Каково строение позвоночника и какую роль играют хрящевые межпозвоночные диски

Межпозвоночные диски – хрящевые образования, соединяющие между собой тела позвонков и составляющие вместе с ними позвоночный столб. Они имеют сложно организованную структуру, потому и нарушение в них гомеостаза (саморегуляции системы) неизбежно приводит к дегенеративно-дистрофическим и патологическим изменениям как в связочно-хрящевых, так и в костных тканях.

Межпозвонковые диски, как и все суставные соединения, играют весомую роль в функционировании опорно-двигательного аппарата человека, но на сегодняшний день они все еще остаются малоизученными.

Но даже имеющихся скудных медицинских сведений достаточно, чтобы сделать вывод, что их двигательные способности и возможности во многом зависят от химических свойств матрикса хрящевых тканей, генетической предрасположенности и характера внутриклеточных обменных (метаболических) процессов. И потому поддержание в организме нормального обмена веществ предотвращает многие значимые патологии позвоночного комплекса и всего скелета.

Анатомия

Позвоночник или позвоночный столб человека – это ось, опора или основа всего скелета (совокупность всех костей организма человека, составляющих пассивную часть его опорно-двигательного аппарата). Позвоночник содержит 33-34 костных позвонка, которые соединены между собой суставными соединениями, хрящами (межпозвоночными дисками) и связками.

Основные функции позвоночного столба:

опора скелета;
поддержание равновесия в вертикальном положении;
совершение движений туловищем и головой;
перемещение тела в пространстве;
защита спинного мозга.

Каждый позвонок состоит из основной части (тела) и дуги позвонка. Дуга в свою очередь состоит из остистых, поперечных и суставных отростков. Тело и дужка позвонка образуют отверстие, в котором размещается спинной мозг, а все вместе взятые отверстия позвоночного столба составляют позвоночный канал. Верхняя часть дуги позвонка ограничивает спинной мозг, а отростки служат для сочленения позвонков между собой и прикрепления к ним мышц и связок.

Между телами позвонков позвоночника человека расположены хрящевые прослойки, называемые межпозвонковыми дисками. Именно они обеспечивают подвижность и гибкость позвоночного столба, его устойчивость к вертикальным нагрузкам, а также выполняют роль амортизаторов, смягчающих удары и сотрясения позвонков при физической деятельности (беге, прыжках, ходьбе и пр.).

Строение и особенности межпозвонковых дисков

Межпозвоночные диски – это фиброзно-хрящевые образования, соединяющие два смежных позвонка.

Они состоят из:

студенистой гелеобразной массы в центре диска (пульпозное ядро);
плотной волокнистой кольцевидной оболочки, опоясывающей ядро (фиброзное кольцо);
соединительнотканных пластинок (слой белого волокнистого хряща), расположенных сверху и снизу диска, выстилающих тело позвонков (замыкательные пластины).

По химическому составу пульпозное ядро состоит из протеогликанов (сложных белков), длинных цепей гиалуроновой кислоты с гидрофильными боковыми ответвлениями.

Высота межпозвонковых дисков разнится в зависимости от того, в каком отделе позвоночника он находится и какую нагрузку ему приходится выдерживать. Самые тонкие диски расположены в шейном отделе, а самые высокие (примерно 11 мм) – в поясничном. При этом задняя часть фиброзного кольца (находящаяся ближе к спине) обычно немного толще передней.

Межпозвоночные диски не несут в себе кровеносных сосудов, и их питание происходит диффузным образом через замыкательные пластины. Это значит, что хрящи получают необходимую им воду и питательные вещества из близлежащих мягких тканей и прилегающего к ним костного мозга, расположенного в теле позвонка.

Метаболические процессы в межпозвонковых дисках протекают очень медленно. Именно дегидратация дисков и дефицит минеральных веществ становятся стартовыми причинами развития остеохондрозного заболевания позвоночника, а в дальнейшем – протрузии и грыжи диска.

Естественное «старение» организма (дегенеративные биохимические процессы) начинается в возрасте около 30 лет. Оно проявляется в увеличении соотношения кератина сульфата к хондроэтину сульфату, снижении синтеза и концентрации протеогликанов и деполимеризации мукополисахаридов, что приводит к обезвоживанию хряща. Кроме того, интенсивность и скорость обменных процессов в дисках напрямую зависит от их формы и прилагаемой к ним нагрузки.

В результате поступление в межпозвоночный диск кислорода и питательных веществ ухудшается, а продукты обмена и распада, наоборот, откладываются. Пульпозное ядро постепенно накапливает коллаген, который замещается фиброзно-хрящевой тканью (становится более плотным) и как бы срастается с фиброзным кольцом.

Этот процесс обычно начинается с задней части диска, затем распространяется на всю его поверхность. Диск теряет упругость и эластичность, перестает выполнять свои амортизационные функции. Затем на фиброзном кольце начинают образовываться трещины, в сторону которых перемещается уплотненное пульпозное ядро.

Метаболические процессы в дисках

Питание межпозвоночных хрящей в основном происходит через замыкательные пластины из кровеносных сосудов, расположенных в костных тканях позвонков. Наибольшее количество капилляров локализировано в центральной части диска. Их число существенно уменьшается по направлению к внешнему краю (к фиброзному кольцу).

Вещества, доставляемые к диску:

кислород, глюкоза, вода и прочие необходимые для питания соединения;
аминокислоты, сульфаты и микроэлементы, которые требуются для синтеза компонентов хрящевого матрикса.

Внеклеточный матрикс – это основа соединительных тканей организма, обеспечивающая механическую поддержку клеток и участвующая в транспорте химических веществ. Основными компонентами матрикса являются: коллаген, гиалуроновая кислота, протеогликаны и пр. Матрикс костных тканей в большом количестве содержит и минеральные вещества.

Питательные вещества, попадая в диск, сначала проходят через слой плотного внеклеточного матрикса и только затем достигают пульпозного ядра. У взрослого человека ядро диска расположено примерно на расстоянии 7-8 мм от ближайших кровеносных сосудов. Продукты распада из межпозвоночного диска выводятся в обратном порядке и с той же скоростью.

Таким образом, транспортные качества хрящевой ткани во многом определяются состоянием матрикса, а также дисперсностью, растворенностью и концентрацией питательной жидкости.

Нарушения и патологии метаболических процессов в межпозвонковых дисках условно можно разделить на уровни:

хронические заболевания, непосредственно влияющие на кровообращение во всем организме и кровоснабжение позвоночника в частности (например, атеросклероз);
болезни, влияющие на проницаемость капилляров, снабжающих межпозвоночные хрящи питательными веществами (например, серповидноклеточная анемия, кессонная болезнь, заболевание Гоше и пр.);
патологии, связанные с нарушением переноса питательных веществ к пульпозному ядру и обратно (например, гормональные или ферментативные ингибиторные процессы).

Однако, несмотря на уровни и причины нарушения обменных процессов в итоге они неизменно приводят к дистрофическим и анатомо-функциональным изменениям в организме, к сбоям в обеспечении суточного жизненного цикла позвоночного комплекса, который в идеале должен состоять из чередующихся периодов нагрузок и расслабления (релаксации).

Последствия нарушения метаболизма

Остеохондроз является одним из наиболее часто диагностируемых заболеваний опорно-двигательного аппарата, возникающим на фоне дегенеративно-дистрофических изменений и обменных нарушений в организме. Дальнейшее прогрессирование патологий приводит к серьезным осложнениям:

Возникновению протрузий и грыж межпозвоночных дисков, при которых пульпозное ядро выпячивается за анатомически допустимые пределы или выходит наружу через перфорированное фиброзное кольцо.
Образованию секвестра (отделение части диска), который быстро отмирает и вызывает некротические процессы в спинномозговом канале.
Развитию артритов и артрозов всех хрящевых соединений в организме.
Продавливанию костной ткани тела позвонка хрящевыми замыкательными пластинами, что увеличивает риск образования компрессионных переломов позвонков (грыжа шморля);
Смещению позвонков патологического сегмента вперед или назад относительно оси позвоночного столба (спондилолистез), что в свою очередь может спровоцировать стойкое сужение позвоночного канала и сдавливание спинного мозга (стеноз).
Снижение высоты диска чревато смыканием остистых отростков, их срастанием, образованием псевдосуставов и анкилоза.
Возникновению искривлений осанки (сколиоза, чрезмерного лордоза или кифоза позвоночника).
В пожилом возрасте к формированию остеопороза костных тканей и увеличению риска патологических переломов (например, перелом шейки бедра увеличивает вероятность преждевременного летального исхода в несколько раз).
Хроническая компрессия нервных корешков вызывает неврологические нарушения, выражающиеся в выпадении чувствительности иннервируемого участка, замедлении рефлекторных реакций, развитии парезов и параличей конечностей, дисфункции внутренних органов.
Разрастание краевых частей костных тканей позвонков, образование остеофитов и кальцификация связок дают толчок к развитию спондилеза, который характеризуется ограничением подвижности позвоночного столба и сужением спинномозгового канала.

Автор: К.М.Н., академик РАМТН М.А. Бобырь

Источник

Межпозвонковый диск (МПД) играет важную роль в нормальном функционировании позвоночника. Это подушка из фиброзного хряща и главный сустав между двумя смежными позвонками. В позвоночнике человека 23 диска: 6 в шейном отделе, 12 в грудном отделе и 5 в поясничном отделе.

МПД позволяют позвоночнику быть гибким, не теряя при этом своей прочности. Они также обеспечивают амортизирующий эффект внутри позвоночника и предотвращают трение позвонков друг о друга. МПД состоят из трех основных компонентов: внутреннего, пульпозного ядра, наружного, фиброзного кольца и хрящевых пластин, посредством которых МПД сочленяются с телами позвонков.

Клинически значимая анатомия

Таким образом, МПД состоит из трех отдельных компонентов:

Пульпозное центральное ядро.
Фиброзное периферическое кольцо.
Две концевые пластинки.

Пульпозное ядро

Это гелеобразная структура, которая находится в центре межпозвонкового диска и обеспечивает большую часть силы и гибкости позвоночника. Пульпозное ядро состоит из 66-86% воды, а остальная часть состоит в основном из коллагена II типа (он также может содержать типы VI, IX и XI) и протеогликанов. Протеогликаны включают более крупные аггрекан и версикан, которые связываются с гиалуроновой кислотой, а также несколько небольших протеогликанов, богатых лейцином. Аггрекан в значительной степени отвечает за удержание воды внутри пульпозного ядра. Эта структура также содержит низкую плотность клеток. Будучи разреженными, эти клетки генерируют продукты внеклеточного матрикса (аггрекан, коллаген II типа и т. д.) и поддерживают целостность пульпозного ядра.

Фиброзное кольцо

Состоит из концентрических слоев коллагеновых волокон. Ориентация волокон каждого слоя чередуется и поэтому обеспечивает эффективное сопротивление разнонаправленным движениям. Фиброзное кольцо содержит внутреннюю и внешнюю части. Они отличаются прежде всего составом коллагена. В то время как оба они в основном состоят из коллагена, наружное кольцо содержит в основном коллаген I типа, а внутреннее-преимущественно II типа. Внутреннее кольцо также содержит больше протеогликанов, чем наружное.

Друзья, 3-4 апреля в Москве состоится семинар Георгия Темичева «Диагностика и терапия боли в поясничном отделе». Узнать подробнее…

Примечание:

коллаген I типа: кожа, сухожилия, сосуды, органы, кости (основной компонент органической части кости);
коллаген II типа: хрящ (основной коллагеновый компонент хряща).

Концевая пластина

Верхняя и нижняя хрящевые концевые пластины (каждая толщиной около 0,6-1 мм) покрывают верхнюю и нижнюю поверхности диска. Концевая пластина обеспечивает диффузию и является основным источником питательных веществ для диска. Гиалиновая концевая пластина также является последней частью диска, которая изнашивается вследствие дегенерации диска.

Пластины хряща, которые связывают диск с соответствующими телами позвонков.
Каждая концевая пластина покрывает почти всю поверхность соседнего тела позвонка; только узкий ободок кости, называемый кольцевым апофизом, по периметру тела позвонка остается открытым.
Часть тела позвонка, к которой прилежит хрящевая концевая пластина, называется концевой пластиной позвонка.
Концевая пластина полностью покрывает пульпозное ядро, но она не покрывает периферическую часть фиброзного кольца.
Коллагеновые волокна фиброзного кольца сливаются в концевой пластиной и сливаются с ней, в результате чего все части ядра оказываются заключены в фиброзную капсулу.

Иннервация

Только наружная треть фиброзного кольца имеет сосудистое обеспечение и иннервируется в нормальном (непатологическом) состоянии. При старении и воспалительных процессах стимулируется как рост нервов, так и рост грануляционной ткани. Кроме того, грануляционная ткань секретирует воспалительные цитокины, что еще больше повышает чувствительность к болевым ощущениям.

Васкуляризация и питание

МПД в значительной степени аваскулярен, поскольку не имеет крупных артериальных ветвей, подходящих к нему. Наружные слои фиброзного кольца снабжаются небольшими ответвлениями рядом расположенных артерий. Кровеносные сосуды вблизи соединения диска с телом позвонка, а также те, что находятся в наружном кольце, снабжают пульпозное ядро. Глюкоза, кислород и другие питательные вещества достигают аваскулярных областей путем диффузии. С этим же процессом связана эвакуация продуктов обмена.

Жизненно важные функции

Ограничение движений в позвоночно-двигательных сегментах.
Обеспечение стабильности.
Сопротивление осевой, вращательной, изгибающей нагрузке.
Сохранение анатомических взаимосвязей.
Амортизация позвоночника.
Защита нервных структур, которые проходят внутри позвоночного канала и выходят между тел позвонков.

Биомеханика

Весовая нагрузка

Межпозвонковый диск подвергается различным нагрузкам, включая сжимающие, растягивающие и сдвиговые напряжения. Во время сжимающего усилия внутри пульпозного ядра повышается гидростатическое давление, которое, таким образом, рассеивает силы по направлению к концевым пластинам, а также к фиброзному кольцу. Этот механизм замедляет скорость передачи приложенной нагрузки на соседний позвонок, обеспечивая диску его амортизирующие способности.

Движение

Диск также участвует в движениях между телами смежных позвонков, которые включают в себя:

Осевая компрессия / дистракция.
Флексия / экстензия.
Осевая ротация.
Латерофлексия.

Миграция ядра диска

Асимметричная нагрузка может привести к миграции пульпозного ядра в направлении, противоположном действию силы сжатия. Например, при сгибании поясничного отдела позвоночника пульпозное ядро мигрирует кзади. И наоборот, при разгибании ядро диска выдавливается кпереди. Эта концепция известна как модель динамичного диска. Хотя было показано, что миграция пульпозного ядра проявляет себя предсказуемо при нормальных (бессимптомных) дисках, у людей с симптоматическими и/или дегенеративными МПД может наблюдаться переменная картина миграции.

Физиологические варианты

Толщина дисков обычно увеличивается сверху вниз. Относительно размеров тел позвонков она наиболее высока в шейном и поясничном отделах. Это отражает увеличенный диапазон движения, наблюдающийся в этих регионах.

В шейном и поясничном отделах межпозвонковые диски толще спереди. Это создает вторичное искривление позвоночника – шейный и поясничный лордозы.

Патология

Нейропатическая боль. Грыжа диска. Валентина Юдакова и Константин Синельников

Существует несколько терминов для описания патологий МПД:

Выпячивание диска, т.е. окружность диска выходит за пределы тел позвонков.
Грыжа межпозвонкового диска включает в себя пульпозное ядро. Это состояние неприятно тем, что при нем может сдавливаться соседний спинномозговой нерв. Грыжи МПД поражают нервы, связанные с нижними позвонками (например, грыжа L4/L5 поражает нервный корешок L5). Наиболее распространенным локализацией грыжи диска является уровень L5-S1, что может быть связано с истончением задней продольной связки к ее каудальному концу. Существует три подтипа грыж:
- Протрузия диска характеризуется тем, что ширина основания протрузии больше диаметра материала диска, который является грыжей.
- При экструзии диска фиброзное кольцо повреждается, что позволяет пульпозному ядру выдавливаться за пределы границ диска. В этом случае грыжевой материал образует грибовидный купол, который шире шейки, соединяющей его с телом пульпозного ядра. Грыжа может распространяться выше или ниже уровня диска.
- При секвестрации диска грыжевой материал отрывается от тела пульпозного ядра.
Высыхание диска является обычным явлением при старении. Это вызвано гибелью клеток, которые производят и поддерживают внеклеточный матрикс, включая протеогликаны, такие как аггрекан. Пульпозное ядро сжимается по мере того, как его желеобразная форма заменяется фиброзной тканью, что приводит к уменьшению его функциональности. В результате МПД уплощается, снижается его подвижность, что может привести к воздействию на спинномозговые нервы, и, как следствие, боли и мышечной слабости. Считается, что это происходит из-за распада протеогликанов, что снижает водоудерживающие свойства пульпозного ядра.

Интересные факты

Между С1 и С2 позвонками нет межпозвонкового диска, что является уникальным для позвоночника.
Две основные связки поддерживают МПД:
- Передняя продольная связка – это широкая связка, которая покрывает переднебоковую поверхность позвоночника от большого затылочного отверстия до крестца. Эта связка позволяет позвоночнику избегать гиперэкстензии и предотвращает формирование межпозвонковых грыж, распространяющихся в переднебоковом направлении.
- Задняя продольная связка покрывает заднюю поверхность тел позвонков, внутри позвоночного канала, и служит главным образом для предотвращения образования задних грыж межпозвонковых дисков, и поэтому отвечает за большинство грыж, распространяющихся в заднебоковом направлении.

Источник: Physiopedia – Intervertebral disc.

Источник