Warum Bandscheiben verhärten – Forscher finden neue Ursache für Rückenschmerzen

Rückenschmerzen beginnen oft dort, wo eigentlich ein erstaunlich belastbares Polster sitzt: zwischen den Wirbeln. Bandscheiben fangen jeden Schritt, jedes Heben und jede Drehung ab. Doch mit den Jahren können diese elastischen Strukturen ihre Eigenschaften verlieren. Neue Forschung deutet auf einen ungewöhnlichen Vorgang hin: Gewebe zwischen den Wirbeln kann Mineralien einlagern und zunehmend verhärten. Gleichzeitig verändern sich Prozesse im Fett- und Phosphatstoffwechsel. Beides könnte erklären, warum geschädigte Bandscheiben irgendwann ihre Funktion verlieren.

Forscher der University of Edinburgh und der University of Bristol stießen auf diesen Mechanismus bei genetisch veränderten Zebrafischen. Ihre Wirbelsäulen entwickelten mit zunehmendem Alter Veränderungen, die menschlichem Bandscheibenverschleiß ähneln. Gewebe mineralisierte, einzelne Wirbel verschmolzen miteinander. Im Tiermodell ließ sich dieser Prozess sogar bremsen – unter anderem mit einem Wirkstoff aus der Behandlung von Knochenerkrankungen. Ob derselbe Mechanismus auch beim Menschen Rückenschmerzen durch geschädigte Bandscheiben antreibt, ist bislang offen.

Warum Bandscheiben bei Rückenschmerzen zunehmend verhärten

Ausgangspunkt der Veränderungen war ein Gen namens col9a1b. Es trägt bei Zebrafischen die Bauanleitung für einen Bestandteil von Kollagen IX. Dieses Eiweiß gehört zum Gerüst des Gewebes und hilft dabei, dessen Fasern zusammenzuhalten. Auch beim Menschen wurden Veränderungen an Genen für Kollagen IX bereits mit früh auftretenden Bandscheibenerkrankungen in Verbindung gebracht.

Bei den Versuchstieren fehlte eine funktionierende Kopie von col9a1b. Mit zunehmendem Alter veränderte sich ihre Wirbelsäule auffällig. Zwischen den Wirbeln lagerten sich Mineralien ab. Gewebe verhärtete und Wirbel wuchsen teilweise zusammen. Hinzu kamen Veränderungen an den Endplatten der Wirbel und an der Struktur zwischen den einzelnen Wirbelkörpern. Im Bauchabschnitt der Wirbelsäule traten bei allen 40 untersuchten mutierten erwachsenen Fischen Wirbelverschmelzungen auf.

Die Schäden beginnen schon lange vor der Verkalkung

Die eigentliche Mineralisierung war jedoch nicht der Anfang. Unter dem Elektronenmikroskop fanden die Forscher bereits früher Veränderungen an einer stützenden Schicht der sich entwickelnden Wirbelsäule. Sie war dünner als bei normalen Tieren. Auch elastische Strukturen verloren ihre geordnete Form oder fehlten teilweise.

Damit zeichnet sich eine mögliche Abfolge ab. Zunächst verliert das Gewebe einen Teil seines stabilen Aufbaus. Danach verändern sich Signalwege, die Wachstum und Mineralstoffhaushalt steuern. Schließlich lagern sich Mineralien dort ein, wo Gewebe beweglich bleiben sollte. Der Vorgang ähnelt damit in gewisser Weise einer Knochenbildung am falschen Ort.

Fett- und Phosphatstoffwechsel geraten durcheinander

Auffällig waren vor allem Veränderungen in Genen des Fettstoffwechsels. Auch der sogenannte mTOR-Signalweg verhielt sich anders. Er beeinflusst unter anderem Zellwachstum, Energieverbrauch und den Umgang mit Nährstoffen. Zusätzlich fanden die Wissenschaftler Veränderungen bei der Verarbeitung von Phosphat und in der Signalgebung von Vitamin A. Mehrere dieser Prozesse können beeinflussen, wann Gewebe Mineralien einlagert.

Die Genanalysen machten das Ausmaß sichtbar. Bei jungen mutierten Fischen waren 868 Gene stärker und 1072 Gene schwächer aktiv als bei gesunden Vergleichstieren. Bei erwachsenen Fischen fanden sich 319 stärker und 249 schwächer aktive Gene. Nur 99 Veränderungen traten in beiden Altersgruppen auf. Der krankhafte Umbau scheint sich damit während des Alterns deutlich zu verändern.

Mehr Körperfett geht mit stärkeren Schäden einher

Die genetisch veränderten Fische lagerten außerdem mehr Fett im Körperinneren ein. Teilweise fanden sich diese Ablagerungen in Bereichen, in denen später auch die unerwünschte Mineralisierung auftrat. Medikamente, die bestimmte Wege des Fettstoffwechsels beeinflussten, verringerten anschließend die Wirbelverschmelzungen. Auch Rapamycin, das den mTOR-Signalweg hemmt, bremste die Veränderungen.

Eine klassische Entzündungsreaktion scheint dagegen zumindest in diesem Modell nicht der wichtigste Auslöser zu sein. An den geschädigten Bereichen sammelten sich nicht mehr Makrophagen als üblich. Auch Ibuprofen verhinderte die Verschmelzung der Wirbel nicht. Die Ergebnisse lenken den Verdacht deshalb stärker auf fehlgeleitete Stoffwechsel- und Mineralisierungsprozesse.

Weniger Nahrung bremst die Wirbelschäden

Auch die Futtermenge beeinflusste den Verlauf. Tiere mit stark eingeschränkter Nahrungszufuhr entwickelten weniger Mineralablagerungen und weniger Wirbelverschmelzungen. Daraus lässt sich jedoch keine Empfehlung für Fasten oder Gewichtsverlust bei Rückenschmerzen ableiten. Bei Zebrafischen verändert eine starke Futterrestriktion zahlreiche Stoffwechselvorgänge gleichzeitig. Zudem nahmen die Tiere dadurch weniger Phosphat auf.

Für die Forscher liefert der Versuch trotzdem einen weiteren Hinweis auf die beteiligten Stoffwechselwege. Sowohl Eingriffe in den Fettstoffwechsel als auch Veränderungen der Phosphatversorgung beeinflussten die Verhärtung. Damit ergeben sich mehrere mögliche Angriffspunkte für Wirkstoffe, die den Umbau von Bandscheibengewebe eines Tages bremsen könnten.

Bekanntes Osteoporose-Medikament bremst die Verhärtung

Besonders interessant war die Behandlung mit Etidronat. Der Wirkstoff gehört zu den Bisphosphonaten, einer Medikamentengruppe gegen Erkrankungen des Knochenstoffwechsels. Bisphosphonate können sich an Calciumphosphate binden und deren Kristallbildung beeinflussen. Bei den Zebrafischen verringerte Etidronat die krankhafte Mineralisierung und reduzierte die damit verbundenen Wirbelverschmelzungen.

„Seit Jahrzehnten ist eine Operation die einzige wirkliche Antwort auf Bandscheibenerkrankungen“, sagt Studienleiterin Erika Kague vom Institute of Genetics and Cancer. Durch das bessere Verständnis der Verhärtung ergäben sich nun mehrere Möglichkeiten, diesen Prozess zu bremsen – darunter „ein Medikament, das bereits sicher bei Patienten eingesetzt wird“.

Bis daraus eine Behandlung gegen menschlichen Bandscheibenverschleiß werden könnte, sind jedoch weitere Untersuchungen nötig. Bislang gibt es kein Medikament, das eine fortschreitende Bandscheibendegeneration nachweislich stoppt oder rückgängig macht.

Kurz zusammengefasst:

• Bandscheiben können mit der Zeit verhärten, wenn sich Mineralien im Gewebe ablagern und die natürliche Beweglichkeit verloren geht.
• Dabei könnten Veränderungen im Fett- und Phosphatstoffwechsel sowie im mTOR-Signalweg den Verschleiß mit antreiben.
• Medikamente gegen diese Prozesse könnten künftig helfen, Bandscheibenverschleiß zu bremsen – beim Menschen ist das bisher aber noch nicht belegt.

Übrigens: Nicht immer stecken die Bandscheiben hinter Rückenschmerzen – auch schwache Gesäßmuskeln können Rücken, Hüfte und Knie zusätzlich belasten. Welche Übungen den Po gezielt stärken und den Bewegungsapparat stabilisieren können, mehr dazu in unserem Artikel.

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