Intervertebral disc homeostasis at normal conditions and during pathology

Full Text

В норме межпозвонковый диск состоит из студенистого ядра, ограниченного внутренним слоем фиброзного кольца, которое имеет ещё наружный и внутренний слои крестообразно перекрещивающихся волокон, а также гиалиновые пластинки, прилежащие к надкостнице краниальной или каудальной поверхности тел позвонков [3]. Фиброзное кольцо эмбриогенетически связано с сосудами надкостницы. У детей концевые отделы волокон наружного и внутреннего слоёв фиброзного кольца (так называемые шарпеевы волокна) проникают внутрь краевой каёмки (апофиза) тел позвонков [2]. Апофизы тел позвонков (краниальные и каудальные) - поверхностные хрящевые слои, обеспечивающие продольный рост костного позвоночного столба за счёт увеличения высоты всех входящих в него позвонков. По своей морфологии они идентичны костным ростковым зонам [19], при их функционировании в норме наблюдают гармоничное сочетание пролиферации, дифференцировки хондроцитов (пластинок роста) с последующей энхондральной оссификацией. Между апофизами тел позвонков и межпозвонковыми дисками существует тесная анатомо-функциональная взаимосвязь, и любое нарушение метаболизма в каждом из них отразится на соответствующем позвоночно-двигательном сегменте. Под позвоночно-двигательным сегментом понимают сегмент позвоночного столба, состоящий из двух соседних позвонков и лежащего между ними межпозвонкового диска. Проведённые экспериментальные исследования (на основе флюоресцентного и радиоизотопного методов) показали, что транспорт веществ в межпозвонковый диск осуществляется через тела позвонков и окружающие фиброзное кольцо ткани. Отмечено, что скорость обменных процессов в межпозвонковом диске животных существенно снижается в период их полового созревания. В многочисленных экспериментах установлено, что интенсивность обменных процессов в дисках зависит от их формы и прилагаемой нагрузки [4, 26]. Длительное время о функциональном состоянии межпозвонковых дисков судили лишь по функциональным рентгенограммам, а об обменных процессах в них - по данным рентгенконтрастирования. Тем не менее, даже в такой ситуации был получен важнейший вывод: несмотря на видимость полной герметизации пульпозного ядра, между ним и паравертебральными тканями идёт активный обмен жидкостями. Так, водорастворимое контрастное вещество, введённое в пульпозное ядро межпозвонкового диска взрослого человека, уже через 20 мин в нём не обнаруживают [1]. Транспорт веществ оказывает существенное влияние на функциональное состояние межпозвонкового диска и обеспечивает адаптацию к суточному циклу - периодам нагрузки и релаксации [7, 18]. Об обмене веществ межпозвонкового диска через ткани кольцевидной связки в доступной литературе существует скудная информация. Отмечены обильная васкуляризация этой зоны у детей младшего возраста и значительное уменьшение количества сосудов в предпубертатном периоде, когда остаются только капилляры, сопровождающие лимфатические сосуды и проникающие в кольцевидную связку на глубину 1-2 мм [24]. Относительно васкуляризации межпозвонковых дисков у взрослого человека существует несколько (часто противоположных) точек зрения: одни авторы полностью исключают наличие сосудов в межпозвонковых дисках, а другие придерживаются мнения, что сосуды присутствуют во всех слоях межпозвонкового диска, включая пульпозное ядро [4]. Так, по мнению H.V. Crock (1984), диск пронизан капиллярами, которые формируются из артерий тел позвонков и вплетаются в его субхондральную венозную сеть. Указанные капилляры имеют мускариновые рецепторы, которые регулируют поток крови в ответ на внешние воздействия. Этим в определённой мере можно объяснить нарушение обменных процессов в диске в связи с краткосрочным вибрационным воздействием и курением [30]. Также показано, что капилляры проникают по каналам через субхондральную и гиалиновую пластины и имеют определённую архитектонику расположения в них [21]. В субхондральной пластинке плода и новорождённых капиллярные каналы располагаются аналогично (с регулярным интервалом) другим зонам роста. Эти каналы, по мнению ряда авторов, запустевают к пубертатному периоду, в результате чего формируются «слабые места», что впоследствии может привести к формированию грыж Шморля (Schmorl) и склерозу субхондральной пластинки [8, 31]. Наибольшее количество капилляров локализовано в центральной области диска, оно уменьшается в направлении внешнего фиброзного кольца. Плотность и целостность капилляров, число которых уменьшается с возрастом, различаются у разных биологических видов: площадь, предназначенная для обмена питательными веществами, у собак составляет 70% величины диаметра диска, тогда как у взрослого человека таковая составляет приблизительно 36% [28]. Основные питательные вещества, такие как кислород и глюкоза, а также соединения, необходимые для синтеза компонентов матрикса, аминокислоты и сульфаты поставляются в межпозвонковый диск краевыми сосудами. Эти вещества, попадая в диск из окружающих капилляров, сначала проходят через его плотный внеклеточный матрикс и только потом достигают клеток пульпозного ядра, находящегося у взрослого человека на расстоянии 7-8 мм от ближайшего кровеносного сосуда. Продукты обмена выводятся из ткани межпозвонкового диска в обратном порядке. Транспорт через межпозвонковый диск определяется свойствами его матрикса и растворённого вещества. Матрикс в основном состоит из плотной сети коллагена и полианионного протеогликана - геля, который также действует как селективный барьер проницаемости, затрудняющий прохождение крупных молекул, в том числе факторов роста, ингибиторов протеаз и даже глюкозы. Однако наличие этих веществ в диске позволяет предположить существование альтернативного пути их транспорта. В пользу этого свидетельствует и другой факт: эффект заряженности молекул усиливает в прямой зависимости от концентрации протеогликанов проникающую способность малых катионов, например натрия, но это совершенно не так в отношении анионов, таких как сульфаты и хлориды. Данное явление отмечено и в ряде других работ, в которых показано, что скорость проникновения ионов сульфатов и кислорода не соответствует их концентрационному градиенту в приходящих растворах. При объяснении этого парадокса на основании теоретических разработок и их экспериментальных подтверждений сформировалась точка зрения, что малые молекулы проникают через матрикс с большей скоростью не благодаря диффузии, а в результате вынужденного их перемещения [10, 15, 19]. На обменные процессы в диске оказывают влияние не столько гемодинамические свойства крови, сколько проникающая способность веществ, зависящая от их размера и заряда: катионы легче проникают в межпозвонковый диск. Это имеет большое практическое значение: отрицательно заряженные антибиотики, такие как бензилпенициллин и цефуроксим, оказываются менее эффективными при лечении воспалительных процессов в дисках по сравнению с положительно заряженным гентамицином [22, 27]. Можно добавить, что из-за низкой проницаемости в диске в норме в нём полностью отсутствуют такие вещества, как альбумин и лизоцим [25]. Существует достаточное количество работ, настаивающих на прямой связи между нарушениями трофики межпозвонкового диска и его дегенеративными изменениями [4, 5, 16]. На основе их обобщения все причины нарушений обменных процессов в межпозвонковом диске условно можно разделить на несколько уровней. К первому уровню можно отнести хронические заболевания, непосредственно влияющие на кровоснабжение позвоночного столба, в частности атеросклероз брюшного отдела аорты [12, 14]. Второй уровень - заболевания, влияющие на проницаемость капилляров субхондральной зоны апофизов, к ним, например, можно отнести серповидноклеточную анемию, кессонную болезнь и болезнь Гоше [6, 11]. Третий уровень - нарушения переноса питательных веществ внутри диска, связанные с определёнными краткосрочными ингибирующими факторами. К числу наиболее изученных причин, приводящих к нарушению капиллярного кровоснабжения, можно отнести интенсивное обызвествление субхондральной зоны тел позвонков, непосредственно прилежащей к межпозвонковому диску. В результате питательные вещества не достигают тканей диска [23], что рассматривают даже в качестве этиологического фактора идиопатического сколиоза. Кроме того, у данной категории пациентов отмечено резкое снижение внутридискового газообмена, которое само по себе дестабилизирует тканевой метаболизм [17, 29]. Другим доказательством нарушений транспорта в диски, подверженные деструкции, может служить высокое содержание концентрации молочной кислоты в них и, как следствие, повышение водородного показателя (рН) внутренней среды [13]. Дальнейшее изучение механизмов, определяющих гомеостаз в межпозвонковых дисках в норме и при патологии, по-прежнему остаётся актуальным, поскольку восстановление или поддержание адекватного внутридискового обмена веществ многие исследователи уже рассматривают в качестве определяющего курационного направления для предотвращения дегенеративных изменений в межпозвонковых дисках [20]. Необходимо подчеркнуть, что прямых доказательств последовательности этих явлений, доказательств первичности нарушений трофики межпозвонкового диска и вторичности его дегенеративного перерождения до сих пор не получено. Также остаётся открытым вопрос: остеосклероз в апофизарной зоне тел позвонков - причина перерождения прилегающего диска или его следствие? И такой ряд вопросов, связанных с межпозвонковыми дисками, достаточно длинный. Очевидно лишь одно: эти важнейшие элементы позвоночного комплекса нуждаются в самом пристальном внимании и должны быть всесторонне изучены.

About the authors

A E Kobyzev

Russian Scientific Center «Restorative Traumatology and Orthopedics» named after G.A. Ilizarov, Kurgan, Russia

Email: andrey_kobizev@mail.ru

References

Supplementary files