第六章  椎间盘的生理学、生物化学和病理生理学

第一节椎间盘的生理学和生物化学

椎间盘由纤维环、髓核和软骨终板3 部分构成。一、纤维环

纤维环分为外飞中、内3 层。外层由胶原纤维带组成，内层由纤维软骨带组成。细胞排列与分层的纤维环方向一致。各层之间有粘合样物质，使彼此之间牢固地结合在一起，而不呈互相交叉穿插。外层纤维环的细胞呈梭形，类似成纤维细胞；内层细胞呈园形，类似软骨细胞。纤维环前侧和两侧较厚，几乎等于后侧部分的2 倍。后侧部分最薄，但一般亦有12 层纤维。外层纤维在两个椎体髓环之间。内层纤维在两个椎体软骨终板之l ' ＠。外、中层纤维环通过Sh 司耳呛y 纤维连于翁环。纤维环后侧部分多为内层纤维，附着于软骨终板上。最内层纤维进人髓核内并与细胞间质相连。因此在最内层纤维与髓核之间无明显界限。纤维环前侧部分由前纵韧带加强，纤维环后侧部分较薄，纤维排列不规则和无序，但也得到后纵韧带的加强。纤维环的纤维带在两个椎体之间互相呈螺旋状排列，层与层之间的交叉角达600 ，甚至直焦。通常当承受应力时，交叉角将发生改变。纤维环的相邻纤维层的交叉排列，可能与髓核对其所施加内部压力有关，短纤维较长纤维更易遭受巨大压力，不利于两骨间的运动，可引起放射状撕裂。纤维环连接相邻椎体，使脊柱在运动时作为一个整体，纤维环甚为牢固，紧密附着于软骨终板上，保持脊柱的稳定性。脊柱外伤时，必须有巨大力量，使纤维环广泛撕裂，才能引起整体间脱位。纤维环特殊排列方向，使相邻整体可似有轻度活动，但运动到一定限度时，纤维环紧张，又起节制的作用，限制旋转运动。
二、髓核
髓核是由氨基多塘、矿盐、水和细胞等组成的异质性结构。髓核位于椎间盘中心区。髓核包含大量的外纤维空间，其中含有大量的能够保持水分的氨基多搪。依据不同年龄，水分的含量可占髓核总量的70 ％一90 ％。正常人的高度一日之间有变化，这与椎间盘内水分的改变有关。髓核的细胞通常分为两型，即脊索细胞和软骨细胞。在胚胎26 至28 周出现软骨样细胞。脊索细胞在成人消失。在生长发育过程中，髓核位置有变化。椎体后面的发育较前面为快，因此至成人时，髓核位于椎间盘偏后。髓核占椎间盘横断面积的50 ％一60 ％。髓核具有可塑性，虽然不能被压缩，但在压力下变为扁平，加于其上的力可以平均向纤维环及椎体软骨终板各个方向传布。在相邻脊椎骨间的运动中，髓核具有支点作用，如同滚珠，随脊椎屈伸向后或向前移动。
- 162 一

二、软背终权

每一椎体的上下面均有一薄层透明软骨，构成椎间盘的软骨终板。它外周大约1 ～厚，越到中心越薄。软骨终板含有高浓度的水和蛋白多糖，它是一粘弹物质。正常软骨终板主要有3 个功能：① 保护椎体，使之不易压缩性萎缩；② 限制纤维环和髓核在它们的解剖界限内；③ 作为半透膜，依靠渗透作用促进纤维环、髓核和椎体之何的液体交换和作为椎间盘营养物质的通路。N 、h ? n 等用放射性物质进行了渗透性研究，结果发现仅仅软骨终板中心部分具有渗透作用，它允许营养物质在软骨下空隙和椎间盘中心区进行交换。在7 岁之前，软骨终板有血管和淋巴管分布，7 岁以后消失。软骨终板的纤维与纤维环的纤维在边缘部相融。软骨终板与椎体相连的表面，骨小梁间隔部位的骨髓直接与终板接触。软骨终板在中心部位穿透骨性终板，它仅靠一薄层钙盐与终板下骨形成松弛的连接。I ～用扫描电镜观察了腰椎间盘胶原网架，判定终板的纤维丝网和包绕髓核的纤维环纤维丝网紧密相接。软骨终板是由密集的水平排列的胶原网构成，在软骨终板软骨下板层胶原之间没有相互连接，纤维环内三分之一斜行排列的纤丝板层与终板相互连接，外三分之二则与椎体形成紧密的锚靠。H 盯ada 等分析软骨终板与惟体之间的连接是不牢固的，但纤维环与终板连接则是紧密的。所以当椎间盘突出时，软骨终板易与从椎体撕脱的纤维环一起形成突出物。

第二节椎间盘的神经支配

一、窦椎神经
窦椎神经或称脊膜返支。1850 年德国解剖学者Luschka 第1 次用肉眼解剖的方法，描述了窦椎神经的起始、行程和分布情况：它从脊神经节的稍外侧腰神经的前面发出，向侧行2 一3 ～后．接受交感神经交通支发出的1 支，两根合成直径05 一10 ～的单一窦椎神经，经椎间孔人椎管分成多支。这一经典记载，仍为许多学者所承认。后来，也有学者提出不同的描述，有的认为组成窦椎神经是两个根，且两个根都是发自脊神经或交感神经。窦推神经进人椎管后，神经纤维不仅上下节段相互重叠，而且与对侧的窦椎神经纤维相互吻合。也就是说，1 个椎间盘的神经支配，除了本节段神经外，还有对侧及上下节段的神经，因此，椎间盘的疼痛是弥漫性的。
二、腰椎间盘的神经支配
40 年代以前认为腰椎间盘是不含有神经终末纤维的。1840 年Roof 等人通过实验证实在后部纤维环的表面有许多无髓鞘神经纤维，在后纵韧带也有少量相似的神经纤维，这些神经纤维来源于窦椎神经。且艰duk 等对纤维环的后外侧、外侧部作了神经支配的定位研究，结果发现纤维环侧后方由窦推神经的分支支配，前方和侧方由脊神经前根及交感神经于发出的分支支配。后来又通过银染技术发现，不仅在纤维环表面、外层发现了神经末梢，在纤维环的外三分之一处也有神经末梢的存在，有的平行于胶原纤维，有的走向与胶原纤维垂直。在纤维环胶原纤维之间既发现了单根的游离神经末梢，也发现了呈球形、复合体状的神经末梢，但在纤维环的深层和髓核内没有发现神经纤维。目前比较一致的观点认为，在纤维环外层存在游离神一163 一

经末梢且与传导疼痛刺激有关。
自主神经与腰痛的关系口益引人注日。月ul 比d 等通过研究鼠腰椎间盘神经分布发现，腰椎间盘纤维环外周存在神经肤Y 和血管活性肠肤。神经肤Y 具有血管活性能力，存在于交感神经系统内。血管活性肠肚存在于交感神经和后根脊神经内，具有血管扩张作用。总之，这两种肚主要由自主神经纤维及其末梢分泌，表明腰椎间盘的外层有自主神经分布。最新的实验与临床研究发现，腰痛主要由交感神经传人，且腰2 神经根是腰痛的主要传入通路。对腰2 神经根进行封闭后，腰痛消失。

第三节椎间盘突出症的病理生理学

一、椎间盘突出的发生机制
推间盘向后突出可分为3 种基本类型，膨出型，其纤维环异常膨出，但结构完整，纤维环周边和椎体边缘保持连续。脱出型，组织暴露于硬膜外腔，但结构仍连续。第3 种类型是椎间盘分离，在硬膜外腔形成游离物，结构不再连续。关于椎间盘突出的发生机制分歧很大，对于突出物的组织起源也缺乏一致的认识。有报告认为突出物主要是髓核物质；有报告认为主要是纤维环成分；也有认为以软骨终板为主；更有人认为是新合成的纤维软骨组织。这些研究结果有时是互相矛盾的。近来，随着对推间盘疾病的深人研究，新的研究结果动摇了许多传统观点，使我们能从组织学、生物化学等角度对这一临床常见疾病有更深刻的认识。【一）纤维环型稚间盘突出的发生机制
关于突出椎间盘物质的组成已争论了半个世纪，瀚xter 等研究了手术切除的突出椎间盘碎片，发现11 个碎片中4 个由纤维环组成，2 个由髓核组成，5 个由髓核和纤维环组成。氏ucher 等研究了100 例突出椎间盘物质，没有1 例不含纤维环成分，髓核和纤维环以各种不同比例组成，因这两种结构成分的分界并不明确，有时很难区分。Saunder 等报告，在大多数病例，突出推间盘是髓核和纤维环的混合物。Peacock 检查了手术切除的20 一40 岁之间病人的突出椎间盘，发现碎片中包含梢核和纤维环，偶尔有软骨板和骨碎片。他指出，随着椎间盘逐渐转变纤维软骨，在年龄较大的病人，髓核的真正突出是很少见的。Taylor 等指出，虽然“髓核突出”一词已应用了很长时间，且在许多情况下是正确的，但’已并不占突出椎间盘病例中的很大比例。Yoma 等研究表明，完全脱出的游离物，其组织几乎完全由纤维环组成。这对经典的观点认为椎间盘突出是髓核脱出所引起的提出怀疑。
髓核的退行性变最早发生在20 岁之前，而纤维环退变的首先变化是出现裂隙，这出现在40 岁之后。纤维环破裂和放射状裂隙的形成分别来自于机械撕裂和退行性变。Adanls 等指出，低载荷活动作用于脊柱，可以导致纤维环慢性机械疲劳，而慢性进展则产生椎间盘突出。Ve ～一Robrets 等提示纤维环放射状裂隙可能来自于剪力作用的结果，而不是本身的退变。Osti 等实验研究表明纤维环边缘损伤叮以启动放射状撕裂的形成。损伤的纤维环是很难愈合的，有时甚至会在裂口处长出一层内皮而形成管腔，从而成为髓核突出的通道。另外，纤维环的损伤往往是引发推间盘退变的启动因素。KaaPa 等的实验研究发现，外层纤维环损伤后，在

裂口处长满肉芽组织，而整个椎间盘组织的生化组成发生明显变化。这与退变椎间盘的生化

特性是一致的。
一164 一
作者分析，当纤维环发生撕裂后，血管肉芽组织试图去愈合裂口，同时血管肉

芽组织带来一些与椎间盘退变有关的生化因子如基质降解酶和生长因子等，这导致椎间盘的进展性退变。当纤维环发生损伤性破裂后，在压力下充盈的髓核发生脱出，这可以解释一些青年人的椎间盘突出。但临床上症状性椎间盘膨出的平均年龄超过40 岁，此时，髓核已失去高度充盈性，这强烈表明在中年以后的脱出是与年龄相关的椎间盘退变有关。当大的外部力量作用于已经发生退变的椎间盘后，一些退变的髓核可以通过纤维环的裂隙突出。Moore 等研究提示成年人腰椎间盘突出是由于退行性变化所致。髓核脱水和碎裂导致纤维环裂隙形成，这些裂隙是髓核物突出的通道。他们认为髓核是突出椎间盘的主要物质。当有纤维环成分存在时，是来自于纤维环的过渡区，在髓核退变后，它已成为分离物。软骨终板在很多摘除物中被发现，但所占比例有限，它粘附到髓核物上，这与椎间盘的病理表现一致。椎间盘退变后，可见髓核裂隙通过中央软骨板和沿着软骨一骨交界处延伸。虽然在一些突出的碎片中可见部分纤维软骨化生，但它不是发生在退变髓核中的一个常见特点。这样，他们不同意Lipson 认为的突出物是新合成的纤维软骨的观点。如上所述，可以很好地解释髓核型椎间盘突出的发生机制，但不能解释完全脱出或游离物型突出的推间盘分离碎片几乎完全由纤维环组成的突出。Y 朋～等对大样本尸检稚间盘进行了组织病理学研究，他们发现随着年龄增加，纤维环枯液瘤变性增加，内层纤维束排列方向反转。对手术摘除的脱出推间盘分离物研究发现，大多数纤维环样本都有枯液瘤变性。Ya 阻汀毋等进一步对60 岁以上老年人手术摘除的突出椎间盘组织进行了研究，并与60 岁以下年轻组进行了比较，结果发现所有脱出椎间盘样本都出现粘液瘤变性。纤维环的粘液瘤变性经常见于20 岁以后的个体。纤维环的粘液瘤变性伴随囊肿形成，见于70 ％一100 ％的完全脱出或游离物椎间盘中。酸性粘多糖具有爱茜蓝＜alcian blue ) 染色阳性的性质，在正常椎间盘中随年龄