ДЕГЕНЕРАЦИЯ МЕЖПОЗВОНКОВЫХ ДИСКОВ: ЧТО СЧИТАТЬ НОРМОЙ?

На следующих двух страницах мы рассмотрим два типа дегенерации межпозвоночных дисков: естественное старение межпозвоночных дисков, о котором мы расскажем в первую очередь, и патологическое старение, которое может быть основной причиной болей в спине и ногах, связанных с межпозвоночными дисками.

Естественное старение межпозвоночных дисков:

В отличие от других тканей человеческого тела, межпозвоночный диск, который плохо снабжается кровью, склонен к дегенерации внутренней структуры в удивительно раннем возрасте. На самом деле, как показали отмеченные наградами исследования, такая дегенерация обычно начинается в первые десять лет жизни! (6,15) К счастью, в большинстве случаев эта дегенерация безвредна и считается частью естественного процесса старения. Однако у некоторых людей этот процесс может протекать бесконтрольно и приводить к сильным хроническим болям в спине, из-за которых человек становится инвалидом.

Почему у некоторых людей межпозвоночные диски подвергаются столь серьезному патологическому разрушению (вверху справа), а у других — нет, до сих пор остается загадкой, хотя наследственность, безусловно, играет в этом процессе значительную роль. Именно эта аномальная ускоренная/патологическая форма старения и дегенерации межпозвоночного диска и называется дегенеративным заболеванием межпозвоночного диска (ДЗМД). На рисунке выше представлены образцы межпозвоночных дисков, взятые из трупов: нормально выглядящий диск (слева) и диски, подвергшиеся тяжелой патологической дегенерации (т. е. запущенное ДЗМД).

В чём причина?

Считается, что естественное старение межпозвоночного диска происходит вследствие ужасных условий, в которых находятся клетки ядра и фиброзного кольца. В частности, только на внешней периферии диска имеются кровеносные сосуды, которые могут снабжать клетки внешнего слоя фиброзного кольца кислородом и питательными веществами, а также легко удалять продукты их жизнедеятельности. Остальная часть диска, однако, не имеет прямого кровоснабжения!

Поэтому клетки межпозвоночного диска должны получать кислород, питательные вещества и избавляться от отходов за счет крови, находящейся в субхондральной кости тела позвонка! Другими словами, у них нет прямого кровоснабжения, что является редкостью в организме человека!

В частности, кровь должна «диффундировать» в ткань диска через крошечные отверстия в субхондральной кости. Поэтому даже в «нормальном» межпозвоночном диске система питания и выведения отходов работает крайне неэффективно, что затрудняет его выживание.

Со временем эти крошечные отверстия начинают закрываться, что, в свою очередь, ухудшает состояние межпозвоночного диска по сравнению с исходным. Медленно, но верно клетки межпозвоночного диска начинают погибать, и по мере их гибели диск теряет влагу и становится ломким. [700, 5]

Поэтому любые попытки ввести новый дисковый материал в дегенерировавший диск (например, живые клетки диска) — в надежде вылечить поврежденный диск — приведут лишь к неудаче, поскольку новый дисковый материал вскоре постигнет та же участь, что и исходную ткань диска: он умрёт от голода.

Хотя мы обсудим патологическое старение межпозвоночного диска на следующей странице, нет сомнений в том, что если нормальный процесс дегенерации диска ускоряется под воздействием какого-либо состояния, это может привести к инвалидизирующей боли в пояснице, вторичной по отношению к разрывам фиброзного кольца, грыжам межпозвоночного диска и даже спинальному стенозу.

Каковы мои шансы на развитие синдрома постуральной ортостатической тахикардии? Согласно медицинским исследованиям, примерно 10% населения страдают от хронической боли в спине и/или ногах, вызванной синдромом постуральной ортостатической тахикардии, что приводит к стойкой утрате трудоспособности. [250-253, 203, 209, 216, 231, 900, 904, 905, 906, 227]

Внешний вид на МРТ:

Диагноз «дегенеративное заболевание межпозвоночного диска» лучше всего подтверждается при МРТ-исследовании на Т2-взвешенных изображениях (рис. № 1) (27), хотя некоторые поздние признаки дегенеративного заболевания межпозвоночного диска (протрузия диска, остеофитоз и склероз) могут быть видны и на КТ и рентгене. Такие изменения на МРТ легко заметить: они характеризуются потерей интенсивности сигнала (потери белизны или гипоинтенсивности) в тканях диска, из-за чего диск выглядит черным, а не ярко-белым. С технической точки зрения почернение диска (дисков) происходит из-за того, что диск обезвожен (потерял часть воды) и отмирает. Такое «почернение» называется дегидратацией диска. Поскольку интенсивность сигнала на МРТ (белизна) напрямую связана с содержанием воды в диске (215,226), любая потеря воды в диске пропорционально уменьшает «белизну» этого диска на МРТ с Т2-взвешенными изображениями. Проще говоря, чем суше диск, тем более черным и дегенерированным он будет выглядеть на МРТ. Рисунок №1: Классическое изображение дегенеративного заболевания диска на сагиттальном (боковом) Т2-взвешенном снимке. Обратите внимание на ярко-белый и здоровый диск L3 (над позвонком L4) в сравнении с «черным» и высохшим диском L4 и L5. Также обратите внимание на грыжу размером 4 мм в диске L4 (между позвонками L4 и L5) и грыжу размером 9 мм в диске L5. Кроме того, обратите внимание на уменьшение высоты дисков L4 и L5 по сравнению с более толстым диском L3.

Вопрос о том, почему одни межпозвоночные диски преждевременно разрушаются (DDD) и вызывают хроническую боль, а другие — нет, до сих пор остается спорным. Однако становится все более очевидным, что основными факторами риска являются плохая генетика (397–399, 403, 413a), травмы позвоночника средней и тяжелой степени в анамнезе, а также тяжелая и изнурительная работа (201, 16). Эти факторы подробно рассматриваются ниже. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: СКОРО МЫ ПЕРЕЙДЕМ К ТЕХНИЧЕСКИМ ВОПРОСАМ, ТАК ЧТО НЕ ОТРЫВАЙТЕСЬ ОТ НАШЕГО РАЗГОВОРА!

ЕСТЕСТВЕННОЕ СТАРЕНИЕ ДИСКА (ЕСД)

Наиболее распространенной и заметной особенностью старения и дегенерации межпозвоночного диска является потеря молекулы протеогликана из ядра диска (333, 26). К другим признакам старения относятся прогрессирующее обезвоживание (18), постепенное утолщение (за счет образования поперечных сшивок, гликирования и формирования коллагена IV типа), появление коричневой пигментации (66) и повышенная «хрупкость» тканей межпозвоночного диска (62).

Два основных фактора старения межпозвоночного диска: В процессе старения межпозвоночного диска участвуют два основных фактора, и оба они усугубляются из-за и без того слабого кровоснабжения диска:

1) Идиопатическая потеря кровеносных сосудов и питательных веществ и обезвоживание: Краткая версия: по неизвестным причинам в течение первого десятилетия жизни пульпозное ядро межпозвоночного диска теряет значительную часть жизненно важного кровоснабжения (6). Без достаточного количества питательных веществ (которые содержатся в крови) клетки межпозвоночного диска начинают отмирать (500), и диск (особенно его ядро) теряет воду. Снижение содержания воды и протеогликанов — один из классических признаков старения межпозвоночного диска (333). Из-за обезвоживания ядра происходит «смещение нагрузки» с ядра на наружное кольцо, апофиз и зигапофизарные суставы. Повышенная нагрузка на вышележащие задние структуры может привести к более серьезным формам старения, таким как дегенеративное заболевание диска.

Полная версия: в разделе «Физиология» на странице «Анатомия межпозвоночного диска» мы узнали, насколько важно питание межпозвоночного диска для поддержания его нормального функционирования. Напомним: пока клетки межпозвоночного диска получают достаточное количество питательных веществ (которые поступают в результате диффузии кислорода, глюкозы и аминокислот [розовые шарики] из капилляров, расположенных прямо над замыкательными пластинками, в межпозвоночный диск), они успешно вырабатывают протеогликаны, которые в межпозвоночном диске объединяются в более крупные молекулы аггрекана и агрекана. Именно эти молекулы аггрекана удерживают воду внутри диска. Полностью гидратированный диск имеет очень высокое гидростатическое давление (осмотическое давление), благодаря чему пульпозное ядро (которое на 80 % состоит из воды в нормальном состоянии) становится невероятно прочным и способно выдерживать львиную долю осевой нагрузки, приходящейся на позвоночник.

Помните, что питательные вещества во внутреннем кольце и ядре имеют «неэффективную систему питания». Как видно на модели слева, питательным веществам (розовым шарикам) приходится преодолевать большое расстояние, чтобы «диффундировать» и добраться до всех клеток диска.

Без достаточного количества питательных веществ клетки межпозвоночного диска погибают. Этот факт был подтвержден в исследовании Хорнера и Урбана (500), удостоенном премии Volvo в 2001 году. Они изучали жизнеспособность клеток межпозвоночного диска человека в различных условиях. Они пришли к выводу, что если клетки межпозвоночного диска не получают необходимые питательные вещества, такие как кислород или глюкоза, или если уровень pH диска повышается (из-за того, что продукты жизнедеятельности не выводятся из диска), то клетки диска погибают и перестают вырабатывать жизненно важную молекулу протеогликана. Без протеогликанов диск теряет воду (дегидратируется) и гидростатическое давление (осмотическое давление) (241). Потеря протеогликанов — наиболее явный признак старения и дегенерации межпозвоночного диска (333). Другие исследования также подтвердили гибель клеток. В 1982 году Траут и Бакволтер обнаружили, что к зрелому возрасту более 50% клеток межпозвоночного диска отмирают (321).

Так что же убивает клетки межпозвоночного диска и приводит к потере протеогликанов?

Голодание! Похоже, что межпозвоночный диск человека начинает испытывать «проблемы с питанием» с того момента, как мы начинаем стоять и ходить. В 2002 году Боос и соавторы наблюдали идиопатическую «облитерацию» участков капилляров, снабжающих питательными веществами, которые расположены прямо над замыкательными пластинками позвонков. (Помните, что эти капилляры — ЕДИНСТВЕННЫЙ источник питательных веществ для клеток внутреннего кольца и пульпозного ядра.) Удивительно, но это «саморазрушение» начинается в первые два года жизни и усугубляется в течение следующих восьми лет. В частности, они отметили, что в возрасте от 3 до 10 лет «резко сокращается количество физиологических сосудов в концевой пластинке... и появляется множество участков с облитерированными сосудами». и значительное увеличение гибели клеток (межпозвоночного диска)». (6) Эти результаты стали «неоспоримым доказательством», которого так ждали ученые, и позволили предположить, что первопричиной старения и дегенерации межпозвоночных дисков является «нарушение питания», вызванное идиопатической потерей кровоснабжения межпозвоночных дисков над замыкательными пластинками позвонков. Излишне говорить, что Бус и его коллеги получили «Премию Volvo в области фундаментальной науки 2002 года» за это шокирующее открытие.

К другим факторам, влияющим на питание межпозвоночных дисков через скорость диффузии питательных веществ через замыкательные пластинки позвонков, относятся кальцификация замыкательных пластинок (506, 537, 538, 552), изменения в характере кровотока, вызванные стенозом артерий (522, 524–527), курение, диабет и воздействие вибрации (500, 517).

Порочный круг старения межпозвоночного диска:

прогрессирующая потеря протеогликанов и обезвоживание начинают нарастать как снежный ком. Это происходит не только из-за постепенной потери питательных веществ, но и из-за того, что снижение гидростатического давления замедляет выработку протеогликанов клетками диска (11). Вот как выглядит этот порочный круг: По мере снижения поступления питательных веществ в межпозвоночный диск (из-за облитерации кровеносных сосудов и последующей минерализации замыкательных пластинок) клетки диска начинают отмирать. Поскольку клеток, вырабатывающих протеогликаны, становится меньше, снижается количество циркулирующих молекул протеогликана аггрекана. Уменьшение количества молекул аггрекана (которые удерживают воду в межпозвоночном диске) приводит к обезвоживанию и снижению гидростатического давления внутри ядра. Потеря гидростатического давления оказывает на межпозвоночный диск два негативных воздействия:

а) приводит к дальнейшему снижению количества циркулирующих молекул протеогликана аггрекана, поскольку из работы Ханды и др. мы знаем, что для нормального функционирования клеток диска необходим постоянный уровень гидростатического давления в 3 атмосферы (11). Любое повышение или понижение гидростатического давления приводит к снижению выработки протеогликанов, что, в свою очередь, еще больше снижает гидростатическое давление — так возникает порочный круг.

б) Теперь эти биохимические изменения начинают влиять на биомеханику межпозвоночного диска: из-за снижения гидростатического давления ядро, как сдувающийся воздушный шарик, больше не может выдерживать полную осевую нагрузку (вес) тела. Начинается «сдвиг» в распределении осевой нагрузки, при котором периферия диска (наружный кольцевой слой, кольцевой апофиз и зигапофизарные суставы) принимает на себя все большую часть нагрузки и напряжения. Экспериментально установлено, что при дегенерации диска кольцевая связка испытывает очень высокую «нагрузку на растяжение», а не ядро (17, 12). Позже мы узнаем, что этот «сдвиг нагрузки» может значительно ускориться, если объем ядра увеличится из-за структурного повреждения, вызванного травмой, — перелома замыкательной пластинки (компрессионного перелома) и/или разрыва внутреннего кольца.

2.) Неферментативное гликирование и процесс старения:

Гликозилирование (также известное как гликирование)
Гликирование (также известное как гликозилирование, или неферментативное гликирование) - это биохимическая реакция, которая происходит, когда восстановленные сахара (такие как глюкоза) вступают в контакт с белками (такими как коллаген диска) в бессосудистой относительно анаэробной среде. Чем более бессосудистой является ткань, тем тяжелее протекает эта реакция. Поскольку межпозвоночный диск — самая крупная бессосудистая ткань в организме, в его структуре активно протекает процесс гликирования, который приводит к медленному, но неуклонному превращению коллагена диска в более плотное, но хрупкое вещество. В частности, эта реакция происходит между белковыми молекулами коллагена и свободно циркулирующей глюкозой (восстановленным сахаром). Эта реакция называется «посттрансляционная модификация белка» или простое гликирование. Вот как это работает: в отсутствие кислорода восстановленные сахара начинают «впитываться» (связываться) с белками коллагена. Белки не выдерживают такого «впитывания» и вскоре превращаются в так называемые конечные продукты гликирования, или КПГ. Эти преобразованные коллагеновые волокна межпозвоночного диска (AGE) становятся гораздо более хрупкими, а также «липкими», то есть они стремятся соединиться со своими гликированными «соседями» в процессе, называемом «сшиванием». Это явление «сшивания» делает межпозвоночный диск более толстым, волокнистым и более подверженным развитию дегенеративного заболевания межпозвоночных дисков (62). Кроме того, оно окрашивает ткань диска в характерный коричневый цвет (66), как показано на рисунке №2.

Рис. #2:

Здесь мы видим пример раннего старения межпозвоночного диска, когда ткань диска становится более коричневой по сравнению со здоровым диском подростка.

Однако важно понимать, что это естественный процесс старения и не считается патологией.

Опять же, изменение цвета, отмеченное на рисунке 2, является прямым результатом процесса гликирования, описанного выше. Для сравнения давайте посмотрим на здоровый диск подростка.

На рисунке 3 изображен здоровый межпозвоночный диск подростка, на котором не видно гликолитических изменений. Обратите внимание на ярко-белое фиброзное кольцо, полностью окружающее пульпозное ядро, которое блестит из-за высокого содержания воды.

Остистые отростки позвонков также ярко-белые и практически неразличимы на этом снимке.

Также стоит обратить внимание на грыжу межпозвоночного диска в задней части, которая сместилась вниз и уперлась в позвонок ниже (красные стрелки).

Наконец, нестабильные молекулы конечных продуктов гликирования, которые вырабатывают еще один опасный биохимический элемент — «свободный радикал», окисляются до гораздо более стабильной структуры, называемой N-карбоксиметил-лизином (N-CML). Было установлено, что образование N-CML является отличным показателем старения диска (15). В 1997 году Андреас и Боос получили премию Volvo за работу по использованию N-CML-модифицированного дискального белка в качестве индикатора различных стадий старения (15). Я не буду подробно рассматривать это исследование, поскольку оно выходит за рамки нашей компетенции, но для тех, кому это интересно, могу сказать, что его статья заслуживает внимания.

Что ж, на этом естественный процесс старения межпозвоночного диска заканчивается. Теперь давайте рассмотрим более серьезную форму старения — диффузную болезнь межпозвоночных дисков.

CURRENT RESEARCH:

700.) Беннекер и др. «Лауреат премии для молодых исследователей 2004 года: окклюзия контактных каналов костного мозга в замыкательных пластинках позвонков и дегенерация межпозвоночных дисков». Spine. 2005; 30(2):167

5) Хорнер Х. А., Урбан Дж. Дж. П., «Влияние питательных веществ на жизнеспособность клеток пульпозного ядра межпозвоночного диска: премия Volvo за фундаментальные исследования 2001 года». Spine 2001; 26(23):2543-2549