ВОЗРАСТНАЯ МОРФОЛОГИЯ ПЕРЕДНЕГО ОТДЕЛА МЕЖПОЗВОНКОВОГО ДИСКА ЧЕЛОВЕКА Текст научной статьи по специальности «Клиническая медицина»

Макарова В.В. Возрастная морфология переднего отдела межпозвонкового диска человека / В.В. Макарова // Вестник оперативной хирургии и топографической анатомии. - 2020. - Т. 1, №1 (1) - С. 29-35

УДК 611.721.018-053

ВОЗРАСТНАЯ МОРФОЛОГИЯ ПЕРЕДНЕГО ОТДЕЛА МЕЖПОЗВОНКОВОГО ДИСКА ЧЕЛОВЕКА*

МАКАРОВА В.В.

Южно-Уральский государственный медицинский университет, Челябинск, Россия

e-mail: [email protected]

Аннотация

Введение. Данные ранее проведенных отечественных и зарубежных исследований касаются структурных изменений заднего отдела межпозвонкового диска. Поскольку с ним связаны клинические проявления дегенеративно-дистрофических процессов в межпозвонковом диске. О переднем отделе практически не упоминается, хотя и он испытывает осевые компрессионные нагрузки. В связи с этим целесообразно рассмотреть возрастную динамику морфологических изменений в передней области межпозвонкового диска в различных отделах позвоночника. Цель. Проанализировать морфологическую картину переднего отдела межпозвонковых дисков на шейном, грудном и поясничном уровнях.

Методы. Исследована передняя область межпозвонковых дисков в шейном, грудном и поясничном отделах позвоночника с использованием метода световой микроскопии. Средний возраст аутопсийного материала составил 62,8+18,7 лет (возрастной диапазон - от 34 до 94 лет). Результаты. Гистологическая картина всех межпозвонковых дисков соответствовала волокнистому хрящу. Наибольшие изменения касались шейного отдела, поскольку получены статистически значимые различия по количеству изогенных групп хондроцитов при сравнении его с другими отделами позвоночника (р<0,01). Хотя отмечена тенденция к снижению числа изогенных групп хондроцитов с возрастом в межпозвонковых дисках С5С6 и D5D6. В межпозвонковых дисках L5S1, наоборот, с возрастом имело место увеличение количества изогенных групп хондроцитов. При сравнении числа одиночных хондроцитов между отделами позвоночника не обнаружено статистически значимых различий (р<0,01). Однако их количество с возрастом характеризовалось тенденцией к снижению в межпозвонковых дисках С5С6 и L5S1, но при этом в межпозвонковых дисках D5D6 наблюдалось некоторое увеличение.

Заключение. Передняя часть межпозвонковых дисках во всех отделах позвоночного столба подвергалась нагрузке, величина которой изменялась, вероятно, в небольших пределах. Поэтому количественные показатели в исследованном возрастном периоде не были подвержены значительным колебаниям. Преобладание изогенных групп хондроцитов в шейном отделе позвоночника по сравнению с остальными отделами, вероятно, связано с большим объемом выполняемых движений. Не исключено, что наблюдаемые тенденции отражали особенности испытываемых статических и динамических нагрузок у конкретного индивидуума в течение жизни.

Ключевые слова: межпозвонковый диск, волокнистый хрящ, хондроцит, изогенная группа хондроцитов

* Сведения об авторах

Макарова Виктория Владиславовна, e-mail: [email protected], ассистент, федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации, кафедра анатомии и оперативной хирургии, 454092, Российская Федерация, г. Челябинск, ул. Воровского, д. 64 SPIN-код: 2974-7620

AGE-RELATED MORPHOLOGY OF ANTERIOR INTERVERTEBRAL DISC'S PART IN

HUMAN

MAKAROVA V.V. South-Ural State Medical University, Chelyabinsk, Russia e-mail: [email protected]

Abstract

Introduction. Information from Russian and foreign studies concern morphological changes in posterior intervertebral disc's part because it is associated with clinical manifestation of degenerative-dystrophic processes. Although there is no mention about anterior part of intervertebral disc, it experiences axial compression loads. That's why it is advisable to consider the age dynamics of morphological changes in anterior intervertebral disc's part at different levels.

Aim. To analyze morphological features of anterior intervertebral discs' part at cervical, thoracic and lumbar levels.

Methods. Intervertebral discs' anterior region was research using light microscopy method. Average age of autopsy material was 62,8+18,7 years (age range was 34 - 94 years).

Results. Histological features corresponded to fibrous cartilage in all intervertebral discs. There were found statistically significant differences, when comparing number of chondrocytes' isogenic groups between spine departments (p<0,01). However, there was decreased tendency in number of isogenic groups of chondrocytes in C5C6 and D5D6 intervertebral discs, but increased tendency in L5S1 intervertebral discs. When comparing number of single chondrocytes between the spine sections, no statistically significant differences were found (p<0,01). Number of single chondrocytes was characterized by downward trend in C5C6 and L5S1 intervertebral discs, but an increase in D5D6 intervertebral discs.

Conclusion. Anterior part of intervertebral disc experiences equal load in all spine departments, which amount varies in small range. Therefore, quantitative parameters aren't significant variation with age. Predominance of chondrocytes' isogenic groups in the cervical spine compared to other departments is probably due to the large volume of movements performed. Possibly, the observed trends most likely reflect characteristics of static and dynamic loads, that particular individuals experience during life.

Keywords: intervertebral disc, fibrous cartilage, isogenic group of chondrocytes, chondrocyte

Актуальность. Сбалансированное

распределение нагрузки на позвоночно-двигательный сегмент обеспечивается в большей степени за счет межпозвонкового диска. Он играет роль амортизатора, пассивно поглощая осевую компрессионную нагрузку [1, 4]. С учетом биомеханики движений позвоночного столба под воздействием постоянных нагрузок в межпозвонковом диске должны происходить структурные изменения. Следует отметить, что шейный, грудной и поясничный отделы позвоночника обладают различной степенью подвижности и величиной испытываемой осевой нагрузки [5]. Кроме того, на биомеханические свойства и структуру оказывает влияние возрастной фактор, а это может ускорять дегенеративно-дистрофические процессы в межпозвонковом диске [2].

Описываемые в отечественной и зарубежной литературе изменения межпозвонкового диска, как правило, касаются его заднего отдела. Поскольку с ним связаны клинические

проявления дегенеративно-дистрофических процессов в межпозвонковом диске [1, 3]. О переднем отделе практически не упоминается, хотя и он испытывает осевые компрессионные нагрузки [1, 4]. В связи с этим целесообразно рассмотреть возрастную динамику

морфологических изменений в передней области межпозвонкового диска в различных отделах позвоночника.

Цель работы. Проанализировать морфологическую картину переднего отдела межпозвонковых дисков на шейном, грудном и поясничном уровнях.

Материалы и методы. Исследованный материал был получен в ходе 12 случаев рутинных аутопсий в условиях ЧОБСМЭ в 2019 г. Он представлял собой фрагменты переднего отдела 36 межпозвонковых дисков С5С6, D5D6, L5S1, включая фиброзное кольцо и пульпозное ядро. Средний возраст аутопсийного материала составил 62,8+18,7 лет (возрастной диапазон -от 34 до 94 лет).

Рис. 1. Межпозвонковый диск (фрагмент из переднего отдела): неупорядоченное расположение коллагеновых волокон, одиночные хондроциты и их изогенные группы (окраска - гематоксилин-эозин; увеличение объектива х10)

В течение 24 часов с момента получения аутопсийный материал фиксировался в 10% нейтральном забуференном растворе формалина (ООО "ЭргоПродакшн", Россия). Подготовка гистологического материала была выполнена на базе ГБУЗ ЧОПАБ. Заливка в парафин и получение парафиновых срезов осуществлялись

по стандартной методике. Окрашивание 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). Метод автомате окрашивания Leica Autostainer XL

импрегнации серебром выполняли с ST5010 (Leica Biosystems Nussloh Gmbh,

использованием готового набора реактивов Германия). (BioVitrum, Россия) по стандартной методике на

Рис. 2. Межпозвонковый диск (фрагмент из переднего отдела): неупорядоченное расположение коллагеновых волокон, отсутствие ретикулярных волокон (окраска - метод импрегнации серебром; увеличение объектива х10)

Визуальную оценку всех гистологических срезов проводили с применением оптической системы микроскопа Levenhuk 870Т (Levenhuk Inc., США). Микрофотографии получали с использованием цифровой камеры Toupcam UCMOS08000KPB-Special, USB2.0 (ToupTek, Китай) и программного обеспечения ToupLite (ToupTek, Китай), входящего в комплект. Оценку полученных данных производили в программе ImageJ 2.0.0-rc-43/1.50e. с применением калибровочного слайда (X/Y OPLENIC, Китай; цена деления шкалы - 0,01 мм).

Статистическую обработку результатов осуществляли в программе MS Excel 2011 for Mac, используя критерий Крускала-Уоллиса для межгрупповых сравнений. Все полученные данные представлены в виде медианы и интерквартильного размаха (25-й и 75-й процентили). Метод полиномиальной регрессии применили для построения графиков результатов наблюдений.

Результаты исследования. Гистологическая картина всех межпозвонковых дисков С5С6 соответствовала волокнистому хрящу. Наличие коллагеновых волокон подтверждалось результатами окрашивания по методу Ван Гизона и методом импрегнации серебром.

На гистологическом срезе наблюдались хаотично расположенные одиночные хондроциты и изогенные группы хондроцитов, а также в 5 из 12 случаев (43, 46, 60 лет и 2 случая - 61 год) щелевые пространства, заполненные эритроцитами и клетками лейкоцитарного звена (рис. 1). Наряду с ними имелись признаки дегенеративно-дистрофических изменений без воспалительной реакции. Они включали в себя неупорядоченное расположение коллагеновых волокон и присутствие пустых лакун.

При этом не были обнаружены ретикулярные волокна, что свидетельствовало о растянутости процесса во времени (рис. 2).

Количество одиночных хондроцитов насчитывалось от 4 (94 года) до 50 (61 год) клеток на 1 мм2. В возрасте 91 год отсутствовали изогенные группы хондроцитов. В 1 из 12 случаев (94 года) на всем гистологическом срезе обнаружены только 2 изогенные группы и при перерасчете их количества на 1 мм2 получалось значение менее одной изогенной группы. Таким образом, число изогенных групп хондроцитов варьировало от 1 (68 лет) до 6 (43 года) на 1 мм2. Минимальное число хондроцитов в изогенной группе во всех межпозвонковых дисках

составляло 2 клетки, максимальное - 12 клеток (83 года).

Передний отдел межпозвонкового диска D5D6 по своим гистологическим характеристикам в целом соответствовал переднему отделу межпозвонкового диска С5С6 (рис. 1, 2). Отличия касались наличия щелевых пространств, заполненных эритроцитами и клетками лейкоцитарного звена. Они присутствовали в 8 из 12 случаев (34, 46, 52, 60 и 94 года; 3 случая - 61 год).

Число одиночных хондроцитов колебалось от

5 (60 и 61 год) до 58 (94 года) клеток на 1 мм2. В 2 образцах (34 и 52 года) на всем гистологическом срезе обнаружено 4 и 3 изогенные группы хондроцитов, соответственно. Поэтом при перерасчете их количества на 1 мм2 значение было меньше одной изогенной группы. В 3 случаях изогенные группы хондроцитов отсутствовали (60, 91 и 94 года). В остальных 7 случаях число изогенных групп хондроцитов находилось в диапазоне от 1 (61 и 83 год) до 4 (61 год) на 1 мм2. Минимальное число хондроцитов в изогенной группе во всех межпозвонковых дисках составляло 2 клетки, максимальное - не превышало 8 (61 год).

Что касается переднего отдела межпозвонкового диска L5S1, то гистологическая картина была схожа с таковой в переднем отделе межпозвонковых дисков С5С6, D5D6 (Рисунок 1, 2). В 5 из 12 случаев (46, 60 лет; 3 случая - 61 год) присутствовали щелевые пространства, заполненные эритроцитами и клетками лейкоцитарного звена.

Отличия заключались в количественных характеристиках клеточного компонента. Так, число одиночных хондроцитов составляло от 6 (61 год) до 27 (34 года) клеток на 1 мм2. В возрасте 43 и 94 года изогенные группы хондроцитов не были обнаружены. В 2 из 12 случаев в возрасте 34 и 91 год зарегистрировано

6 и 3 изогенные группы хондроцитов, соответственно. При перерасчете на 1 мм2 получилось значение изогенных групп меньше единицы. Таким образом, на 1 мм2 число изогенных групп варьировало от 1 (46, 52 и 68 лет) до 7 (61 год). Минимальное число хондроцитов в изогенной группе во всех межпозвонковых дисках равнялось 2 клеткам, максимальное - достигало 17 клеток (61 год).

Медианы значений показателей клеточного компонента межпозвонковых дисков по отделам позвоночника представлены в таблице.

Таблица

Показатели клеточного компонента межпозвонковых дисков_

межпозвонковый диск число изогенных групп максимальное число клеток в изогенной группе число одиночных хондроцитов

С5С6 3,6 (1,8; 4,3)* 3,5 (2,0; 5,5) 16,7 (10,6; 33,3)

D5D6 1,0 (0,2; 2,0) 3,0 (1,5; 4,3) 13,0 (9,8; 22,2)

L5S1 0,8 (0,4; 2,2) 4,0 (2,0; 7,0) 14,9 (10,0; 18,1)

Примечание: статистически значимые различия при р<0,01

в о т

и ц

о

CP

д

н о

х

п п

Sy CP г

х

ы

н

н

е

г

о

3 и о л с и

4

0

▲

О

О С5С6 □ D5D6 Д L5S1

-C5C6

-D5D6

-L5S1

0

30

60

90

возраст (лет)

Рис. 3. Изменение числа изогенных групп хондроцитов в различных отделах позвоночника

Как видно из таблицы, наибольшие изменения касались шейного отдела, поскольку получены статистически значимые различия по количеству изогенных групп хондроцитов при сравнении его с другими отделами позвоночника. Хотя при графическом анализе

60

в

0 —

s и

1 40 и

s

отмечена тенденция к снижению числа изогенных групп хондроцитов с возрастом в межпозвонковых дисках С5С6 и D5D6. В межпозвонковых дисках L5S1, наоборот, с возрастом имело место увеличение количества изогенных групп хондроцитов (рис. 3).

3

3

V

а и

s g

о

4

о s 2-

20

О

О

о

о

□

О ■

о С5С6 ■ D5D6 A L5S1

- С5С6

-D5D6

■L5S1

О

30

60

90

возраст(лет)

Рис. 4. Изменение числа одиночных хондроцитов в различных отделах позвоночника

8

6

4

2

При сравнении числа одиночных хондроцитов между отделами позвоночника не обнаружено статистически значимых различий (табл.). Однако их количество с возрастом характеризовалось тенденцией к снижению в межпозвонковых дисках С5С6 и L5S1, но при этом в межпозвонковых дисках D5D6 наблюдалось некоторое увеличение (рис. 4).

Выводы. Передняя часть межпозвонковых дисках во всех отделах позвоночного столба подвергалась нагрузке, величина которой изменялась, вероятно, в небольших пределах.

Поэтому количественные показатели в исследованном возрастном периоде не были подвержены значительным колебаниям. Преобладание изогенных групп хондроцитов в шейном отделе позвоночника по сравнению с остальными отделами, вероятно, связано с большим объемом выполняемых движений. Не исключено, что наблюдаемые тенденции отражали особенности испытываемых статических и динамических нагрузок у конкретного индивидуума в течение жизни.

Список литературы

1. Капанджи А.И. Позвоночник: физиология суставов / А.И. Капанджи. Пер. с фр. Е.В. Кишиневского. - М.: Издательство "Э", 2017. - 344 с.

2. Хрящ /В.Н. Павлова [др.]. -М.: Медицина, 1988. - 320 с.

3. Lomeli-Rivas A. Biomechanica de la columna lumbar: un enfoque clinic / A. Lomeli-Rivas, J.E. Larrinua-Betancourt //Acta Ortopedica Mexicana. - 2019. - Vol. 33, №3. - P. 185-191.

4. Biomechanics of the human intervertebral disc: a review of testing techniques and results / N. Newell [et al.] // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. - 2017. №69. - P. 420-434. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2017.01.037.

5. Fundamentals of biomechanics. Equilibrium, motion and deformation / N. Ozkaya [et al.]. 4th ed. - Switzerland: Springer, 2017. - 454p. DOI: 10.1007/978-3-319-44738-4.