Глава 7 СОСТОЯНИЕ СТРУКТУРЫ «ПОЗВОНОЧНЫХ ДИСКОВ В ЗРЕЛОМ ВОЗРАСТЕ

Зрелый возраст: I период 22-35 лет мужчины 21-35 лет женщины

П период 35-59 лет мужчины 36-55 лет женщины

Всего исследовано 42 диска.

При световой микроскопии пульпозное ядро межпозвоночных дис­ков в зрелом возрасте (от 21 до 35 лет) имеет более выраженную волокнистую структуру, чем в юношеском.

Рыхло упакованные пучки коллагеновых фибрилл образуют волок­на, часто имеющие волнистую форму. Толщина волокон очень разнооб­разна. Между отдельными волокнистыми элементами наблюдаются амор­фные поля основного вещества. Клетки часто объединены в более крупные, чем в юношеском возрасте, изогенные группы. Общее коли­чество клеток в поле зрения увеличивается до 33+3. Структура пуль позного ядра МД зрелого возраста приближается к структуре волок­нистого хряща, отличаясь от последнего разнообразием волокнистых элементов, среди которых наблюдаются не только коллагеновые во­локна разного диаметра и фибриллы, но и эластические волокна. В межклеточном веществе пульпозных ядер МД волокнистые элементы не имеют строгой ориентации, свойственной волокнистому хрящу.

Трансмиссионная электронная микроскопия подтверждает неод­нородность волокнистых элементов пульпозного ядра. В межклеточ­ном веществе, кроме коллагеновых волокон разной толщины и одиноч­ных неориентированных фибрилл коллагена, видны эластические во­локна, скопления крупнозернистого материала и поля основного ве­щества, имеющего сетчато-гранулярно-филаментозную структуру (рис. 86 а, б, в). Поперечно-исчерченные филаментозные агрегаты

Рис. 85. Микрофотография. Структура пульпозного ядра МД.

Изогенные группы хрящевых клеток и рыхлые волокна в межклеточном веществе. Возраст 33 года, окраска пикрофуксином.

Увеличение. Окуляр 6, ооъектив 10.

Рис.

материала в межклеточном веществе пульпозного ядра. Возраст 33 года. Увеличение 4200.

Рис. 85 б. Электронная микрофотография межклеточного вещес­тва пульпозного ядра. В межклеточном веществе пульпозного ядра КФ - коллагеновые фибриллы, эластические волокна (Эл.В). Возраст 33 года. Увеличение 4200.

Рис. 85 в. Электронная микрофотография основного вещества пульпозного ядра ЦЦ. Среди филаментозной сети видны гранулы протеогликанов. Окраска сафранином "О" и цитратом свинца. Возраст 33 года.

Увеличение 20000.

(CBFA) в этом возрастном периоде встречаются значительно реже, преимущественно вблизи клеток.

Среди клеточных элементов преобладают хрящевые клетки раз­ной степени зрелости и функциональной активности, однако, можно наблюдать и фибробластические клетки.

Зрелые одиночные хондроциты окружены характерным галло или капсулой, состоящей из двух зон. Внутренняя зона - светлая, бо­лее разреженная, чем наружная. В ней четко определяется тончай­шая филаментозная гранулярная сеть и мелкие электронно плотные скопления, связанные с этой сетью. Наличие рутений и сафранин положительных гранул свидетельствует о присутствии протеоглика- нов в этой зоне. Наружная зона более плотная и состоит не только из филаментозно-гранулярных структур, но и отдельных микрофибрилл и тонких коллагеновых фибрилл. Причем, последние чаще располага­ются по периферии наружной зоны. Клетки имеют небольшое круглое ядро, хроматин которого конденсируется не только по ядерной мем­бране, но и в виде небольших плотных скоплений располагается по всему ядру. В цитоплазме содержатся короткие канальцы грануляр­ного эндоплазматического ретикулума, светлые вакуоли, немногочис­ленные крупные митохондрии со светлым матриксом и пристеночными кристами, гранулы гликогена и обильно развитый комплекс Гольджи в виде многочисленных гладких канальцев и мелких вакуолей (рис.

86 а, б).

Анализ ультраструктуры позволяет рассматривать такие клетки как активно функционирующие.

Функционально мало активные хондроциты окружает более плот­ная капсула, состоящая из плотной гранулярно-филаментозной сети, среди которой выявляется хлопьевидный материал умеренной плотнос­ти. Цитоплазма таких клеток бедна клеточными органоидами, содер­жит крупные светлые вакуоли, иногда жировые капли, гранулы гли-

Рис. 86 а. Электронная микрофотография хондроцита зоны

пульпозного ядра, окруженного капсулой. Цитоп­лазма плотная с многочисленными светлыми вакуолями (В) и диффузно рассеянным гликогеном (ГЛ).

Возраст 33 года.

Увеличение 4200.

Рио. 86 0, Та же клетка при большем увеличении.

Увеличение 20000.

В цитоплазме короткие канальцы ЗЭС, митохондрии оо светлым матриксом (М), комплекс Гольджи (КГ).

когена и коротенькие канальцы ЗЭС (рио. 87),

Кроме описанных хрящевых клеток наблюдаются и малодифферен­цированные формы. Такие клетки имеют крупное светлое ядро с дис­персным распределением хроматина и узкий слой цитоплазмы, содер­жащей только короткие округлые канальцы ЗЭС и свободные рибосомы (рис. 88). Некоторые клетки имели удлиненную форму, цитоплазма их была плотной с многочисленными канальцами ЗЭС,заполненными со­держимым, везикулами и пиноцитозными пузырьками и гиперплазиро­ванным: 'Комплексом Гольджи в виде канальцев и крупных вакуолей, который располагался по всей длине клетки (рис. 89 а, б). Такая ультраструктура характерна для функционально активных фиброблас­тов, секретирующих белки.

Фиброзное кольцо на гистологических препаратах сохраняет от­четливое слоистое строение. Б наружной зоне пластины плотные и более узкие окрашиваются пикрофуксином в оранжевый цвет. Пласти­ны внутренней зоны тоже плотные, но широкие, сохраняют красную окраску и достигают наибольшей ширины к 30 годам (рис.

При трансмиссионной электронной микроскопий отчетливо опре-

и

деляются плотно расположенные коллагеновые фибриллы,//имеющие стро­гую ориентацию, образующие волокна/ 'Обращает внимание неоднород­ность диаметров коллагеновых фибрилл в пучках (рис. 92). Клеточ­ные элементы наружных слоев фиброзного кольца представляют фибро­циты, функционально мало активные клетки. Ближе к зоне волокнис­того хряща преобладают фибробластические клетки вытянутой формы

•Л

Рис. 67. Электронная микрофотография хондроцита зоны пульпозного ядра с признаками дистрофических изменений. Возраст 27 лет.

Увеличение 4500.

Рис. 88. Электронная микрофотография малодифференцированной клетки зоны пульпозного ядра. Крупное ядро с узким ободком цитоплазмы, бедной клеточными, содержащей свободные органоидами рибосомы и округлые канальцы ЗЭС. Возраст 33 года.

Увеличение 20000.

Рис. 89 а. Элентронная микрофотография фибробластической

клетки зоны пульпозного ядра с гиперплазированным комплексом Гольджи (КГ) в виде мелких вакуолей, округлыми канальцами 8ЭС, заполненных содержимым и мелкими везикулами (В). Возраст 33 года. Увеличение 4200.

Рис. 89 0. Фрагмент цитоплазмы той же клетки.

Увеличение 30000

Рис.

фиброзного кольца. Возраст 30 лет. икраска пикро- фуксином. Увеличение. Объектив 6, окуляр 10.

Рис. 91. СЭМ. Плотноволокнистая структура внутренней зоны фиброзного кольца. Возраст 33 года.

Увеличение 300.

Рис. 92. Электронная микрофотография пластин наружной зоны фиброзного кольца. Пучки плотно расположенных кол­лагеновых фибрилл неоднородной толщины. Возраст 28 лет.

Увеличение 20000.

с крупным продолговатым ядром. Цитоплазма их плотная и содержит много нитчатых филаментов и микротрубочек, небольшую сеть каналь­цев ЗЭС и митохондрии со светлым матриксом и пристеночными крис­тами (рис. 93). В зоне волокнистого хряща наблюдаются как одиноч­но расположенные хондроциты, так и многоклеточные изогенные груп­пы. Хрящевые клетки различны по степени зрелости и функциональ­ной активности. Следует отметить, что для этого возрастного пе­риода характерно преобладание зрелых функционально активных клеток с хорошо развитым синтезирующим аппаратом. Клеточная пролиферация и активный синтез гликозаминогликанов и коллагенового белка клет­ками способствует накоплению основного вещества и увеличению зоны волокнистого хряща, наблюдаемого в зрелом возрасте.

Хрящевые замыкательные пластинки в возрасте от 21 до 35 лет на гистологических препаратах не отличаются от предыдущего воз­растного периода. Только анализ ультраструктуры клеточных элемен­тов выявляет снижение функциональной активности клеток. В возрас­те 21-35 лет в хрящевых замыкательных пластинках преобладают хон­дроциты с признаками старения и дегенерации. В межклеточном ве­ществе существенных изменений структуры не отмечается.

Второй период зрелого возраста (36-59 лет) характеризуется развитием дегенеративных изменений во всех зонах диска, В пуль­позном ядре отмечается появление обширных очагов зернистого рас­пада ткани и уплотнение волокнистых элиментов (рис.

Рис, 93. Электронная микрофотография фрагмента цитоплазмы активной фибробластической клетки внутренней зоны фиброзного кольца. В цитоплазме скопление филамен- тов (ФЛ), округлых канальцев ЗЭС, митохондрии со светлым матриксом (М). Возраст 33 года.

Увеличение 30000.

а

Рис. 94 а, б. Микрофотография. Структура пульпозного ядра межпозвоночного диска. Возраст 55 лет. а - очаги зернистого распада ткани пульпоз­

ного ядра,

б - участок плотноволокнистой структуры пуль позного ядра.

Увеличение, икуляр 10, объектив 6.

аналогом суставной полости. По её мнению полость имеет функцио­нальное значение и развитие этой полости она связывает с подвиж­ностью позвоночника. Мы разделяем эту точку зрения, так как полос­ти наблюдали во все возрастные периоды. С возрастом увеличивается количество многоклеточных изогенных групп, особенно в перифери­ческой части пульпозного ядра.

Трансмиссионная электронная микроскопия выявляет наличие в пульпозном ядре многочисленных скоплений электронно-плотного мате­риала (рис. 95). Участки основного вещества, имеющие гранулярно- филаментозную структуру сохраняются в виде довольно обширных по­лей. Окраска сафранином ”0" и рутениевым красным отчетливо выяв­ляет гранулярный компонент, что свидетельствует о наличие в ос­новном веществе протеогликанов. В скоплениях электронно-плотного материала рутений и сафранин, положительные гранулы отсутствуют (рис. 96). Вероятно, электронно-плотный материал представляет со­бой неколлагеновые белки, по всей видимости, фибрин.

К концу этого возрастного периода, то есть к 60 годам, коли­чество подобных скоплений увеличивается. Кроме того, появляется некоторая дезорганизация коллагеновых фибрилл; они набухают, по­перечная периодизация их становится менее отчетливой, иногда фраг­ментируются (рис. 97). Клеточные элементы представлены, в основ­ном, хондроцитами с признаками пониженной функциональной активнос­ти. В цитоплазме одних клеток отмечаются скопления филаментов, комплекс Гольджи и зернистый эндоплазматический ретикулум слабо развиты, митохондрии единичные со светлым- матриксом и короткими пристеночными кристами и небольшие оптически плотные тельца (рис. 98). Другие хондроциты имеют оптически светлую цитоплазму, в которой наблюдаются жировые капли и многочисленные лизосомы, и аутофагосомы, комплекс Гольджи и ЗЭС развиты слабо (рис. 94).

Фиброзное кольцо после 40 лет теряет отчетливую слоистость

4

г

Рис. 95. Электронная микрофотография межклеточного вещества пульпозного ядра. Среди коллагеновых фибрилл (КФ) скопления электронно-плотного материала. Возраст 48 лет.

Увеличение 4500.

Рис. 96. Электронная микрофотография фрагмента межклеточного вещества пульпозного ядра. Гранулярно-филаментозная структура основного вещества среди коллагеновых фибрилл - скопления электронно-плотного материала. Окраска сафранином ”0" и цитратом свинца. Возраст 48 лет.

Увеличение 20U00.

Рио. 97. Электронная микрофотография межклеточного вещества пульпозного ядра ВД. Коллагеновые фибриллы не име­ют четкой периодичности, фрагментируются среди них скопления электронно-плотного материала. Возраст 58 лет.

Увеличение 20000.

Рис. 98. Электронная микрофотография функционально активной клетки зоны пульпозного ядра с плотной цитоплазмой, многочисленными филаментами, канальцами ЗЭС, единич­ными митохондриями. Возраст 58 лет.

Увеличение 4200.

Рис. 99. Электронная микрофотография хондроцита пульпозного ядра с признаками дегенерации. Слабо развит синте­зирующий аппарат, многочисленные лизосомы и фагосомы (ЛЗ, Ф.О.), липиды. Возраст 48 лет.

Увеличение 20000.

строения. Хотя пластины как наружной, так и внутренней зон сох­раняются, но границы их становятся менее отчетливыми. В них появ­ляются трещины и полости, скопления зернистого материала, который окрашивается в оранжевый цвет и хорошо определяется на фоне крас­ной окраски пластин (рис. 100). Эластические волокна фрагментиру­ются и меняют форму. При сканирующей микроскопии можно видеть, что структура пластин становится более однообразной, границы их сглажены. В толще некоторых пластин как в наружной, так и внутрен ней зонах, наблюдаются крупные полости (рис. 101).

Трансмиссионная электронная микроскопия выявляет деструктив­ные изменения коллагеновых фибрилл в волокнах. Последние теряют строгую ориентацию, фрагментируются, приобретают изогнутую форму, набухают и теряют периодическую исчерченность. Измененные фибрил­лы и их фрагменты хаотично располагаются среди скоплений зернис­того материала и коллагеновых фибрилл, сохраняющих нормальную структуру (рис. 102). Кроме того, с возрастом наблюдается более рыхлое расположение коллагеновых фибрилл в пучках, образующих во­локна, нарушается строгая ориентация фибрилл. Среди клеточных элементов в наружной зоне наблюдаются только фиброциты,, а во внутренней зоне клеток значительно больше и они разнообразны по степени зрелости и функциональной активности, особенно, в зоне волокнистого хряща. Одни из них имеют крупное ядро и плотную ци­топлазму, в которой различались лишь набухающие канальцы ЗЭС и митохондрии. Цитоплазма других клеток заполнена гранулами глико­гена, лизосомами, жировыми каплями и миелиновыми тельцами, синте­зирующий аппарат либо отсутствует, либо слабо развит. Такая струк тура характерна для клеток, которые заканчивают свой жизненный цикл. К клеткам с пониженной функциональной активностью можно от­нести и клетки,в цитоплазме которых еще сохранялась хорошо разви­тая сеть канальцев зернистого эндоплазматического ретикулума, но

Рис. 100. микрофотография. Фиброзное кольцо с признаками деструкции: сглаженные границы пластин, трещины и полости в пластинках. Окраска пикрофуксином.

Возраст 52 года. Увеличение. Окуляр 10, объектив 6.

Рис. 101. СЭМ. Сглаживание слоистости и образование полостей

в пластинах фиброзного кольца. Возраст 56 лет. Увеличение 100.

Рис. 102. Электронная микрофотография коллагеновых волокон.

Очаг деструкции зоны фиброзного кольца. Скопления зернистого материала и дегенеративно измененные коллагеновые фибриллы. Возраст 52 года.

Увеличение 20000.

содержались многочисленные жировые капли и светД^іе вакуоли.

Хрящевые замыкательные пластинки в течение второго зрелого периода заметно изменяют свою структуру. В них так же появляются трещины и обширные полости, заполненные не только клетками костно­го мозга, как в более ранние периоды, но и зернистым материалом, либо бесструктурной гомогенной массой (рис. 103). Эти изменения особенно отчетливо проявляются к 50 годам. При трансмиссионной электронной микроскопии наблюдаются не только накопление плотно­го зернистого материала, но и деструкция волокнистых элементов. Отчетливо выявляется дегенерация амиантоидных фибрилл. Они резко набухают, приобретая причудливую форму, поперечная исчерченность в них исчезает. Между фибриллами появляются скопления электронно­плотного вещества (рис. 104). Среди клеточных элементов преобла­дают хондроциты с признаками старения и снижения функциональной активности.

Таким образом, проведенные нами исследования ультраструктуры межпозвоночных дисков людей зрелого возраста показали, что струк­тура МД меняется и в период постоянной нагрузки на позвоночник. Пульпозное ядро приобретает волокнистую структуру с преобладанием в межклеточном веществе коллагеновых волокон разного диаметра, а сетчато-гранулярно-филаментозное основное вещество сохраняется в виде небольших полей. Кроме того, появляются обширные поля скоп­ления зернистого материала. С уменьшением содержания протеоглика- нов в основном веществе уменьшается гидратация пульпозного ядра. Однако наличие функционально активных клеток в пульпозном ядре людей зрелого возраста обеспечивает увеличение волокнистых элемен­тов в нем, несмотря на наличие очагов дегенерации. Вероятно, по­теря гидратации пульпозным ядром частично восполняется увеличе­нием прочности за счет волокнистых элементов, количество которых резко увеличивается с возрастом. Так как пульпозное ядро частично

*•

7?

Рис. 104. Электронная микрофотография зоны хрящевой замыка­тельной пластинки. Деструкция амиантоидных фибрилл и накопление электронно-плотного материала. Возраст 52 года. Увеличение 15200.

Рис. ЮЗ. Микрофотография хряще­вой замыкательной пластинки,

Видны трещины, полости и участки зернистого распада гиалинового хряща. Возраст 52 года, окраска гематоксилин-эозин. Увеличение. Окуляр 10, объектив 6.

утратив воду, ке может равномерно распределять падающую на него нагрузку, о,до должно само обладать достаточной прочностью.

Фиброзное кольцо достигает наибольшей прочности и толщины к 30 годам. Позднее в нем так же, как и в пульпозном ядре, появля­ются очаги деструкции. Однако, отмечаемые нами процессы клеточной пролиферации восполняют потерю волокнистых и клеточных элементов. Эти процессы наблюдаются только в зоне волокнистого хряща и сох­раняются в течение всего зрелого периода жизни человека, позволяя фиброзному кольцу выполнять свою функцию.

Б хрящевых замыкательных пластинках процессов клеточной про­лиферации в этом периоде не наблюдается,. Наличие процессов деге­нерации приводит не только к истончению пластинок, но и изменению их структуры.

Таким образом, отмеченные нами изменения структуры происхо­дят во всех зонах межпозвоночного диска и взаимообусловлены.