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Die Beschäftigung mit der Entwicklungsgeschichte unserer Bandscheiben kann helfen, sowohl Segmentationsanomalien (Klippel-Feil, Barbildung,…) als auch einfach nur das biologische Bauprinzip unserer Wirbelsäule zu verstehen.
Embryologie des Bewegungssegments
Das spinale Bewegungssegment besteht aus Bandscheibe und Wirbelgelenken im Zentrum und Wirbelkörpern an den Enden. Der Kern des Bandscheibengewebes, Nucleus pulposus, produziert Proteoglykane zum Aufbau des hydrostatischen Drucks. Diese Zellen gehen aus dem primitiven Achsenorgan, der Chorda dorsalis hervor. Paarig angelegte segmentierte Zellhaufen – Somiten – steuern aus ihrem kaudalen Zentrum (Sklerotom) die knorpelproduzierende innere Schicht des Anulus fibrosus bei. Um diese Knorpelschicht wird die äußere faserige Schicht des Anulus fibrosus gebildet. 1Alkhatib B, Ban GI, Williams S, Serra R. IVD Development: Nucleus pulposus development and sclerotome specification. Curr Mol Biol Rep. 2018 Sep;4(3):132-141. doi: 10.1007/s40610-018-0100-3. Epub 2018 Jul 13. PMID: 30505649; PMCID: PMC6261384.
Weiter dorsal gelegene Zellen im Somiten (Arthrotom) bilden auf der gleichen Höhe das Wirbelgelenk. 2Mittapalli VR, Huang R, Patel K, Christ B, Scaal M. Arthrotome: a specific joint forming compartment in the avian somite. Dev Dyn. 2005 Sep;234(1):48-53. doi: 10.1002/dvdy.20502. PMID: 16028274. Nur die Umgebung dieser somitären Zellen erlaubt ein Auswachsen des Spinalnerven auf der gleichen Höhe.3Agnieszka M. Piatkowska, Susan E. Evans, Claudio D. Stern, Cellular aspects of somite formation in vertebrates, Cells & Development, Volume 168, 2021, 203732, ISSN 2667-2901, https://doi.org/10.1016/j.cdev.2021.203732.
Zusammenfassend werden die zentralen Bewegungsorgane unserer Wirbelsäule aus den kaudalen Somitenabschnitten gebildet.
Embryologie der spinalen Hüllen
Embryologische Organe wie das Neuralrohr steuern die Bildung ihrer Container – also Hirnhäute und skelettale Elemente wie Kalotten (für das Gehirn) und Wirbelbögen (Rückenmark). Embryologisch entstehen diese Organe aus den rostralen (vgl. kranial) Somitenabschnitten durch Bildung von Pedikeln und Wirbelbögen. Die Bildung von Hirnhäuten und den Bestandteilen des peripheren Nervensystems (Spinalganglion) erfolgt durch die nur bei Wirbeltieren vorkommende Neuralleiste.4Batarfi, M., Valasek, P., Krejci, E., Huang, R. and Patel, K.(2017) The development and origins of vertebrate meninges.
Biological Communications, 62 (2). pp. 73-81. ISSN 2542-2154 doi:https://doi.org/10.21638/11701/spbu03.2017.203, Available at https://centaur.reading.ac.uk/70692/
Die pialen (inneren) Hirnhäute haben wiederum wesentlichen Einfluss auf die Positionierung der Neuronen. 5Dasgupta K, Jeong J. Developmental biology of the meninges. Genesis. 2019 May;57(5):e23288. doi: 10.1002/dvg.23288. Epub 2019 Mar 13. PMID: 30801905; PMCID: PMC6520190.
Die Integration aller 3 Systeme, passives Bewegungssegment (Bandscheiben, Wirbelgelenke), Schutzstrukturen (Wirbelkörper, Wirbelbogen) und Steuerung (Rückenmark, periphere Nerven) erfolgt dann über den äußeren Abschnitt der Somiten (Myotom), aus welchen die sehnig ansetzende Muskulatur hervorgeht.
Ossifikation
Knorpelige Vorstufen der Wirbelkörper können aber der 6. Woche im humanen Embryo nachgewiesen werden, die Ossifikation beginnt wahrscheinlich ab der 8. Woche in den primären Ossifikationszentren im Wirbelkörper und in den Wirbelbögen. 6
Ossification of the vertebral column in human foetuses: histological and computed tomography studies
A. Skórzewska, M. Grzymisławska, M. Bruska, J. Łupicka, W. Woźniak, Folia Morphol. Vol. 72, No. 3, pp. 230–238 DOI: 10.5603/FM.2013.0038 Sekundäre Ossifikationszentren sind dann bis ins Erwachsenenalter (25-30J) an den Ringapophysen, Querfortsatz- und Dornfortsatzapophysen nachweisbar 7Knipe H, Chmiel-Nowak M, Hacking C, et al. Ossification centers of the vertebral column. Reference article, Radiopaedia.org (Accessed on 23 Feb 2024) https://doi.org/10.53347/rID-24695
Gefäßversorgung
Der Nucleus pulposus ist während der gesamten Lebensspanne die größte komplett avaskuläre Struktur im menschlichen Körper. Während embryonal bis in die ersten beiden Lebensjahre eine gute Vaskularisation des inneren Anulus fibrosus und der knorpeligen Endplatten nachweisbar ist, ziehen sich diese Gebiete beim Erwachsenen in den äußeren Anulus zurück. Erst im Rahmen von Degeneration oder fokalen Schädigungen wie z.B. beim Bandscheibenvorfall kommt es – möglicherweise durch VEGF-vermittelte Signale – zu einem erneuten Einwachsen von Gefäßen und auch Nerven (→ diskogener Schmerz). 8Fournier DE, Kiser PK, Shoemaker JK, Battié MC, Séguin CA. Vascularization of the human intervertebral disc: A scoping review. JOR Spine. 2020 Sep 15;3(4):e1123. doi: 10.1002/jsp2.1123. PMID: 33392458; PMCID: PMC7770199
