Контрольная работа по физкультуре

3. Межпозвонковый диск – норма и патология

Межпозвонковые диски  являются основным элементом, связывающим  позвоночный столб в единое целое, и составляют 1/3 его высоты. Основной функцией межпозвонковых дисков является механическая (опорная и амортизирующая). Они обеспечивают гибкость позвоночного столба при различных движениях (наклоны, вращения). В поясничном отделе позвоночника диаметр дисков в среднем составляет 4 см, а высота – 7–10 мм. Межпозвонковый диск имеет сложное строение. В центральной его части находится пульпозное ядро, которое окружено хрящевым (фиброзным) кольцом. Выше и ниже пульпозного ядра располагаются замыкательные (концевые) пластинки.

Пульпозное ядро содержит хорошо гидратированные коллагеновые (расположены беспорядочно) и эластические (расположены радиально) волокна. На границе между пульпозным ядром и фиброзным кольцом (которое четко определяется до 10 лет жизни) с достаточно низкой плотностью расположены клетки, напоминающие хондроциты.

Фиброзное кольцо состоит  из 20–25 колец или пластин, между  которыми расположены волокна коллагена, которые направлены параллельно  пластинкам и под углом 60° к  вертикальной оси. Радиально по отношению  к кольцам расположены эластические волокна, которые восстанавливают  форму диска после совершившегося движения. Клетки фиброзного кольца, расположенные  ближе к центру, имеют овальную форму, тогда как на его периферии  они удлиняются и располагаются  параллельно коллагеновым волокнам, напоминая фибробласты. В отличие  от суставного хряща, клетки диска (как  пульпозного ядра, так и фиброзного кольца), имеют длинные, тонкие цитоплазматические выросты, которые достигают 30 мкм и больше. Функция этих выростов остается неизвестной, однако предполагают, что они способны к восприятию механического напряжения в тканях.

Замыкательные (концевые) пластинки  представляют собой тонкий (меньше 1 мм) слой гиалинового хряща, расположенного между телом позвонка и межпозвонковым диском. Содержащиеся в нем коллагеновые волокна расположены горизонтально.

Межпозвонковый диск здорового  человека содержит кровеносные сосуды и нервы лишь во внешних пластинках фиброзного кольца. Замыкательная пластинка, как и любой гиалиновый хрящ, не имеет сосудов и нервов. В основном нервы идут в сопровождении сосудов, однако могут идти и независимо от них (ветви синувертебрального нерва, передней и серой коммуникантных ветвей). Синувертебральный нерв представляет собой возвратную менингиальную ветвь спинального нерва. Этот нерв выходит из спинального ганглия и проникает в межпозвонковое отверстие, где делится на восходящую и нисходящую ветви.

Как было показано на животных, чувствительные волокна синувертебрального нерва образованы волокнами как переднего, так и заднего корешков. Необходимо отметить, что передняя продольная связка иннервируется ветвями спинального ганглия. Задняя продольная связка ноцицептивную иннервацию получает от восходящих ветвей синувертебрального нерва, который также иннервирует наружные пластинки фиброзного кольца.

С возрастом происходит постепенное  стирание границы между фиброзным  кольцом и пульпозным ядром, которое становится все более и более фиброзированным. Со временем диск морфологически становится менее структурированным – изменяются кольцевые пластинки фиброзного кольца (сливаются, раздваиваются), коллагеновые и эластические волокна располагаются все более хаотично. Часто образуются трещины, особенно в пульпозном ядре. Процессы дегенерации наблюдаются и в кровеносных сосудах и нервах диска. Происходит фрагментарная клеточная пролиферация (особенно в пульпозном ядре). Со временем наблюдается гибель клеток межпозвонкового диска. Так, у взрослого человека количество клеточных элементов уменьшается почти в 2 раза. Нужно отметить, что дегенеративные изменения межпозвонкового диска (гибель клеток, фрагментарная клеточная пролиферация, фрагментирование пульпозного ядра, изменения фиброзного кольца), выраженность которых определяется возрастом человека, достаточно сложно дифференцировать с теми изменениями, которые бы трактовались как «патологические».

Механические свойства (и  соответственно функция) межпозвонкового  диска обеспечиваются межклеточной матрицей, основными компонентами которой  являются коллаген и аггрекан (протеогликан). Коллагеновая сеть образована коллагеновыми волокнами I и II типа, которые составляют примерно 70% и 20% сухого веса всего диска соответственно. Коллагеновые волокна обеспечивают прочность диска и фиксируют его к телам позвонков. Аггрекан (основной протеогликан диска), состоящий из хондроитина и кератансульфата, обеспечивает диск гидратацией. Так, вес протеогликанов и воды в фиброзном кольце составляет 5 и 70%, а в пульпозном ядре – 15 и 80% соответственно. В межклеточной матрице постоянно происходят синтетические и литические (протеиназы) процессы. Тем не менее, она является структурой гистологически постоянной, что обеспечивает механическую прочность межпозвонкового диска. Несмотря на морфологическую схожесть с суставным хрящом, межпозвонковый диск имеет ряд отличий. Так, в протеингликанах (аггрекан) диска отмечается более высокое содержание кератансульфата. Кроме того, у одного и того же человека аггреканы диска имеют меньшие размеры и более выраженные дегенеративные изменения, чем аггреканы суставного хряща.

Рассмотрим более подробно строение пульпозного ядра и фиброзного кольца - основных составляющих межпозвонкового диска.

4. Норма межпозвонкового диска

Пульпозное ядро. По данным морфологического и биохимического анализа, включая микроскопические и ультрамикроскопические исследования, пульпозное ядро межпозвонковых дисков человека относится к разновидности хрящевой ткани (В.Т. Подорожная, 1988; М.Н. Павлова, Г.А. Семенова, 1989; А.М. Зайдман, 1990). Характеристики основного вещества пульпозного ядра соответствуют физическим константам геля, содержащего 83-85% воды. Исследованиями ряда ученых было определено снижение содержания водной фракции геля с возрастом. Так, у новорожденных в пульпозном ядре содержится до 90% воды, у ребенка 11 лет - 86%, у взрослого - 80%, у людей старше 70 лет - 60% воды (W. Wasilev, W. Kuhnel, 1992; R. Putz, 1993). В состав геля входят протеогликаны, которые, наряду с водой и коллагеном, являются немногочисленными компонентами пульпозного ядра. Гликозаминогликанами в составе протеогликановых комплексов являются хондроитинсульфаты и, в меньшем количестве, кератансульфат. Функцией хондроитинсульфатсодержащего региона протеогликановой макромолекулы является создание давления, связанного с пространственной структурой макромолекулы. Высокое имбибиционное давление в межпозвонковом диске удерживает большое количество молекул воды. Гидрофильность протеогликановых молекул обеспечивает их пространственное разделение и разобщенность коллагеновых фибрилл. Сопротивление пульпозного ядра компрессии определяется гидрофильными свойствами протеогликанов и прямо пропорционально количеству связанной воды. Силы компрессии, воздействуя на пульпозное вещество, повышают в нем внутреннее давление. Вода, будучи несжимаемой, оказывает сопротивление компрессии. Кератансульфатный регион способен взаимодействовать с коллагеновыми фибриллами и их гликопротеиновыми чехлами с формированием поперечных связей. Это усиливает пространственную стабилизацию протеогликанов и обеспечивает распределение в ткани отрицательно заряженных концевых групп гликозаминогликанов, что необходимо для транспорта метаболитов в пульпозное ядро. Пульпозное ядро, окруженное фиброзным кольцом, занимает до 40% площади межпозвонковых дисков. Именно на него распределяется большая часть преобразованных в пульпозном ядре усилий.

Фиброзное кольцо образовано фиброзными пластинками, которые расположены  концентрически вокруг пульпозного ядра и разделены тонким слоем матрикса или прослойками рыхлой соединительной ткани. Число пластинок варьирует от 10 до 24 (W.С. Horton, 1958). В передней части фиброзного кольца количество пластинок достигает 22-24, а в задней уменьшается до 8-10 (А.А. Бурухин, 1983; К.L. Markolf, 1974). Пластинки передних отделов фиброзного кольца расположены почти вертикально, а задние имеют вид дуги, выпуклость которой направлена кзади. Толщина передних пластинок достигает 600 мкм, задних - 40 мкм (Н.Н. Сак, 1991). Пластинки состоят из пучков плотно упакованных коллагеновых волокон разной толщины от 70 нм и более (Т.И. Погожева, 1985). Их расположение упорядочено и строго ориентировано. Пучки коллагеновых волокон в пластинках ориентированы относительно продольной оси позвоночника биаксиально под углом 120° (A. Peacock, 1952). Коллагеновые волокна наружных пластинок фиброзного кольца вплетаются в глубокие волокна наружной продольной связки позвоночника. Волокна наружных пластинок фиброзного кольца крепятся к телам смежных позвонков в области краевой каемки - лимбуса, а также внедряются в костную ткань в виде Шарпеевских волокон и плотно срастаются с костью. Фибриллы внутренних пластинок фиброзного кольца вплетаются в волокна гиалинового хряща, отделяя ткань межпозвонкового диска от спонгиозной кости тел позвонков. Так формируется «закрытая упаковка», которая замыкает пульпозное ядро в непрерывный волокнистый каркас между фиброзным кольцом по периферии и связанными сверху и снизу единой системой волокон гиалиновыми пластинками. В пластинках наружных слоев фиброзного кольца выявлены чередующиеся различно ориентированные волокна, имеющие разную плотность: рыхло упакованные чередуются с плотно упакованными. В плотных слоях волокна расщепляются и переходят в рыхло упакованные слои, таким образом создается единая система волокон. Рыхлые прослойки заполнены тканевой жидкостью и, являясь упругой амортизирующей тканью между плотными слоями, обеспечивают упругость фиброзного кольца. Рыхловолокнистая часть фиброзного кольца представлена тонкими неориентированными коллагеновыми и эластическими волокнами и основным веществом, состоящим преимущественно из хондроитин-4-6-сульфата и гиалуроновой кислоты.

Высота дисков и позвоночника в течение суток непостоянна. После ночного отдыха высота их увеличивается, а к концу дня - уменьшается. Суточное колебание длины позвоночника достигает 2 см. Деформация межпозвоночных дисков различна при сжатии и растяжении. Если при сжатии диски уплощаются на 1-2 мм, то при растяжении высота их увеличивается на 3-5 мм.

В норме существует физиологическое  выпячивание диска, которое заключается в том, что наружный край фиброзного кольца под действием осевой нагрузки выступает за линию, соединяющую края соседних позвонков. Это выпячивание заднего края диска в сторону позвоночного канала хорошо определяется на миелограммах, выстояние, как правило, не превышает 3 мм. Физиологическое выпячивание диска усиливается при разгибании позвоночника, исчезает или уменьшается – при сгибании.

Патологическая протрузия межпозвонкового диска отличается от физиологической тем, что распространенное или локальное выпячивание фиброзного кольца приводит к сужению позвоночного канала и не уменьшается при движениях позвоночника.

Перейдем к рассмотрению патологии межпозвонкового диска.

5. Патология межпозвонкового диска

Основным элементом дегенерации  межпозвонкового диска является уменьшение количества протеингликанов. Происходит фрагментация аггреканов, потеря глюкозаминогликанов, что приводит к падению осмотического давления и, как следствие, дегидратации диска. Однако даже в дегенерированных дисках клетки сохраняют способность к продуцированию нормальных аггреканов.

По сравнению с протеингликанами коллагеновый состав диска изменяется в меньшей степени. Так, абсолютное количество коллагена в диске, как правило, не меняется. Однако возможно перераспределение различных типов коллагеновых волокон. Кроме того, происходит процесс денатурации коллагена. Однако, по аналогии с протеингликанами, дисковые клеточные элементы сохраняют способность к синтезу здорового коллагена даже в дегенерированном межпозвонковом диске.

Потеря протеингликанов и дегидратация диска приводят к снижению их амортизационной и опорной функций. Межпозвонковые диски уменьшаются по высоте, постепенно начинают пролабировать в позвоночный канал. Таким образом, неправильное перераспределение осевой нагрузки на замыкательные пластинки и фиброзное кольцо может провоцировать дискогенные боли. Дегенеративно–дистрофические изменения не ограничиваются только межпозвонковым диском, поскольку изменение его высоты приводит к патологическим процессам в соседних образованиях. Так, снижение опорной функции диска приводит к перегрузкам в фасеточных суставах, что способствует развитию остеоартроза и уменьшению натяжения желтых связок, что приводит к снижению их эластичности, гофрированию. Пролабирование диска, артроз фасеточных суставов и утолщение (гофрирование) желтых связок приводит к стенозу позвоночного канала.

В настоящее время доказано, что компрессия корешка межпозвонковой грыжей не является единственной причиной радикулярных болей, поскольку около 70% людей не испытывают болей при сдавлении корешков грыжевым выпячиванием. Полагают, что в некоторых случаях при контакте грыжи диска и корешка происходит сенситизация последнего вследствие асептического (аутоиммунного) воспаления, источником которого являются клетки пораженного диска.

Одной из основных причин дегенерации  межпозвонкового диска является нарушение адекватного питания  его клеточных элементов. In vitro было показано, что клетки межпозвонкового диска достаточно чувствительны к дефициту кислорода, глюкозы и изменению pH. Нарушение функции клеток приводит к изменению состава межклеточной матрицы, что запускает и/или ускоряет дегенеративные процессы в диске. Питание клеток межпозвонкового диска происходит опосредовано, поскольку кровеносные сосуды располагаются от них на удалении до 8 мм (капилляры тел позвонков и наружных пластинок фиброзного кольца).

Нарушение питания диска  может быть связано со многими  причинами: различными анемиями, атеросклерозом. Кроме того, метаболические нарушения  наблюдаются при перегрузках  и недостаточных нагрузках на межпозвонковый диск. Полагают, что  в этих случаях происходит перестройка  капилляров тел позвонков и/или уплотнение замыкательных пластинок, что затрудняет диффузию питательных веществ. Однако необходимо отметить, что дегенеративный процесс связан только с неправильным выполнением движений при физических нагрузках, тогда как правильное их выполнение увеличивает внутридисковое содержание протеингликанов.

Выделяют несколько стадий дегенеративно–дистрофических изменений  межпозвонкового диска:

• стадия 0 - диск не изменен;
• стадия 1 - небольшие разрывы внутренних 1/3 кольцевых пластин фиброзного кольца;
• стадия 2 - происходит значительное разрушение диска, однако сохраняются наружные кольца фиброзного кольца, которые предотвращают грыжеобразование; компрессии корешков нет; на этом этапе помимо болей в спине может наблюдаться ее иррадиация в ноги до уровня коленного сустава;
• стадия 3 - наблюдаются трещины и разрывы по всему радиусу фиброзного кольца; диск пролабирует, вызывая разрывы задней продольной связки.

В настоящее время эта  классификация несколько изменена, поскольку она не предусматривала  компрессионных синдромов.

Попытки создания настоящей  классификации, основой для которой  являлись данные компьютерной томографии, предпринимались с 1990 года и завершились  в 1996 году (Schellhas):