椎體終板結(jié)構(gòu)變化在椎間盤退變中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

張華峰(綜述)，李淳德(審校)

(北京大學(xué)第一醫(yī)院骨科，北京 100034)

椎體終板又稱軟骨下骨或骨性終板，位于椎體的上、下兩面，其中央與椎間盤的軟骨終板相接，外周有外層纖維環(huán)附著。與椎體終板毗鄰的椎間盤是人體最大的無血管組織，其營養(yǎng)物質(zhì)主要靠周圍毛細(xì)血管的滲透作用來供應(yīng)。椎體終板通路是其最主要營養(yǎng)通路[1]。椎體終板在增齡及退變過程中的結(jié)構(gòu)變化，如骨折和硬化等，必然影響椎間盤的營養(yǎng)供應(yīng)，而營養(yǎng)供應(yīng)不足是椎間盤退變的重要原因之一[2-3]。研究椎體終板結(jié)構(gòu)、形態(tài)變化，有助于揭示椎間盤營養(yǎng)供應(yīng)障礙的原因，對預(yù)防椎間盤退變有重要的意義。

1 椎體終板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

文獻(xiàn)將椎體終板定義為位于椎間盤頭、尾兩端，由軟骨和骨成分組成的薄層狀結(jié)構(gòu)，即包括軟骨終板和骨性終板[4-6]。下文所出現(xiàn)的椎體終板均指骨性終板。

椎體終板不是簡單的皮質(zhì)骨結(jié)構(gòu)，其中央?yún)^(qū)域較薄，有許多孔洞樣結(jié)構(gòu)，外圍是增厚隆起的環(huán)狀骨突樣結(jié)構(gòu)[7]。不同節(jié)段的椎體終板大小、厚度及形狀存在差異，從頸椎至胸椎，椎體終板逐漸增大、增厚。對人類頸椎標(biāo)本的測量發(fā)現(xiàn)，頸椎終板四周的厚度均大于中心區(qū)域；在同一椎體，上、下終板厚度分布差異顯著，下終板的中心區(qū)域比上終板厚[8-9]。對人胸腰椎終板的研究發(fā)現(xiàn)，下腰椎的終板最厚，下胸椎和腰椎的終板有雙層結(jié)構(gòu)[10]。顯微CT對尸體腰椎標(biāo)本的研究發(fā)現(xiàn)，具有雙層結(jié)構(gòu)的椎體終板，其淺層終板比單層椎體終板的厚度薄50%，具有更多孔洞；另外淺層終板的張力更大，但是由于其深層終板的加固作用，淺層終板雖薄，其受損的風(fēng)險與單層結(jié)構(gòu)的終板相近。經(jīng)過年齡調(diào)整，該研究發(fā)現(xiàn)具有雙層結(jié)構(gòu)的椎體終板處髓核組織的氨基葡聚糖水平較高。因此，認(rèn)為與單層結(jié)構(gòu)的椎體終板相比，雙層結(jié)構(gòu)的終板能夠在生物力學(xué)和營養(yǎng)這兩個功能之間取得更好的平衡，從而為防止椎間盤的退變提供重要的保護(hù)[11]。用顯微CT對腰椎椎體終板進(jìn)行掃描的研究發(fā)現(xiàn)，上位椎體下終板的厚度和骨密度均比下位椎體的上終板高[4]。椎體終板不是一個平面，而是中心凹陷，四周稍隆起的結(jié)構(gòu)。用顯微CT對沙鼠椎體終板的研究發(fā)現(xiàn)，椎體終板不是一致密的骨板，而是存在許多孔道結(jié)構(gòu)，這些孔道結(jié)構(gòu)相互連接，形成特殊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些管道內(nèi)為骨髓樣結(jié)構(gòu)，走行著終末毛細(xì)血管。但是,這些復(fù)雜的孔道結(jié)構(gòu)的具體意義目前尚不明了[12]。用顯微CT對大鼠終板的研究也發(fā)現(xiàn)了同樣的孔道結(jié)構(gòu)，而且這些結(jié)構(gòu)隨著年齡的增長，數(shù)量減少[13]。

2 椎體終板的微血管

在大約1歲以前，從椎體血管發(fā)出的終末毛細(xì)血管可以跨越軟骨終板到達(dá)髓核和內(nèi)層纖維環(huán)，直接為椎間盤提供營養(yǎng)。隨著年齡的增長，軟骨終板椎間變薄，跨越終板的毛細(xì)血管消失，最終形成了在骨性終板和軟骨終板界面處的毛細(xì)血管床，通過擴(kuò)散作用為椎間盤提供營養(yǎng)[14]。用染料填充血管的方法對犬的椎體終板處血液循環(huán)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，椎體中的血管形態(tài)非常復(fù)雜，其終末毛細(xì)血管在椎體終板和軟骨終板界面處形成血管床，是椎間盤營養(yǎng)的主要來源，而靠近髓核的地方，血管床的密度最大[15]。用血管鑄型的方法對兔的椎體終板血管床進(jìn)行掃描電鏡的研究發(fā)現(xiàn)，椎體終板的血管床在髓核處的末端形態(tài)比內(nèi)層纖維環(huán)更膨大，更加復(fù)雜，提示椎體終板中心對應(yīng)髓核的區(qū)域其通透性更大，利于髓核獲得更多的營養(yǎng)物質(zhì)[16]。將含有尼古丁的溶液持續(xù)泵入兔皮下8周后對椎體終板血管床的組織學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，終板處的微血管發(fā)生狹窄，血管周圍發(fā)生鈣化，血管袢的數(shù)量顯著減少，這可能是吸煙導(dǎo)致椎間盤退變的原因之一[17]。在對瑞士白化大鼠的尾椎間盤退變模型進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，鈣離子拮抗劑尼莫地平可以增加椎體終板處血管的數(shù)目和面積百分比，但是與對照組相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義[18]。另有研究發(fā)現(xiàn)，微血管密度在糖尿病小鼠比正常小鼠顯著下降，而且與椎間盤退變程度呈負(fù)相關(guān)[19]。

3 椎體終板在增齡中結(jié)構(gòu)變化

隨著年齡的增長，椎體終板結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生變化，椎間盤也逐步退變。椎體終板是椎間盤最主要的營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)通路，終板結(jié)構(gòu)的變化勢必影響椎間盤的營養(yǎng)供應(yīng)，可能是導(dǎo)致椎間盤退變的重要原因之一。

對沙鼠增齡中的椎間盤退變進(jìn)行影像學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，椎體終板的鈣化是老齡沙鼠椎間盤退變中最常見的終板變化[20-21]。對雄性沙鼠終板的骨密度進(jìn)行定量測定發(fā)現(xiàn)，終板的骨密度與年齡相關(guān)，老齡沙鼠的終板骨密度顯著高于年輕沙鼠。在年輕沙鼠中，L5～7不同椎體的終板骨密度無顯著性差異，老齡沙鼠的從L5～7椎體終板的骨密度逐漸升高。而發(fā)生楔形退變的椎間盤鄰近的終板部位骨密度顯著升高[22]。這些結(jié)果支持終板硬化可能是椎間盤退變原因之一的假說。對椎體終板表面孔洞數(shù)量的研究發(fā)現(xiàn)，直徑在20～50 μm的孔洞的密度與年齡、椎間盤的退變程度和髓核蛋白多糖的水平顯著相關(guān)。因此認(rèn)為，椎體終板表面的孔洞密度和椎間盤退變程度具有顯著的相關(guān)性，支持椎體終板孔洞堵塞使椎間盤營養(yǎng)供應(yīng)受限從而導(dǎo)致椎間盤退變的假說[23]。用顯微CT對沙鼠的椎體終板進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增長和椎間盤的退變，終板表面變的粗糙不平，邊緣不規(guī)則。在影像學(xué)上有顯著退變的椎間盤，其鄰近的終板表面不光滑、周邊不平整和終板增厚的程度均顯著增高，而這些改變在椎間盤的尾側(cè)終板比頭側(cè)終板更嚴(yán)重[12]。關(guān)于沙鼠的另一項研究也發(fā)現(xiàn)老齡沙鼠比年輕沙鼠的終板骨密度顯著增高。纖維環(huán)死亡細(xì)胞的比例與年齡、終板骨密度顯著相關(guān)[24]。通過特殊的設(shè)備對兔的L4～5間盤加壓28 d后可以觀察到椎間盤的高度下降、終板鈣化、椎間盤細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)減少以及微血管管道體積下降。若在28 d后去除加壓或予以撐開，即使軟骨終板部分鈣化，椎間盤的細(xì)胞和形態(tài)的退變也均有恢復(fù)。予以撐開后，微血管管道體積顯著升高，因此認(rèn)為加壓導(dǎo)致軟骨終板退變和骨性終板內(nèi)微血管通道體積下降可能共同作用致椎間盤退變[25]。對136具男性尸體的1148個椎體終板的橫斷面研究發(fā)現(xiàn)，侵蝕、鈣化和Schmorl′s結(jié)節(jié)等終板病理性改變與高齡有相關(guān)性[26]。然而，終板的改變與年齡和椎間盤退變的是否存在相關(guān)性尚有爭議。對150具21～64歲男性尸體L1～5椎體終板的顯微CT研究發(fā)現(xiàn)，椎體終板的厚度和骨密度與年齡無相關(guān)性，椎間盤造影結(jié)果顯示，與退變顯著的椎間盤鄰近的終板厚度更厚，但其骨密度無顯著增高，由此推斷終板骨密度的升高也就是終板的硬化，可能不是男性椎間盤病變的危險因素[4]。對尸體腰椎標(biāo)本的顯微CT研究顯示，隨著椎間盤退變程度的加重，椎體終板的多孔性增加了50%～130%，而骨小梁的厚度下降了20%～50%。研究者同時觀察到，隨著椎體終板的多孔性的增加，髓核的細(xì)胞密度增加了，而蛋白多糖的水平卻下降了。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，研究者認(rèn)為導(dǎo)致椎間盤退變的根本原因不是終板硬化，而是椎體終末毛細(xì)血管的通透性降低，且隨著椎間盤的退變，終板的多孔性日益增加[27]。這些研究結(jié)果不一致的原因可能是研究方法和研究對象有所差異。

4 小 結(jié)

椎體終板和軟骨終板交界處的微血管是椎間盤營養(yǎng)的主要來源，椎體終板的結(jié)構(gòu)改變，軟骨終板的鈣化以及微血管的通透性下降都可導(dǎo)致椎間盤的營養(yǎng)供應(yīng)受阻，從而導(dǎo)致其細(xì)胞活性降低，最終發(fā)生退變。椎間盤退變是一個復(fù)雜的過程，退變過程中受到很多因素的影響，椎體終板的結(jié)構(gòu)變化是其中的一個環(huán)節(jié)，目前對椎體終板結(jié)構(gòu)變化的研究結(jié)果還存在爭議，有必要進(jìn)一步研究來揭示其在增齡中的變化規(guī)律和與椎間盤退變的相關(guān)性。

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