a Neurochirurgie, Lindenhofspital Bern; b Universitätsklinik für Neurochirurgie, Inselspital Bern; c Klinik Hirslanden, Wirbelsäulenchirurgie, Zürich; d Service de neurochirurgie, Hôpitaux Universitaire Genève (HUG), Genève; e Neuro- und Wirbelsäulenzentrum Zentralschweiz, St. Anna Klinik Luzern
Dieser Artikel zur sagittalen Balance und zur krankhaften Haltungsinstabilität soll bei der täglichen Entscheidungsfindung zur Therapie helfen: Welche geometrischen Parameter sind relevant? Wie viel Korrektur muss sein?
Das Editorial zu diesem Artikel finden Sie auf S. 533 in dieser Ausgabe.
Einleitung
Der aufrechte Gang begann vor zirka 3,2 Millionen Jahren mit dem Hominiden Australopithecus afarensis. Dies lassen Analysen des fossilen Skeletts «Lucy» vermuten, das 1974 in Hadar (Äthiopien) entdeckt wurde [1]. Grundlage ist die biomechanische Fortentwicklung der Wirbelsäule mit ihrer charakteristischen doppelten S-Form im sagittalen Profil (Abb. 1A). Dadurch steht die Wirbelsäule im Lot (Equilibrium) und benötigt nur wenig Energie, um sich selbst zu halten. Dieses biomechanische Konzept wurde als «conus of economy» 1994 von Dubousset beschrieben [2]. Durch Abnutzungsprozesse verlagert sich der Körperschwerpunkt im Alter zunehmend nach vorne. Es kann eine Haltungsinstabilität entstehen, die eine höhere Anstrengung und Kompensation benötig, um die aufrechte Position durch Verlagerung des Körperschwerpunkts nach hinten zu halten. Man spricht von einer sagittalen Dysbalance (SD) (Abb. 1B).
Das Hauptaugenmerk der Deformitätenwirbelsäulenchirurgie lag traditionell auf den skoliotischen Fehlstellungen, also der koronaren Ebene. Durch eine Vielzahl an Publikationen sind Anfang der 1990er-Jahre erst allmählich und bis heute vehement das sagittale Profil und dessen pathologische Veränderungen in den Fokus der modernen Wirbelsäulenchirurgie geraten. Im Rahmen des demographischen Wandels sind auch die Patientenzahlen im Bereich der Deformitätenwirbelsäulenchirurgie gestiegen. Aus diesem Grund ist auch eine interdisziplinäre Schwerpunktbildung Wirbelsäulenchirurgie (Neurochirurgie, Orthopädie, Unfallchirurgie) sinnvoll. Dieser Artikel zur sagittalen Balance und zur krankhaften Haltungsinstabilität soll bei der täglichen Entscheidungsfindung zur Therapie helfen: Welche geometrischen Parameter sind relevant? Wie viel Korrektur muss sein und wie kann diese erreicht werden? Wie ist das Komplikationsprofil? Gibt es überzeugende Evidenz für das Konzept?
Wichtigste Balanceparameter der Wirbelsäule und Dysbalance
Das Becken bildet das Fundament der Wirbelsäule. Dieses ist bestimmt durch die individuelle (angeborene) Beckenkippung, die schlussendlich das dazu passende physiologische sagittale Profil (vier Typen nach Roussouly) definiert [3]. In einer seitlichen konventionellen Röntgenaufnahme oder besser einer spezialisierten, verzerrungsfreien und strahlenreduzierten EOS-Aufnahme der gesamten Wirbelsäule werden die wichtigsten Beckenparameter bestimmt:
1. Die pelvic incidence (PI) (Abb. 2A) beschreibt die angeborene Kippung des Beckens als das Fundament der Wirbelsäule [4, 5]. Nach Abschluss des Wachstums ist er ein fixer, patientenindividueller Wert, der sozusagen die Grundlage für die Ausrichtung des Wirbelsäulenprofils liefert. Die PI liegt durchschnittlich bei 50° (33° bis 82°) [6, 7].
2. Der «sacral slope» (SS) gibt die Neigung der Endplatte des Sakralwirbelkörpers (SWK) 1 zur Horizontalen wieder (Abb. 2B).
3. Der «pelvic tilt» (PT) (Abb. 2C) beschreibt die Beckenrotation. Ein hoher PT (= Retroversion des Beckens) im Rahmen einer SD spricht für eine Verlagerung des Körperschwerpunkts nach posterior. Deshalb ist eine PT >20° Hinweis für eine kompensierte Fehlhaltung.
4. Das globale Alignment der Wirbelsäule wird mit der «sagittal vertical axis» (SVA) angegeben und beschreibt das vertikale Lot ausgehend vom Zentrum des Halswirbelkörpers (HWK) 7 (Abb. 2D). Physiologischerweise fällt dieses auf die Hinterkante von SWK 1. Bei >5 cm Abweichung der SVA nach ventral spricht man von einer SD (Abb. 2E).
PT, SS und PI stehen in einem Abhängigkeitsverhältnis (PI = SS + PT). So kommt es zum Beispiel bei einer kompensatorischen Beckenretroversion zu einem erhöhten PT und niedrigeren SS und in der Folge zu einer Abflachung der lumbalen Lordose (LL). Eine SD kann durch verschiedene Haltungsanpassungen kompensiert werden, verursacht dann aber möglicherweise einen relevanten Leidensdruck. So entwickeln sich häufig eine Retroversion des Beckens (PT >20°) mit kompensatorischer Flexion in den Hüft- und Kniegelenken und reaktiver Überlastung des Tractus iliotibilais und der Sehnen im Bereich des Hüftgelenks. Des Weiteren kann sich ein Formverlust des physiologischen sagittalen Profils mit Verlust der thorakalen Kyphose oder der LL sowie Hyperlordose der Halswirbelsäule (HWS) zeigen, um den Körperschwerpunkt nach posterior zu bringen (Abb. 1C).
Prinzipielles zur Spondylodese und Balance der Wirbelsäule
Eine langstreckige Korrekturspondylodese (vom Becken bis in die Brustwirbelsäule [BWS]) bei SD soll die Wirbelsäule wieder in eine physiologische Balance bringen, bis eine knöcherne Fusion der instrumentierten Segmente eintritt (Abb. 3). Eine Fusion in SD hat biomechanische Folgen: Durch die gestörte Statik kommt es gehäuft zu Materialversagen (Lockerungen und Bruch der Implantate) und die Nachbarsegmente können rascher degenerieren, was eine Verlängerungsspondylodese notwendig macht. Aber auch bei jeder kurzstreckigen Spondylodese muss auf die korrekte Balance des zu operierenden Segments geachtet werden. Durch postoperative Fehlstellungen – insbesondere im Bereich der Lendenwirbelsäule (LWS) – kann es durch kompensatorische Haltungsanpassungen zu iatrogenen Anschlussdegenerationen, Materialversagen und progredienter SD kommen [8–10].
Abbildung 3: Röntgenbild einer Ganzwirbelsäulenuntersuchung (links) bei einem iatrogenen Flatback-Syndrom durch Fusion in Fehlstellung und sowohl klinischer als auch radiologischer sagittaler Dysbalance und (rechts) nach dorsaler Korrekturspondylodese und wieder hergestelltem sagittalen Alignement durch ventrale und laterale Cages, Osteotomien sowie dorsaler Instrumentierung. In der Tabelle unterhalbe der Bilder sind die Änderungen der prä- und postoperativen sagittalen Balanceparameter zu sehen. Es ist anzumerken, dass die «pelvic incidence» (PI), wie oben erwähnt, ein fixer Wert ist. Die hier entstandene Abweichung um 8° vor und nach Revisionsoperation entspricht einer Messvarianz, entstanden durch die Rotation in der linken Röntgenaufnahme.
Zu berücksichtigen ist, dass auch andere Pathologien des Bewegungsapparates, wie zum Beispiel eine Coxarthrose, die SD beeinflussen können und deshalb gegebenenfalls vor einer Korrekturoperation an der Wirbelsäule für eine Endoprothetik evaluiert werden sollten.
Wie viel Korrektur muss sein?
Nicht hinter jedem Bildbefund mit SD verbirgt sich ein symptomatischer Patient. Deshalb muss die Notwendigkeit einer Korrekturspondylodese immer kritisch beurteilt werden. Falls doch notwendig, weil die SD mit dem Leidensdruck des Patienten korreliert, gilt es, folgende Grundprinzipien zu befolgen. Das erste ist die LL. Die Formel «LL = PI ± 10°» drückt aus, dass bei jedem Patienten entsprechend seiner angeborenen PI eine optimale LL anzustreben ist. Dabei ist zu beachten, dass bei einer niedrigen PI die zu erreichende LL eher bei +10° und bei einer hohen PI bei –10° liegen sollte. Bei Patientinnen und Patienten mit einer sehr niedrigen oder hohen PI ist oben genannte Formel jedoch schlecht anzuwenden. In diesen Fällen ist von Le Huec und Hasegawa eine Alternative beschrieben worden mit «LL = 0,5 × PI + 28» [7]. Der Körperschwerpunkt muss soweit nach posterior gebracht werden, dass die SVA nach einer Korrekturspondylodese nach Möglichkeit <5 cm ist, also das Lot von HWK 7 über SWK 1 fällt. Bei adäquater Stellungskorrektur bilden sich auch automatisch die Kompensationsmechanismen zurück. Dies drückt eine PT 20° nach der Operation aus.
Je nachdem, wie viel Korrektur (Relordosierung) eine SD benötigt, kommen unterschiedliche Operationstechniken bei einer langstreckigen Korrekturspondylodese zur Anwendung. Mit verschiedenen Osteotomien (gezielte Durchtrennung von Knochen oder Resektion von Knochenteilen) lässt sich das sagittale Profil nach posterior verlagern (Abb. 4A–C). Dabei werden verkürzende Verfahren an den posterioren Strukturen für die fusionierte Wirbelsäule [11] und verlängernde Verfahren an den anterioren Strukturen für die mobile und nicht versteifte Wirbelsäule [12] unterschieden. Technisch unterschiedlich anspruchsvoll können so entsprechend grosse Korrekturen – bei aber steigenden Komplikationsraten – erreicht werden. Über anteriore oder laterale Zugänge sowie moderne Implantate wie hyperlordotische Cages kann insbesondere die LL weniger invasiv korrigiert werden [13].
Potenzielle Komplikationen und deren Raten bei Korrektureingriffen
Korrekturspondylodesen sind anspruchsvolle, lange Operationen mit hohen Blutverlusten und haben entsprechend ihrer Komplexität sowie dem Patientenalter ansteigend hohe Komplikationsraten [14, 15]. In einer Multizenteranalyse der ersten zwei postoperativen Jahre werden bei insgesamt 70% der Patientinnen und Patienten Komplikationen angegeben, davon die Hälfte schwerwiegende [16]. Die Mortalität liegt bei 0,6%. Als häufigste Komplikationen treten Implantatversagen, neurologische Defizite, Anschlussdegenerationen, chirurgische und kardiopulmonale Komplikationen auf.
Um das individuelle operative Risiko bei komplexen spinalen Operationen der ersten 30 Tage postoperativ vorauszusagen, wurden Scores entwickelt, damit die Entscheidungsfindung für solche Operationen objektiviert werden kann [15, 17].
Den hohen Komplikationsraten müssen aber auch die Überlegenheit der Korrekturspondylodese gegenüber einer konservativen Therapie bei SD [18] und die überraschend hohe Patientenzufriedenheit [19–22] bei richtiger Indikation gegenübergestellt werden.
Wie gut ist die Evidenz in der Literatur?
Das Konzept der sagittalen Balance wirkt polarisierend: Sehr invasive Operationen mit hohen Komplikations- und Revisionsraten werden zum Teil apodiktisch mit einer Evidenzlage der Klasse 3 bis 4 gerechtfertigt.
Auch wenn viele Studien zur SD Signifikanzen zwischen den untersuchten Variablen, wie zum Beispiel der Wiederherstellung der sagittalen Balance und der damit korrelierenden besseren Lebensqualität [20], zeigen, ist dadurch noch nicht die Kausalität der Zusammenhänge bewiesen. Es existieren nämlich auch Arbeiten, die darauf hindeuten, dass sich nach einer einfachen Dekompression des Spinalkanals die sagittale Balance verbessern kann [23, 24]. Deshalb jede wirbelsäulenchirurgische Behandlung auf die instrumentierte Wiederherstellung der sagittalen Balance zu fokussieren, wäre über das Ziel hinausgeschossen. Die richtige Operationsindikation und -aufklärung im Sinne von «primum non nocere» ist deshalb bei diesen Patientinnen und Patienten unbedingt zu diskutieren [25]. Für die interessierter Leserschaft empfehlen wir als weitere Lektüre den Review von Le Huec et al. von 2019 [26].
Zusammenfassung
Der aufrechte Gang ist dem Equilibrium der Wirbelsäule zu verdanken. Deshalb alleine schon ergibt das Konzept der sagittalen Balance Sinn und ist nicht nur ein Hype. Allerdings ist die Evidenzlage für aggressive Korrekturoperationen bei Degeneration der Wirbelsäule nicht von hoher Qualität. Wirbelsäulenchirurginnen und -chirurgen und ihre Patientinnen und Patienten müssen sich kritisch mit der individuellen Notwendigkeit einer aufwendigen operativen Wiederherstellung des sagittalen Alignements und der damit verbundenen Risiken auseinandersetzen. Um iatrogene Fehlstellungen zu vermeiden, sollte allerdings vor jeder Fusionsoperation ein Blick auf die sagittale Balance geworfen werden.
Abkürzungen
BWS: Brustwirbelsäule
HWS: Halswirbelsäule
LL: lumbale Lordose
LWS: Lendenwirbelsäule
PI: «pelvic incidence»
PT: «pelvic tilt»
SD: sagittale Dysbalance
SVA: «sagittal vertical axis»
Das Wichtigste für die Praxis
• Störungen der sagittalen Balance können mit einer Überbelastung der Haltemuskulatur einhergehen und entsprechend langfristig zu chronischen Beschwerden führen.
• Die stehende Röntgen-Ganzwirbelsäulenaufnahme ist dabei der Goldstandard zur Bestimmung der wichtigsten Parameter der sagittalen Balance.
• Jeder fusionierenden Operation sollte eine Analyse der sagittalen Balance vorausgehen, um iatrogene Fehlstellungen zu vermeiden. Aber es sollte nicht jede sagittale Dysbalance mit einer Korrekturspondylodese versorgt werden.
• Die wissenschaftliche Evidenz für aggressive Korrekturoperationen ist aktuell von minderer Qualität bei hoher Komplikationsrate. Daher bedarf es einer kritischen Indikationsstellung und ausführlichen Aufklärung der Patientinnen und Patienten.
Ein medizinisches Schlaglicht der Schweizerischen Gesellschaft für Neurochirurgie zu diesem Thema ist letztes Jahr im Swiss Medical Forum erschienen: Jost G. Sagittale Balance: Indikation für Wirbelsäulenoperationen? Swiss Med Forum. 2020;20(15–16):256–8. doi.org/10.4414/smf.2020.08501.
Disclosure statement
Die Autoren haben deklariert, keine finanziellen oder persönlichen Verbindungen im Zusammenhang mit diesem Beitrag zu haben.
Korrespondenz
PD Dr. med. Christian T. Ulrich Praxis für Neurochirurgie Lindenhofspital Bern Bremgartenstrasse 119 CH-3012 Bern ch.ulrich[at]hin.ch
Literatur
1. Johanson DC, Taieb M. Plio–Pleistocene hominid discoveries in Hadar, Ethiopia. Nature. 1976; 260:293–297. doi:10.1038/260293a0
2. Dubousset J. Three-dimensional analysis of the scoliotic deformity In Pediatric Spine: Principles and Practice (ed Weinstein SL, editor); 1994: pp. 479–83.
3. Roussouly P, Pinheiro-Franco JL. Biomechanical analysis of the spino-pelvic organization and adaptation in pathology. European spine journal: official publication of the European Spine Society, the European Spinal Deformity Society, and the European Section of the Cervical Spine Research Society. 2011;20 Suppl 5:609–618. doi:10.1007/s00586-011-1928-x
4. Duval-Beaupere G, Schmidt C, Cosson P. A Barycentremetric study of the sagittal shape of spine and pelvis: the conditions required for an economic standing position. Annals of biomedical engineering. 1992;20:451–62.
5. Legaye J, Duval-Beaupere G, Hecquet J, et al. Pelvic incidence: a fundamental pelvic parameter for three-dimensional regulation of spinal sagittal curves. European spine journal: official publication of the European Spine Society, the European Spinal Deformity Society, and the European Section of the Cervical Spine Research Society. 1998;7:99–103. doi:10.1007/s005860050038
6. Vialle R, Levassor N, Rillardon L, et al. Radiographic analysis of the sagittal alignment and balance of the spine in asymptomatic subjects. The Journal of bone and joint surgery American. 2005;87:260–7. doi:10.2106/JBJS.D.02043
7. Le Huec JC, Hasegawa K. Normative values for the spine shape parameters using 3D standing analysis from a database of 268 asymptomatic Caucasian and Japanese subjects. European spine journal : official publication of the European Spine Society, the European Spinal Deformity Society, and the European Section of the Cervical Spine Research Society. 2016;25:3630–7. doi:10.1007/s00586-016-4485-5
8. Phan K, Nazareth A, Hussain AK, et al. Relationship between sagittal balance and adjacent segment disease in surgical treatment of degenerative lumbar spine disease: meta-analysis and implications for choice of fusion technique. European spine journal : official publication of the European Spine Society, the European Spinal Deformity Society, and the European Section of the Cervical Spine Research Society. 2018;27:1981–91. doi:10.1007/s00586-018-5629-6
9. Matsumoto T, Okuda S, Maeno T, et al. Spinopelvic sagittal imbalance as a risk factor for adjacent-segment disease after single-segment posterior lumbar interbody fusion. Journal of neurosurgery Spine. 2017;26:435–40. doi:10.3171/2016.9.SPINE16232
10. Roussouly P, Pinheiro-Franco JL. Sagittal parameters of the spine: biomechanical approach. European spine journal : official publication of the European Spine Society, the European Spinal Deformity Society, and the European Section of the Cervical Spine Research Society. 2011;20 Suppl 5:578–85. doi:10.1007/s00586-011-1924-1
11. Schwab F, Blondel B, Chay E, et al. The comprehensive anatomical spinal osteotomy classification. Neurosurgery. 2014;74:112–120; discussion 120. doi:10.1227/NEU.0000000000000182o
12. Uribe JS, Schwab F, Mundis GM, et al. The comprehensive anatomical spinal osteotomy and anterior column realignment classification. Journal of neurosurgery Spine. 2018;29:565–75. doi:10.3171/2018.4.SPINE171206
13. Saigal R, Mundis GM, Jr., Eastlack R, et al. Anterior Column Realignment (ACR) in Adult Sagittal Deformity Correction: Technique and Review of the Literature. Spine. 2016;41 Suppl 8:S66–73. doi:10.1097/BRS.0000000000001483
14. Sciubba DM, Yurter A, Smith JS, et al. A Comprehensive Review of Complication Rates After Surgery for Adult Deformity: A Reference for Informed Consent. Spine deformity. 2015;3:575–94. doi:10.1016/j.jspd.2015.04.005
15. Pellise F, Vila-Casademunt A, Nunez-Pereira S, et al. The Adult Deformity Surgery Complexity Index (ADSCI): a valid tool to quantify the complexity of posterior adult spinal deformity surgery and predict postoperative complications. The spine journal: official journal of the North American Spine Society. 2018;18:216–25. doi:10.1016/j.spinee.2017.06.042
16. Smith JS, Klineberg E, Lafage V, et al. Prospective multicenter assessment of perioperative and minimum 2-year postoperative complication rates associated with adult spinal deformity surgery. Journal of neurosurgery Spine. 2016;25:1–14. doi:10.3171/2015.11.SPINE151036
17. Buchlak QD, Yanamadala V, Leveque JC, et al. The Seattle spine score: Predicting 30-day complication risk in adult spinal deformity surgery. Journal of clinical neuroscience: official journal of the Neurosurgical Society of Australasia. 2017;43:247–55. doi:10.1016/j.jocn.2017.06.012
18. Smith JS, Lafage V, Shaffrey CI, et al. Outcomes of Operative and Nonoperative Treatment for Adult Spinal Deformity: A Prospective, Multicenter, Propensity-Matched Cohort Assessment With Minimum 2-Year Follow-up. Neurosurgery. 2016;78:851–61. doi:10.1227/NEU.0000000000001116
19. Barrey C, Jund J, Noseda O, et al. Sagittal balance of the pelvis-spine complex and lumbar degenerative diseases. A comparative study about 85 cases. European spine journal : official publication of the European Spine Society, the European Spinal Deformity Society, and the European Section of the Cervical Spine Research Society. 2007;16:1459–67. doi:10.1007/s00586-006-0294-6
20. Glassman SD, Bridwell K, Dimar JR, et al. The impact of positive sagittal balance in adult spinal deformity. Spine. 2005;30:2024–9.
21. Mac-Thiong JM, Transfeldt EE, Mehbod AA et al. Can c7 plumbline and gravity line predict health related quality of life in adult scoliosis? Spine. 2009;34:E519–527. doi:10.1097/BRS.0b013e3181a9c7ad
22. Mannion AF, Loibl M, Bago J, et al. What level of symptoms are patients with adult spinal deformity prepared to live with? A cross-sectional analysis of the 12-month follow-up data from 1043 patients. European spine journal : official publication of the European Spine Society, the European Spinal Deformity Society, and the European Section of the Cervical Spine Research Society. 2020;29:1340–52. doi:10.1007/s00586-020-06365-z
23. Shin EK, Kim CH, Chung CK, et al. Sagittal imbalance in patients with lumbar spinal stenosis and outcomes after simple decompression surgery. The spine journal: official journal of the North American Spine Society. 2017;17:175–82. doi:10.1016/j.spinee.2016.08.023
24. Bayerl SH, Pohlmann F, Finger T, et al. The Sagittal Balance Does not Influence the 1 Year Clinical Outcome of Patients With Lumbar Spinal Stenosis Without Obvious Instability After Microsurgical Decompression. Spine. 2015;40:1014–21. doi:10.1097/BRS.0000000000000928
25. Tessitore E, Gautschi OP. Letter to the Editor: Adult spinal deformity surgery: is it always worthwhile? Journal of neurosurgery Spine. 2017;26:408–9. doi:10.3171/2016.8.SPINE16882
26. Le Huec JC, Thompson W, Mohsinaly Y, et al. Sagittal balance of the spine. European spine journal : official publication of the European Spine Society, the European Spinal Deformity Society, and the European Section of the Cervical Spine Research Society. 2019;28:1889–1905. doi:10.1007/s00586-019-06083-1
