软骨终板与椎间盘退变的相关性研究进展

１椎体软骨终板的结构和功能
１．１软骨终板的结构 椎体软骨终板为附着于椎体上下缘的透明软骨．椎问盘位
于椎体的上下软骨终板之间。椎体软骨终板为一扁圆盘状结 构，其外缘较厚，中央较薄，且前缘薄于后缘，两侧厚度基本一 致。人体各部位椎体软骨终板略有差异，胸腰部较平坦，颈椎椎 体软骨终板有较明显的凹弧。颈部的呈椭圆形。胸部的呈心形。 腰部以下的由心形渐变至肾形；男女略有差异，但大体形态相似。 胚胎期椎体软骨终板中心区血管粗而密、分布多。周边部位细而 疏、分布少。成熟后中心与周边血管分布比例维持在２．５：１～ ３．０：１。随着年龄的增长，椎体软骨终板下血管数目逐渐减少。 出生后血管通道逐渐消失。约３～６岁时完全消失，至此椎体软 骨终板为不含血管的组织Ｌ２一。椎体软骨终板的厚度随年龄的增 长逐渐变薄，成人的平均厚度为０．６ ｍｎｌ，但差异较大，髓核部最 薄，可能与纤维环在青春发育期附着于骺环及脊索早期经过椎 体的中部有关。长期以来不少学者将椎体软骨终板看作椎间盘 的组成部分，但对出生后的椎体软骨终板组织学观察显示，椎体 软骨终板的组织学来源与椎体一致，而髓核的基质部分是由椎 体软骨终板的软骨细胞合成的［３一。
随着机体的老化，供应椎间盘周围的血管数量减少，软骨终 板逐渐钙化，妨碍营养物质的供应及椎间盘代谢废物的排除。 椎间盘周围血供的减少，降解的细胞外基质大分子聚集和椎间 盘内含水量的降低也影响了代谢物通过细胞外基质的弥散，进 一步损害了细胞营养供应。随着营养物的降低，乳酸堆积，ｐＨ
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第１作者Ｅ－ｍａｉｌ：ＸＬＦＤｌ９９９＠１６３．ｃｏｉｎ 收稿日期：２００８—１２—１７；修回日期ｚ２００９’０５—１３
万方数据
白多糖的平均含量同关节软骨相近，但后者含有较多的水份。 但软骨终板中央Ⅸ蛋白多糖和水的含量较高，胶原较少，邻近纤 维环的部分胶原含量较高，蛋白多糖和水含量较低［６一。 １．２软骨终板的功能 １．２．１营养作用椎间盘退变的关键原因是盘内细胞及细胞 外基质中营养成分的减少。椎间盘的营养通路主要有两个：一 是终板途径，椎体内血管的营养物质通过骨髓腔一血窦一软骨终板 界面扩散到椎问盘，营养纤维环（ａｎｕｌｕｓ ｆｉｂｒｏｓｕｓ）及髓核（ｎｕｃｌｅ－ ＵＳ ｐｕｌｐｏｓｕｓ）内层；二是营养纤维环途径，即营养纤维环表面血 管营养纤维环外层。软骨终板营养通路是椎间盘营养的主要营 养通路，在与髓核位置对应处的溶质渗透占整个软骨终板渗透 率的８５％，到内层纤维环界面处下降到３５％，在软骨终板接近 外层纤维环界面则完全不能渗透口一。
胎儿时期，软骨终板内有由椎体发出至髓核的血管通过，但 一般在ｌＯ岁左右此血管通道即行闭锁，此后髓核的代谢在一定 程度上取决于软骨终板的通透性。电镜观察幼兔软骨终板内具 有由椎体骨髓腔发出的大量血管芽（即血管分支交织缠绕形成 的血窦），髓核区血管芽呈膨大且复杂、交织缠绕的袢样结构，具 有很大的表面积；内层纤维环区终板血管芽呈简单的袢样结构， 表面积较小．夕｝层纤维环区终板内无血管芽。而血管芽的表面 积与软骨终板的渗透力呈正相关［８一。虽然穿越软骨终板的血管 会在人类成年后闭塞，但终板上的许多微孔一直开放着，保持软 骨终板的半渗透膜特性。使水分等小分子成份能随渗透压的变 化在其间扩散［９一。在扫描电镜下可见，软骨终板内仍然存在着 不穿透软骨终板与髓核接触面的血管芽，并且，在相对髓核的区 域，这些小血管芽分布密集；对应纤维环内层纤维的区域，小血 管芽贝ｌｊ分布得稀疏一些。形状也简单得多。伴随这些微血管芽， 还有许多微小的淋巴管。与之对应，与软骨终板相邻的上下椎 骨，特别是和软骨终板中心部位相接的地方，存在着密集的微血 管、血窦及毛细淋巴管。各种营养物质通过这些循环道路透入 软骨终板的浅层，再经渗透，进人髓核及纤维环内层，一些代谢 产物也经此渗出［１…。
在增龄退变过程中。软骨终板的糖胺多糖（ＧＡＧ）总量、硫酸 软骨素（（洛）与硫酸角质素（ＫＳ）比值及透明质酸（ＨＡ）含量发生 着量和质的改变；一定量的ＧＡＧ、ＣＳ／ＫＳ、ＨＡ及其功能基团 是蛋白多糖（ＰＧ）、软骨终板乃至整个椎间盘材料发挥正常生物 力学功能的生化基础，任何ＧＡＧ总量及其组分的变化都将影响 软骨终板生理功能的发挥Ｌｌ ８ｉ。观察软骨终板基质合成和前胶 原的表达显示，在生长期胶原和蛋白多糖的合成和Ⅱ型胶原的 变性均旺盛；进入成熟期后上述活动减弱；在退变期Ⅱ型胶原变 性增加，并伴有Ｉ型胶原合成。说明生长期的合成和分解代谢 较强，而退变期则出现代谢产物的滞积和纤维化。在软骨终板
２软骨终板退变机制
２．１ 自然退变 软骨终板在自然退变中的形态学表现有软骨钙化和骨化、
裂变和缺失等。人类在２岁时软骨终板就已开始退变，伴随着 年龄的增长，软骨终板出现细胞凋亡增加及钙化，细胞密度减低 逐渐为骨组织取代；４岁后椎间盘营养转运明显减少，髓核细胞 群随之发生细胞凋亡等变化。脊索细胞被更多的能适应无氧环 境的软骨细胞和纤维母细胞所代替；１０岁时软骨终板已经成为 一个无血管的组织，其椎间盘营养供应主要来自于软骨终板的 渗透［１６］。在软骨终板退变的情况下，远离纤维环边缘区就可能 出现硫酸阴离子的不足，而硫酸软骨素的下降是导致椎间盘退 变的重要因素之一，进而形成恶性循环。中年以后退变进一步 发展，软骨终板可能出现结构的紊乱和细微的裂纹。成为髓核突 出的通道；软骨终板裂隙可增加椎问盘水分的丢失。随着年龄 增加，椎间盘细胞凋亡的发生率明显增加，但幸存的椎间盘细胞 并非合成功能灭活，而是随着年龄老化和变性合成异常的基质 产物；这些异常的细胞外基质中已发生变化的蛋白对细胞外功 能发挥重要的局部调节作用，或介导其他可溶性因子的作用，使 椎间盘退变加速【ｌ ７【。
人类退变软骨终板的细胞，在来自椎间盘本身或炎性侵入 的细胞产生的ＩＬ－１的诱导下，能产生Ｎｏ、ＩＬ－１、ＭＭＰｓ等，Ｎｏ 能抑制蛋白多糖的合成。诱导ＭＭＰｓ降解基质。ＮＯ、ＩＬ－１、 ＰＧＥ２、ＭＭＰｓ参与软骨终板退变相关的蛋白多糖网眼的丢失， 加速了软骨终板的退变Ｃｚ０３。正常椎间盘组织中Ｉ、Ⅱ两型胶 原、糖蛋白及软骨终板基质均有自身抗原性，且抗原性相近。纤 维环破裂后，人的淋巴细胞对自身椎间盘的这４种成分极度敏 感，发生由Ｔ淋巴细胞介导的迟发型超敏反应；Ｔｃ细胞可改变 椎同盘软骨细胞的溶酶体膜的通透性，释放多种溶酶体酶。因 而Ｔｃ活化而介导的细胞毒作用及ＴＤ介导的迟发型超敏反应 在软骨终板退变早期发挥作用。 ２．３基因水平软骨终板退变机制
Ｋａｒｐｐｉｎｅｎ等拉１。报道基因突变可引起软骨终板异常钙化。 椎问盘退变性疾病在家族中有聚集现象，Ｃ０１９ａ２基因先天缺陷 使谷氨酰胺的编码变为色氨酸编码，致Ⅸ型胶原ａ２链发生变 化，引起软骨终板脆性增加。在家族中色氨酸等位基因阳性者 Ｌ５一Ｓｌ软骨终板的变性程度明显高于阴性者，软骨终板出现大 量的放射状裂隙。对转基因致Ⅱ型胶原相关基因Ｃ０１２ａｌ失活 的小鼠进行观测，显示其软骨终板在早期即发生变形、钙化和骨 化。蛋白多糖含量减少。在发生常染色体隐性突变的ｔｗｙ小鼠 的关节软骨和软骨终板内，软骨细胞胞质、胞核内和周围基质可 见到链状颗粒物质，于脱钙处理后消失，元素分析法显示其内含 大量钙和磷，病理上表现为包括软骨终板在内的全身多处关节 的异常钙化Ｌ２ ２。。
软骨终板上无神经组织，这样就保证了在承重挤压时不会 总有疼痛反射的干扰。由于不断增加的负荷，人类软骨终板上 的微血管在出生后８个月即开始逐步减少、萎缩，３０岁左右直接 穿越软骨终板连接椎体血窦和髓核的微血管即完全闭塞，这种 结构改变。也是适应承受负荷的需要形成的Ｌｌ“。Ｔｓａｎｔｒｉｚｏｓ 等［１５ｊ分别对应用金属椎间植入物时是否保留椎体软骨终板进 行生物力学评价，结果显示未保留椎体软骨终板者椎体的抗压 强度明显降低。椎体软骨终板对椎体力学性能的维持有重要作 用，椎体软骨终板完整时椎体后外侧部分耐受载荷的能力和刚 度较中央部好，去除椎体软骨终板后椎体承受载荷的能力和刚 度明显下降。
软骨终板结构为典型的透明软骨，由软骨细胞和细胞基质 构成。软骨细胞被包埋于细胞基质的小腔内，该小腔称作软骨 陷窝。活的软骨细胞充满软骨陷窝。陷窝周嗣的基质中含较多 的硫酸软骨素，嗜碱性较强，Ｈ—Ｅ染色的标本上呈蓝色，即软骨 囊或“巢”［“。电镜下，胞质内含丰富的线粒体、粗面内质网和发 达的高尔基复合体。还有一些糖原和脂滴。周围的细胞间质由软 骨基质和胶原原纤维构成。基质呈凝胶状半固体状态，具有一 定的硬度和弹性。其主要成分是呈嗜碱性的蛋白多糖和大量的 水。蛋白多糖的主干是透明质酸分子，其上结合了较短的蛋白 质链。其余为酸性糖氨多糖，如硫酸软骨素Ａ、Ｃ及硫酸角质素， 借蛋白链与透明质酸主干相连，再与大量的水（约７５％）结合成 半固体。水分子一部分位于蛋白多糖的网眼内，另一部分则通 过氢与酸性糖氨多糖的负电荷相结合【５。。这种交叉结构形式， 使软骨有一定的弹性，保证了营养物质随组织液渗透过基质，为 软骨细胞提供营养并带走代谢产物。椎体软骨终板内胶原和蛋
Ｎａｃｈｅｍｓｏｎ［“一报道，终板与椎体间血管芽的多少决定了椎 体骨一软骨终板一椎问盘界面的通透性，椎体髓腔血窦与软骨终板 间有直接接触，营养物质通过血窭一软骨界面进行扩散。无ｉｂｉ透 能力的终板显示软骨下骨板增厚，椎体血窦与软骨无直接沟通。 Ｕｒｂａｎ等Ｌ１２。通过给狗注射四环素。所取材料在荧光显微镜下观 察到髓腔血窦与软骨终板直接接触的位置渗透性明显高于无接 触界面。
值降低，细胞代谢功能障碍，最终导致盘内细胞死亡。 １．２．２缓冲压力作用 软骨终板中心部位与髓核相接触，边缘 与纤维环的内层纤维相移行连接，它与纤维环壁形成了一个严 密包容髓核的容器。使处于液胶状静压状态的髓核能发挥“滚珠 轴承样”功能。而软骨终板、纤维环、髓核三者构成的整体，也就 形成了对抗重力和张力的闭合缓冲系统Ｌ１３５。它们所发挥出来 的缓冲、承重、运动轴点的功能，使人类等脊椎动物的身体轴线 能完成各类需要的活动。软骨的胶原纤维由浅至深纵行穿行于 软骨，并沿软骨下骨质走向干骺位的骨皮质。当负载时软骨变 形，减耗压力，纤维结构承受沿胶原纤维方向传递过来的压力并 经软骨下骨质内的桁架结构分散到干骺部位的骨皮质。从而使 软骨承受的应力大大降低，软骨细胞则在纤维网格内得以保护。