腰椎间盘髓核退变

　　作者：楼才俊　章银灿 作者单位：311800 浙江诸暨市人民医院

　　关键字：腰椎间盘髓核退变

　　腰椎间盘作为一个完整的结构单元，由纤维环、髓核和软骨终板三部分组成，由于生理性及病理性因素的影响，腰椎间盘容易发生退行性变，其中髓核的退变较纤维环和软骨终板更明显，主要表现为水分含量的降低、蛋白多糖浓度的下降和成分的改变，其生物力学特性也随之发生改变，引起一系列相应的临床症状，影像学上也出现相应的表现。如何正确地认识髓核的退变，关系到临床的诊断、治疗以及预后估计。

　　1 髓核退变的病理形态学特点

　　正常髓核位于椎间盘中央偏后，横段面上占椎间盘面积的50%～60%，呈胶冻状，触之有弹性。髓核被纤维环和上下软骨终板固定，儿童时髓核和纤维环界限清楚。随年龄的增加，髓核变得坚硬而发白，蛋白多糖和水分含量减少，胶原增粗，髓核与内层纤维环分界不清。髓核内有脊索细胞和软骨样细胞二种类型，胚胎22周前脊索细胞占优势，26周以后至成人以软骨样细胞为主，随着退变增加，髓核功能性细胞数量明显减少，坏死细胞比例增加，从胎儿的2%到成人的50%以上。Moore等[1]认为髓核退变起始于人生第二个十年，第三个十年后，髓核水化程度明显下降，髓核皱缩，内层纤维环出现裂隙，并伸入髓核，随后髓核出现裂隙甚至碎片。Thompson等[2]将髓核退变病理分为5级：1级：蓝白色胶冻样髓核肿胀，纤维环尚完整;2级：纤维带伸入髓核，纤维环板层间软骨样物质出现;3级：髓核纤维组织增多，纤维环板层间软骨样物质增多;4级：髓核出现与终板平行的水平状裂隙，纤维环局部塌陷;5级：裂隙扩展至整个髓核和纤维环。Hansen等[3]发现狗腰椎间盘髓核退变有两种不同病理类型：一型表现为髓核和内层纤维环进行性胶原化和钙化，常发生椎间盘突出症;另一型表现为髓核缓慢胶原化，至成年时仍保持黏液样外观，常单纯发生椎间盘退变及纤维环肿胀，很少发生椎间盘突出症。Lowell等[4]建立了狗急性椎间盘髓核退变模型，分为六个类型：1型：髓核半透明，灰白色，与纤维环分界清楚;2型：髓核失去半透明外观，变为无色泽，纤维环撕裂，髓核邻近裂隙处皱缩;3型：髓核区变暗，内层纤维环内折，在髓核上形成缺口，椎间高度常有降低;4型：髓核区灰暗，且有明显纤维层与内层纤维环相连，椎间盘常变窄，向后膨出;5型：髓核被混乱的纤维或颗粒组织所代替，灰暗，有不规则腔隙;6型：髓核组织钙化白垩化，与纤维环分界清楚。

　　2 髓核退变的生化改变

　　髓核由细胞及细胞外基质组成，细胞外基质主要为水、蛋白多糖、胶原和非胶原蛋白。蛋白多糖(PG)是由许多共价键连于核心蛋白的糖胺多糖(GAG)所组成的大分子家族。PG有两大亚群，为小分子非聚合PG和大分子聚合PG，有许多GAG链与核心蛋白相连，连接蛋白稳定。GAG成分主要有硫酸软骨素(CS)、硫酸角质素(KS)和透明质酸(HA)等。与关节软骨PG相比，髓核的CS链较短，KS链较长，仅小部分以多聚体形式出现。PG具有固定负电荷密度，对水有较强的亲和力，可维持髓核中的水分含量。PG水化后以凝胶状态填充在胶原纤维的网眼中，其分子体积可压缩至疏松状态的20%，产生一种抗压强度，使髓核具有膨胀性与弹性，维持髓核在压力作用下不被压缩，在承受外力时有吸收震荡作用，是髓核负重载荷的基础。椎间盘细胞有合成PG的能力。髓核是全身最大的无血管组织，其营养物质的吸收和代谢产物的排除主要依靠软骨终板的渗透作用，许多因素可影响髓核的营养代谢，首先是年龄因素，从小儿至成人的生长过程中椎间盘体积增大、外周血管数量进行性减少和软骨终板逐渐钙化，阻止了髓核营养物质的进入和代谢废物的排出，同时乳酸含量也增加，pH值降低，因而影响了髓核细胞的代谢和基质的生物合成。其次，强制性体育活动、制动、振动或脊柱变形等均会引起椎间盘负荷增大，通过间接改变髓核的营养状况而加速退变;吸烟、血管性疾病和糖尿病也可降低髓核的血供而加速退变。髓核的退变，主要表现在PG含量及CS、KS成分的改变[5～7]。

　　3 髓核退变对腰椎生物力学的影响

　　在脊柱的运动节段中，纤维环抵抗张应力，髓核抵抗压应力。正常髓核含有较高的水分和蛋白多糖成分，使其在静态载荷下主要表现出黏性液体功能，可提供高水平的流体静力学载荷支持。髓核在承受载荷时稍变扁平，流体静力压均匀向纤维环各个方向传播，起吸收震荡作用;外力除去后，又恢复到原来高度。髓核出现退变后，CS含量下降，KS/CS增高，水分含量下降，使得髓核的流体静力压降低，组织硬度增加，并造成其在承受载荷时采用更类似于弹性固体的反应方式，直接导致了髓核将压应力均匀转化为纤维环张应力的能力减弱，使得纤维环在承受张应力时受力不均。杜东鹏等[8]发现在载荷状态下，退行性腰椎间盘各结构应力均大于正常模型，矢状面上椎间盘高度下降，横切面上纤维环半径增大。因此，在反复的应力作用下，纤维环某一薄弱处破裂，髓核组织突出。

　　4 MRI评价腰椎间盘退变

　　MRI已逐渐成为腰椎间盘退变最简单最精确的检查手段。正常髓核信号均匀，与纤维环分界清楚，在T2WI上表现为高信号，在T1WI上信号强度比椎体稍低。在椎间盘退变早期，由于纤维环内折，T2WI上即可出现髓核中央水平状低信号区，随着退变进展，T2WI上髓核信号普遍降低。严重者髓核皱缩，间盘内积气，出现“真空征”。髓核退变时，T2WI较T1WI改变更明显。目前MRI评价腰椎间盘髓核退变程度，绝大多数为主观指标。Tertti等[9]将髓核在T2WI上的信号分为正常(白色)、降低(灰色)、缺乏(黑色)三级，依次评价髓核退变程度;Gibson等[10]将T2WI上的信号强度分为强信号、较强信号、中等强度信号、较弱信号和无信号五级，依次评价椎间盘从正常至退变轻至重程度。Thompson等[2]将髓核退变分为五级(1级髓核均质,明亮,与纤维环界限清楚;2级髓核中心出现水平状黑带，与纤维环相连;3级髓核信号降低,灰白区内出现黑点;4级灰色信号区比例减少,黑色区增加;5级椎间盘高度降低，黑色信号区占优势)。Edward等[11]加入了功能因素，分为四级(1级髓核信号正常;2级髓核低信号;3级椎间隙狭窄和髓核低信号;4级软骨终板改变和椎间隙狭窄及髓核低信号)。但以上这些分级均为定性分析。Videman等[12]对髓核退变进行了半定量分析：1级：髓核无退变征象，显示为高强度信号(0分);2级：轻度退变，信号强度轻度降低(1分);3级：中度退变，信号强度中等降低(2分);4级：严重退变，信号缺失(3分)。退变分数为髓核前中后三个部位分数之和，0分无退变，9分最严重。在此基础上,还以相邻脑脊液(CSF)为参考标准，以髓核脑脊液信号强度比值作为校正值来定量分析退变程度，能提供更详细更准确的退变信息，特别是在退变早期。楼才俊等[13]提出了相对信号强度(RSI)四级定量分级法，是目前评价腰椎间盘髓核退变的较好方法。

　　5 退变髓核的再生

　　尽管髓核的生理性退变是不可避免的，但近来有实验显示，退变髓核的再生还是可能的。Takuji等[14]发现周期性机械张力可促进髓核细胞增殖，主要表现在S期细胞合成增加，髓核细胞DNA合成增加。Tadashi等[15]的研究认为3个大气压的流体静压能刺激髓核细胞合成PG和TIMP-1。体外实验也已证实，许多生长因子如转化生长因子β1(TGF-β1)、胰岛素样生长因子-1(IGF-1)、重组人成骨蛋白-1(Rhop-1)等可以促进退变髓核细胞增殖和基质合成[16]。另外，还有动物实验显示，原本间隙狭窄的大鼠经数月机械应力刺激后，椎间盘获得接近正常的高度，这表示适度的机械刺激可改善基质的营养代谢，促进基质生物大分子的合成。这些均为预防和治疗腰椎间盘髓核退变提供了新的思路。

　　【参考文献】

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　　14 Takuji M,Mamoru K,Koichi K,et al.Cyclic mechanical streth stress increases the growth rate and collagen synthesis of nucleus pulposus cells:in vitro.Spine, 1999，24:315～319.

　　15 Tadashi H,Hirokazu I,Hiroshi O,et al.Effects of hydrostatic pressure on matric synthesis and matrix metalloproteinase production in the human lumbar intervertebral disc.Spine,1997，22:1085～1091.

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