Межпозвонковый диск

[laesus_de_liro]

[читать] (или скачать)
статью в формате PDF


Дефиниция. Межпозвонковый диск [МПД; лат. discus intervertebralis] (их всего 23) является отдельной структурной частью позвоночного двигательного сегмента (ПДС) и представляет собой вязкоупругую прокладку, расположенную между двумя соседними телами позвонков. ПДС, по определению G. Schmorl и H. Jungans (1932), состоит из двух смежных позвонков с МПД, капсулой суставов, связками и мышцами. Лиев А.А. и соавт. (Кафедра вертеброневрологии с курсом мануальной медицины Ставропольской государственной медицинской академии, Россия) считают обоснованным включить в данное определение спинномозговые нервы (корешки) и волокна синувертебрального нерва (Люшка). Также важно включить в понятие ПДС дугоотросчатые (фасеточные) суставы, а в грудном отделе позвоночника - два смежных ребра с реберно-позвоночными суставами.


Таким образом, МПД входит в единую функционально-анатомическую систему с телами прилежащих позвонков, дугоотростчатыми суставами данного уровня, их связочным и капсульным аппаратом, связками и мышцами. Каждый позвонок сочленяется с рядом лежащим в трех точках: сзади в двух межпозвонковых сочленениях (т.е. в двух дугоотростчатых суставах) и спереди между двумя телами. Между телами позвонков, а точнее между каудальной замыкательной пластинкой вышележащего позвонка и краниальной замыкательной пластинкой нижележащего позвонка, располагается МПД.



Функция МПД. Каждый МПД обеспечивает прочное соединение тел смежных позвонков, обеспечивая гибкость и эластичность структур позвоночного столба в целом. Также важнейшей функцией МПД является амортизационная защита позвоночника от сил тяжести тела и других нагрузок: гашение постоянных вертикальных и ударных нагрузок и колебательных движений (МПД гасит около 80% нагрузки на сегмент). Непременным условием выполнения этой функции является способность МПД к равномерному распределению нагрузки по поверхности тел позвонков (см. далее «фиброзное кольцо»). Третьей функцией МПД является его участие в биомеханике (кинематике) ПДС (и позвоночного столба в целом). Тела позвонков как будто катаются на «подшипнике» из гелеобразного ядра - пульпозного ядра, - входящего в состав МПД (в механическом отношении пульпозное ядро является функциональным центром МПД). Во время вентральной флексии (при наклоне вперед) ядро сдавливается в вентральной его части, а во время дорзальной флексии позвоночника (гиперэкстензии, при наклоне назад) - в дорсальной. Во время таких движений суставные отростки дуг только поддерживают тела позвонков.




Таким образом, МПД присущи три основные функции: функция соединения и удержания друг около друга смежных тел позвонков, функция амортизатора, предохраняющего тела позвонков от постоянной травматизации, и, наконец, функция полусустава, обеспечивающая подвижность тела одного позвонка относительно другого. Эластичность и упругость позвоночника, его подвижность и способность выдерживать значительные нагрузки в основном определяются состоянием МПД. Все указанные функции может выполнять только полноценный, не подвергшийся изменениям МПД.

Макроанатомия. МПД представляет собой плоскую прокладку круглой формы, расположенную между двумя соседними позвонками. Высота МПД неравномерна в различных отделах позвоночника и постепенно нарастает сверху вниз. Высота каждого следующего диска увеличивается в каудальном направлении на 1 - 2 мм. Все МПД поясничных позвонков имеют клиновидную форму, скошенностью обращенную кзади, причем скошенность наиболее выражена между 5-м поясничным (L5) и 1-м крестцовым (S1) позвонками, где разница переднего и заднего отделов диска бывает равной 9 - 10 мм. При резком сгибании клиновидная форма диска сглаживается, высота дисков в их передних и задних отделах становится одинаковой. У детей 6 - 8 лет и подростков 13 - 15 лет, в силу незначительной выраженности поясничного лордоза, высота дисков на всем протяжении одинакова, исключение составляет диск между L5 и S1 позвонками, он имеет клиновидную форму.



Микроанатомия. МПД анатомически делится на три составляющих части: [1] внутренняя (центральная) часть - пульпозное ядро (nucleus pulposus; в шейных МПД оно занимает центральный участок, в верхнегрудных оно располагается ближе кпереди, а во всех других - на границе задней и средней трети диска), [2] наружный участок - фиброзное кольцо (annulus fibrosus); !!! основным структурным компонентом пульпозного ядра и фиброзного кольца является фибриллярный белок коллаген, погруженный в гель протеогликанов; [3] третья составляющая - тонкий слой гиалинового хряща (замыкательная пластинка), который отделяет диск (сверху и снизу) от тел смежных позвонков.


Большинство авторов рассматривают хрящевую замыкательную пластинку как компонент МПД наряду со студенистым ядром и фиброзным кольцом. Другие исследователи считают ее частью тела позвонка, некоторые авторы рассматривают ее как самостоятельное анатомическое образование - переходную структуру, отделяющую ткань МПД от тел позвонков.

Прежде чем переходить к анатомии пульпозного ядра, фиброзного кольца и замыкательной пластинки рассмотрим более подробно строение основных структурных компонентов МПД. В ПДС (в т.ч. и в МПД) основным структурным компонентом является коллаген, который представляет собой группу из 17 индивидуальных белков. В МПД присутствуют несколько типов коллагена. Фиброзное кольцо состоит из коллагена I типа, а ядро и гиалиновая пластинка - из коллагена II типа. Оба типа коллагена образуют волокна, формирующие структурную основу МПД. Сеть коллагена выполняет две основные функции: 1 - армирующую и 2 - удерживающую в МПД протеогликаны, которые, в свою очередь, связывают воду. Эти три компонента (коллаген I типа, коллаген II типа и вода) вместе образуют структуру, способную выдерживать высокое давление (в поясничном отделе позвоночника - до 2,5 МПа). Основа протеогликана - гиалуроновая кислота. От нее в разные стороны отходят полипептидные цепи т.н. центрального белка. Длинные цепи центрального белка во множестве связывают боковые полисахаридные цепи (гликозаминогликаны). К глобулярному концу центрального белка присоединены короткие молекулы олигосахаридов, а к противоположному концу белка - хондроитинсульфаты. По всей длине центрального белка к нему прикреплены молекулы кератансульфата и олигосахаридов



Основной протеогликан диска (аггрекан) представляет собой крупную молекулу, состоящую из центрального белкового ядра и связанных с ним многочисленных цепочек гликозаминогликанов, которые несут большое количество отрицательных зарядов, притягивающих молекулы воды. Вся эта сложная схема сводится к тому, что гиалуроновая кислота связывает молекулы протеогликанов, образуя крупные агрегаты, накапливающие воду, которая является основным компонентом МПД, составляющим до 90% его объема. Существует строго определенное соотношение между содержанием в МПД воды и протеогликанов. Кроме того, содержание воды зависит от нагрузки на диск, которая существенно зависит от положения тела в пространстве.



Пульпозное ядро. Пульпозное (син.: студенистое, желатинозное) ядро составляет около 50 - 60 % объема МПД и располагается в капсуле (т.е. в фиброзном кольце) диска несколько асимметрично - ближе к заднему краю позвонка. Ядро составляет наиболее специализированный и важный в функциональном отношении элемент МПД, и напоминает резиновую подушку, наполненную водой, поскольку имеет структуру гидратированного гелеобразного вещества (визуально пульпозное ядро имеет консистенцию белого, блестящего, полузастывшего желе - желатиноподобная масса). Повышенная гидратация пульпозного ядра обусловлена повышенным содержанием в нем протеогликанов (расположенных в сети тонких волокон, преимущественно коллагена II типа, и небольшого числа эластических волокон). Среди протеоглеканов наиболее важным является крупный протеоглекан - аггрекан, содержащий большое количество кислых гликозаминогликанов. Макромолекулы аггрекана объединены в крупные мультимолекулярные комплексы, пространственная организация которых способствует (равномерному) распределению большого количества жидкости внутри молекулы, что придает матриксу свойства геля и обеспечивает жесткость и упругость диска, необходимые для (равномерного) сопротивления сдавлению при движениях позвоночного столба (сопротивление пульпозного ядра компрессии прямо пропорционально количеству связанной в нем воды). Также пульпозное ядро содержит немногочисленные хондроциты (пульпозное ядро - одна из самых малоклеточных тканей организма: плотность расположения клеток в нем в 2 - 2,5 раза ниже, чем в суставном хряще).





Вода является основным компонентом пульпозного ядра (а также фиброзного кольца), составляющим от 65 до 90% его объема, в зависимости от конкретной части диска и возраста человека. Считается, что гидратированное гелеобразное вещество пульпозного ядра содержит при рождении человека 88 - 90% воды, в возрасте 18 лет - 80 %, а в 77 лет его гидратация снижается до уровня 69% (в то время как фиброзное кольцо содержит в начале 78% воды, к 30 годам - 70%, и на таком уровне степень его гидратации удерживается до глубокой старости). Содержание воды в пульпозном ядре меняется в зависимости от вариации силы нагрузки на позвоночник. На основании своих исследований Армстронг (Armstrong, 1965) приводит интересные данные о механизме гидратации пульпозного ядра. Например, в условиях нормы (а) сила всасывания воды уравновешивает силу сжатия ядра при его нормальной гидратации. По мере возрастания силы сжатия ядра (б) наступает момент, когда давление извне превышает силу всасывания и происходит вытеснение жидкости из МПД. В результате потери жидкости (в) возрастает сила всасывания воды и происходит восстановление равновесия. По мере уменьшения силы сжатия ядра (г) временно преобладают силы всасывания, в итоге происходит увеличение содержания жидкости в ядре. Повышение гидратации в свою очередь ведет к уменьшению силы всасывания и к возвращению первоначального состояния равновесия (д).


Фиброзное кольцо представлено серией из 15 - 25 концентрических параллельных пластин (ламелл), каждая из которых состоит из однонаправленных коллагеновых волокон (преимущественно I типа) или их пучков, расположенные в косом направлении (перекрещиваясь) относительно тел позвонков, а точнее под углом около 60° к оси позвоночного столба и под углом около 120° относительно волокон смежных пластин (часть волокон фиброзного кольца располагаются концентрически и спирально). Такая ориентация коллагеновых волокон обеспечивает эластичность фиброзного кольца при компрессии и равномерную передачу гидростатического давления от центра диска к периферическим отделам фиброзного кольца и на замыкательные пластинки тел позвонков, что определяет амортизационные свойства диска. Концы волокон теряются в надкостнице тел позвонков. Периферические пучки (коллагеновые волокна) фиброзного кольца, тесно прилегая друг к другу, переплетаются с волокнами продольных связок позвоночника и внедряются в костный краевой кант (кант-лимбус). Фибриллы внутренних пластин фиброзного кольца продолжаются в гиалиновые пластинки, отделяющие ткань МПД от тел позвонков (у детей концевые отделы волокон наружного и внутреннего слоев фиброзного кольца, так называемые шарпеевы волокна, проникают внутрь краевой каемки апофиза тел позвонков). В состав элементов МПД входит также небольшое количество минорных коллагенов III, V, VI, X и XI типов, а также коллаген IX типа.



Замыкательные пластинки. В краниальном (сверху) и каудальном (снизу) направлениях пульпозное ядро и фиброзное кольцо ограничены замыкательными пластинками тел позвонков, которые представляют собой гиалиновый хрящ с типичной структурной организацией. Он состоит из большого количества слоев хондроцитов и матрикса, который содержит преимущественно коллаген II типа и протеогликаны. Коллагеновые волокна замыкательной пластинки расположены горизонтально. Фибриллы внутренних пластин фиброзного кольца (как было указано выше) вплетаются в матрикс гиалинового хряща замыкательной пластинки, отделяя ткань межпозвоночного диска от спонгиозной кости тел позвонков. Таким образом, формируется «закрытая упаковка», которая замыкает студенистое ядро в непрерывный волокнистый каркас, представленный по периферии фиброзным кольцом, а сверху и снизу - замыкательными (т.е. гиалиновыми хрящевыми) пластинками, образуя единую систему волокон. Кровеносные сосуды и чувствительные нервные окончания определяются только в наружной трети ФК и замыкательных пластин. Через замыкательные пластины осуществляется питание МПД и удаление продуктов метаболизма (путем диффузии питательных веществ).


Как было указано выше, функциональной единицей позвоночника является ПДС, который состоит из двух смежных тел позвонков, расположенного между ними МПД и т.д. При этом ПДС рассматривают как модифицированный сустав, в котором роль сочленяющихся костей играют тела смежных позвонков, студенистое ядро играет роль синовиальной жидкости в полости сустава, фиброзное кольцо - капсулы сустава. Но поскольку сустав не может функционировать без суставных поверхностей, то, по аналогии, и ПДС не может функционировать без суставных поверхностей, функцию которых в ПДС выполняют замыкательные (хрящевые) пластинки.

Переднезадний диаметр замыкательной пластинки последовательно увеличивается от шейного к поясничному отделу. У детей хрящевые замыкательные пластинки намного толще, чем у взрослых. Cогласно данным P.P. Raj (2008), они содержат множество сосудистых каналов, проходящих сквозь фиброзное кольцо и студенистое ядро. У взрослых хрящевые замыкательные пластинки тонкие, сквозь них проходят единичные сосудистые каналы, или же они полностью отсутствуют. Замыкательные пластинки взрослого человека обычно имеют толщину менее 1 мм, которая варьирует в каждом отдельном диске и имеет тенденцию к максимальному истончению в центральном регионе, смежном со студенистым (пульпозным) ядром. Таким образом, замыкательная пластинка, являясь компонентом МпД, выполняет барьерную и трофическую функцию, обеспечивая пространственное разграничение пульпозного ядра и тел позвонков, а также поступление нутриентов в диск и выведение из него продуктов катаболизма (подробнее в статье «Хрящевая замыкательная пластинка и ее роль в дегенерации диска (аналитический обзор литературы)» Бенгус Л.М., Дедух Н.В., ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМНУ», г. Харьков (журнал «Боль. Суставы. Позвоночник» №2 (06) 2012) [читать]).




читайте также статью «Строение, функции и роль замыкательных пластинок в развитии дегенеративных заболеваний позвоночника: обзор литературы» Т.В. Русова, А.А. Воропаева; Новосибирский НИИ травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна, Новосибирск, Россия (журнал «Хирургия позвоночника» №4, 2017) [читать]

ВАРИАНТЫ И АНОМАЛИИ СТРОЕНИЯ МПД


Позвоночный столб (ПС), как и все отделы костно-суставной системы энхондрального происхождения, проходит три стадии развития: мембранозную, хрящевую и костную. Однако уникальность фило- и онтогенеза ПС, сложность его строения, многообразие функций определяет высокую вариабельность строения и частоту аномалий его развития. При этом наиболее высока частота аномалий развития поясничного отдела ПС, где это является скорее нормой, чем исключением. Но исследования вариантов и аномалий развития ПС в основном касаются его костных структур: тел позвонков, дуг, отростков. Что касается вариантов строения МПД изучены недостаточно, а структура аномальных дисков практически не изучена.

Сак Н.Н., Сак А.Е. (Харьковская государственная академия физической культуры, 2012) изучили варианты индивидуальной изменчивости поясничных МПД для выяснения структурных предпосылок разрыва фиброзного кольца и формирования грыж диска (на судебно-медицинских секциях были получены и изучены 84 образца поясничного отдела позвоночника человека в возрасте от 16 до 90 лет, при этом материал включал 410 поясничных МПД от L1-2 до L5 - S1 и два шестых поясничных МП дисков [случаи люмбализации первого крестцового позвонка]).

Результаты исследования. Особенностью поясничных МПД было наличие широкой полости, окруженной в материале от молодых мякотным пульпозным ядром, зрелых и пожилых − фиброзированной тканью на месте пульпозного ядра. Студенистое (син.: пульпозное, желатинозное - Laesus De Liro) ядро (внутридисковый фрагмент дорсальной хорды) в исследованном материале макроскопически не обнаружено. Полость (Лушка) была хорошо выражена во всех дисках, кроме склерзированного варианта, где щелевидную полость можно было обнаружить только под лупой. Величина полости, ее форма и положение в МПД различались и, особенно, на нижнепоясничном уровне (см. рис.). При этом дорсовентральное и дорсолатеральное положение полости сочетаются с аномалиями положения поясничного отдела позвоночного столба, чаще в виде нескольких боковых искривлений.



Рис.: Некоторые варианты строения нижнепоясничных МП дисков человека (макроскопические препараты): 1 - «луковица» с четкой ориентацией пластинок фиброзного кольца вокруг пульпозного ядра и центродорсальным положением полости; 2 - «двойная луковица» с двойной ориентацией пластинок фиброзного кольца» и центральным положением полости; 3 - склерозированный вариант с плотной упаковкой фиброзных пластинок фиброзного кольца и пульпозного ядра; 4 - «рыхлый вариант» диска с вентральным смещением полости; 5 - центральное положение обширной полости диски; 6 - крайнее дорсальное положение полости; 7 - дорсовентральное положение полости; 8 - дорсолатеральное положение полости с многочисленными отрогами.

Заключение. Варианты строения поясничных МПД и положения полости зависят от уровня положения диска в поясничном отделе позвоночника. Наиболее часто (55,21%) встречались диски с центродорсальным положением полости, то есть с тенденцией к ее дорсальному смещению. При этом достаточно развит и дорсальный отдел фиброзного кольца, этот вариант может расцениваться как наиболее оптимальный для поясничных МПД, притом, что такое положение полости соответствует центру вращения поясничных дисков вокруг вертикальной оси.

К структурным аномалиям диска следует отнести МПД с крайними вариантами положения полости и соответственно этому − аномальным строением фиброзного кольца. Есть основание полагать, что формирование аномальных дисков является следствием нарушения положения первичной центральной оси тела − дорсальной хорды − на ранних этапах развития позвоночника. Крайне дорсальное смещение полости встречалось только в 10,44%. Этот вариант опасен в плане формирования дорсальных повреждений фиброзного кольца, так как дорсальный отдел фиброзного кольца истончен до 2 - 4 слоев фиброзных пластинок. Еще более прогностически неблагополучны МПД с боковыми смещениями полости. Среди них наиболее часты дорсолатеральные смещения полости (22,57%). Эти варианты определяют асимметрию дисков, с истончение заднебокового отдела фиброзного кольца. Именно такие варианты могут создавать предпосылки для формирования дорсолатеральных грыж диска.

Все представленные на фото варианты МПД выявлены в поясничных отделах ПС лиц, погибших после 30 лет. Диски лиц в возрасте до 20 лет имели сходные принципы организации, но имели ряд особенностей в связи с возрастной спецификой строения диска и, особенно, его внутренних отделов. Это может быть предметом дальнейших исследований. В зрелых дисках уже нет студенистого ядра, а, следовательно, нет основного субстрата для формирования истинной грыжи диска. Это исключается и в связи с возрастным фиброзом внутреннего коллагено-волокнистого хряща диска. Есть основания полагать, что наличие варианта строения МП диска и положения его полости не являются абсолютным показателем протрузии или даже экструзии диска, но при крайнем положении полости, ее многократном ветвлении и локальным истончением фиброзного кольца − это всегда фактор риска, особенно при наличии значительного повреждающего фактора.

Выводы:

■ 1. Поясничным МПД человека свойственна высокая индивидуальная изменчивость строения и положения полости.
■ 2. Наиболее часто встречаются МПД с центродорсальным положением полости; эта структура может быть расценена как оптимальная для поясничного МПД.
■ 3. Морфологические предпосылки риска повреждения фиброзного кольца имеют место при дорсальном положении полости, определяющем истончение дорсального отдела фиброзного кольца. МПД такой структуры является аномальным. Аномальными являются также асимметричные МПД, формирующиеся в результате бокового смещения полости.
■ 4. Аномальные дорсолатеральные, а реже вентролатеральные положения полости, определяющие асимметрию диска, сочетаются с аномалиями положения поясничного отдела позвоночного столба, чаще в виде нескольких боковых искривлений.

источник: статья «Индивидуальные варианты и аномалии строения поясничных межпозвонковых дисков человека» Сак Н.Н., Сак А.Е, Харьковская государственная академия физической культуры (журнал «Український морфологічний альманах», 2012, Том 10, № 4) [читать]


Читайте также:

статья «Самая закрытая зона организма» Берсенев В.А., директор Института проблем боли, Киев (журнал «Новости медицины и фармации» №17, 2014 ) [читать];

статья «Онтогенез межпозвонкового диска у человека» Е.Л. Куренков, В.В. Макарова; ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный медицинский университет» МЗ РФ, Челябинск; ФКУЗ «МСЧ МВД России по Челябинской области», Челябинск (Журнал анатомии и гистопатологии, №1, 2018) [читать];

статья «Эмбриогенез и регенерация межпозвонкового диска (обзор)» И.А. Степанов, Л.А. Бардонова, Е.Г. Белых, В.А. Бывальцев; Иркутский государственный медицинский университет; Дорожная клиническая больница на ст. Иркутск-Пассажирский, Иркутск; Иркутский научно-исследовательский противочумный институт; Иркутский научный центр хирургии и травматологии; Иркутская государственная медицинская академия последипломного образования (журнал «Современные технологии в медицине» №3, 2017) [читать]