Minim Invasive Neurosurg 1959; 1(2): 178-196
DOI: 10.1055/s-0028-1095531
© Georg Thieme Verlag Stuttgart

The Cervical Spine and Spondylosis

Eric E. Payne
  • Department of Pathology, The Welsh National School of Medicine, The Royal Infirmary, Cardiff, South Wales
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Publication Date:
20 November 2008 (online)

SUMMARY

The changes seen in the cervical spine in cervical spondylosis have in the past been attributed to degeneration of the intervertebral discs associated with local dehydration. Recent studies have shown that the first macroscopic change in the intervertebral disc is partial displacement of the nucleus pulposus in either a vertical or horizontal direction.

Narrowing of the intervertebral disc appears to be due to partial displacement of nuclear material although nuclear displacement may occur without immediate narrowing of the intervertebral disc. Similarly the occurrence of osteophytes at the uncinate process appear to be the result of nuclear displacement usually with narrowing of the intervertebral disc. The changes that occur in the intervertebral discs and adjacent vertebrae as a result of nuclear displacement are similar to those described in osteo-arthritis of other joints.

In a series of 287 cervical intervertebral discs examined by a new technique, 102 (35.5%) showed partial nuclear displacement in either a vertical or horizontal direction. The incidence of vertical nuclear displacement was approximately the same as that of horizontal nuclear displacement. After the fourth decade the incidence of nuclear displacement increased rapidly but it did not parallel the increase in age. The process initiating the intervertebral disc disturbance is unknown although trauma, either massive or insidious wear and tear, appears to be an important factor. Abnormal absorption of fluid by the nucleus pulposus and agents which promote this may play a part in the causation of the process.

The normal anatomical relationship of the cervical vertebrae and intervertebral discs to the spinal cord and the method of blood supply to the cord are salient factors in the consideration of the neurological sequelae associated with cervical spondylosis. The obliquity of the spinal nerve roots, the relative shape of the cervical spinal cord to canal and the reduction of the size of the spinal canal during extension of the neck help to explain some of the discrepancies previously reported in cases of cervical spondylosis with neurological disturbances. The presence of so-called “synovial half-joints” in the cervical spine as described by Luschka (1858) have not been confirmed; however the cervical intervertebral discs in autopsy specimens frequently contain fissures between the lateral lamellar fibres of the annulus fibrosus.

The size of the vertebrae, intervertebral discs and the spinal canal measured on standard lateral radiographs is greater in the male than the female, although the relative size of the spinal canal to the vertebral body is less in the male than in the female. However, in both male and female the height of the normal intervertebral disc in the mid-line is approximately 45% of the height of the subjacent vertebral body.

The spinal cord derives its blood supply from the ascending and descending branches of the radicular arteries which traverse the intervertebral foramina. These foramina can be constricted by osteophytes or by protrusions produced by partial nuclear displacement. The variability in the number of radicular arteries requires further investigation for this may play a role in the production of the myelopathy that occurs in spondylosis and in other diseases affecting the spinal cord.

The neurological sequelae that occur in cervical spondylosis are not entirely dependent upon the changes in the spine but appear to be influenced by the prevailing anatomical circumstances, in particular the size of the spinal canal. The normal cervical spinal canal varies considerably in its antero-posterior measurement at different vertebral levels; it is narrowest at the commonest sites of spondylosis (the mid and lower cervical spine). The spinal canal may be narrowed by posterior disc protrusions, by osteophytes or subluxation. All of these may occur without neurological disturbances. However, when localized myelopathy is due to spondylosis the spinal canal frequently appears to be narrower than the normal range throughout its extent (i.e. C. 1 to C. 7). The hereditary, developmental or environmental factors which influence the size of the spinal canal are as important in the production of localized spondylotic myelopathy as the changes in the intervertebral discs and vertebrae which constitute the spondylosis.

RESUME

Les altérations relevées sur la colonne cervicale en cas de Spondylose ont été attribuées dans le passé à la dégénération des disques intervertébraux associée à de la deshydratation locale. Des études récentes ont montré que la première lésion macroscopique apparaissant dans le disque intervertébral est un déplacement partiel du nucléus pulposus en direction verticale ou horizontale. L'aplatissement du disque intervertébral semble dû à un déplacement partiel de tissu nucléaire, quoiqu'un tel déplacement puisse s'effectuer sans qu'apparaisse immédiatement l'aplatissement. De même l'apparition d'ostéophytes est le résultat de déplacement discal accompagné généralement d'aplatissement de l'espace intervertébral. Les lésions relevées dans le disque et les vertèbres adjacentes lors de déplacements nucléaires sont semblables à celles décrites dans l'ostéo-arthrite d'autres articulations.

Dans une série de 287 disques intervertébraux examinés à l'aide d'une technique nouvelle, 102 (35,5%) ont montré un déplacement partiel du nucléus en direction verticale ou horizontale. La fréquence était à peu près la même dans l'une que dans l'autre direction. Après la quarantaine la fréquence du déplacement nucléaire augmente brusquement mais cette augmentation n'est pas dans la suite proportionnelle à l'âge. Le processus initial, cause de la lésion discale, est inconnu, quoique le traumatisme semble être un facteur important, qu'il soit brutal ou insidieux, sous forme de pression ou de traction. Les agents favorisant l'absorption d'eau par le nucléus pulposus en sont peut être le facteur pathogénique.

Les rapports que contractent les vertèbres et les disques intervertébraux de la colonne cervicale avec la moelle et le mode de vascularisation de cette dernière sont des facteurs importants à prendre en considération lorsqu'il y a association entre spondylose cervicale et lésions neurologiques. L'obliquité des racines cervicales, la situation que prend la moelle cervicale dans le canal rachidien, la réduction de la lumière du canal lors des mouvements d'extension de la colonne sont autant de facteurs contribuant à expliquer les discordances souvent relevées dans des cas de spondylose cervicale accompagnés de troubles neurologiques. La présence de « semi-articulations synoviales » dans la colonne cervicale décrites par Luschka en 1858 n'a pas été confirmée; par contre on trouve fréquemment à l'autopsie du disque intervertébral des fissures entre les lamelles de l'annulus fibrosus.

La taille des vertèbres, des disques intervertébraux et du canal médullaire, mesurée sur des radiographies standard de profil, est plus grande chez l'homme que chez la femme, alors que la taille relative du canal médullaire par rapport au corps vertébral est plus petite chez le premier que chez la seconde. Cependant chez l'homme comme chez la femme la hauteur du disque intervertébral normal sur la ligne médiane équivaut approximativement à 45% de la hauteur du corps vertébral sous-jacent.

La moelle reçoit son sang par les branches ascendantes et descendantes des artères radiculaires qui franchissent les trous conjugués. Ceux-ci peuvent être rétrécis par des ostéophytes ou par des protrusions discales. La variabilité du nombre des artères radiculaires doit faire l'objet de recherches ultérieures, car il est possible qu'elle joue un rôle dans l'apparition de myélopathies en cas de spondylose ou d'autres affections vertébrales.

Les lésions neurologiques de la spondylose cervicale ne semblent pas dues uniquement aux modifications de la colonne, mais à des dispositions anatomiques prévalentes, en particulier en ce qui concerne la taille du canal médullaire. Sa section normale au niveau cervical mesurée dans le sens antéro-postérieur varie considérablement suivant la hauteur. Elle est la plus petite précisément aux endroits de prédilection du processus arthrosique (c'est à dire régions cervicales moyenne et inférieure). Le canal médullaire peut être rétréci par une protrusion discale, des ostéophytes ou une subluxation de la colonne, autant de causes de troubles neurologiques. Cependant lorsqu'une myélopathie circonscrite est due à de la Spondylose, le canal médullaire est fréquemment rétréci par rapport aux chiffres normaux sur toute sa longueur (c'est à dire de C 1 à C 7). L'hérédité, le développement ou tous facteurs de voisinage pouvant avoir une influence sur la section du canal médullaire sont dans la genèse de la myélopathie de la Spondylose au moins aussi importants que les facteurs cervicaux eux-mêmes représentés par les lésions discales et vertébrales.

ZUSAMMENFASSUNG

Die Veränderungen der Halswirbelsäule bei der zervikalen Spondylose wurden früher auf Bandscheibendegenerationen mit lokaler Dehydrierung zurückgeführt. Neuere Untersuchungen zeigten, daß die erste makroskopisch nachweisbare Läsion der Bandscheibe in einer partiellen Verschiebung des Nucleus pulposus in vertikaler oder horizontaler Richtung besteht. Durch diese Verschiebung scheint die Verschmälerung der Bandscheibe hervorgerufen zu werden, obwohl Nucleusverschiebungen auch ohne unmittelbare Bandscheibenverschmälerung vorkommen können. In ähnlicher Weise scheint der osteophytische Prozeß an den Processus uncinati aus der Pulposusverdrängung und Bandscheibenverschmälerung zu entstehen. Die Veränderungen an den Zwischenwirbelscheiben und den benachbarten Gelenken ähneln denen bei der Osteoarthritis anderer Gelenke.

Unter 287 zervikalen Bandscheiben, die nach einer neuen Methode untersucht wurden, fanden sich bei 102 (35,5%) partielle Nucleusdislokalisationen in vertikaler oder horizontaler Richtung. Vertikale und horizontale Verschiebungen kamen annähernd gleich häufig vor. Nach dem 4. Lebensjahrzehnt nehmen die Dislokationen erheblich zu, gehen aber nicht mit der Zunahme des Lebensalters parallel. Obwohl massiven Traumen oder langsamer Abnutzung ursächliche Bedeutung zuzukommen scheint, ist der eigentliche Prozeß, der die Bandscheibenläsion in Gang setzt, noch unbekannt. Kausale Bedeutung kann der gestörten Flüssigkeitsaufnahme des Nucleus pulposus sowie Faktoren, die dies begünstigen, zukommen.

Im Hinblick auf die neurologischen Ausfälle bei der zervikalen Spondylose ist den engen anatomischen Beziehungen zwischen Halswirbeln, Zwischenwirbelscheiben und Rückenmark sowie der vaskulären Versorgung des Marks erhebliche Bedeutung beizumessen. Der schräge Wurzelaustritt, das räumliche Verhältnis zwischen Halsmark und Wirbelkanal und die Verminderung der lichten Weite des Spinalkanals während der Haisextension erklären einige der oben beschriebenen Besonderheiten bei zervikalen Spondylosen mit neurologischen Ausfällen. Das Vorkommen sogenannter „synovialer Halbgelenke” im Bereich der Halswirbelsäule – von Luschka (1858) beschrieben – konnte nicht bestätigt werden. Dagegen fanden sich bioptisch häufig Fissuren zwischen den lateralen Lamellen des Anulus fibrosus.

Wirbel, Zwischenwirbelscheiben und Spinalkanal sind im üblichen seitlichen Röntgenbild bei Männern größer als bei Frauen, obgleich der Spinalkanal bei Männern gegenüber den Wirbelkörpern relativ kleiner ist als bei Frauen. Die mittlere Dicke der normalen Bandscheibe beträgt bei beiden Geschlechtern etwa 45% der Höhe des jeweils unteren Wirbelkörpers.

Die Blutversorgung des Rückenmarks geschieht durch auf- und absteigende Äste der Wurzelarterien, die durch die Foramina intervertebralia gehen. Die Foramina können durch osteophytische Prozesse oder durch laterale Nucleushernien eingeengt sein. Die variable Anzahl der Wurzelarterien macht weitere Untersuchungen erforderlich, da sie möglicherweise bei der Entstehung von Myelopathien infolge Spondylose und anderer Wirbelsäulenaffektionen eine Rolle spielt.

Die neurologischen Ausfälle hängen bei der zervikalen Spondylose nicht nur von den Veränderungen der Wirbelsäule ab, werden aber durch die anatomischen Gegebenheiten, besonders durch die Weite des Spinalkanals, beeinflußt. Schon normalerweise variiert der zervikale Spinalkanal in seiner ventrodorsalen Abmessung in den verschiedenen Höhen beträchtlich; am schmalsten ist er dort, wo die Spondylose gewöhnlich sitzt (mittlere und untere HWS). Weiterhin kann der Wirbelkanal durch einen medialen Discusprolaps, durch osteophytische Prozesse oder durch Subluxationen eingeengt sein; alles, ohne daß neurologische Ausfälle auftreten müssen. Liegt dagegen eine lokalisierte Myelopathie auf dem Boden einer Spondylose vor, scheint der Spinalkanal in seiner ganzen Ausdehnung (d.h. C 1 bis C 7) schmaler zu sein als normalerweise. Neben der Heredität sind Entwicklungs- und Umweltsfaktoren, die die Weite des Wirbelkanals beeinflussen, für die Entstehung einer lokalisierten spondylotischen Myelopathie und für präspondylotische Veränderungen an Bandscheiben und Wirbeln verantwortlich zu machen.

RESUMEN

Las lesiones constatadas en caso de espondilosis cervical fueron atribuídas en el pasado a degeneraciones de los discos intervertebrales asociadas a una deshidratación local.

Estudios recientes han demostrado que el primer transtorno macroscópico del disco consiste en un desplazamiento parcial del disco pulposo en dirección vertical u horizontal. Las lesiones constatadas tanto en lo que concierne a los discos intervertebrales como a los cuerpos vertebrales adyacentes son en todo comparables a aquellas descritas en casos de osteoartritis de otras articulaciones. El proceso inicial causante de la lesión del disco intervertebral no es conocido, aunque el traumatismo sea considerado como un factor importante, sea masivo o insidioso bajo forma de desgaste por presión o por tracción. Una absorción anormal de líquido por el núcleo pulposo y los factores que lo condicionan juegan un importante papel en la etiología del proceso. Las secuelas neurológicas que aparecen en la espondilosis no dependen sólo del hecho de lesiones de la columna vertebral, pero son influenciadas por la circunstancias anatómicas y en particular por el calibre del canal raquídeo. La variabilidad en el número de las arterias radiculares parece igualmente jugar un papel importante influyendo en la aparición de la sintomatología neurológica de la espondilosis.

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