondrosen, Synostosen) und diskontinuierliche (Gelenke zwischen Wirbelsäule und Schädel). Die Wirbelkörper sind durch Bandscheiben miteinander verbunden, die zusammen etwa 1/4 der gesamten Wirbelsäulenlänge ausmachen. Sie dienen in erster Linie als hydraulische Stoßdämpfer.

Es ist bekannt, dass das Ausmaß der Beweglichkeit eines Teils der Wirbelsäule weitgehend vom Verhältnis der Höhe der Bandscheiben zum knöchernen Teil der Wirbelsäule abhängt.

Laut Kapandji (1987) bestimmt dieses Verhältnis die Beweglichkeit eines bestimmten Wirbelsäulenabschnitts: Je höher das Verhältnis, desto größer die Beweglichkeit. Die Halswirbelsäule weist die größte Beweglichkeit auf, da das Verhältnis 2:5 bzw. 40 % beträgt. Die Lendenwirbelsäule ist weniger beweglich (Verhältnis 1:3 bzw. 33 %). Die Brustwirbelsäule ist sogar noch weniger beweglich (Verhältnis 1:5 bzw. 20 %).

Jede Bandscheibe ist so aufgebaut, dass sie einen gallertartigen Kern und im Inneren einen faserigen Ring hat.

Der gallertartige Kern besteht aus einem nicht komprimierbaren gelartigen Material, das in einem elastischen „Behälter“ eingeschlossen ist. Seine chemische Zusammensetzung besteht aus Proteinen und Polysacchariden. Der Kern zeichnet sich durch starke Hydrophilie, d. h. Anziehungskraft auf Wasser, aus.

Laut Puschel (1930) beträgt der Flüssigkeitsgehalt des Nucleus bei der Geburt 88 %. Mit zunehmendem Alter verliert der Nucleus seine Fähigkeit, Wasser zu binden. Im Alter von 70 Jahren beträgt sein Wassergehalt nur noch 66 %. Die Ursachen und Folgen dieser Dehydration sind von großer Bedeutung. Die Verringerung des Wassergehalts in der Bandscheibe lässt sich durch eine Abnahme der Protein- und Polysaccharidkonzentration sowie durch einen allmählichen Ersatz des gelartigen Materials des Nucleus durch faseriges Knorpelgewebe erklären. Studien von Adams et al. (1976) zeigten, dass sich mit zunehmendem Alter die Molekülgröße der Proteoglykane im Nucleus pulposus und im Faserring verändert. Der Flüssigkeitsgehalt nimmt ab. Im Alter von 20 Jahren verschwindet die Gefäßversorgung der Bandscheiben. Mit 30 Jahren wird die Bandscheibe ausschließlich durch Lymphdiffusion durch die Endplatten der Wirbel ernährt. Dies erklärt den Verlust der Flexibilität der Wirbelsäule mit zunehmendem Alter sowie die eingeschränkte Fähigkeit älterer Menschen, die Elastizität einer verletzten Bandscheibe wiederherzustellen.

Der Nucleus pulposus nimmt die vertikal auf den Wirbelkörper wirkenden Kräfte auf und verteilt sie radial in die horizontale Ebene. Um diesen Mechanismus besser zu verstehen, kann man sich den Nucleus als bewegliches Scharniergelenk vorstellen.

Der Anulus fibrosus besteht aus etwa 20 konzentrischen Faserschichten, die so miteinander verflochten sind, dass eine Schicht schräg zur vorhergehenden verläuft. Diese Struktur ermöglicht die Bewegungssteuerung. Beispielsweise spannen sich unter Scherspannung schräg verlaufende Fasern, die in eine Richtung verlaufen, an, während sich die in die entgegengesetzte Richtung verlaufenden Fasern entspannen.

Funktionen des Nucleus pulposus (Alter, 2001)

Aktion	Biegen	Verlängerung	Laterale Beugung
Der obere Wirbel wird angehoben	Front	Zurück	Zur Biegeseite hin
Dadurch wird die Scheibe begradigt.	Front	Zurück	Zur Biegeseite hin
Daher erhöht sich die Platte	Zurück	Front	Auf der der Biegung gegenüberliegenden Seite
Daher ist der Kern gerichtet	Nach vorne	Zurück	Auf der der Biegung gegenüberliegenden Seite

Der Faserring verliert mit zunehmendem Alter seine Elastizität und Flexibilität. In der Jugend ist das fibroelastische Gewebe des Rings überwiegend elastisch. Mit zunehmendem Alter oder nach einer Verletzung steigt der Anteil faseriger Elemente und die Bandscheibe verliert an Elastizität. Mit dem Verlust der Elastizität wird sie anfälliger für Verletzungen und Schäden.

Unter einer Belastung von 250 kg kann sich jede Bandscheibe um durchschnittlich 1 mm in der Höhe verkürzen, was für die gesamte Wirbelsäule eine Verkürzung von ca. 24 mm bedeutet. Bei einer Belastung von 150 kg beträgt die Verkürzung der Bandscheibe zwischen Th6 und T7 0,45 mm, bei einer Belastung von 200 kg verkürzt sich die Bandscheibe zwischen T11 und T12 um 1,15 mm.

Diese druckbedingten Veränderungen der Bandscheiben verschwinden recht schnell. Bei einer halbstündigen Liegezeit vergrößert sich die Körperlänge einer 170 bis 180 cm großen Person um 0,44 cm. Der Unterschied in der Körperlänge derselben Person morgens und abends beträgt durchschnittlich 2 cm. Laut Leatt, Reilly, Troup (1986) wurde in den ersten 1,5 Stunden nach dem Aufwachen eine Abnahme der Körpergröße um 38,4 % und in den ersten 2,5 Stunden nach dem Aufwachen um 60,8 % beobachtet. Die Wiederherstellung der Körpergröße um 68 % erfolgte in der ersten Nachthälfte.

Bei einer Analyse der Größenunterschiede zwischen Kindern am Morgen und am Nachmittag stellten Strickland und Shearin (1972) einen mittleren Unterschied von 1,54 cm fest, mit einer Spanne von 0,8 bis 2,8 cm.

Während des Schlafs ist die Belastung der Wirbelsäule minimal und die Bandscheiben schwellen an und absorbieren Flüssigkeit aus dem Gewebe. Adams, Dolan und Hatton (1987) identifizierten drei signifikante Folgen täglicher Schwankungen der Belastung der Lendenwirbelsäule: 1 – „Schwellung“ verursacht eine erhöhte Steifheit der Wirbelsäule während der Lendenflexion nach dem Aufwachen; 2 – frühmorgens sind die Bänder der Bandscheiben durch ein höheres Verletzungsrisiko gekennzeichnet; 3 – der Bewegungsumfang der Wirbelsäule nimmt gegen Mittag zu. Der Unterschied in der Körperlänge ist nicht nur auf eine Verringerung der Dicke der Bandscheiben zurückzuführen, sondern auch auf eine Veränderung der Höhe des Fußgewölbes und möglicherweise auch teilweise auf eine Veränderung der Dicke des Knorpels der Gelenke der unteren Extremitäten.

Bandscheiben können ihre Form unter dem Einfluss von Krafteinwirkungen bereits vor der Pubertät verändern. Zu diesem Zeitpunkt sind Dicke und Form der Bandscheiben endgültig festgelegt, und die Konfiguration der Wirbelsäule und die damit verbundene Körperhaltung werden dauerhaft. Gerade weil die Körperhaltung jedoch in erster Linie von den Eigenschaften der Bandscheiben abhängt, ist sie kein völlig stabiles Merkmal und kann sich unter dem Einfluss äußerer und innerer Krafteinwirkungen, insbesondere durch körperliche Betätigung, insbesondere in jungen Jahren, teilweise verändern.

Bänder und andere Bindegewebe spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der dynamischen Eigenschaften der Wirbelsäule. Ihre Aufgabe besteht darin, die Bewegung des Gelenks zu begrenzen oder zu modifizieren.

Die vorderen und hinteren Längsbänder verlaufen entlang der Vorder- und Rückseite der Wirbelkörper und Bandscheiben.

Zwischen den Wirbelbögen befinden sich sehr starke Bänder aus elastischen Fasern, die ihnen eine gelbe Farbe verleihen, weshalb die Bänder selbst als Interarch- oder Gelbbänder bezeichnet werden. Bei Bewegungen der Wirbelsäule, insbesondere beim Beugen, dehnen sich diese Bänder und werden angespannt.

Zwischen den Dornfortsätzen der Wirbel befinden sich die Interspinalbänder und zwischen den Querfortsätzen die Intertransversalbänder. Oberhalb der Dornfortsätze verläuft über die gesamte Länge der Wirbelsäule das Ligamentum supraspinale, das sich dem Schädel nähert, in sagittaler Richtung zunimmt und als Nackenband bezeichnet wird. Beim Menschen hat dieses Band das Aussehen einer breiten Platte und bildet eine Art Trennwand zwischen der rechten und linken Muskelgruppe der Nackenregion. Die Gelenkfortsätze der Wirbel sind durch Gelenke miteinander verbunden, die im oberen Teil der Wirbelsäule eine flache Form haben und im unteren, insbesondere im Lendenbereich, zylindrisch sind.

Die Verbindung zwischen Hinterhauptbein und Atlas weist ihre eigenen Besonderheiten auf. Hier, wie zwischen den Gelenkfortsätzen der Wirbel, besteht ein kombiniertes Gelenk, das aus zwei anatomisch getrennten Gelenken besteht. Die Form der Gelenkflächen des Atlanto-Occipitalgelenks ist elliptisch oder eiförmig.

Drei Gelenke zwischen Atlas und Epistropheus sind zu einem kombinierten Atlantoaxialgelenk mit einer vertikalen Drehachse zusammengefasst; davon ist das unpaarige Gelenk das Zylindergelenk zwischen dem Dens des Epistropheus und dem vorderen Atlasbogen und das gepaarte Gelenk das flächige Gelenk zwischen der unteren Gelenkfläche des Atlas und der oberen Gelenkfläche des Epistropheus.

Zwei Gelenke, das Atlanto-Occipital- und das Atlanto-Axial-Gelenk, die sich oberhalb und unterhalb des Atlas befinden, ergänzen sich zu Verbindungen, die dem Kopf Beweglichkeit um drei zueinander senkrechte Rotationsachsen verleihen. Beide Gelenke können zu einem kombinierten Gelenk zusammengefasst werden. Wenn sich der Kopf um eine vertikale Achse dreht, bewegt sich der Atlas zusammen mit dem Hinterhauptbein und spielt die Rolle einer Art Zwischenmeniskus zwischen dem Schädel und dem Rest der Wirbelsäule. Ein ziemlich komplexer Bandapparat ist an der Stärkung dieser Gelenke beteiligt, zu dem das Kreuzband und das Flügelband gehören. Das Kreuzband wiederum besteht aus dem Querband und zwei Schenkeln – einem oberen und einem unteren. Das Querband verläuft hinter dem Dens epistropheus und stärkt die Position dieses Zahns an seinem Platz, indem es zwischen der rechten und linken seitlichen Masse des Atlas gespannt ist. Ober- und Unterschenkel erstrecken sich vom Querband. Davon ist das obere am Hinterhauptbein und das untere am Körper des zweiten Halswirbels befestigt. Die Pterygoideusbänder, rechts und links, verlaufen von den Seitenflächen des Zahns nach oben und außen und sind am Hinterhauptbein befestigt. Zwischen Atlas und Hinterhauptbein befinden sich zwei Membranen – die vordere und die hintere –, die die Öffnung zwischen diesen Knochen verschließen.

Das Kreuzbein ist durch eine Synchondrose mit dem Steißbein verbunden, wobei sich das Steißbein hauptsächlich nach vorn und hinten bewegen kann. Der Bewegungsbereich der Steißbeinspitze in dieser Richtung beträgt bei Frauen etwa 2 cm. Der Bandapparat trägt ebenfalls zur Stärkung dieser Synchondrose bei.

Da die Wirbelsäule eines Erwachsenen zwei lordotische (zervikale und lumbale) und zwei kyphotische (thorakale und sacrococcygeale) Kurven aufweist, schneidet die vom Körperschwerpunkt ausgehende vertikale Linie diese nur an zwei Stellen, meist auf Höhe der Wirbel C8 und L5. Diese Verhältnisse können jedoch je nach Körperhaltung variieren.

Das Gewicht der oberen Körperhälfte übt nicht nur Druck auf die Wirbel aus, sondern wirkt auf einige von ihnen auch in Form einer Kraft, die die Krümmung der Wirbelsäule formt. Im Brustbereich verläuft die Schwerkraftlinie des Körpers vor den Wirbelkörpern, wodurch eine Kraftwirkung entsteht, die auf eine Verstärkung der kyphotischen Krümmung der Wirbelsäule abzielt. Dies wird durch den Bandapparat, insbesondere das hintere Längsband, die Interosseusbänder sowie den Tonus der Rumpfstreckmuskulatur, verhindert.

In der Lendenwirbelsäule ist das Verhältnis umgekehrt, die Schwerkraftlinie des Körpers verläuft meist so, dass die Schwerkraft dazu neigt, die Lendenlordose zu reduzieren. Mit zunehmendem Alter nehmen sowohl der Widerstand des Bandapparates als auch der Tonus der Streckmuskulatur ab, wodurch die Wirbelsäule unter dem Einfluss der Schwerkraft am häufigsten ihre Konfiguration ändert und eine allgemeine, nach vorne gerichtete Biegung bildet.

Es wurde festgestellt, dass die Vorwärtsverlagerung des Schwerpunkts der oberen Körperhälfte unter dem Einfluss einer Reihe von Faktoren erfolgt: der Masse des Kopf- und Schultergürtels, der oberen Gliedmaßen, der Brust-, Brust- und Bauchorgane.

Die Frontalebene, in der sich der Körperschwerpunkt befindet, weicht bei Erwachsenen relativ wenig nach vorne vom Atlantookzipitalgelenk ab. Bei kleinen Kindern ist die Masse des Kopfes von großer Bedeutung, da ihr Verhältnis zur Masse des gesamten Körpers bedeutender ist. Deshalb ist die Frontalebene des Kopfschwerpunkts normalerweise weiter nach vorne verlagert. Die Masse der oberen Gliedmaßen einer Person beeinflusst bis zu einem gewissen Grad die Ausbildung der Krümmung der Wirbelsäule, abhängig von der Verschiebung des Schultergürtels nach vorne oder hinten, da Spezialisten einen gewissen Zusammenhang zwischen gebückter Haltung und dem Grad der Vorverschiebung des Schultergürtels und der oberen Gliedmaßen festgestellt haben. Bei aufgerichteter Haltung ist der Schultergürtel jedoch normalerweise nach hinten verlagert. Die Masse des menschlichen Brustkorbs beeinflusst die Vorverschiebung des Rumpfschwerpunkts, je stärker sein anteroposteriorer Durchmesser entwickelt ist. Bei einem flachen Brustkorb befindet sich sein Schwerpunkt relativ nahe an der Wirbelsäule. Die Brustorgane und insbesondere das Herz tragen mit ihrer Masse nicht nur zur Vorverlagerung des Rumpfschwerpunktes bei, sondern üben auch einen direkten Zug auf den kranialen Teil der Brustwirbelsäule aus und verstärken dadurch deren Kyphose. Das Gewicht der Bauchorgane variiert je nach Alter und Konstitution des Menschen.

Die morphologischen Merkmale der Wirbelsäule bestimmen ihre Druck- und Zugfestigkeit. In der Fachliteratur gibt es Hinweise darauf, dass sie einem Druck von etwa 350 kg standhalten kann. Die Druckfestigkeit beträgt im Halsbereich etwa 50 kg, im Brustbereich 75 kg und im Lendenbereich 125 kg. Es ist bekannt, dass die Zugfestigkeit im Halsbereich etwa 113 kg, im Brustbereich 210 kg und im Lendenbereich 410 kg beträgt. Die Gelenke zwischen dem 5. Lendenwirbel und dem Kreuzbein reißen bei einer Zugkraft von 262 kg.

Die Belastbarkeit einzelner Wirbel gegenüber Kompression der Halswirbelsäule beträgt etwa folgende Werte: C3 – 150 kg, C4 – 150 kg, C5 – 190 kg, C6 – 170 kg, C7 – 170 kg.

Für die Brustregion sind folgende Werte typisch: T1 – 200 kg, T5 – 200 kg, T3 – 190 kg, T4 – 210 kg, T5 – 210 kg, T6 – 220 kg, T7 – 250 kg, T8 – 250 kg, T9 – 320 kg, T10 – 360 kg, T11 – 400 kg, T12 – 375 kg. Die Lendenwirbelsäule hält etwa folgenden Belastungen stand: L1 – 400 kg, L2 – 425 kg, L3 – 350 kg, L4 – 400 kg, L5 – 425 kg.

Zwischen den Körpern zweier benachbarter Wirbel sind folgende Bewegungsarten möglich: Bewegungen entlang der vertikalen Achse infolge von Kompression und Dehnung der Bandscheiben. Diese Bewegungen sind stark eingeschränkt, da eine Kompression nur innerhalb der Elastizität der Bandscheiben möglich ist und eine Dehnung durch Längsbänder verhindert wird. Für die gesamte Wirbelsäule sind die Grenzen von Kompression und Dehnung unbedeutend.

Bewegungen zwischen den Körpern zweier benachbarter Wirbelkörper können teilweise in Form einer Rotation um eine vertikale Achse erfolgen. Diese Bewegung wird hauptsächlich durch die Spannung der konzentrischen Fasern des Faserrings der Bandscheibe gehemmt.

Auch Rotationen um die Frontalachse sind zwischen den Wirbeln bei Beugung und Streckung möglich. Bei diesen Bewegungen verändert sich die Form der Bandscheibe. Bei der Beugung wird ihr vorderer Teil gestaucht und der hintere gedehnt; bei der Streckung ist das umgekehrte Phänomen zu beobachten. In diesem Fall verändert der Gallertkern seine Position. Bei der Beugung bewegt er sich nach hinten, bei der Streckung nach vorne, also in Richtung des gedehnten Teils des Faserrings.

Eine weitere ausgeprägte Bewegungsart ist die Rotation um die Sagittalachse, die zu einer seitlichen Neigung des Rumpfes führt. Dabei wird eine Seitenfläche der Bandscheibe komprimiert, während die andere gedehnt wird, und der Gallertkern bewegt sich in Richtung der Dehnung, also in Richtung der Konvexität.

Die Bewegungen, die in den Gelenken zwischen zwei benachbarten Wirbeln auftreten, hängen von der Form der Gelenkflächen ab, die in verschiedenen Teilen der Wirbelsäule unterschiedlich angeordnet sind.

Die Halswirbelsäule ist die beweglichste Region. In dieser Region weisen die Gelenkfortsätze flache, nach hinten gerichtete Gelenkflächen in einem Winkel von etwa 45–65° auf. Diese Art der Gelenkverbindung bietet drei Freiheitsgrade: Flexions- und Extensionsbewegungen sind in der Frontalebene, Seitwärtsbewegungen in der Sagittalebene und Rotationsbewegungen in der Horizontalebene möglich.

Im Raum zwischen den Wirbeln C2 und C3 ist der Bewegungsbereich etwas geringer als zwischen den anderen Wirbeln. Das erklärt sich dadurch, dass die Bandscheibe zwischen diesen beiden Wirbeln sehr dünn ist und der vordere Teil der Unterkante des Epistropheums eine Ausstülpung bildet, die die Bewegung einschränkt. Der Bewegungsbereich von Beuge und Streckung in der Halswirbelsäule beträgt etwa 90°. Die nach vorne gerichtete Konvexität, die durch die vordere Kontur der Halswirbelsäule gebildet wird, verwandelt sich bei Beugung in Konkavität. Die so entstandene Konkavität hat einen Radius von 16,5 cm. Zeichnet man vom vorderen und hinteren Ende dieser Konkavität Radien, ergibt sich ein nach hinten geöffneter Winkel von 44°. Bei maximaler Streckung ergibt sich ein nach vorne und oben geöffneter Winkel von 124°. Die Sehnen dieser beiden Bögen treffen sich in einem Winkel von 99°. Der größte Bewegungsbereich ist zwischen den Wirbeln C3, C4 und C5 zu beobachten, etwas geringer zwischen C6 und C7 und noch geringer zwischen den Wirbeln C7 und T1.

Auch seitliche Bewegungen zwischen den Körpern der ersten sechs Halswirbel weisen eine relativ große Amplitude auf. Der Wirbel C... ist in dieser Richtung deutlich weniger beweglich.

Die sattelförmigen Gelenkflächen zwischen den Halswirbelkörpern begünstigen keine Torsionsbewegungen. Im Allgemeinen beträgt die Bewegungsamplitude im Halswirbelbereich nach Angaben verschiedener Autoren durchschnittlich folgende Werte: Beugung – 90°, Streckung – 90°; Seitneigung – 30°, Rotation zu einer Seite – 45°.

Das Atlantookzipitalgelenk und das Gelenk zwischen Atlas und Epistropheus haben drei Bewegungsfreiheitsgrade. Im ersten sind Vorwärts- und Rückwärtsneigungen des Kopfes möglich. Im zweiten ist eine Rotation des Atlas um den Dens möglich, wobei sich der Schädel zusammen mit dem Atlas dreht. Eine Vorwärtsneigung des Kopfes am Gelenk zwischen Schädel und Atlas ist nur um 20° möglich, eine Rückwärtsneigung um 30°. Die Rückwärtsbewegung wird durch die Spannung der vorderen und hinteren Atlantookzipitalmembranen gehemmt und erfolgt um die Frontalachse, die hinter der äußeren Gehöröffnung und unmittelbar vor den Mamillarfortsätzen des Schläfenbeins verläuft. Eine Vorwärtsneigung des Schädels von mehr als 20° und eine Rückwärtsneigung von mehr als 30° ist nur zusammen mit der Halswirbelsäule möglich. Eine Vorwärtsneigung ist möglich, bis das Kinn das Brustbein berührt. Dieser Neigungsgrad wird nur durch aktive Kontraktion der Muskeln erreicht, die die Halswirbelsäule beugen und den Kopf auf den Körper neigen. Wenn der Kopf durch die Schwerkraft nach vorne gezogen wird, berührt das Kinn in der Regel nicht das Brustbein, da der Kopf durch die Spannung der gedehnten Nackenmuskulatur und des Nackenbandes an Ort und Stelle gehalten wird. Das Gewicht des nach vorne geneigten Kopfes, das auf den Hebel erster Klasse einwirkt, reicht nicht aus, um die Passivität der Nackenmuskulatur und die Elastizität des Nackenbandes zu überwinden. Kontrahieren sich die Musculus sternohyoideus und Musculus geniohyoideus, bewirkt ihre Kraft zusammen mit dem Gewicht des Kopfes eine stärkere Dehnung der Nackenmuskulatur und des Nackenbandes, wodurch der Kopf nach vorne geneigt wird, bis das Kinn das Brustbein berührt.

Das Atlas-Knochen-Gelenk ist um 30° nach rechts und links drehbar. Die Rotation im Atlas-Knochen-Gelenk wird durch die Spannung der Pterygoidea-Bänder begrenzt, die an den Seitenflächen der Kondylen des Hinterhauptbeins entspringen und an den Seitenflächen des Densfortsatzes ansetzen.

Aufgrund der Tatsache, dass die Unterseite der Halswirbel in anteroposteriorer Richtung konkav ist, sind Bewegungen zwischen den Wirbeln in der Sagittalebene möglich. In der Halsregion ist der Bandapparat am schwächsten, was ebenfalls zu seiner Beweglichkeit beiträgt. Die Halsregion ist (im Vergleich zur Brust- und Lendenwirbelregion) der Einwirkung von Druckbelastungen deutlich weniger ausgesetzt. Sie ist der Ansatzpunkt für eine große Zahl von Muskeln, die die Bewegungen von Kopf, Wirbelsäule und Schultergürtel bestimmen. Am Hals ist die dynamische Wirkung der Muskeltraktion im Vergleich zur Wirkung statischer Belastungen relativ größer. Die Halsregion ist deformierenden Belastungen wenig ausgesetzt, da die umgebende Muskulatur sie vor übermäßigen statischen Einflüssen zu schützen scheint. Eines der charakteristischen Merkmale der Halsregion ist, dass die flachen Oberflächen der Gelenkfortsätze in vertikaler Körperposition einen Winkel von 45° bilden. Bei nach vorne geneigtem Kopf und Nacken vergrößert sich dieser Winkel auf 90°. In dieser Position überlappen sich die Gelenkflächen der Halswirbel horizontal und werden durch die Muskelwirkung fixiert. Bei gebeugtem Nacken ist die Muskelwirkung besonders ausgeprägt. Eine gebeugte Nackenhaltung ist jedoch bei der Arbeit üblich, da das Sehorgan die Handbewegungen steuern muss. Viele Arbeiten, wie auch das Lesen, werden üblicherweise mit gebeugtem Kopf und Nacken ausgeführt. Daher müssen die Muskeln, insbesondere die Nackenmuskulatur, arbeiten, um den Kopf im Gleichgewicht zu halten.

Im Brustbereich weisen die Gelenkfortsätze ebenfalls flache Gelenkflächen auf, sind jedoch nahezu vertikal ausgerichtet und befinden sich hauptsächlich in der Frontalebene. Bei dieser Anordnung der Fortsätze sind Flexions- und Rotationsbewegungen möglich, die Extension ist jedoch eingeschränkt. Seitliche Beugungen erfolgen nur in unbedeutenden Grenzen.

Im Brustbereich ist die Beweglichkeit der Wirbelsäule am geringsten, was auf die geringe Dicke der Bandscheiben zurückzuführen ist.

Die Beweglichkeit im oberen Brustbereich (vom ersten bis zum siebten Wirbel) ist unbedeutend. Sie nimmt nach kaudal zu. Eine seitliche Beugung im Brustbereich ist um ca. 100° nach rechts und etwas weniger nach links möglich. Rotationsbewegungen werden durch die Stellung der Gelenkfortsätze eingeschränkt. Der Bewegungsbereich ist beträchtlich: um die Frontalachse beträgt er 90°, Extension 45°, Rotation 80°.

Im Lendenwirbelbereich weisen die Gelenkfortsätze nahezu in der Sagittalebene ausgerichtete Gelenkflächen auf, wobei die obere innere Gelenkfläche konkav und die untere äußere konvex ist. Diese Anordnung der Gelenkfortsätze schließt ihre gegenseitige Rotation aus, und Bewegungen erfolgen ausschließlich in der Sagittal- und Frontalebene. Dabei ist die Extensionsbewegung in größeren Grenzen möglich als die Flexionsbewegung.

Im Lendenwirbelbereich ist die Beweglichkeit zwischen den Wirbeln unterschiedlich. In allen Richtungen ist sie zwischen den Wirbeln L3 und L4 sowie zwischen L4 und L5 am größten. Die geringste Beweglichkeit ist zwischen L2 und L3 zu beobachten.

Die Beweglichkeit der Lendenwirbelsäule wird durch folgende Parameter charakterisiert: Beugung – 23°, Streckung – 90°, seitliche Neigung zu beiden Seiten – 35°, Rotation – 50°. Der Zwischenwirbelraum zwischen L3 und L4 weist die größte Beweglichkeit auf, was mit der zentralen Lage des Wirbels L3 verglichen werden sollte. Tatsächlich entspricht dieser Wirbel bei Männern der Mitte der Bauchregion (bei Frauen liegt L3 etwas weiter kaudal). Es gibt Fälle, in denen das Kreuzbein beim Menschen fast horizontal lag und der lumbosakrale Winkel auf 100–105° abnahm. Faktoren, die die Bewegungen der Lendenwirbelsäule einschränken, sind in Tabelle 3.4 dargestellt.

In der Frontalebene ist eine Beugung der Wirbelsäule hauptsächlich im Hals- und oberen Brustbereich möglich; eine Streckung erfolgt hauptsächlich im Hals- und Lendenbereich, im Brustbereich sind diese Bewegungen unbedeutend. In der Sagittalebene ist die größte Beweglichkeit im Halsbereich zu beobachten; im Brustbereich ist sie unbedeutend und nimmt im Lendenbereich wieder zu. Eine Rotation ist im Halsbereich in weiten Grenzen möglich; in kaudaler Richtung nimmt ihre Amplitude ab und ist im Lendenbereich sehr unbedeutend.

Bei der Untersuchung der Beweglichkeit der Wirbelsäule als Ganzes macht es rechnerisch keinen Sinn, die Zahlen zusammenzufassen, die die Bewegungsamplitude in verschiedenen Abschnitten charakterisieren, da bei Bewegungen des gesamten freien Teils der Wirbelsäule (sowohl bei anatomischen Präparaten als auch bei lebenden Probanden) aufgrund der Krümmung der Wirbelsäule Ausgleichsbewegungen auftreten. Insbesondere kann eine Dorsalflexion in einem Abschnitt eine ventrale Extension in einem anderen verursachen. Daher ist es ratsam, die Untersuchung der Beweglichkeit verschiedener Abschnitte durch Daten zur Beweglichkeit der gesamten Wirbelsäule zu ergänzen. Bei der Untersuchung einer isolierten Wirbelsäule in dieser Hinsicht erhielten einige Autoren die folgenden Daten: Flexion – 225°, Extension – 203°, Seitneigung – 165°, Rotation – 125°.

Im Brustbereich ist eine Lateralflexion der Wirbelsäule nur möglich, wenn die Gelenkfortsätze exakt in der Frontalebene liegen. Allerdings sind sie leicht nach vorne geneigt. Daher nehmen nur diejenigen Zwischenwirbelgelenke an der Lateralneigung teil, deren Facetten annähernd in der Frontalebene liegen.

Rotationsbewegungen der Wirbelsäule um die vertikale Achse sind im Nackenbereich am stärksten möglich. Kopf und Hals lassen sich gegenüber dem Rumpf in beide Richtungen um ca. 60–70° rotieren (insgesamt also ca. 140°). In der Brustwirbelsäule ist eine Rotation nicht möglich. In der Lendenwirbelsäule liegt sie praktisch bei Null. Die größte Rotation zwischen Brust- und Lendenwirbelsäule ist im Bereich des 17. und 18. biokinematischen Paares möglich.

Die gesamte Rotationsbeweglichkeit der Wirbelsäule beträgt somit 212° (132° für Kopf und Hals und 80° für das 17. und 18. biokinematische Paar).

Interessant ist die Bestimmung des möglichen Rotationsgrades des Körpers um seine Hochachse. Im Einbeinstand ist eine Rotation im halbgebeugten Hüftgelenk um 140° möglich; im Stand auf beiden Beinen verringert sich die Amplitude dieser Bewegung auf 30°. Insgesamt erhöht sich dadurch die Rotationskapazität unseres Körpers auf etwa 250° im Zweibeinstand und auf 365° im Einbeinstand. Rotationsbewegungen vom Kopf bis zu den Zehen bewirken eine Verkürzung der Körperlänge um 1–2 cm. Bei manchen Menschen ist diese Verkürzung jedoch deutlich größer.

Die Torsionsbewegung der Wirbelsäule erfolgt auf vier Ebenen, die für verschiedene Arten von Skolioseverkrümmungen charakteristisch sind. Jede dieser Torsionsebenen hängt von der Funktion einer bestimmten Muskelgruppe ab. Die untere Rotationsebene entspricht der unteren Öffnung (Höhe der 12. falschen Rippe) des Brustkorbs. Die Rotationsbewegung auf dieser Ebene beruht auf der Funktion des inneren schrägen Bauchmuskels der einen Seite und des äußeren schrägen Bauchmuskels der gegenüberliegenden Seite, die als Synergisten wirken. Diese Bewegung kann durch die Kontraktion der inneren Interkostalmuskeln auf der einen Seite und der äußeren Interkostalmuskeln auf der anderen Seite nach oben fortgesetzt werden. Die zweite Ebene der Rotationsbewegungen befindet sich am Schultergürtel. Ist dieser fixiert, beruht die Rotation des Brustkorbs und der Wirbelsäule auf der Kontraktion des vorderen Sägemuskels und der Brustmuskeln. Für die Rotation sorgen auch einige Rückenmuskeln – der hintere Sägemuskel (oberer und unterer), der Iliocostalis und der Semispinalis. Bei beidseitiger Kontraktion hält der Musculus sternocleidomastoideus den Kopf in vertikaler Position, wirft ihn nach hinten und beugt gleichzeitig die Halswirbelsäule. Bei einseitiger Kontraktion neigt er den Kopf zur Seite und dreht ihn in die entgegengesetzte Richtung. Der Musculus splenius capitis streckt die Halswirbelsäule und dreht den Kopf in die gleiche Richtung. Der Musculus splenius cervicis streckt die Halswirbelsäule und dreht den Hals zur Kontraktionsseite.

Seitliche Beugungen werden oft mit einer Drehung kombiniert, da die Lage der Zwischenwirbelgelenke dies begünstigt. Die Bewegung wird um eine Achse ausgeführt, die nicht genau in sagittaler Richtung liegt, sondern nach vorne und unten geneigt ist, wodurch die seitliche Beugung von einer Drehung des Rumpfes nach hinten auf die Seite begleitet wird, wo sich während der Beugung die Konvexität der Wirbelsäule bildet. Die Kombination von seitlichen Beugungen mit einer Drehung ist ein sehr bedeutendes Merkmal, das einige Eigenschaften skoliotischer Krümmungen erklärt. Im Bereich des 17. und 18. biokinematischen Paares werden seitliche Beugungen der Wirbelsäule mit ihrer Drehung zur konvexen oder konkaven Seite kombiniert. In diesem Fall wird normalerweise folgender Bewegungstria ausgeführt: seitliche Beugung, Vorwärtsbeuge und Drehung zur Konvexität. Diese drei Bewegungen werden normalerweise bei skoliotischen Krümmungen ausgeführt.

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Funktionelle Muskelgruppen, die für die Bewegung der Wirbelsäule sorgen

Halswirbelsäule: Bewegungen um die Frontalachse

Biegen

1. Musculus sternocleidomastoideus
2. Vorderer Skalenusmuskel
3. Hinterer Skalenusmuskel
4. Musculus longus colli
5. Musculus longus capitis
6. Vorderer Musculus rectus capitis
7. Unterhautmuskel des Halses
8. Musculus omohyoideus
9. Musculus sternohyoideus
10. Sternothyroid-Muskel
11. Musculus thyrohyoideus
12. Digastric
13. Musculus stylohyoideus
14. Musculus mylohyoideus
15. Musculus geniohyoideus

Bewegungen um die Sagittalachse

1. Musculus longus colli
2. Vorderer Skalenusmuskel
3. Mittlerer Skalenusmuskel
4. Hinterer Skalenusmuskel
5. Trapezmuskel
6. Musculus sternocleidomastoideus
7. Der Rückenstreckermuskel
8. Strapon Halsmuskel
9. Musculus longus capitis

Bewegungen um die vertikale Achse – Verdrehen

1. Vorderer Skalenusmuskel
2. Mittlerer Skalenusmuskel
3. Hinterer Skalenusmuskel
4. Musculus sternocleidomastoideus
5. Oberer Trapezmuskel
6. Strapon Halsmuskel
7. Musculus levator scapulae

Kreisbewegungen in der Halswirbelsäule (Zirkumduktion):

Unter abwechselnder Beteiligung aller Muskelgruppen, die eine Beugung, Neigung und Streckung der Wirbelsäule im Halsbereich bewirken.

Lendenwirbelsäule: Bewegungen um die Frontalachse

Biegen

1. Iliopsoas-Muskel
2. Quadratus lumborum-Muskel
3. Gerader Bauchmuskel
4. Äußerer schräger Bauchmuskel

Extension (Brust- und Lendenwirbelsäule)

1. Der Rückenstreckermuskel
2. Querverlaufender Rückenmuskel
3. Interspinale Muskeln
4. Intertransversale Muskeln
5. Muskeln, die die Rippen anheben
6. Trapezmuskel
7. Großer Rückenmuskel
8. Großer Rautenmuskel
9. Kleiner Rautenmuskel
10. Hinterer oberer Sägemuskel
11. Musculus serratus posterior inferior

Seitliche Beugebewegungen um die sagittale Achse (Brust- und Lendenwirbelsäule)

1. Intertransversale Muskeln
2. Muskeln, die die Rippen anheben
3. Äußerer schräger Bauchmuskel
4. Innerer schräger Bauchmuskel
5. Quer verlaufender Bauchmuskel
6. Gerader Bauchmuskel
7. Quadratus lumborum-Muskel
8. Trapezmuskel
9. Großer Rückenmuskel
10. Großer Rautenmuskel
11. Hinterer oberer Sägemuskel
12. Musculus serratus posterior inferior
13. Der Rückenstreckermuskel
14. Querspinalis-Muskel

Bewegungen um die vertikale Achse – Verdrehen

1. Iliopsoas-Muskel
2. Muskeln, die die Rippen anheben
3. Quadratus lumborum-Muskel
4. Äußerer schräger Bauchmuskel
5. Innerer schräger Bauchmuskel
6. Äußerer Interkostalmuskel
7. Innerer Interkostalmuskel
8. Trapezmuskel
9. Großer Rautenmuskel
10. Großer Rückenmuskel
11. Hinterer oberer Sägemuskel
12. Musculus serratus posterior inferior
13. Der Rückenstreckermuskel
14. Querverlaufender Rückenmuskel

Kreisförmige Rotationsbewegungen mit gemischten Achsen (Zirkumduktion): mit abwechselnder Kontraktion aller Rumpfmuskeln, wodurch eine Streckung, Schambeinbeugung und Beugung der Wirbelsäule bewirkt wird.