第二节　腰椎间盘突出症病理机制的西医学认识

随着基础研究的深入,人们已从解剖学、生理学和生物化学等角度对腰椎间盘突出症有了更深刻的认识。对于其病因的认识,基于椎间盘退变的慢性损伤和急性暴力损伤,使椎间隙变窄,脊柱力学平衡失调,小关节紊乱,肌肉痉挛,继发性引起一系列变化,神经根受到刺激,从而产生一系列症状。

上下相邻的腰椎借助椎间盘、关节突关节、韧带等结构构成一个运动单元。椎间盘由上、下终板和纤维环及髓核构成一个封闭的可运动的连结。髓核是一种胶冻体,基本成分为胶原(Ⅰ型或Ⅱ型)及其附于上面的糖蛋白。糖蛋白的作用是在椎间盘内血管闭锁以后(8岁后)有效地吸取水分维持椎间盘的弹性。正常时含水量很高,吸湿性很强,由于其内在压力的渗透压而能吸收和排出水分,其营养靠椎体内血液的弥散作用来供应。髓核发生变性后,其中的硫酸软骨素和含水量逐渐减少,膨胀性和弹性均减退,易被压缩,髓核的胶质结构变的不均匀,呈泥浆样,此种变化在60岁以上的老年人可视为正常变化。但当与年龄不相符而早期出现时,则为异常改变。纤维环一般在20岁左右停止发育,开始变性后,其纤维相互分离形成裂隙或断裂,失去其牵张力和弹性。椎间盘变性后,由于纤维环的耐牵伸力和耐压缩力减退,髓核的结构不均匀,椎体间活动失调,活动不均匀且活动幅度增大,使椎间盘变窄向周围膨出;此时运动单位的相对滑动增加,纤维环受到异常拉力作用增加,内层纤维环破裂致使椎间盘突出;外层纤维环破裂导致椎间盘突(脱)出。同时由于椎间盘变性、椎间隙增宽,引起椎体间不稳,异常活动增加,牵拉纤维环及周围纵韧带,附着在椎体边缘的纤维环和纵韧带椎体边缘的骨膜引起骨膜下血肿;血肿机化形成骨刺,或拉力刺激成骨细胞直接形成骨刺。

椎间盘具有多重感觉神经支配,其外侧部和前纵韧带接受灰交通支的支配,后外侧部除接受灰交通支外还接受窦椎神经的支配。椎间盘的感受器呈不均匀分布,大部分在外侧,小部分在后侧,而前侧更加稀少,其密集分布区也是椎间盘易损伤的部分。由于椎间盘受多重神经支配,形成空间总和而加速疼痛冲动的传入。在正常情况下较轻疼痛冲动的传入可能受到弥散疼痛抑制阀的调节。交感介导也可加重疼痛,自主神经末梢分布于脊柱上,可引起恶心、出汗、烧灼感等,这种交感的传入活动可兴奋A-纤维机械感受器,引起疼痛。

组织学观察发现,椎间盘的微创伤可以不愈合。这一现象是否由于椎间盘无血管之故目前还不清楚。可能是微小的创伤不足以引起炎症和愈合反应或椎间盘无血运特性限制了炎症和愈合反应。不良愈合导致组织强度的下降,易于再损伤,而反复的损伤最终导致持续的炎症,炎症又使疼痛感受器更趋敏感。

关节突关节或椎间关节是构成腰椎运动单位的后部连结及承重结构,由上位椎体的下关节突与下位椎体的上关节突组成,关节内的滑膜分布有丰富的感觉神经和支配血管运动的交感神经。关节突关节及其有关结构都接受来自脊神经下行背支的丰富支配。来自关节突关节的传入纤维主要是Ⅲ型和Ⅳ型纤维,其丰富的神经末梢在关节囊形成细密的神经丛。关于滑膜皱襞的痛觉神经分布颇有争议,最近有人通过电子显微镜、嗜银染色和免疫荧光染色等方法发现椎间关节内隐窝的滑膜皱襞内滑膜下组织有神经纤维和P物质,这提示了这一区域内神经感受器具有疼痛感觉功能。显然,椎间关节神经的多重支配性与椎间盘相似,因而前述的疼痛机制都可发生于椎间关节。

但关节突关节也有其特殊性,它是有血液供应的,因此,炎性反应的血管作用更大,这对愈合有利,但也可导致过度增生,引起椎间关节的退行性变,造成椎间孔狭窄而压迫神经根。滑膜炎、退行性变和滑膜皱襞的嵌顿也是椎间关节疼痛持续和复发的原因。

随着椎间盘的变性,椎间隙变窄,关节突关节异常活动增加,小关节错位,关节囊受力不均匀,关节囊水肿,炎症渗出;关节软骨受损出现细裂,关节囊内的水解酶渗入到软骨下层发生损伤性软骨炎,刺激神经后支的关节囊支,反射性地引起肌肉痉挛;肌肉附着点受应力刺激导致骨质增生,椎间关节错位以及椎间隙变窄导致椎间孔变窄。

脊神经根离开硬膜囊出椎间孔这一段结构为神经根管,其内侧分为侧隐窝,外侧分为椎间孔,整个神经根管道不全是骨性的,也含软组织,实际上是骨纤维管道。神经根在其内通行时受椎体、小关节突、椎间盘、黄韧带等退变以及侧隐窝、椎间孔变窄的影响。椎体序列失常、小关节骨质增生或错位等可使椎间孔变窄。

黄韧带、后纵韧带合称椎板间韧带。由于椎间盘退变,椎间隙变窄,黄韧带异常活动增多,出现代偿性增厚、钙化或骨化。虽然本身没有神经支配,但在伸展时黄韧带皱褶可进入椎管,加剧神经根的刺激。而后纵韧带是由窦椎神经支配,压力作用到韧带可引起疼痛。

附着于椎体的肌肉组织由于神经根受压引起反射性肌肉痉挛,痉挛又导致疼痛。还可因肌肉缺血而发生,持续性收缩使代谢性产物聚集于肌肉组织内,并使肌肉的血液供应减少,代谢的最终产物具有刺激性。强力的肌肉收缩与持续性收缩一样能使肌筋膜的骨膜附着点受到牵拉,对骨膜的牵拉性刺激将引起局部疼痛和压痛。此外,被动牵拉肌肉或是肌肉主动收缩都可能产生疼痛,细小肌纤维的撕裂或肌肉内纤维成分的断裂可以产生同样的后果。出血、炎症水肿等可使肌肉、韧带附着点骨质增生。

炎性因子刺激或压迫神经根,从而使神经根水肿、粘连、纤维化,最后导致神经根增粗。神经根是一种敏感的组织,受刺激的部位有神经根硬膜鞘的神经纤维、背根(感觉根)和运动根的感觉纤维。神经根还可因牵拉导致血液循环障碍,从而进一步因缺血而引起神经痛。

腰痛与下肢放射性疼痛是腰椎间盘突出症的主要症状(但并不是所有的腰椎间盘突出症都会出现)。有多种学说解释其发病机制,如机械压迫学说、化学刺激学说、免疫学说、淤血学说和脊膜囊高张力学说等,随着研究的深入,提出了多源性机制的看法,涉及面很广。

压迫对于神经可产生直接的机械效应和通过损害神经血供而产生间接效应。局部压迫对神经的直接机械效应包括神经纤维变形、郎飞结移位和结周髓鞘剥脱,但这只见于很高的压力压迫之后,而低压水平(26.7k Pa)的压迫所引起的变化是继发于神经营养供应损害。4k Pa的压力可造成轴流的变化,蛋白由神经细胞体向轴突远端的转运将受到损害,这将进一步加强远段轴突对压迫效应的敏感性,即“双重挤压综合征(Double Crush Syndrome)”。当神经受到的压力达到平均动脉压时,神经内部血管系统的血流终止,即受压的神经节段发生缺血。在更高的压力(26.7kPa～ 53.3kPa)下即使压迫时间很短,也会引起神经结构的改变和神经功能障碍。可见神经损伤程度似乎与所施压力强度有关。压迫也会造成神经内血管通透性的改变,使得大分子物质和液体漏出,继发水肿。6.7kPa的压力水平压迫4～ 6小时就可引起周围神经毛细血管变化。上述局部压迫所产生的效应在受压节段的边缘部表现得最显著,这种所谓的“边缘效应”是因为受压节段边缘区发生的受压组织与未受压组织的相对移位所致。

神经根比周围神经对压迫更加敏感。静脉淤血所致的毛细血管逆流是神经根压迫综合征的一个重要的病理生理机制。压迫也同样会导致神经根内毛细血管通透性的改变,在6.7kPa的压力下压迫2分钟就可发生水肿,继而影响毛细血管的血流,并因此影响神经根的营养。因为水肿在压力解除后仍可持续一段时间,所以水肿比压迫本身对神经根的不良影响作用时间更长。对于慢性神经损伤,水肿的存在与继发神经内纤维化有关,这可能是某些患者神经压迫解除后恢复很慢的原因。机械的压迫和炎性致痛物的存在会降低痛阈,因而引起疼痛。从结构上看,神经根易受损伤,因为它是包裹在一层薄膜中,无神经外膜抵御机械应力。神经根的压迫性损伤可以造成神经内毛细血管通透性增高,导致水肿形成;同时由于神经内液压的升高而影响神经根的营养输送。这一机制对于被结缔组织紧密包裹的神经根节段尤为重要,因此椎间孔部的神经根更容易发生水肿。Parke等认为,静脉淤血是造成神经根性疼痛的一个重要因素。背根神经节中的感觉细胞对机械移位高度敏感,可自发性放电,这种自发放电并受周围神经损伤的显著影响。

压迫可以导致神经根传导功能的障碍,临床上表现为感觉和运动缺失。轻度压迫造成微静脉和毛细血管的淤滞,代谢产物在神经组织内聚集,而这些代谢产物本身可以致痛。在休息状态下,受压的神经血流恢复,代谢产物被清除,疼痛就可迅速消失。

近年来发现的初级传入神经元所产生的神经肽种类越来越多,除P物质、血管活性肽和钙基因相关肽外,还有生长抑素、Y物质、促胃液素(胃泌素)、强啡肽、脑啡肽和Galantin等,它们通过轴流向中枢和周围突触转运。现已证明,对周围神经进行强电刺激可使初级传入神经元释放P物质,释放的P物质可以兴奋上行投射神经元。这些神经肽除了起伤害感受型感觉的神经递质作用外,还具有血管活性作用,可导致神经源性神经肽介导的炎性反应。生物化学物质和神经肽类在疼痛感受中起重要作用,这些致痛物或可直接激发疼痛,或可降低痛阈。损伤或炎症组织释放的内源性物质在伤害刺激和疼痛感受器放电之间起桥梁作用。

多种由非神经组织所释放的内源性化学物质具有致病作用,包括缓激肽、血清素、组胺、乙酰胆碱、前列腺素E₁、前列腺素E₂和白三烯等。这些物质可兴奋分布在皮肤、骨骼、关节和肌肉中对热和机械刺激敏感的C-型或A-型伤害传入纤维。花生四烯酸脂质氧化的两种产物：di-HETE(15-脂质氧化酶产物)和白三烯B₄(5-脂质氧化酶产物)也具有致痛作用。白三烯B₄是作用于聚集在炎症局部消灭抗原多形核白细胞的化学毒素,使C型伤害感受器对机械刺激敏感并导致痛觉过敏,其效应依赖于多形核白细胞的存在。上述两种物质的致痛作用不能为阻断花生四烯酸环氧化的非激素类抗炎药物所阻断。此外,椎间盘组织中增多的磷脂酶A ₂也参与炎症反应。

物理和化学刺激作用于伤害传入神经的周围末梢所释放的神经肽,可增加血流量和血管通透性,刺激肥大细胞释放白三烯,刺激多形核白细胞或单核细胞。可见两类介质相互影响,共同作用。如神经肽的释放,神经肽进一步通过刺激炎症因子和组织降解酶的合成,促进功能脊柱单位的退变过程。许多神经肽是炎症前体(如P物质),它们由细的初级传入神经中释放出来后,作用于肥大细胞引起一系列其他炎症因子的释放,如组胺、血清素和白三烯等。这些因子使血管扩张和通透性增强,促发炎症,同时又使通透感受器敏感。而退变能使脊柱机械强度更加削弱,背根节对环境因素更加敏感。Lindblom首先提出背根节是腰痛的调节器,他认为,鉴于背根节的血供特点和其紧张的关节囊,机械压迫可以导致神经性水肿,并进一步造成细胞体的血供减少,而背根节功能障碍和疼痛可能与之有关。一方面降低了刺激神经肽活动的阈值,同时,加剧炎性反应和神经性水肿,使神经缺血缺氧。

腰椎间盘突出症的病因发病机制涉及椎间盘的解剖结构、生理病理、生物化学以及神经调节等诸多方面。除了因髓核突(脱)出压迫神经根损伤,以及引起静脉回流、动脉供血障碍外,还可因突(脱)出的髓核因退变所降解的乳糖、糖蛋白、氢离子、神经肽、磷酸酶,以及基质溶素等,刺激神经根及其周围组织,使其产生炎性反应,进一步释放缓激肽、组胺、前列腺素素E₁、前列腺素E₂和白三烯等,这些神经源性介质或非神经源性介质物质可进一步刺激神经根及其周围组织使其充血水肿,并可使神经根内压增高,神经根缺血缺氧而产生疼痛。某些介质可直接刺激神经根而产生疼痛。神经根受到刺激产生肌肉应激性痉挛,脊柱的静力平衡系统失调,小关节紊乱加剧对神经根的刺激,形成神经、肌肉应激反应的恶性循环。

(陈　华)