Biomechanics of the equine cervical vertebral column.

Im modernen Pferdesport werden große Kräfte auf den Bewegungsapparat des Pferdes ausgeübt. Die Anatomie des Pferdehalses ähnelt der anderer Säugetiere mit 7 Halswirbeln, die durch gepaarte seitliche synoviale Gelenke miteinander verbunden sind. Die grossen Volumina der Halsmuskeln sind verantwortlich für die Hals- und Kopfbewegung, aber noch mehr für das Ausbalancieren der von der Hinterextremität ausgehenden Gesamtbewegung. Bei den Huftieren, ist der Nacken durch das starke Ligamentum nuchae bestimmt, das den Kopf über Zwischenanheftungen an den Halswirbeln mit dem Widerrist verbindet, und so Rücken und Halsbewegung miteinander koordiniert. Das Ziel der ersten Studie dieser Arbeit war die Entwicklung eines Modells des Pferdehalses, das realistische Halsbewegungen simulieren kann, und von dem durch inverse Kinematik die Bewegung der einzelnen Halswirbel bestimmt werden kann. Das Modell wurde auf der Basis von CT Abbildungen einer Pferdewirbelsäule unter Verwendung von SIMM (Software for Interactive Musculoskeletal Modelling) entwickelt. Die inverse Kinematik wurde mit OpenSim berechnet, und die simulierte Bewegung wurde von den Hautmarkern am Pferdehals übernommen. Die Bewegung jedes einzelnen Gelenks wurde dokumentiert um das Verständnis der Biomechanik der Halswirbelsäule zu erhöhen. Die dokumentierte geringe Flexions und Extensionsbeweglichkeit zwischen C5 und C6 illustriert die Relevanz des Modells für das Verständnis der Entwicklung von Osteoarthritis. In der zweiten Studie dieser Arbeit wurde die Aktivität des Musculus splenius mit der Kinematik des Halses und des Kopfes im Schritt und im Trab untersucht. Der Winkel zwischen Kopf und Hals wurde in der sagittalen und horizontalen Ebene berechnet. Die maximale Muskelaktivität im Trab war größer als im Schritt, und fand mit dem Anfang der Stützbeinphase der Vorbderbeine statt, was als Funktion eine Stabilisierung gegen die passive Beugung nahelegt. Die dritte Studie dieser Arbeit hatte die in-vitro Erhebung des Rauminhalts der equinen Halswirbelsäule zum Ziel, da Standardröntgen bekanntermaßen keine genaue Information über die Lokalisation von Halsmarkschädigungen geben, selbst wenn eine Myelografie durchgeführt wird. Bei 16 Halswirbelsäulen von Pferden wurde nach der Entfernung des Halsmarks der Raum innerhalb der Duramater mit Polyurethanschaum ausgefüllt, und die Wirbelsäulen wurden während der plastischen Phase der Aushärtung des Schaums in drei Richtungen bewegt. Die so entstandenen Schaumstrukturen wurden mittels Laserscanner vermessen, und eine funktionelle Einengung konnte am häufigsten dorsolateral und ventrolateral gezeigt werden. Dies erklärt die Unterrepräsentation von derartigen Einengungen auf seitlichen Röntgenaufnahmen. Ein voll funktionsfähiges Modell des Bewegungsapparats ist der erste Schritt um die Bewegungskontrolle des Halses zu verstehen, und ein solches Modell kann später auch für wissenschaftliche Fragestellungen wie zum Beispiel neuronale Schaltkreise und biomechanische Grundlagenforschung verwendet werden.