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1、椎间盘源性下腰痛的发病机制及诊断和治疗,1,椎间盘疾病是下腰痛的主要根源,常见病变有: 椎间盘突出 椎间盘破裂、椎间盘吸收 椎间盘退变、失稳 椎管狭窄,2,椎间盘突出症和椎管狭窄的诊断和治疗已 被广泛研究，因此长期以来椎间盘突出被 看作是椎间盘疾病导致疼痛的先决条件。,3,近年来，许多学者对间盘退变或损伤前后的神经解剖、生物化学、生物力学进行了深入研究，人们逐渐认识到在没有间盘突出的情况下，发生于间盘内部的病变也能引起下腰痛称之为椎间盘源性下腰痛。,4,椎间盘结构损伤的病理变化,纤维环内裂和或炎性反应(椎间盘炎),这些病理变化称为椎间盘内紊乱(IDD),分为原发性或继发性,大约40的慢性下腰痛
2、病人存在IDD 。,5,一、椎间盘退变的病因 及发病机制,6,下腰痛是影响人类健康的一种常见病,而椎间盘的退行性改变及其继发的病理改变是引起下腰痛的最常见原因。,7,了解椎间盘的退行性改变对正确了解下腰痛至关重要，为此国内外学者对椎间盘退变的病因及发病机制进行了广泛的探讨。,8,椎间盘退行性改变的病因,9,1.年龄与椎间盘退行性改变的关系,所有的椎间盘随着年龄的增长会出现组织衰老的改变 但不是所有的椎间盘会发生退变,10,组织的衰老是随着年龄增长出现改变的积累，椎间盘衰老通常仅表现为形态解剖学的变化。,11,而椎间盘的退变是随着细胞和组织大分子物质退行性的病理改变而出现的整个或部分椎间盘组织物
3、理和化学特性的进行性变化。,12,过去人们基于对人类和动物实验观察认为椎间盘退变的高危因素主要与年龄有关 而现在认为退变引起既不依赖于年龄、又不完全依赖于环境因素的较为严重的病理变化 ，最终表现为功能的破坏和受限，引起一系列临床症状。,13,通过对人流行病学的研究发现:,从青春期到中年后期，椎间盘退变的发生率与年龄之间呈直线关系。,14,老年退行性变化几乎到达“饱和”状态，特别是症状性椎间盘退变的发生率与年龄的关系呈现一个倒 “U”形分布，即症状性椎间盘退变的高发生率在中年。 不同脊柱节段症状性椎间盘退变发生率不同。,15,Kirkaldy等通过临床观察和解剖分析提出了脊柱退变理论，他们把脊柱
4、的退变过程分为三个阶段：,第一阶段为功能障碍期，发生在1545岁之间，特点是椎间盘纤维环的周缘性和放射状撕裂以及小关节的局限性滑膜炎。,16,第二阶段为不稳定期，发生在3560岁的病人，特点为椎间盘内部撕裂、进行性吸收、小关节退变并伴有关节囊松弛、半脱位和关节面的破坏。,17,第三阶段为稳定期，发生在60岁以上的病人，特点为椎间盘周围和小关节内骨赘的进行性增生，从而导致节段性僵硬或明显的强直。,18,Barrie 等认为椎间盘退变的启动与年龄无 直接的关系,更可能是时间依赖性的,即无论 在任何年龄阶段,在外界多种因素的综合作 用下,当刺激达到引起椎间盘退变的“阈值” 时, 即可引起不可逆的椎间
5、盘退变过程。,19,2.遗传因素与椎间盘退变的关系,遗传因素在椎间盘退变的发病中具有很重要的作用，有学者观察到某些狗的物种很早即可自发地发生椎间盘退变和突出，而其他物种椎间盘退变出现很晚。,20,研究发现人类双胞胎中脊柱僵硬和退变的发生部位及病变程度有很大的相似性，显示这些相似性是由遗传因素所决定的。,21,应用MRI 技术对20对双胞胎椎间盘的变化进行观察发现，在信号强度、椎间盘狭窄程度、椎间盘突出以及终板的变化方面腰椎间盘退变在20对双胞胎之间表现出高度的一致性，这种高度的一致性难以单纯用年龄因素来解释。,22,遗传因素在椎间盘退变中究竟会发挥多大的作用以及作用的确切机制目前仍不清楚，但一
6、点可以确定即椎间盘退变在病因学上很少是由单纯的遗传因素或环境因素引起的，而是受到遗传因素影响的脊柱的结构和形状最终影响了脊柱的生物力学特性，使得椎间盘更易于受到环境因素的作用。,23,椎间盘的结构和生物化学成分的合成和降解也受到遗传因素的影响，在一定程度上加速了椎间盘的退变。 胚胎发育期间一些影响椎间盘发育的基因缺陷可产生较正常相对大或小的椎间盘，这些椎间盘的功能可能是正常的，但在一些不利的环境条件下更易发生椎间盘的退变。,24,3.营养因素与椎间盘退变的关系,营养不足被认为是造成椎间盘退变的基本因素，其他因素对椎间盘退变的影响最终通过营养的缺乏而实现。 大约1820岁人类椎间盘的血管开始逐渐
7、消失，此时可能出现椎间盘退变的征象。,25,Kauppila 等研究发现腰动脉狭窄与下腰痛和椎间盘变性有关,表明退变与营养因素有固定关系。 营养与椎间盘退变的关系在动物模型中得以证实，经椎体途径破坏终板后可观察到与人类椎间盘退变相似的变化。,26,在双下肢动物的实验研究中发现直立的姿势诱发了动物椎间盘髓核的严重变性,变性的原因是由于在椎间盘和椎体之间钙化层的增厚，影响了终板正常营养转运的路线，最终导致椎间盘发生了退行性的改变 。,27,对周围血管网产生不利影响的内、外在因素都是引起椎间盘营养不足并导致椎间盘退变的潜在原因，如运动、局部的固定制动、振动、吸烟及特殊药物的应用等。,28,实验结果表
8、明： 一些情况下运动有助于椎间盘营养的改善； 而高强度的运动可能是有害的。,29,制动固定也可对椎间盘产生不利的影响，脊柱运动节段的融合固定改变了脊柱机械力学特性，影响了融合的及相邻近的椎间盘，构成这些椎间盘的溶质分子的浓度、分子合成代谢在固定后的短时间内受到一定程度的影响，椎间盘的代谢活动在融合后降低与因营养改变所致大量的细胞死亡有关。,30,在融合节段的椎间盘内有明显的乳酸浓度的增加和低氧张力，可能是由于融合段椎间盘内部代谢转运的路线被关闭致代谢产物聚集，乳酸清除率降低所致。 脊柱和椎间盘系统高负荷的作用，如振动会对椎间盘结构内部的细胞及大分子物质产生不利影响。,31,动物实验研究了低频率
9、的振动与营养的关系，在全麻下，动物被垂直位置于振动平台上，使用5Hz 的振动频率，结果表明椎间盘内部的氧张力和细胞的活性明显降低，随着时间的延长，髓核内硫酸盐的摄取率、水含量及椎间盘的高度显著降低。,32,一些因素是导致血管阻塞和闭锁并随即影响血供的潜在因素,如吸烟。 在一实验研究中,动物暴露于香烟烟雾中从20 min3 h ,结果表明血管血流量减少,大量毛细血管收缩。暴露20 min3 h 后溶质转运明显减少,代谢产物清除率降低,最终致废物在椎间盘内部聚集。,33,以上影响营养的各种因素导致椎间盘营养的缺陷和细胞营养不良以至死亡,从而引起椎间盘一些继发的改变。,34,4.外伤因素与椎间盘退变
10、的关系,动物实验研究及临床观察发现,外伤力学因素在椎间盘退变和损害中有重要的作用,大多数损伤或退变动物模型的建立基于此。,35,Adams 等发现当脊柱屈曲椎间盘被压成楔形时可引起椎间盘突出变性。研究表明纵向压力和屈曲角度足够大时可立即导致椎间盘的破裂,反复轻微的损伤可逐渐导致椎间盘特别是髓核的退变最终致纤维环破裂,髓核突出。,36,脊柱的应力改变是 椎间盘退变的主要因素之一,有学者应用双下肢鼠的模型研究了应力对脊柱的作用效果，应力异常的改变最终加速了髓核的退变、纤维环变得薄弱及髓核内基质合成发生变化。椎间盘退变在节段间存在的差异也提示生物力学因素的所用。,37,外伤力学因素引起退变的机制可能
11、最终通过引起椎间盘营养的改变所致。但在此方面仍有争议。 Naylor 认为损伤因素不是退变的主要原因，只不过是一种辅助因素。 他观察到70 %80 %的椎间盘突出病人无外伤病史。,38,5.其他因素对椎间盘退变的影响,糖尿病病人椎间盘变性与年龄相当的对照组相比有较高的发生率，在糖尿病沙鼠和中国大田鼠中也可观察到同样的变化 。,39,这些动物椎间盘退变的高发生率可能与营养不良或某些激素直接的作用有关。 糖尿病是常见的内分泌性疾病之一,糖尿病动物椎间盘退变的发生率较高,其作用的确切机制目前仍不十分清楚。,40,有人观察到在退变突出的椎间盘组织内可以发现一些在正常椎间盘内很少出现的物质,从而认识到细
12、胞因子可能在椎间盘退变的发病机制中发挥很重要的作用 。 另外种族、性别、体格、饮食及脊柱畸形等也是影响椎间盘退变的因素。,41,椎间盘退变的发病机制,目前研究表明髓核在维持椎间盘的正常功能中发挥关键性的作用，在没有出现髓核结构破坏的情况下很少发生纤维环的破裂，当髓核丧失了它固有的弹性后，椎间盘的载荷能力也相应降低，在轻微外界损伤因素的作用下即可引起椎间盘结构破坏。,42,椎间盘髓核退变是在一定的具有遗传易感性的人群中，各种环境因素综合作用的结果触发了引起退变的“阈值”时，即可通过以下机制产生时间依赖性的不可逆的椎间盘退变过程。,43,1.细胞营养的减少,椎间盘内细胞和基质成分的变化与营养的改变
13、密切相关，椎间盘内细胞的生存依赖于弥散到椎间盘基质中来自纤维环外层和椎体内部血管的营养。,44,正常组织的老化及一些损伤营养的因素影响了椎间盘营养的供应和代谢产物的排出。 同时椎间盘外周血供的减少，降解的基质大分子的聚集以及椎间盘内部水含量的降低，影响了营养物质通过基质的弥散，进一步损害了细胞的营养。,45,椎间盘内的低氧张力、乳酸清除率的下降及pH值降低使得细胞营养进一步下降，进而损害了细胞代谢和生物合成的功能，导致细胞死亡。,46,2.生存细胞数量的减少,年龄的增长、椎间盘中心营养区及pH值的降低对盘内细胞产生不利的影响,生存细胞数量逐渐减少。,47,3.细胞的衰老,正常情况下尽管无营养的
14、改变,许多正常分化的细胞随着年龄的增长逐渐变得老化,失去了复制合成DNA 的能力,其他合成功能也会相应下降。 实验研究显示,以上变化可能与基因表达的改变有关,转录因子、结合特异DNA 序列的蛋白以及基因的直接表达控制着这些与年龄有关的变化。,48,4.聚集蛋白多糖丢失和蛋白多糖浓度下降,使得椎间盘保持水的能力降低，胶原含量增加和非胶原蛋白聚集，椎间盘纤维化而变得僵硬，椎间盘高度不能维持正常，分布负荷能力下降。,49,5.基质蛋白的改变,椎间盘组织随着年龄增长逐渐失去其固有的弹性和强度，弹性和强度的丧失可能是由于弹性蛋白、蛋白多糖，特别是胶原成分合成后的变化所致。 另外，糖基化的产物也能刺激细胞
15、包括软骨细胞释放细胞因子和蛋白酶而引起椎间盘的退变。,50,7.降解的基质大分子物质的聚集,随着年龄的增长，降解的大分子物质的聚集可改变椎间盘的生物力学特性以及营养物质和代谢产物通过基质的弥散能力，盘内降解产物的增加可抑制细胞合成新的分子的能力，同时也影响了新合成的分子的组装，例如透明质酸的聚集可干扰蛋白多糖聚合体的组装。降解产物的聚集最常见于缺乏血供的椎间盘组织。,51,8.基质疲劳性衰退,正常情况下椎间盘负重变形后具有恢复正常形状的能力,直立时椎间盘内部的水分被驱逐出椎间盘的基质使得椎间盘的高度降低。卧位时,水分重新回到椎间盘内而恢复椎间盘的形状和容量,反复的变形可导致基质发生疲劳性的衰退
16、 。,52,基质疲劳性衰退,主要表现为 裂隙、 碎裂、 黏液样变性,53,基质大分子的变化,蛋白多糖的分解 胶原纤维的断裂 其他基质大分子物质的变化 椎间盘的细胞更多的暴露于外界负荷之下, 损害细胞的功能。,54,如果椎间盘的变化不能使得组织从变形的形态中恢复过来,本已疲劳的椎间盘更易受损。 椎间盘内蛋白多糖和水分的丢失增加了胶原网的负荷。,55,胶原的变化、水含量的降低及基质降解产物的聚集使得胶原网更易受损,细胞营养下降、活细胞数量减少、细胞自然的凋亡及基质成分的改变进而损害了细胞修复的能力。,56,9、退变椎间盘中PLA2活性升高,Saal等7测定了5例病人手术切除的突出椎间盘组织中PLA2活性，首先发现PLA2活性异常升高，说明椎间盘组织中确实有PLA2化学炎症介质的存在，并认为退变椎间盘中PLA2可能起炎症反应之启动作用。,57,在人体内PLA2受到内源性抑制物和促进物如PLA
