Neuroanatomische Grundlagen des diskogenen Schmerzes

Zusammenfassung

Ziel: Nachweis der Innervation der Bandscheiben und nervalen Verschaltung des somatosensiblen und autonomen Nervensystems paravertebral. Methoden: Literaturübersicht über makroskopisch-anatomische, histochemische und immunhistochemische sowie Tracerstudien zum Nachweis der Bandscheibeninnervation unter tierexperimentellen Bedingungen und an menschlichem Operationsmaterial. Eigene experimentelle immunhistochemische und molekularbiologische Untersuchungen an paravertebraler Muskulatur bei Operation eines Postdiskotomiesyndroms. Ergebnisse: Myelinisierte Nervenfasern und positive neuronale Markierungen für schmerzleitende Fasern finden sich im Anulus fibrosus der Bandscheibe mit Betonung der dorsalen Anteile und des Ligamentum longitudinale posterior. Unter Bandscheibendegenertion lassen sich nervale Sprossungen bis in den Nucleus pulposus nachweisen. Die Innervation erfolgt über aus den Rami ventrales nervi spinales rücklaufende sinuvertebrale Nerven (Rami meningei), die sich plexusartig im Bereich der Ligamenta longitudinale posterior und anterior polysegmental ausdehnen und über autonome Anteile aus den Rami communicantes grisei bestehen und somit über mehrere Segmente eng mit dem paravertebralen Truncus sympathicus kommunizieren. Experimentell und klinisch postoperativ führen Sympathektomien und Traumatisierungen der paravertebralen Muskulatur zu einer Denervierung dieser Nervengeflechte mit u. a. reduzierter Expression neuronaler Marker in der paravertebralen Muskulatur. Schlussfolgerungen: Als neuroanatomische Grundlagen des diskogenen Schmerzes sind festzuhalten: 1. Die Bandscheiben sind im Bereich des Anulus fibrosus innerviert. 2. Unter Degeneration kommt es zu einer nervalen Einsprossung in den Nucleus pulposus. 3. Die plexusartige Ausdehnung der sinuvertebralen Nerven und die Verbindungen zum paravertebralen Sympathikus ermöglichen eine polysegmentale Signal- und Schmerzausbreitung. 4. Die Innervationen der Bandscheibe und der paravertebralen Muskulatur sind verbunden. 5. Die Expression neuronaler Marker am Sarkolemm der tiefen paravertebralen Muskulatur ist beim Postdiskotomiesyndrom reduziert.

Abstract

Aims: The aim of this study is to give a short overview about the innervation of the intervertebral disc and the nerve connections between the somatosensible and autonomous nervous systems in the paravertebral region. Methods: A short review of the clinical and experimental literature including gross-anatomical, histochemical and immunohistochemical studies as well as functional studies after application of tracer substances has been made. We also present our own experimental immunohistochemical and molecular biological investigations on paravertebral muscle biopsies of a patient with post-discotomy syndrome. Results: The annulus fibrosus of the intervertebral disc is innervated by myelinated nerve fibres. Neuronal markers for pain-leading fibres were found to be positive in the dorsal region of the annulus, and especially in the posterior longitudinal ligament. Nerve ingrowth into the diseased intervertebral disc was found in chronic back pain. The main innervation of the intervertebral disc is formed by the sinuvertebral nerves. The sinuvertebral nerves are recurrent branches of the ventral rami that re-enter the intervertebral foramina to be distributed within the vertebral canal. They are mixed polysegmental nerves and nerve plexuses, each being formed by a somatic root from a ventral ramus and an autonomic root from a grey ramus communicans. The number of nerve bundles was reduced by resection of sympathetic trunks. The expression of neuronal markers in the sarcolemma of the paravertebral muscles is reduced after discotomy. Conclusions: The neuroanatomical basis of discogenic pain can be summarised as follows: 1. The intervertebral disc receives an extensive innervation, especially the annulus fibrosus. 2. Nerve extension was found into the nucleus pulposus of the degenerated disc. 3. The sinuvertebral nerve plexuses facilitate a polysegmental signal and pain spreading. 4. The innervation of the intervertebral disc is very high connected with the paravertebral muscles. 5. A local denervation of the paravertebral muscles was found in post-discotomy syndrome.

Schlüsselwörter

Bandscheibe - Discus intervertebralis - Innervation - Schmerz

Key words

Intervertebral disc - innervation - pain

Literatur

• 1 Bogduk N. Klinische Anatomie von Lendenwirbelsäule und Sakrum. Springer, Berlin, Heidelberg, New York 2000
• 2 Faustmann P M, Dermietzel R. Funktionelle Anatomie und Biomechanik - Halswirbelsäule, Lendenwirbelsäule. In: Wirth CJ, Zichner L (eds). Orthopädie und Orthopädische Chirurgie. Krämer J (ed). Wirbelsäule, Thorax. Thieme, Stuttgart 2004; 3-27
• 3 Malinsky J. The ontogenetic development of nerve terminations in the intervertebral discs of man.  Acta Anat. 1959;  38 96-113
• 4 Ashton I K, Roberts S, Jaffray D C, Polak J M, Eisenstein S M. Neuropeptides in the human intervertebral disc.  J Orthop Res. 1994;  12 186-192
• 5 Brown M F, Hukkanen M VJ, McCarthy I D, Redfern D RM, Batten J J, Crock H V, Hughes S PF, Polak J M. Sensory and sympathetic innervation of the vertebral endplate in patients with degenerative disc disease.  J Bone Joint Surg [Br]. 1997;  79 147-153
• 6 Fricke B, Müller K M, von Düring M. Distribution and immunocytochemical characterization of nerve fibres in the human vertebral column.  Clin Neuropathol. 1997;  16 256
• 7 Cavanough J M, Kallakuri S, Özaktay A C. Innervation of the rabbit lumbar intervertebral disc and posterior longitudinal ligament.  Spine. 1995;  20 2080-2085
• 8 Coppes M H, Marani E, Thomeer R TWM, Oudega M, Groen G J. Innervation of annulus fibrosis in low back pain.  Lancet. 1990;  336 189-190
• 9 Coppes M H, Marani E, Thomeer R TWM, Groen G J. Innervation of “painful” lumbar discs.  Spine. 1997;  20 2342-2350
• 10 Freemont A J, Peacock T E, Goupille P, Hoyland J A, O'Brien J, Jayson M IV. Nerve ingrowth into diseased intervertebral disc in chronic back pain.  Lancet. 1997;  350 178-181
• 11 Roberts S, Eisenstein S M, Menage J, Evans E H, Ashton I K. Mechanoreceptors in intervertebral discs - Morphology, distributin, and neuropeptides.  Spine. 1995;  20 2465-2651
• 12 Bucknill A T, Coward K, Plumpton C, Tate S, Bountra C, Birch R, Sandison A, Hughes S PF, Anand P. Nerve fibres in lumbar spine structures and injured spinal roots express the sensory neuron-specific sodium channels SNS/PN3 and NaN/SNS2.  Spine. 2002;  27 135-140
• 13 Oegema T R, Johnson S L, Aguiar D J, Ogilvie J W. Fibronectin and its fragments increase with degeneration in the human intervertebral disc.  Spine. 2000;  25 2742-2747
• 14 Habtemariam A, Virri J, Grönblad M, Seitsalo S, Karaharju E. The role of mast cells in disc herniation inflammation.  Spine. 1999;  24 1516-1520
• 15 Suseki K, Takahashi Y, Takahashi K, Chiba T, Yamagata M, Moriya H. Sensory nerve fibres from lumbar intervertebral discs pass through rami communicantes - a possible pathway for discogenic low back pain.  J Bone Joint Surg [Br]. 1998;  80 737-742
• 16 Groen G J, Baljet B, Drukker J. Nerves and nerve plexuses of the human vertebral column.  Am J Anat. 1990;  188 282-296
• 17 Higuchi K, Sato T. Anatomical study of lumbar spine innervation.  Folia Morphol. 2002;  61 71-79
• 18 Ohtori S, Takahashi K, Chiba T, Yamagata M, Sameda H, Moriya H. Sensory innervation of the dorsal portion of the lumbar intervertebral discs in rats.  Spine. 2001;  26 946-950
• 19 Nakamura S, Takahashi K, Takahashi Y, Morinaga T, Shimada Y, Moriya H. Origin of nerves supplying the posterior portion of lumbar intervertebral discs in rats.  Spine. 1996;  8 917-924
• 20 Takahashi Y, Morinaga T, Nakamura S I, Suseki K, Takahashi K, Nakajima Y. Neural connection between the ventral portion of the lumbar intervertebral disc and the groin skin.  J Neurosurg. 1996;  85 323-328
• 21 Indahl A, Kaigle A M, Reikeras O, Holm S H. Interaction between the porcine lumbar intervertebral disc, zygapophysial joints, and paraspinal muscles.  Spine. 1997;  24 2834-2840
• 22 Zoidl G, Grifka J, Boluki D, Willburger R E, Zoidl C, Krämer J, Dermietzel R, Faustmann P M. Molecular evidence for local denervation of paraspinal muscles in failed-back surgery/postdiscotomy syndrome.  Clin Neuropathol. 2003;  22 71-77