Межпозвоночные диски

МЕЖПОЗВОНОЧНЫЕ ДИСКИ

Sally Roberts, Jill P.G. Urban

          Межпозвоночные диски занимают треть всего объема позвоночника. Они воспринимают нагрузку на позвоночник и одновременно обеспечивают его гибкость, поэтому механические свойства этих дисков существенно влияют на механические свойства всего позвоночника. Значительная часть поясничных болей обусловлена либо заболеваниями самих межпозвоночных дисков (напр., грыжа диска), либо повреждением других структур, вызванным нарушением функций диска (например, избыточное сдавливание при дегенерации диска). В данной статье рассматриваются структура и состав межпозвоночных дисков и их роль в осуществлении механической функции диска, а также обсуждаются изменения, происходящие при заболеваниях межпозвоночных дисков.

Анатомия
Между позвонками>> человека находятся 24 межпозвоночных диска, которые вместе с телами <<позвонков>> образуют позвоночный столб. Размер дисков увеличивается сверху вниз, и в поясничном отделе достигает 45 мм в передне-заднем направлении, 64 мм в медиально-латеральном направлении и 11 мм в толщину.

Диск состоит из хрящеподобной ткани и четко делится на 3 участка (см. рис.6.5). Внутренний участок (рыхлое ядро) представляет собой гелеобразную массу и особенно выражен у молодых людей. Наружный участок (фиброзное кольцо) имеет твердую и волокнистую структуру. Волокна этого кольца переплетены между собой в разных направлениях, что позволяет диску выдерживать высокие нагрузки при сгибании и скручивании. С возрастом ядро диска теряет воду, становится тверже, и различие между ядром и фиброзным кольцом становится не столь четким. Третий участок диска - тонкий слой гиалинового хряща, отделяющий диск от тела <<позвонка>> . У взрослых межпозвоночный диск не имеет собственных кровеносных сосудов, и его питание осуществляется за счет соседних тканей, в частности, связок и тела <<позвонка>> . Нервные волокна имеются только в наружной зоне диска.

--------------------------------------------------------------------------------

Рис. 6.5 Относительная масса трех основных компонентов межпозвоночного диска и хрящевой пластинки у здорового
                взрослого человека

--------------------------------------------------------------------------------

Биохимический состав
Межпозвоночный диск, как и другие хрящи, состоит в основном из воды и коллагеновых волокон, погруженных в матрикс из протеогликанового геля. Эти компоненты составляют 90-95% общей массы ткани, хотя их соотношение может колебаться в зависимости от конкретного участка диска, возраста человека и наличия дегенеративных процессов. В матриксе также находятся клетки, осуществляющие синтез компонентов диска (рис.6.6). Обзор биохимии межпозвоночного диска можно найти в работе Urban и Roberts (1994).

--------------------------------------------------------------------------------

Рис. 6.6 Схема структуры межпозвоночного диска, показывающая собранные в пучки коллагеновые волокна, между которыми
находятся клетки и имеющие вид ершиков молекулы протеогликанов

--------------------------------------------------------------------------------

Протеогликаны: Основной протеогликан диска - аггрекан - представляет собой крупную молекулу, состоящую из центрального белкового ядра и связанных с ним многочисленных групп гликозаминогликанов (повторяющихся цепочек дисахаридов) (см. рис.6.7). Эти цепочки несут большое количество отрицательных зарядов, благодаря чему протеогликаны притягивают молекулы воды (являются гидрофильными). Эта характеристика называется давлением набухания, и она важна для функционирования диска.

--------------------------------------------------------------------------------

Рис. 6.7 Схема части агрегата протеогликанов. G1, G2 и G3 являются складчато- глобулярными участками центрального
белкового ядра

--------------------------------------------------------------------------------

При связывании отдельных молекул протеогликанов с цепочкой гиалуроновй кислоты образуются крупные агрегаты, размер которых может колебаться от 300 кд до 7 Мд и зависит от количества молекул в агрегате. В диске и гиалиновой пластинке недавно обнаружены и другие, более мелкие типы протеогликанов, в частности, декорин, бигликан, фибромодулин и люмикан. Их физиологическая роль пока не ясна, но фибромодулин и декорин могут участвовать в регуляции формирования коллагеновой сети.

Вода: Вода является основным компонентом диска, составляющим от 65 до 90% его объема, в зависимости от конкретного участка диска и возраста человека. Существует корреляция между содержанием в матриксе воды и протеогликанов. Кроме того, содержание воды зависит от нагрузки на диск, и, поскольку ночью нагрузка на позвоночник меньше, чем днем, содержание воды в диске колеблется в течение суток. Вода важна как для осуществления механической функции диска, так и в качестве среды для перемещения растворимых веществ в матриксе.

Коллаген: Коллаген является основным структурным белком тела человека и представляет собой группу из по крайней мере 17 индивидуальных белков. Все коллагеновые белки имеют спиральный участок и стабилизированы несколькими внутри- и межмолекулярными сшивками, которые позволяют молекуле выдерживать высокую механическую нагрузку и ферментативное расщепление. В различных типах коллагеновых белков длина и форма молекулы, а также размер спирального участка, различаются. В межпозвоночном диске присутствуют несколько типов коллагена, причем наружное кольцо состоит преимущественно из коллагена I типа, а ядро и хрящевая пластинка - из коллагена II типа. Оба типа коллагена образуют волокна, формирующие структурную основу диска. Волокна ядра значительно тоньше, чем волокна наружного кольца (соотв. 0,05 и 0,1-0,2 мк в диаметре). Клетки диска часто окружены капсулой из коллагена какого-либо другого типа напр., типа VI.

Клетки: В межпозвоночном диске по сравнению с другими тканями клеток очень мало. Но, несмотря на малое количество, эти клетки очень важны для поддержания функций диска, так как они в течение всей жизни синтезируют жизненно-необходимые макромолекулы для восполнения их естественной убыли.

Функции
Основной функцией диска является механическая функция. Диски передают нагрузку по позвоночному столбу и позволяют позвоночнику сгибаться и вращаться. Нагрузка на диски образуется за счет веса тела и мышечной активности и зависит от положения тела (рис.6.8). При выполнении повседневных действий нагрузка на диск постоянно меняется. Сгибание и разгибание позвоночника приводят к растяжению и сдавливанию диска, причем нагрузка на диски увеличивается сверху вниз из-за особенностей геометрии тела и распределения веса тела. Вращение позвоночника вызывает поперечную нагрузку (сдвиг) дисков.

--------------------------------------------------------------------------------

Рис. 6.8 Относительное внутридисковое давление при различных положениях тела по сравнению с давлением в положении
                выпрямившись стоя (100%)

--------------------------------------------------------------------------------

     Давление на диски в покое колеблется, в зависимости от положения тела, от 0,1 до 0,2 МПа, а при наклонах и поднятии тяжести давление на диски увеличивается до 1,5-2,5 МПа. В нормальном состоянии давление в диске создается в основном водой в ядре и внутренней части наружного кольца. При увеличении нагрузки на диск давление равномерно распределяется по всему диску и хрящевой пластинке.


Следующая часть документа