Degenerationen der paraspinalen Muskulatur steht in Zusammenhang mit spinopelvinen und Wirbelsäulenfehlstellungen bei lumbalen Fusionspatienten

Abstract-Text deutsch

Einleitung: Das Konzept der sagittalen Wirbelsäulenfehlstellung ist in der Wirbelsäulenchirurgie gut etabliert, jedoch wurde die Auswirkung der Muskulatur auf ihre Entwicklung nicht vollständig berücksichtigt. Darüber hinaus wird die Positionierung des Beckens meist als kompensatorisch und nicht unbedingt als mögliche Ursache einer sagittalen Dysbalance angesehen. Ziel dieser Studie war es, den Einfluss der posterioren paraspinalen Muskeln(PPM,erector spinae und multifidus) und des Psoas auf die Ausrichtung des Beckens und der Wirbelsäule zu untersuchen.

Material und Methoden: Es wurde eine retrospektive Überprüfung eines Datensatzes von Patienten durchgeführt, die sich zwischen 2014 und 2021 an einer tertiären Einrichtung einer lumbalen Fusionsoperation unterzogen haben. Es wurde eine MRT-basierte quantitative Messung der Querschnittsfläche(CSA), der funktionellen Querschnittsfläche(fCSA) und der Menge an intramuskulärem Fett(FAT) durchgeführt, zusätzlich wurde die Fettinfiltration(FI,%) berechnet. Zu den untersuchten Muskeln gehörten der Psoas- und die PPM. Die linke und rechte Seite der Muskelgruppen wurden zusammengefasst und auf die Körpergröße des Patienten (cm2/m2) normiert. Die lumbale Lordose(LL), der Pelvic Tilt(PT), die Sacral Slope(SS), der Pelvic Incidence(PI) und die sagittale vertikale Achse(SVA) wurden Wirbelsäulenganzaufnahmen bestimmt. Der Spearman-Korrelationskoeffizient wurde für die spinopelvinen und muskulären Parameter bestimmt. Multiple lineare Regressionsmodelle mit Alter, Geschlecht, LL, PT, SS und SVA als unabhängige Variablen wurden erstellt, um den Zusammenhang mit den Muskelparametern zu bestimmen.

Ergebnisse: 150 Patienten(53,3%weiblich) mit einem mittleren Alter von 65,6 Jahren und einem mittleren BMI von 28,2kg/m² wurden untersucht. Signifikante positive Korrelationen wurden zwischen PT(ρ=0,327), SVA(ρ=0,256) und PI(ρ=0,202) und dem FI_PPM festgestellt. Signifikante negative Korrelationen wurden für den PT und den fCSA_PPM(ρ=-0,202) sowie den PT und den fCSA_Psoas(ρ=-0,191) festgestellt. Außerdem wurde eine negative Korrelation für PI und SVA und FI_Psoas festgestellt. PT(β=0,187;p=0,006), SVA(β=0,155;p=0,035), Alter(β=0,468;p<0,001) und Geschlecht(β=0,235;p<0,001) sagen FI_PPM(korrigiertes R2=0,393) als unabhängige Variablen signifikant voraus.

Schlussfolgerung: Die Studie zeigte die potenzielle Rolle der PPM und des Psoas auf den PT und gibt Hinweise auf die Beziehung zur sagittalen Wirbelsäulenfehlstellung. Wir vermuten, dass das zunehmende FI_PPM, das einen Verlust an Muskelkraft darstellt, zu einer verstärkten Retroversion des Beckens führt und somit der Ausgangspunkt für die Entwicklung der sagittalen Imbalance sein könnte. Diese Ergebnisse könnten die bekannte Theorie in Frage stellen, wonach eine erhöhter PT ein Kompensationsmechanismus für die sagittale Imbalance der Wirbelsäule ist. Somit könnte Muskelschwäche ein Faktor sein, der an der Entwicklung der sagittalen Wirbelsäulenfehlstellung beteiligt ist.

Abstract-Text englisch

Introduction: The concept of sagittal spinal malalignment is well established in spinal surgery, however, the effect of musculature on its development has not been fully considered. Furthermore, the positioning of the pelvis is mostly seen as compensatory and not necessarily a possible cause of sagittal imbalance. The influence of the paraspinal muscles on spinopelvic and spinal alignment has not yet been elucidated, which was the aim of the present study.

Material and Methods: A retrospective review of a dataset of patients undergoing lumbar fusion surgery between 2014 and 2021 at a single academic institution was performed. A MRI-based quantitative assessment of the cross-sectional area (CSA), the functional cross-sectional area (fCSA) and the amount of intramuscular fat (FAT) was conducted. The percentage of fat infiltration (FI) was further calculated. The regions of interest included the psoas muscle and the posterior paraspinal muscles (PPM) at the L4 level. The left and right side of the muscle groups were summarized and normalized by the patient"s height (cm2/m2). Lumbar lordosis (LL), pelvic tilt (PT), sacral slope (SS), pelvic incidence (PI) and C7 sagittal vertical axis (SVA) were determined on standing radiographs. The Spearman correlation coefficient was determined for the spinopelvic and muscle parameters. Multiple linear regression models with age, sex, gender, LL, PT, SS and SVA set as independent variables were established to determine the association with muscular parameters.

Results: A total of 150 patients (53.3% female) were included in the final analysis with a median age of 65.6 years and a median BMI of 28.2 kg/m². Significant positive correlations were observed between PT (ρ=0.327), SVA (ρ=0.256) and PI (ρ=0.202) and the FIPPM. Significant negative correlations were detected for the PT and the fCSA_PPM (ρ=-0.202) and PT and the fCSA_Psoas(ρ=-0.191). Furthermore, a negative correlation was seen for PI and SVA and FI_Psoas. PT (β=0.187; p=0.006), SVA (β=0.155; p=0.035), age (β=0.468; p<0.001) and sex (β=0.235; p<0.001) significantly predict FI_PPM (corrected R²=0.393) as independent variables.

Conclusion: The study demonstrated the potential role of the posterior paraspinal muscles and psoas muscle on the pelvic retroversion and elucidated the relation to sagittal spinal malalignment. We propose that the increasing FI_PPM, representing loss of muscular strength, leads to an increased pelvic retroversion and thus might be the initiating point for the development of the sagittal imbalance. These findings might challenge the well-known theory of increased pelvic retroversion being a compensatory mechanism for sagittal spinal balance. Thus, muscular weakness might be a factor involved in the development of sagittal spinal malalignment.