Анатомия и функции межпозвонкового диска

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.