文献查阅丨椎间盘退变的基本原理

腰椎间盘退变是慢性腰痛的主要原因之一。退行性病变通常是由椎间盘中分解和合成代谢过程之间的不平衡引起的。     

椎间盘的正常结构

椎间盘由髓核   (nucleus pulposus，NP)   、纤维环   （Annulus fibrosus，AF）   和软骨终板   ( Cartilaginous endplate，CEP)   组成。      

 椎间盘解剖结构     凝胶状 髓核组织 细胞密度低，细胞外基质主要包括II型胶原和蛋白多糖。 蛋白多糖（主要为聚集蛋白聚糖和透明质酸）可维持椎间盘水分，保持椎间盘高度，缓冲脊柱的轴向负荷。

(A)骨终板(B)软骨终板(C)髓核(D)纤维环 纤维环是围绕髓核的纤维组织，由两层组成：1)内纤维环，2)外纤维环。 外纤维环在维持椎间盘的完整性方面起重要作用。

软骨终板 

      含有丰富的II型胶原和软骨细胞，将椎间盘附着在椎体上，并为椎间盘提供营养物质。 血管和神经仅分布于健康成人间盘的外纤维环。营养物质被动扩散到深部的髓核。 退变的间盘中，瘢痕中的神经是导致椎间盘源性疼痛的主要原因。   血管分布

神经分布     

椎间盘退变的病理生理学研究

       退行性椎间盘疾病（Degenerative disc disease， DDD）通常是由椎间盘内分解和合成过程的不平衡引起的。青少年髓核中促进合成代谢的脊索细胞凋亡后开始退变。       

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       椎间盘退变早期是蛋白多糖的分解，随后是胶原类型的转化。聚集蛋白聚糖的分解后，II型胶原蛋白被I型胶原蛋白取代，使得亲水性和保水性降低，椎间盘高度降低、刚度增加，随着损伤累积，最终导致纤维环撕裂。

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在椎间盘退变过程中，外纤维环的胶原由纤维型转变为软骨型，影响纤维环的完整性和抗拉强度，导致髓核突出至纤维环外。      

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       在退变的椎间盘中，软骨终板骨化导致营养物质运输障碍。 因此，缺氧环境使椎间盘内细胞进行无氧代谢，持续的缺氧和糖酵解导致乳酸堆积，引起椎间盘pH值下降，加速椎间盘细胞衰老和凋亡。     

椎间盘退变的危险因素

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基因突变和/或多态性  

• GDF5（生长分化因子5）基因的多态性与退行性椎间盘疾病有关，GDF5可促进终板软骨的形成和细胞外基质的代谢。

• 聚集蛋白聚糖基因的多态性可能会影响椎间盘的保水能力以及抗压能力。

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肥胖  

• BMI和椎间盘退行性疾病的严重程度存在很强的相关性。主要因为椎间盘负荷增加导致炎症发生的风险增加。

• 一旦炎症发生，免疫细胞产生的细胞因子和趋化因子诱导更多的免疫细胞进入间盘，还可以上调基质降解酶的表达。

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吸烟

• 吸烟产生的一氧化碳与血红蛋白结合后导致椎间盘内细胞缺氧、胶原纤维由II型转变为I型。

• 吸烟者的椎间盘中，蛋白多糖和胶原的合成降低，而蛋白多糖的分解增加，因此蛋白多糖含量的减少。

• 吸烟使得毒碱能受体被激活，减少软骨终板的血供。

参考文献： [1] Sertac Kirnaz, et al.  Fundamentals of Intervertebral Disc Degeneration,World Neurosurgery,Volume 157,2022,P 264-273,ISSN 1878-8750