椎体终板结构变化在椎间盘退变中的作用机制研究进展

张华峰(综述)，李淳德(审校)

(北京大学第一医院骨科，北京 100034)

椎体终板又称软骨下骨或骨性终板，位于椎体的上、下两面，其中央与椎间盘的软骨终板相接，外周有外层纤维环附着。与椎体终板毗邻的椎间盘是人体最大的无血管组织，其营养物质主要靠周围毛细血管的渗透作用来供应。椎体终板通路是其最主要营养通路[1]。椎体终板在增龄及退变过程中的结构变化，如骨折和硬化等，必然影响椎间盘的营养供应，而营养供应不足是椎间盘退变的重要原因之一[2-3]。研究椎体终板结构、形态变化，有助于揭示椎间盘营养供应障碍的原因，对预防椎间盘退变有重要的意义。

1 椎体终板的结构特点

文献将椎体终板定义为位于椎间盘头、尾两端，由软骨和骨成分组成的薄层状结构，即包括软骨终板和骨性终板[4-6]。下文所出现的椎体终板均指骨性终板。

椎体终板不是简单的皮质骨结构，其中央区域较薄，有许多孔洞样结构，外围是增厚隆起的环状骨突样结构[7]。不同节段的椎体终板大小、厚度及形状存在差异，从颈椎至胸椎，椎体终板逐渐增大、增厚。对人类颈椎标本的测量发现，颈椎终板四周的厚度均大于中心区域；在同一椎体，上、下终板厚度分布差异显著，下终板的中心区域比上终板厚[8-9]。对人胸腰椎终板的研究发现，下腰椎的终板最厚，下胸椎和腰椎的终板有双层结构[10]。显微CT对尸体腰椎标本的研究发现，具有双层结构的椎体终板，其浅层终板比单层椎体终板的厚度薄50%，具有更多孔洞；另外浅层终板的张力更大，但是由于其深层终板的加固作用，浅层终板虽薄，其受损的风险与单层结构的终板相近。经过年龄调整，该研究发现具有双层结构的椎体终板处髓核组织的氨基葡聚糖水平较高。因此，认为与单层结构的椎体终板相比，双层结构的终板能够在生物力学和营养这两个功能之间取得更好的平衡，从而为防止椎间盘的退变提供重要的保护[11]。用显微CT对腰椎椎体终板进行扫描的研究发现，上位椎体下终板的厚度和骨密度均比下位椎体的上终板高[4]。椎体终板不是一个平面，而是中心凹陷，四周稍隆起的结构。用显微CT对沙鼠椎体终板的研究发现，椎体终板不是一致密的骨板，而是存在许多孔道结构，这些孔道结构相互连接，形成特殊的网络结构，这些管道内为骨髓样结构，走行着终末毛细血管。但是,这些复杂的孔道结构的具体意义目前尚不明了[12]。用显微CT对大鼠终板的研究也发现了同样的孔道结构，而且这些结构随着年龄的增长，数量减少[13]。

2 椎体终板的微血管

在大约1岁以前，从椎体血管发出的终末毛细血管可以跨越软骨终板到达髓核和内层纤维环，直接为椎间盘提供营养。随着年龄的增长，软骨终板椎间变薄，跨越终板的毛细血管消失，最终形成了在骨性终板和软骨终板界面处的毛细血管床，通过扩散作用为椎间盘提供营养[14]。用染料填充血管的方法对犬的椎体终板处血液循环进行研究发现，椎体中的血管形态非常复杂，其终末毛细血管在椎体终板和软骨终板界面处形成血管床，是椎间盘营养的主要来源，而靠近髓核的地方，血管床的密度最大[15]。用血管铸型的方法对兔的椎体终板血管床进行扫描电镜的研究发现，椎体终板的血管床在髓核处的末端形态比内层纤维环更膨大，更加复杂，提示椎体终板中心对应髓核的区域其通透性更大，利于髓核获得更多的营养物质[16]。将含有尼古丁的溶液持续泵入兔皮下8周后对椎体终板血管床的组织学研究发现，终板处的微血管发生狭窄，血管周围发生钙化，血管袢的数量显著减少，这可能是吸烟导致椎间盘退变的原因之一[17]。在对瑞士白化大鼠的尾椎间盘退变模型进行的研究发现，钙离子拮抗剂尼莫地平可以增加椎体终板处血管的数目和面积百分比，但是与对照组相比差异无统计学意义[18]。另有研究发现，微血管密度在糖尿病小鼠比正常小鼠显著下降，而且与椎间盘退变程度呈负相关[19]。

3 椎体终板在增龄中结构变化

随着年龄的增长，椎体终板结构随之发生变化，椎间盘也逐步退变。椎体终板是椎间盘最主要的营养物质供应通路，终板结构的变化势必影响椎间盘的营养供应，可能是导致椎间盘退变的重要原因之一。

对沙鼠增龄中的椎间盘退变进行影像学研究发现，椎体终板的钙化是老龄沙鼠椎间盘退变中最常见的终板变化[20-21]。对雄性沙鼠终板的骨密度进行定量测定发现，终板的骨密度与年龄相关，老龄沙鼠的终板骨密度显著高于年轻沙鼠。在年轻沙鼠中，L5～7不同椎体的终板骨密度无显著性差异，老龄沙鼠的从L5～7椎体终板的骨密度逐渐升高。而发生楔形退变的椎间盘邻近的终板部位骨密度显著升高[22]。这些结果支持终板硬化可能是椎间盘退变原因之一的假说。对椎体终板表面孔洞数量的研究发现，直径在20～50 μm的孔洞的密度与年龄、椎间盘的退变程度和髓核蛋白多糖的水平显著相关。因此认为，椎体终板表面的孔洞密度和椎间盘退变程度具有显著的相关性，支持椎体终板孔洞堵塞使椎间盘营养供应受限从而导致椎间盘退变的假说[23]。用显微CT对沙鼠的椎体终板进行研究发现，随着年龄的增长和椎间盘的退变，终板表面变的粗糙不平，边缘不规则。在影像学上有显著退变的椎间盘，其邻近的终板表面不光滑、周边不平整和终板增厚的程度均显著增高，而这些改变在椎间盘的尾侧终板比头侧终板更严重[12]。关于沙鼠的另一项研究也发现老龄沙鼠比年轻沙鼠的终板骨密度显著增高。纤维环死亡细胞的比例与年龄、终板骨密度显著相关[24]。通过特殊的设备对兔的L4～5间盘加压28 d后可以观察到椎间盘的高度下降、终板钙化、椎间盘细胞和细胞外基质减少以及微血管管道体积下降。若在28 d后去除加压或予以撑开，即使软骨终板部分钙化，椎间盘的细胞和形态的退变也均有恢复。予以撑开后，微血管管道体积显著升高，因此认为加压导致软骨终板退变和骨性终板内微血管通道体积下降可能共同作用致椎间盘退变[25]。对136具男性尸体的1148个椎体终板的横断面研究发现，侵蚀、钙化和Schmorl′s结节等终板病理性改变与高龄有相关性[26]。然而，终板的改变与年龄和椎间盘退变的是否存在相关性尚有争议。对150具21～64岁男性尸体L1～5椎体终板的显微CT研究发现，椎体终板的厚度和骨密度与年龄无相关性，椎间盘造影结果显示，与退变显著的椎间盘邻近的终板厚度更厚，但其骨密度无显著增高，由此推断终板骨密度的升高也就是终板的硬化，可能不是男性椎间盘病变的危险因素[4]。对尸体腰椎标本的显微CT研究显示，随着椎间盘退变程度的加重，椎体终板的多孔性增加了50%～130%，而骨小梁的厚度下降了20%～50%。研究者同时观察到，随着椎体终板的多孔性的增加，髓核的细胞密度增加了，而蛋白多糖的水平却下降了。根据这些数据，研究者认为导致椎间盘退变的根本原因不是终板硬化，而是椎体终末毛细血管的通透性降低，且随着椎间盘的退变，终板的多孔性日益增加[27]。这些研究结果不一致的原因可能是研究方法和研究对象有所差异。

4 小 结

椎体终板和软骨终板交界处的微血管是椎间盘营养的主要来源，椎体终板的结构改变，软骨终板的钙化以及微血管的通透性下降都可导致椎间盘的营养供应受阻，从而导致其细胞活性降低，最终发生退变。椎间盘退变是一个复杂的过程，退变过程中受到很多因素的影响，椎体终板的结构变化是其中的一个环节，目前对椎体终板结构变化的研究结果还存在争议，有必要进一步研究来揭示其在增龄中的变化规律和与椎间盘退变的相关性。

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