椎間盤源性腰痛神經(jīng)傳入通路的實(shí)驗(yàn)研究

李 茂，高春華，龐曉東，楊 洪，李端明，劉春雨，彭寶淦

腰痛是困擾人類常見的疾病之一，70%～90%的人群在一生中的某些時(shí)候會(huì)發(fā)生不同程度的腰痛，在所有到醫(yī)院就診的患者中腰痛占第2 位，僅次于上呼吸道感染［1］，給社會(huì)和家庭帶來巨大的心理負(fù)擔(dān)與經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。關(guān)于腰痛的確切病因尚不明確，1947年有學(xué)者提出腰痛與椎間盤退變有關(guān)，而椎間盤退變是一非常復(fù)雜的生物學(xué)過程，受年齡、環(huán)境、生物力學(xué)、遺傳學(xué)等多種因素的影響［2-5］。目前對(duì)腰腿痛的致病機(jī)理比較明確的是:纖維環(huán)破裂后，由外向內(nèi)組織修復(fù)的過程中，伴隨肉芽組織的長入，產(chǎn)生大量炎性介質(zhì)，這些炎性介質(zhì)刺激髓核內(nèi)部的疼痛感受器使其閾值降低，或通過破裂的椎間盤裂隙漏出，刺激纖維環(huán)外部的神經(jīng)末梢，在輕微壓力下即可導(dǎo)致腰痛［6］。目前，已知的細(xì)胞因子有100 多種，其中白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)是細(xì)胞外IL-1 的主要亞型。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)IL-1β 刺激后脊神經(jīng)背根節(jié)敏感性明顯上升［7-8］。椎間盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一系列變化是形成腰痛的物質(zhì)基礎(chǔ)，研究炎癥反應(yīng)在腰痛發(fā)生、發(fā)展過程中的作用，找到炎癥信號(hào)在痛覺傳導(dǎo)通路中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從而對(duì)炎癥信號(hào)在傳導(dǎo)過程中進(jìn)行干擾，可能是目前治療腰痛最理想的方法［9-12］。神經(jīng)電生理技術(shù)作為神經(jīng)疾病診斷的三大技術(shù)之一［13］，其作用主要是對(duì)神經(jīng)纖維損害的范圍、程度提供可靠的診斷依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)用神經(jīng)電生理學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過椎間盤內(nèi)注入外源性炎性因子IL-1β，分別應(yīng)用選擇性切斷L3及L5交感干的方法，對(duì)不同節(jié)段交感神經(jīng)在大鼠L5/L6椎間盤痛覺傳導(dǎo)通路中的作用進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

本次實(shí)驗(yàn)以20 只成年健康雄性Wistar 大鼠(北京科宇動(dòng)物養(yǎng)殖中心提供)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，體重為240～260 g，隨機(jī)平均分為2組。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 預(yù)實(shí)驗(yàn)

從納入實(shí)驗(yàn)的雄性Wistar 大鼠中隨機(jī)選取1 只在顯微鏡下進(jìn)行腰椎神經(jīng)走行及分布的解剖，為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。在解剖矢狀面上，Wistar 大鼠腰椎有6 個(gè)椎體，其胸椎與腰椎共同形成凸向后的生理弧度;整體來看，大鼠的腰椎結(jié)構(gòu)與人類的腰椎結(jié)構(gòu)很相似，也是由腹側(cè)的椎體和背側(cè)的神經(jīng)弓組成，在直視狀態(tài)下，大鼠神經(jīng)節(jié)比人類神經(jīng)節(jié)更明顯，給予基礎(chǔ)性電刺激，可誘發(fā)出動(dòng)作電位。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)

據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶⒋笫箅S機(jī)分為2組，10 只切斷雙側(cè)L3交感干，10 只切斷雙側(cè)L5交感干，皆為自身對(duì)照，以切斷前作為對(duì)照數(shù)據(jù)。采用腹腔注射0.6%戊巴比妥鈉(60 mg/kg)對(duì)大鼠進(jìn)行麻醉后，氣管插管防止窒息，俯臥位于手術(shù)臺(tái)上，無菌條件下沿腰正中線切開，暴露L1～6腰椎，用咬骨鉗將L1～6腰椎棘突及椎板去除，用神經(jīng)探針鈍性顯露脊神經(jīng)節(jié)，沿脊神經(jīng)向兩側(cè)充分游離，暴露交感鏈，立體定位儀固定后，將L1～5脊神經(jīng)節(jié)靠近中樞端懸掛于雙極鉑金絲記錄電極上，拉起皮瓣，用37℃左右的液體石蠟油充于油槽以防干燥，接地電極均置于皮下，固定于刺激電極和記錄電極之間。刺激參數(shù):采用單個(gè)方波電刺激方式(延遲10 ms，持續(xù)時(shí)間1 ms)，從小到大調(diào)整隔離器的旋鈕，當(dāng)誘發(fā)電位出現(xiàn)并穩(wěn)定后，打開微量注射泵向L5/L6椎間盤后側(cè)注射IL-1β，濃度為0.5 μg/μL，速度為0.5 μL/s。用雙極鉑金絲電極記錄兩側(cè)L1～5脊神經(jīng)節(jié)動(dòng)作電位的幅度和潛伏期，分別選擇性切斷L3及L5交感干后，觀察切斷前后L1～5脊神經(jīng)節(jié)動(dòng)作電位幅度和潛伏期的變化。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

運(yùn)用SPSS 11.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包，分別把相同部位L1～5脊神經(jīng)節(jié)的動(dòng)作電位幅度、潛伏期(兩側(cè)取平均值)，按照雙側(cè)L3交感干切斷組與切斷前自身對(duì)照相比，雙側(cè)L5交感干切斷組與切斷前自身對(duì)照相比，進(jìn)行成組設(shè)計(jì)t 檢驗(yàn)，α 值取0.05。

2 結(jié) 果

2.1 切斷雙側(cè)L3交感干后對(duì)脊神經(jīng)動(dòng)作電位的影響

當(dāng)誘發(fā)電位出現(xiàn)并穩(wěn)定后，打開微量注射泵向L5/L6椎間盤后側(cè)注射IL-1β，濃度為0.5 μg/L，速度為0.5 μL/s，用雙極鉑金絲電極分別記錄L1～5脊神經(jīng)節(jié)動(dòng)作電位的幅度和潛伏期，切斷雙側(cè)L3交感干后發(fā)現(xiàn)L1，2脊神經(jīng)節(jié)動(dòng)作電位的幅度減弱(見表1)，潛伏期延長(見表2)。

2.2 切斷雙側(cè)L5交感干后對(duì)脊神經(jīng)動(dòng)作電位的影響

引出電位并穩(wěn)定后，于L5/L6椎間盤后側(cè)給藥，藥物濃度及速度同上，同樣的方法，用雙極鉑金絲電極分別記錄L1～5脊神經(jīng)節(jié)動(dòng)作電位的幅度和潛伏期，切斷雙側(cè)L5交感干后發(fā)現(xiàn)L1～4脊神經(jīng)動(dòng)作電位的幅度減弱(見表3)，潛伏期延長(見表4)。

2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

雙側(cè)L3交感干切斷后與切斷前相比，相同部位L1，2脊神經(jīng)節(jié)的動(dòng)作電位幅度、潛伏期，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。雙側(cè)L5交感干切斷后與切斷前相比，相同部位L1～4脊神經(jīng)節(jié)的動(dòng)作電位幅度、潛伏期，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

表1 L1～5脊神經(jīng)節(jié)動(dòng)作電位幅度Tab.1 Action potential amplitudes of L1-5nerve roots

表2 L1～5脊神經(jīng)節(jié)動(dòng)作電位潛伏期Tab.2 Latent period of active potential of L1-5spinal ganglion

表3 L1～5脊神經(jīng)節(jié)動(dòng)作電位幅度Tab.3 Action potential amplitudes of L1-5spinal ganglion

表4 L1～5脊神經(jīng)節(jié)動(dòng)作電位潛伏期Tab.4 Latent period of active potential of L1-5spinal ganglion

3 討 論

目前由椎間盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變所引起的腰痛越來越受到學(xué)者們重視。其病理機(jī)制比較明確的是正常椎間盤纖維環(huán)外層分布有大量纖細(xì)的神經(jīng)纖維，直徑1～3 μm，纖維環(huán)破裂后，在椎間盤由外向內(nèi)損傷修復(fù)的過程中，神經(jīng)纖維可隨著肉芽組織長入到椎間盤深層，并出現(xiàn)炎癥反應(yīng)，產(chǎn)生多種細(xì)胞因子和炎癥介質(zhì)，如IL、NO、P 物質(zhì)等，這些炎性細(xì)胞因子刺激髓核內(nèi)部的疼痛感受器使其閾值降低，或通過破裂的椎間盤裂隙漏出，刺激纖維環(huán)外部的神經(jīng)末梢，輕微的壓力下就可引發(fā)腰痛［6］。Takebayashi 等［14］用實(shí)驗(yàn)的方法切斷大鼠L2脊神經(jīng)前、后支，僅保留通過交通支和椎旁交感干相聯(lián)系的L2脊神經(jīng)，給予機(jī)械刺激很難誘發(fā)出動(dòng)作電位，但向L5/L6椎間盤內(nèi)注射角叉藻聚糖后，輕微的機(jī)械刺激就可誘發(fā)L2脊神經(jīng)動(dòng)作電位，這說明正常椎間盤的疼痛感受器具有較高的閾值，機(jī)械刺激不易誘發(fā)疼痛，而炎癥介質(zhì)使神經(jīng)興奮性升高，疼痛感受器閾值降低，從而對(duì)機(jī)械刺激更加敏感。目前IL-1β、NO、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)是椎間盤退變中研究較多的細(xì)胞因子。其中IL-1β 是一種強(qiáng)力的致痛性細(xì)胞因子，為細(xì)胞外IL-1 的主要亞型，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)IL-1β 刺激后的脊神經(jīng)背根節(jié)其敏感性明顯上升，這可能與椎間盤退變所導(dǎo)致的腰痛、坐骨神經(jīng)痛有關(guān)［7］。

自1850年Luschka 報(bào)告竇椎神經(jīng)后，學(xué)者們一致認(rèn)為病變椎間盤的痛覺信息由竇椎神經(jīng)傳遞至相應(yīng)背根神經(jīng)節(jié)。Imai 等［15］用免疫學(xué)方法研究指出，腰椎椎間盤后方相鄰節(jié)段的竇椎神經(jīng)在后縱韌帶和纖維環(huán)外層交織成網(wǎng)狀，形成多節(jié)段神經(jīng)分布。Nakamura 等［16］用乙酰膽堿酯酶組織化學(xué)方法檢測(cè)椎間盤后方的神經(jīng)分布情況，結(jié)果顯示雙側(cè)單節(jié)段或單側(cè)多節(jié)段交感干切除的大鼠，椎間盤后方的神經(jīng)分布略有減少，只有雙側(cè)多節(jié)段切斷交感神經(jīng)的大鼠，后方的神經(jīng)分布才接近消失，這表明交感神經(jīng)與椎間盤后方的神經(jīng)呈雙側(cè)、多節(jié)段聯(lián)系。椎間盤源性腰痛常伴有腹股溝區(qū)疼痛，而腹股溝區(qū)皮膚由L2脊神經(jīng)發(fā)出的生殖股神經(jīng)支配，這不能用神經(jīng)根的節(jié)段性支配來解釋。Nakamura 等［17］對(duì)32例椎間盤源性下腰痛患者進(jìn)行L2脊神經(jīng)根藥物封閉治療后，除9例下肢有放射痛患者外，其余患者腰痛癥狀明顯減輕或消失，研究推測(cè)，L2神經(jīng)根可能是椎間盤源性下腰痛神經(jīng)傳導(dǎo)通路的主要傳入神經(jīng)。大鼠L5/L6椎間盤的神經(jīng)纖維由高位L2神經(jīng)元支配。Morinaga 等［18］將辣根過氧化物酶置于大鼠L5/L6椎間盤前方，3 d 后檢查示蹤劑在背根節(jié)神經(jīng)元中的分布后發(fā)現(xiàn)，僅L1，2的脊神經(jīng)節(jié)內(nèi)出現(xiàn)示蹤劑，而其他的神經(jīng)節(jié)中沒有出現(xiàn)，這說明L5/L6椎間盤前側(cè)的神經(jīng)纖維由高位神經(jīng)元支配。Suseki 等［19］研究發(fā)現(xiàn)，腰椎椎間盤周圍存在交感神經(jīng)節(jié)后纖維和感覺纖維多種分布，但椎間盤后方的感覺纖維由竇椎神經(jīng)進(jìn)入交通支，而不進(jìn)入同節(jié)段的脊神經(jīng)。因此，L2交通支和L5交通支在L5/L6椎間盤痛覺傳導(dǎo)通路中的作用不一樣。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，交感神經(jīng)在椎間盤源性痛覺傳導(dǎo)通路中存在不同的支配方式。Ohtori等［20］應(yīng)用熒光金逆行示蹤發(fā)現(xiàn)大鼠L5/L6椎間盤后方存在2 種神經(jīng)支配形式:①椎間盤后方及后縱韌帶的痛覺信息由竇椎神經(jīng)傳遞至L3～6脊神經(jīng)節(jié)，呈節(jié)段性支配模式;②痛覺信息由L5/L6交感神經(jīng)交通支傳遞至交感干繼而上行通過L1或L2交感神經(jīng)交通支傳遞至T13～L2脊神經(jīng)節(jié)，呈多節(jié)段支配模式。

本實(shí)驗(yàn)用神經(jīng)電生理學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過椎間盤內(nèi)注入外源性炎性因子IL-1β，分別應(yīng)用選擇性切斷L3及L5交感干的方法，監(jiān)測(cè)切斷前后L1～5脊神經(jīng)節(jié)動(dòng)作電位的幅度和潛伏期。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雙側(cè)L3交感干切斷后與切斷前相比，切斷后相同部位L1，2脊神經(jīng)節(jié)的動(dòng)作電位幅度減弱、潛伏期延長，而L3～5脊神經(jīng)節(jié)動(dòng)作電位的幅度和潛伏期無明顯變化。這說明大鼠L5/L6椎間盤至下腰椎脊神經(jīng)節(jié)的傳導(dǎo)通路與L3交感干無關(guān)，而至上腰椎脊神經(jīng)節(jié)的傳導(dǎo)通路與L3交感干有關(guān)。雙側(cè)L5交感干切斷后與切斷前相比，切斷后相同部位L1～4脊神經(jīng)節(jié)的動(dòng)作電位幅度減弱、潛伏期延長，而并未完全消失，結(jié)果說明交感神經(jīng)只是腰椎椎間盤神經(jīng)傳導(dǎo)通路中的一部分，可能還存在其他的神經(jīng)傳導(dǎo)通路。無論雙側(cè)L3交感干切斷后與切斷前相比，還是雙側(cè)L5交感干切斷后與切斷前，都存在L1，2脊神經(jīng)節(jié)動(dòng)作電位的幅度減弱、潛伏期延長。這說明L3～5交感干是L5/L6椎間盤痛覺信息至L1，2脊神經(jīng)節(jié)的主要傳導(dǎo)通路。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，L1，2脊神經(jīng)節(jié)內(nèi)部分神經(jīng)細(xì)胞不僅參與同節(jié)段腰神經(jīng)后支的組成，而且參與了腰椎旁交感干的組成纖維，且可傳遞痛覺信息，故可解釋為什么下位腰椎椎間盤病變能影響上位腰神經(jīng)后支支配區(qū)域疼痛的原因。結(jié)合許多研究資料和本實(shí)驗(yàn)得出，椎間盤源性腰痛可以說是一種下腰椎椎間盤病變影響上位腰神經(jīng)支配區(qū)域的放射性疼痛。具體地說，病變椎間盤產(chǎn)生的痛覺信號(hào)由椎旁的交感神經(jīng)傳至L1～3脊神經(jīng)節(jié)，之后沿感覺神經(jīng)末梢傳向中樞系統(tǒng)，產(chǎn)生相關(guān)區(qū)域疼痛。這可以解釋為什么對(duì)椎間盤源性下腰痛患者進(jìn)行亞甲藍(lán)等神經(jīng)失活劑治療后，疼痛會(huì)明顯消失或緩解。詳細(xì)研究椎間盤源性腰痛的神經(jīng)傳導(dǎo)通路，從而對(duì)其中的某個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行干預(yù)對(duì)治療下腰痛有重要意義。

本研究結(jié)果表明:交感干在腰椎椎間盤痛覺傳導(dǎo)通路中起重要的作用。L3交感干和L5交感干在L5/L6椎間盤痛覺傳導(dǎo)通路中的作用不同。L5交感干在L5/L6椎間盤至L1，2脊神經(jīng)節(jié)的痛覺傳導(dǎo)通路中起重要作用。L5/L6椎間盤后側(cè)至上腰椎的傳導(dǎo)通路與L3交感干有關(guān)，而至下腰椎的痛覺傳導(dǎo)通路與L3交感干無關(guān)。

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