Основные компоненты межклеточного вещества (матрикса) межпозвонкового диска — коллаген, протеогликаны, гиалуроновая кислота и эластин. На долю коллагена приходится около 50% сухого веса фиброзного кольца и 15—20% веса пульпозного ядра. Коллаген представлен десятью различными типами, в основном коллагеном II типа. Протеогликаны составляют около 10% сухого веса кольца; их содержание увеличивается в центральных отделах кольца, а в пульпозном ядре достигает 50%. Гиалуроновая кислота обнаруживается во всех областях диска, но в ядре ее концентрация значительно выше. Другой важный компонент диска — эластические волокна, которые состоят в основном из белка эластина. Молекулы эластина способны к значительному растяжению; содержание этого белка в диске составляет 1—10%. В фиброзном кольце эластические волокна сопряжены с коллагеновыми фибриллами, а в ткани ядра ориентированы беспорядочно. Кроме того, межпозвонковый диск содержит много липидов, преимущественно в виде холестерина, триглицеридов и фосфолипи-дов. Липофусцин (пигмент липидного происхождения) и патологический белок амилоид выявляют преимущественно у пожилых.
Аггреканы пульпозного ядра обладают гидрофильными свойствами, удерживая в нем воду и тем самым поддерживая внутреннее давление в диске. Вода попадает в ядро осмотическим путем, проходя из кровеносных сосудов прилежащих тел позвонков сквозь замыкательные гиалиновые пластины диска. При увеличении давления внутри диска (например, в вертикальном положении) вода по ^адиенту давления выходит из диска в обратном направлении. Так, у человека при физических нагрузках в течение дня из меж позвонкового диска выходит примерн 25% воды, такое же количество возвращается за ночь во время сна. За счет этого высота позвоночного столба утром выше, чем вечером, на 1—2 см. С возрастом воды в диске становится меньше из-за снижения содержания гидрофильных молекул (в частности, уменьшения отношения протеогликанов к коллагену).
В процессе дегенерации диска синтез протеогликанов снижается, что приводит к снижению гидростатического давления в диске и потере упругих свойств пульпозного ядра. Это приводит к механической перегрузке пульпозного ядра и фиброзного кольца. В фиброзном кольце появляются трещины и разрывы. В дальнейшем в результате дегенерации и физиологического старения межпозвонковый диск замещается дезорганизованной соединительной тканью.
Клеточный состав
На долю клеток приходится всего 1—2% объема ткани диска. Несмотря на свою малочисленность, клетки выполняют множество регуляторных функций, обеспечивая нормальную структуру и работу диска; в частности, в этих клетках синтезируются и распадаются молекулы межклеточного матрикса. Морфология клеток в разных отделах диска варьирует. В наружных участках фиброзного кольца выявляют тонкие удлиненные фибробла-стоподобные клетки, которые располагаются параллельно коллагеновым волокнам. В молодом возрасте клетки располагаются между пучками коллагена, а затем постепенно внедряются в коллагеновые пучки, которые, в свою очередь, приобретают менее упорядоченное расположение.
В пульпозном ядре клеток в среднем примерно вдвое меньше, чем в фиброзном кольце. Клетки ядра имеют округлую или овальную форму и классифицируются как хордальные. Полагают, что это остаточные клетки хорды, из которой и развивается диск. У человека число хор-дальных клеток максимально у новорожденных, затем стремительно уменьшается в первые годы жизни. У взрослых хор-дальных клеток меньше; эти клетки сменяются хондроцитоподобными, которые, в свою очередь, в результате старения и дегенерации превращаются в гипертрофические хондроциты. Хордальные клетки вырабатывают протеогликаны и гиалу-роновую кислоту; уменьшение числа или полное исчезновение этих клеток связано с дегенеративными изменениями в диске На функцию клеток влияют механические и биохимические сигналы. Физиологическое механическое давление на межпозвонковый диск (до 3,5 МПа) стимулирует синтез межклеточного вещества, а избыточное давление (7,5 МПа) — подавляет. Например, в межпозвонковом диске активно двигающихся собак содержание коллагена на 36—37% больше, чем у собак из контрольной группы. В то же время периодически повышающееся давление на диск значительно стимулирует его кальцификацию. Таким образом, механическое давление существенно влияет на пролиферацию, дифференцировку и функциональную активность клеток межпозвонкового диска.