Анализ возрастных морфологических изменений межпозвонкового диска у человека

Размещено на http://allbest.ru

ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГМУ Минздрава России

Анализ возрастных морфологических изменений межпозвонкового диска у человека

Куренков Е.Л., Макарова В.В., Волчихин М.В.

г. Челябинск

Аннотация

Цель. Оценить морфологические особенности грыж межпозвонкового диска у лиц разного возраста.

Материалы и методы. Исследовали морфологические характеристики 35 случаев грыж межпозвонковых дисков, полученных в ходе плановых оперативных вмешательств у лиц с радикулярным синдромом в возрасте от 19 до 70 лет.

Результаты. В 32 случаях оперативное вмешательство проводилось в сегменте 14-Б1. Наиболее часто оперативному вмешательству подвергались лица в возрастных диапазонах 30-39 лет и 50-59 лет. По данным микроскопии грыжа диска являлась волокнистым хрящом без признаков воспалительной реакции. Клеточный состав был представлен в основном изогенными группами хондроцитов. В ряде случаев встречалось сочетание одиночных хондроцитов и изогенных групп. В11 случаях наблюдались скопления фибробластов. Кроме того, на гистопрепарате были видны щелевидные пространства, заполненные эритроцитами. Отсутствовали эндотелиоциты и перициты. Окрашивание по методу Ван Гизона давало цвета в диапазоне от бледно-розового до желтого цвета. При этом признаки склероза присутствовали в большей или меньшей степени во всех возрастных группах.

Заключение. Статистически значимые корреляционные взаимосвязи между возрастом и количеством изогенных групп, одиночных хондроцитов, фибробластов, а также между возрастом и выраженностью склероза по данным проведенного исследования не обнаружены.

Ключевые слова: грыжа межпозвонкового диска, волокнистый хрящ, хондроцит, изогенная группа.

Сведения об авторах:

Куренков Евгений Леонидович, д. м. н., профессор, зав. кафедрой анатомии и оперативной хирургии ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Челябинск.

Макарова Виктория Владиславовна, зав. отделением дневного стационара поликлиники, врач-невролог ФКУЗ «МСЧ МВД России по Челябинской области», г. Челябинск; ассистент кафедры анатомии и оперативной хирургии ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Челябинск.

Волчихин Максим Валерьевич, зав. патологоанатомическим отделением № 3, врач-патологоанатом ГБУЗ «Челябинское областное патологоанатомическое бюро», г. Челябинск.

Abstract

Analysis of age-related morphological changes in human intervertebral disc

Kurenkov E. L., Makarova V. V., Volchihin M. V.

Aim. To estimate morphological features of intervertebral disc hernias in humans of different ages.

Material and methods. It was research morphological characteristics in 35 cases of intervertebral disc hernias that were received during planned surgical interventions in individuals with radicular syndrome aged 19 to 70 years. Results. In 32 cases surgical interventions were performed in L4-S1 segment. Individuals in the age of30-39 years and 50-59 years underwent surgical intervention most often.

According to results of microscopy intervertebral disc hernia is fibrocartilage without signs of inflammation. Cells were represented mainly by isogenic chondrocyte groups. In some cases there was combination of single chondrocytes and isogenic chondrocyte groups. In 11 cases it was seen clusters of fibroblasts. In addition, histological specimens showed slit-like spaces filled with erythrocytes. Endothelial cells and pericytes absented. Van Gieson staining yielded colors ranging from pale pink to yellow. Signs of sclerosis were presented more or less in all age groups.

Conclusion. Statistically significant correlation between age and number of isogenic groups, single chondrocytes, fibroblasts, and also between age and degree of sclerosis was not found according to results of research. Keywords: intervertebral disc hernia, fibrocartilage, chondrocyte, isogenic group.

Актуальность

В течение жизни позвоночный столб испытывает нагрузки относительно фронтальной, горизонтальной и сагиттальной осей, закономерным итогом которых становится развитие дегенеративных изменений его компонентов.

Максимальную нагрузку как по величине, так и по амплитуде несет поясничный отдел позвоночника. Это объясняется его анатомическими особенностями: расположение суставных отростков в сагиттальной плоскости, при этом их верхние суставные поверхности направлены медиально, а нижние-латерально; расположение поперечных отростков во фронтальной плоскости; остистые отростки плоские, короткие с утолщенными концами, расположенные перпендикулярно фронтальной плоскости, массивность тел позвонков по сравнению с вышележащими отделами.

Как следствие, у межпозвонковых дисков поясничного отдела позвоночника больше диаметр и высота, обеспечивающие адекватные амортизирующие характеристики.

С течением времени структуры позвоночного столба, попадающие в область максимальной нагрузки, подвергаются адаптивной структурной перестройке.

В частности, костная ткань позвонков отвечает формированием остеофитов. Также происходит развитие унковертебрального артроза, оссификация продольных связок.

Подвергается изменениям и сам межпозвонковый диск. Относительное снижение его высоты (по результатам рентгенологических исследований) является косвенным признаком развития в нем дегенеративных изменений [2, 4]. Кроме того, по результатам магнитно-резонансной томографии в местах, где наблюдались изменения при рентгенологических исследованиях, обязательно присутствуют грыжи или протрузии.

Широко применяемые методы консервативной терапии, к сожалению, недостаточно эффективны [5, 11]. В связи с этим все большее число пациентов, особенно трудоспособного возраста, склоняются к выбору оперативных вариантов лечения [3, 4, 7]. Тем не менее, и такие радикальные методы решения вопроса не дают ожидаемого эффекта: в большинстве случаев сохраняется болевой синдром и, как следствие, снижение толерантности к динамической и статической нагрузке.

Кроме того, повторные результаты магнитно-резонансной томографии позвоночника часто демонстрируют рецидив грыжи диска. При этом в ряде случаев грыжа межпозвонкового диска имеет больший размер, чем до оперативного вмешательства [6, 8, 9, 10].

Учитывая тот факт, что данная категория лиц старается избегать дополнительных нагрузок на позвоночник, то возникает закономерный вопрос, чем это обусловлено? Поскольку грыжа диска представляет собой пролабирование пульпозного ядра вследствие разрыва фиброзного кольца, с одной стороны, а с другой - межпозвонковый диск является синхондрозом [2], то вызывает сомнение способность хрящевой ткани к пролабированию с учетом ее физических характеристик.

Возникает еще один спорный момент. Среди клиницистов господствует мнение, что выраженность структурных изменений позвоночнодвигательного сегмента в течение жизни неуклонно увеличивается.

На основании этого можно предположить, что в общей популяции к определенному возрастному промежутку практически в 100% случаев должны присутствовать выраженные клинические проявления.

Однако в реальности это далеко не так очевидно. Дебют клинических проявлений не всегда коррелирует с возрастом. У ряда пациентов при первичном обращении диагностируются крупные грыжи диска, которые ранее были бессимптомными. Частота обострений и выраженность симптоматики редко согласуется со степенью дегенеративных изменений позвоночно-двигательного сегмента, в том числе, с размером и локализацией грыжи межпозвонкового диска [12].

Таким образом, остается до конца неясным, что собой представляет понятие «грыжа межпозвонкового диска», с точки зрения нормальной анатомии. Поэтому целесообразно подробно рассмотреть ее морфологические характеристики, что позволит разграничить патологические и естественные возрастные изменения.

Цель. Оценить морфологические особенности грыж межпозвонкового диска у лиц разного возраста.

Материалы и методы

В процессе работы исследовали морфологические характеристику 35 случаев грыж межпозвонковых дисков у лиц с радикулярным синдромом, которые были получены в ходе плановых оперативных вмешательств, проводимых в условиях нейрохирургического отделения ГБУЗ ОКБ № 3. Грыжи дисков встречались в сегментах L2-L3, L3-L4, L4-L5, L5-S1. Удаление проводилось методами эндоскопической дискэктомии, микрохирургической дискэктомии, ляминэктомии. Извлекаемый материал фиксировался в 10% нейтральном забуференном растворе формалина (ООО «ЭргоПродакшн», Россия) в течение 24 часов. Соотношение ткань/формалин составляло 1:30. Возраст пациентов колебался от 19 до 70 лет. Гендерный состав представлен в 21 случае мужчинами в возрасте от 22 до 69 лет и в случаях 14 женщинами) в возрасте от 19 до 70 лет.

Подготовка гистопрепаратов к исследованию осуществлялась на базе ГБУЗ ЧОПАБ. Заливка в парафин (ГИСТОМИКС, ООО «ЭргоПродакшн» (Россия), температура плавления 52-54 °С) проводилась по стандартной методике на заливочной станции М^гот ЕС-350 (М^тт, Германия). Полученный рабочий материал окрашивался гематоксилином-эозином (Гематоксилин Майера - BioVitrum, Россия; Эозин, 1% спиртовый раствор - BioVitrum, Россия) и красителем Ван-Гизона (BioVitrum, Россия) по стандартной методике на автоматическом гистологическом мультистейнере Tissue- Tek DRS 2000 (Sakura Seiki Co. Ltd, Япония).

В каждом случае исследуемый микропрепарат анализировали визуально с помощью оптической системы микроскопа Levenhuk 870Т (США) с использованием объективов с увеличениями х4, х10 и х40. Снимки микропрепарата фиксировали цифровой камерой Toupcam (Китай) с помощью программного пакета ToupLite (Китай), входящего в комплект. Визуальную и количественную оценку осуществляли в программе ImageJ 2.0.0-rc-43/1.50e с применением калибровочного слайда X/Y OPLENIC (Китай) с ценой деления шкалы 0,01 мм. Математическую и статистическую обработку полученных данных выполняли в программе MS Excel 2011 for Mac.

Результаты

В большинстве случаев оперативное вмешательство проводилось в сегменте L4-S1 (32 случая), в двух случаях в сегменте L3-L4 и один случай - L2-L3. Полученные образцы были разделены на 7 возрастных групп:

1-я группа 10-19 лет (1 случай);

2-я группа 20-29 лет (4 случая);

3-я группа 30-39 лет (9 случаев);

4-я группа 40-49 лет (5 случаев);

5-я группа 50-59 лет (12 случаев);

6-я группа 60-69 лет (3 случая);

7-я группа 70-79 лет (1 случай).

Если рассматривать возрастные промежутки, то наиболее часто оперативные вмешательства проводились в возрастном диапазоне 30-39 лет (9 случаев) и 50-59 лет (12 случаев) (рис. 1).

По данным микроскопии грыжа диска представляла собой волокнистый хрящ без признаков воспалительной реакции (рис. 2). Клеточный состав был представлен в основном изогенными группами хондроцитов. Количество изогенных групп колебалось от 0 до 497 и составляло в среднем - 155; количество хондроцитов в изогенной группе - от 2 до 30 (в среднем - 7).

В ряде случаев помимо изогенных групп встречались одиночные хондроциты. Их численность находилась в диапазоне от 0 до 163 (в среднем - 20). При этом в каждом случае, чем больше изогенных групп, тем меньше одиночных хондроцитов, и наоборот. Кроме того, в 11 случаях присутствовали скопления фибробластов. Их количество варьировало от 5 до 1520 (в среднем 464 клетки на всей площади среза). Подобные случаи были представлены во всех возрастных группах. Таким образом, отсутствовала статистически значимая корреляционная взаимосвязь между возрастом и количеством изогенных групп, одиночных хондроцитов, фибробластов (рис. 3).

Рис. 1. Частота поражений поясничных межпозвонковых дисков в зависимости от возраста

Рис. 2 . Грыжа межпозвонкового диска L5-S1 у пациента в возрасте 33 лет (объектив х10, окраска гематоксилин-эозин): волокнистый хрящ без воспалительных изменений

Рис. 3. Число изогенных групп, одиночных хондроцитов, фибробластов на гистологическом срезе в зависимости от возраста

Помимо этого, на гистопрепарате были видны щелевидные пространства, заполненные только эритроцитами. Эндотелиоциты и перициты отсутствовали (рис. 4).

Рис. 4. Грыжа межпозвонкового диска L5-S1 у пациента 33 лет

Окрашивание по методу Ван Гизона давало цвета в диапазоне от бледно-розового до желтого цвета (рис. 5). При этом признаки склероза присутствовали в большей или меньшей степени во всех возрастных группах. Не обнаружено статистически значимой корреляционной взаимосвязи между возрастом и выраженностью склероза (рис. 6).

Рис. 5 . Грыжа межпозвонкового диска L4-L5 у пациентки в возрасте 29 лет (объектив х10, окраска методом Ван Гизона)

Рис. 6. Цветовой диапазон при окрашивании по методу Ван Гизона микропрепаратов грыж межпозвонковых дисков в зависи-мости от возраста

Обсуждение

Полученные результаты свидетельствуют о том, что чаще всего образование грыжи диска в поясничном отделе позвоночника происходило в сегменте 1_4-Б1. Это подтверждается и ранее проведенными клиническими исследованиями. Наиболее значимые структурные изменения межпозвонкового диска наблюдались у лиц трудоспособного возраста, что также согласуется с данными других авторов. Однако, согласно собственным наблюдениям, выявлено два характерных пиковых возрастных промежутка 30-39 лет и 50-59 лет, когда чаще всего проводилось оперативное лечение. И если в первом промежутке это, вероятно, связано с максимальными физическими нагрузками и характером деятельности, то во втором случае не исключалось дополнительное влияние произошедших структурных изменений позвоночно-двигательного сегмента. Снижение в промежутке 40-49 лет, вероятно, обусловлено социальными причинами либо ограниченным количеством наблюдений.

Тот факт, что дегенеративные изменения с возрастом должны усугубляться не вызывает сомнений. Тем не менее, результат окрашивания гистопрепаратов по методике Ван Гизона позволяет утверждать, что степень их выраженности носит сугубо индивидуальный характер даже в пределах одной возрастной группы. Утверждение клиницистами тезиса, что обострение связано с увеличением объема грыжи за счет отека и воспалительной реакции, также не нашло отражения по результатам проведенного гистологического исследования.

Поскольку ни на одном гистопрепарате не выявлено характерных признаков процесса воспаления, маловероятно, что диск подвергается интенсивному разрушению.

Что касается высоты межпозвонкового диска, то в норме в разных отделах позвоночника она отличается. Согласно Попелянскому Я. Ю., в поясничном отделе это 10-12 мм, в шейном - 5-6 мм, в грудном 3-4 мм. С точки зрения нормальной анатомии, все объясняется объемом выполняемых движений, а также величиной статической и динамической нагрузки. В связи с эволюционно приобретенным прямохождением, позвоночный столб человека испытывает наибольшую нагрузку в вертикальной плоскости [2].

Результаты проводимых рентгенологических исследований не позволяют оценить изменение высоты диска в течение всего жизненного цикла, поскольку проводятся, как правило, только при наличии клинических показаний. Нельзя исключить также, что в период формирования опорно-двигательного аппарата конкретного индивидуума создается определённый биомеханический стереотип. Он закладывает характер распределения нагрузки, в том числе, на позвоночно-двигательный сегмент. Кроме того, если провести параллель с законами физики, то чем больше отношение высоты упругого элемента к площади поперечного сечения при прочих равных условиях, тем выше амортизирующие свойства, а, следовательно, устойчивость к воздействию переменной динамической нагрузки.

Однако в результате постоянно действующей статической и динамической нагрузки относительная высота межпозвонкового диска с течением времени должна становиться меньше (упрочнение исходного материала вызывает снижение упругости и появление остаточных деформаций), а с учетом закона сохранения объема площадь поперечного сечения больше [1]. Учитывая сказанное, можно предположить, что в течение жизни под воздействием постоянных нагрузок и возрастных изменений происходит снижение амортизирующих свойств хрящевой ткани. В результате остаточных деформаций снижается высота межпозвонкового диска, а, следовательно, увеличивается его диаметр, что в определенных случаях выглядит как грыжа. Сама грыжа - это в целом ряде случаев результат появления необратимых усталостных разрушений упругого элемента [1]. дегенеративный фибробласт межпозвонковый грыжа

Кроме того, любое, даже малоинвазивное, оперативное вмешательство провоцирует нарушение стабильности позвоночно-двигательного сегмента, что ведет к возрастанию нагрузки на его отдельные компоненты, создавая концентраторы напряжений. Поэтому, вероятно, под воздействием совокупности этих негативных факторов происходит дальнейшее геометрическое разрастание волокнистого хряща, что по результатам инструментальных методов исследования диагностируется как рецидив грыжи.

Заключение

Таким образом, грыжа межпозвонкового диска представляет собой волокнистый хрящ без признаков некроза и воспалительной реакции, но с явлениями склероза, выраженность которых носит индивидуальный характер.

Исходя из всего вышеизложенного, можно также предположить, что формирование грыжи межпозвонкового диска, вероятно, носит компенсационный характер.

Закономерный адаптационный процесс на определенном этапе завершается нарушением упругих свойств и целостности тканей. В большей степени это, возможно, связано с локализацией участка разрастания волокнистого хряща в анатомически ограниченном пространстве, таком как межпозвонковое отверстие или позвоночный канал.

Литература

1. Биргер И. А., Мавлютов Р. Р. Сопротивление материалов: учебное пособие / И. А. Биргер, Р. Р. Мавлютов. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1986. 560 с.

2. ПопелянскийЯ. Ю. Ортопедическая неврология (вертебро- неврология): руководство для врачей. 5-е изд. / Я. Ю. По- пелянский. М.: МЕДпресс-информ. 2011, 672 с.

3. Alvi M. A., Kerezoudis P, Wahood W., Goyal A., et al. Operative Approaches for Lumbar Disc Herniation: A Systematic Review and Multiple Treatment Meta-Analysis of Conventional and Minimally Invasive Surgeries // World Neurosurgery. 2018. Vol. 114. P. 391- 407.e2.

4. Benzakour T., Igoumenou V., Mavrogenis A. F., BenzakourA. Current concepts for lumbar disc herniation // International Orthopaedics. 2019. Vol. 43, № 4. P. 841-851.

5. Colombier P., Clouet J., Hamel O., Lescaudron L., et al. The lumbar intervertebral disc: from embryonic development to degeneration // Joint Bone Spine. 2014. Vol. 81, № 2. P. 125-129.

6. Farber S. H., Han J. L., Elsamadicy A. A., Hussaini Q., et al. Longterm Cost Utility of Spinal Cord Stimulation in Patients with Failed Back Surgery Syndrome // Pain Physician. 2017. Vol. 20, № 6. P. E797-E805.

7. Gugliotta M., da Costa B. R., Dabis E., Theiler R., et al. Surgical versus conservative treatment for lumbar disc herniation: a prospective cohort study // BMJ Open. 2016. Vol. 6, № 12. e012938.

8. Huang W., Han Z., Liu J., Yu L., et al. Risk factors for recurrent lumbar disc herniation. A systematic review and meta-analysis // Medicine (Baltimore). 2016. Vol. 95, № 2. e2378.

9. Kesikburun B., Eksioglu E., Turan A., Adiguzel E. et al. Spontaneous regression of extruded lumbar disc herniation: correlation with clinical outcome // Pakistan Journal of Medical Sciences. 2019. Vol. 35, №4. P. 974-980.

10. Wilson C. A., Roffey D. M., Chow D., Alkherayf F., et al. A systematic review of preoperative predictors for postoperative clinical outcomes following lumbar discectomy // Spine Journal. 2016. Vol. 16, №11. P. 1413-1422.

11. Yamaguchi J. T., Hsu W. K. Intervertebral disc herniation in elite athletes // International Orthopaedics. 2019. Vol. 43, №4. P. 833840.

12. Zehra U., Noel-Barker N., Marshall J., Adams M. A., et al. Associations between intervertebral disc degeneration grading schemes and measures of disc function // Journal of Orthopaedic Research. 2019. Vol. 37, № 9. P. 1946-1955.

Размещено на Allbest.ru