Lemez degeneráció és derékfájás: zsírral kapcsolatos állapotok?

Dino Samartzis

1 Ortopédiai és Traumatológiai Tanszék, Hongkongi Egyetem, Hongkong, Kína

Jaro Karppinen

2 Fizikai és Rehabilitációs Orvostudományi Osztály, Oulu Egyetem Klinikai Orvostudományi Intézet és Oulu Orvosi Kutatóközpont, Oulu, Finnország

Jason Pui Yin Cheung

1 Ortopédiai és Traumatológiai Tanszék, Hongkongi Egyetem, Hongkong, Kína

Jeffrey Lotz

3 Ortopédiai Sebészeti Osztály, Kaliforniai Egyetem, San Francisco, San Francisco, Kalifornia, Egyesült Államok

Absztrakt

A derékfájás (LBP) a világ legerősebb állapota. A lemez degenerációját az LBP-hez kapcsolódó erős meghatározó tényezőnek tekintik. A túlsúly és az elhízás olyan közegészségügyi aggályok, amelyek világszerte minden népességet érintenek, és amelyek gyakorisága folyamatosan növekszik. Tanulmányok erős összefüggéseket jeleztek a túlsúly/elhízás és a korong degenerációja, valamint az LBP között. Ez a széles elbeszélő áttekintő cikk foglalkozik a különféle mechanizmusokkal, amelyek a korong degenerációjához és/vagy az LBP-hez vezethetnek a túlsúly/elhízás hátterében. Célunk különösen felhívni a figyelmet a zsírsejtek szerepére és azok részvételére megváltozott anyagcserén vagy adipokinek felszabadulásán keresztül, valamint más utakon, amelyek a lemez degenerációjának és az LBP kialakulásához vezethetnek. A zsír e folyamatban betöltött szerepének megértése segíthet új biológiai terápiák és technológiák kifejlesztésében, amelyek megállíthatják a lemez progresszióját vagy regenerálását. Ezenkívül a genetikai fejlődés és a genetikai epidemiológia felértékelődésével a gerincellátás személyre szabottabb megközelítésében figyelembe kell venni a zsír szerepét a lemez és az LBP felé irányuló bármilyen megelőző, terápiás és/vagy prognózisos módban.

A derékfájás (LBP) súlyos meggyengítő állapot, amely káros társadalmi-gazdasági következményekkel jár, és az általános népesség 80% -át érinti valamikor. 1, 2 Az Egyesült Államokban az LBP kezelésének közvetlen és közvetett költségeit évi becslések szerint ~ 90 milliárd USD-ra becsülik, és hasonló magas költségeket dokumentáltak más országokban is. 3 Összességében az LBP befolyásolja a napi funkciókat, rontja az életminőséget, emeli a munkaképtelenséget és az egészségügyi ellátás költségeit. 4

A túlsúly és az elhízás (hagyományosan a testtömeg-index [BMI] vagy a derék kerülete mérőszámaként) olyan közegészségügyi aggályok, amelyek világszerte sok lakosságot érintenek, és amelyek gyakorisága folyamatosan növekszik. 5, 6 A világ felnőtt lakosságának körülbelül 23, illetve 10% -a túlsúlyos és elhízott. 6 Valójában az ilyen előfordulási arányok várhatóan 2030-ra ugrásszerűen növekednek, ha nem alkalmaznak megelőző intézkedéseket. Például az Egyesült Államokban becslések szerint a gyermekek egyharmada elhízott, ami aggasztó, mert a gyermekkori elhízás növeli a felnőttkori elhízás kockázatát. 7 Európában több ország (pl. Egyesült Királyság, Németország, Horvátország) megjegyezte, hogy népességük több mint 60% -a legalább túlsúlyos. Még Ázsia egyes részein (pl. Kína) is megnőtt a túlsúly és az elhízás elterjedtsége a gyorsétterem kultúra térnyerése, a nyugatiasabb életmód elfogadásának és a pénzügyi gazdagságnak köszönhetően. 8 Ennek eredményeként az epidemiológiai tendenciák megállapították, hogy a társadalom belépett az elhízás szakaszába. 5.

Az LBP előfordulásának egyik fő meghatározója az intervertebrális lemez degenerációja, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, amelynek kockázatát genetikai, környezeti és életmódbeli tényezőknek tulajdonítják. 17, 20, 21, 22, 23, 24 Ezek közül a túlsúly és az elhízás, vagy inkább a testzsír kapcsolódik a megnövekedett LBP arányhoz. A 17., 22., 24. testtömeg prognosztikai tényezőként szerepel a gerincsebészeti betegeknél is, akik sebészeti beavatkozáson esnek át a diszogén hátfájás és egyéb gerincbetegségek kezelésére. 25, 26, 27 Bár régóta vallják, hogy a megváltozott biomechanika (pl. Terhelés) következtében a testsúly káros hatást gyakorol a gerincre, a növekvő bizonyítékok arra utalnak, hogy a zsír által okozott biokémiai és anyagcsere-változások is szerepet játszhatnak szerepet játszik a lemez degenerációjának fejlesztésében és ezzel az LBP-vel. Ezen aggályok helyett a felülvizsgálat célja az elhízás/LBP asszociáció potenciális patomechanizmusainak bemutatása, a zsír szerepének megvitatása a lemez degenerációjának és az LBP kialakulásában, és kisebb mértékben leírja a az elhízás következményei gerincsebészeti betegeknél.

A csigolyaközi lemez anatómiája és élettana

A csigolyaközi porckorongok elválasztják a csigolyatesteket, hogy megkönnyítsék a terhelés átadását és a többtengelyű rugalmasságot, miközben a gerinc dinamikus kompressziójára válaszul „lengéscsillapító” szerepet játszanak. Ezenkívül a lemez „távtartóként” működik azáltal, hogy magasságot ad a gerincoszlopnak, lehetővé teszi az idegek áthaladását az intervertebrális foramen keresztül, és megkönnyíti a biomechanikai szinergiát a hátsó facet ízületekkel.

A csigolyaközi porckorong egy belső kocsonyás magból (nucleus pulposus) és egy vastag külső rostos porcgyűrűből áll (annulus fibrosus; 1. ábra). A nucleus pulposus főként proteoglikánból és II. Típusú kollagénből áll, 20: 1 arányban. A proteoglikánok hidrofil természetűek, ezáltal duzzadási nyomást hoznak létre, amely nyomómerevséget biztosít a korong számára. 28., 29. Az annulus fibrosus intervertebralis szalagként szolgál, legfeljebb 25 koncentrikus kollagén lamellából áll, amelyek hajlító és nyíró merevséget/szilárdságot biztosítanak. 28 A magot a szomszédos csigolyától a véglemez választja el, amely egy vékony kétrétegű porc és porózus subchondralis csont. A véglemez kiegyenlíti két ellentmondásos követelményt, amelyek szerint a porózusnak kell lennie, hogy megkönnyítse a sejtmagok és a csigolyakapillárisok közötti transzportot, és merevnek ellenállni az axiális nyomóterheléseknek. 30

(A) Az emberi ágyéki korong középsugittális szakasza közbenső degenerációval (Thompson III. Fokozat), amely a nucleus pulposus rostos konszolidációját és a mag/gyűrű megkülönböztetés hiányát mutatja. (B) Heidenhain-féle kötőszöveti festéssel festett midagagitális szövettani metszet, amely egyértelműen bizonyítja a porcos véglemezeket. (C) Az annulus fibrosus szövettani metszetei polarizált fénnyel nézve, amely kiemeli a különálló, gyűrűs kollagén lamellákat, amelyek kettős töréssel rendelkeznek. (D) A gyűrű/véglemez csatlakozás nagy nagyítású képe, amely bemutatja a gyűrűs lamellák integrációját a porc véglemezével.

A korai degeneratív folyamatok magukban foglalják a mag proteoglikánjainak enzimatikus lebontását, amely csökkent duzzanathoz és csökkent korongvízhez vezet. Ezeket a változásokat az életkor előrehaladása és a túlzott fizikai terhelés 31 hozza létre, amelyek hátrányosan befolyásolják a lemez biomechanikáját, ami megváltoztatja a szöveti stressz eloszlást és biológiai aktivitásokat, amelyek viszont magfibrózist és a gyűrűs architektúra rendezetlenségét okozzák (2. ábra). 19., 20., 21., 22., 31., 32., 33. Az extracelluláris mátrix biokémiai változásai és a lemez perifériáján bekövetkező károsodás felhalmozódása gyulladásos sejtes reakciókat vált ki, amelyek elősegítik a további strukturális módosítások kaszkádját, amelyek fokozatosan veszélyeztetik a lemez biomechanikáját. 31, 34, 35 Ezenkívül a lemez degenerációjának progressziója társulhat a véglemezzel és a subchondralis csont ödémájával (például Modikus változások) is, amelyek tovább hozzájárulhatnak a fájdalom kialakulásához. 36, 37, 38 Valójában a túlsúly/elhízás összefüggésben van az ágyéki gerinc véglemezével és modikus változásaival is. 39, 40, 41

(A) Előrehaladott degenerációjú emberi ágyéki lemez midagittalis szakasza (Thompson V. fokozat), amely a magon belüli vízszintes repedéseket, a gyűrűben radiális és kerületi repedéseket, valamint a porc véglemezének és a subchondralis csontjának hibáit mutatja. (B) Heidenhain-foltos szakasz kiemeli a kiterjedt szövetkárosodást és a fibrovaszkuláris subchondralis csontvelőt a porchiba régiójában. (C) Az annulus fibrosus szövettani metszetei polarizált fénnyel nézve a normális kettős törés elvesztését mutatják (lásd az összehasonlításhoz az 1C. Ábrát), jelezve denaturált és nem szervezett gyűrűs kollagén lamellákat. (D) A nagylemez porcának és a subchondralis csont károsodásának nagy nagyítású képe.

Lemez degeneráció és derékfájás

Testtömeg-index és ágyéki lemez degeneráció

Samartzis és munkatársai tanulmánya alapján, amely 2599 dél-kínai alanyból állt, életkoruk 21 és 63 év között volt, a szerzők jelentős összefüggést állapítottak meg a megemelkedett BMI-értékek, különösen az elhízás, és az ágyéki korong degenerációjának általános jelenléte között. a degeneratív szintek száma, a degeneráció globális súlyossága és a végstádiumú lemez degenerációja a lemezterület szűkülésével az MRI-ben. 22 Egy adott alapvető találatnál a szerzők szignifikánsan pozitív lineáris trend összefüggést állapítottak meg a BMI és az ágyéki gerinc lemez degenerációja között, ahol a túlsúlyos és elhízott egyéneknél nagyobb a valószínűsége a lemez degenerációjának (30, illetve 80%). normál testsúlyú egyénekhez képest. A lemez stádiumának végső stádiumú degenerációja és a lemezterület szűkülete gyakran együtt jár a degeneratív változásokkal a csigolya mozgásszegmensében (pl. Csatorna és neuroforaminalis stenosis, szalagos megvastagodás) és megváltozott ágyéki kinematikával, amely növeli az LBP kockázatát. 12 A korong degenerációjának ilyen súlyossága segíthet megmagyarázni az elhúzódó és krónikus LBP megnövekedett prevalenciáját túlsúlyos és elhízott egyénekben, a legutóbbi metaanalízis eredményeként. 23

Adipokinek és betegségek

A zsírszövet egy laza kötőszövet, amely zsírsejtekből vagy zsírsejtekből áll, amelyek lipidek formájában tárolják az energiát, valamint segítik a test párnázását és szigetelését. Kétféle zsírszövet létezik, fehér és barna. Bár a barna zsírszövetről elsősorban azt gondolják, hogy csecsemőknél létezik, megtalálható a nyak és a nagy ereket körülvevő mellkas régióiban is. Mint ilyen, a zsírsejtek többsége fehér zsírszövet, amelyet általában a hasi régióban, a combokban, a fenékben és más testrészekben észlelnek. A zsírszövet testben való eloszlását a nemi hormonok határozzák meg, ami megmagyarázza a nőknél a fenék és az emlő régiójában a zsíreloszlás, a férfiaknál a hasi zsír túlsúlyát. Ennek ellenére kis erek, fibroblasztok és makrofágok is léteznek az adipociták között.

A zsírszövet az energiatermelés nagy tárhelye mellett elismerten fontos endokrin szerv, amely különféle fehérjéket és hormonokat választ ki, amelyek közvetlen szerepet játszanak az elhízással kapcsolatos különféle betegségek, például a 2-es típusú cukorbetegség és a szív- és érrendszeri patológiák kialakulásában. . Súlygyarapodás esetén a makrofágok beszivárognak a zsírszövetbe, ami a zsírszövet ~ 60% -át teszi ki. 60, 61 Az adipocitáknak számos receptora van, amelyek érzékelik a kórokozók és a gyulladás jelenlétét. A receptor stimulálása és a makrofágokkal folytatott keresztbeszélgetés után az adipociták aktiválják a gyulladásos jelátvitel kaszkádjait, számos proinflammatorikus citokint szekretálva (3. ábra). Ezek a citokinek az anyagcsere kulcsfontosságú közvetítői, az úgynevezett „adipokinek”. 60 Az adipokinekről azt is feltételezik, hogy szerepet játszanak számos állapot kialakulásában, az agyi (pl. Alzheimer-kór, demencia) és a mozgásszervi rendellenességek között. 62, 63, 64

Adipokinek előállítása elhízásban és ezek hatása a lemezsejtekre. Rövidítések: ADAMTS, egy dezintegrin és metalloproteináz trombospondin motívumokkal; IL, interleukin; MCP-1, monocita kemotaktikus protein-1; MMP-k, mátrix metalloproteinázok; NO, nitrogén-oxid; TNF-α, tumor nekrózis faktor-α.

1995-ben felfedezték a leptint, a kulcsadipokint. Azóta az adipokinekre összpontosító kutatás hatalmas lendületet vett. A mai napig több mint 50 adipokint azonosítottak, például adipszint, katepszint, IL-6, IL-8, leptint, idegnövekedési faktort, retinolt kötő fehérjét-4 (RBP-4), TNF-a és trombopoietint. Az adipokinek értékelését nagy érzékenységű immunvizsgálatokkal végezték, akár uniplex, akár nagy áteresztőképességű multiplex módszerekkel, szérum alkalmazásával. 65, 66, 67 A gyakoribbakkal, például a leptinnel, az adiponektinnel, az rezisztinnel és az RBP-4-vel az irodalom alaposan foglalkozott az elhízással összefüggő betegségekben betöltött szerepük tekintetében. 60 Ezekről az adipokinekről megjegyezték, hogy markerek a glükóz homeosztázisra, a zsírszövet és a testtömeg szabályozására, az immunműködési zavarok előidézésére, az anyagcserére, az energiafelhasználás serkentésére, valamint szerepet játszanak a csontképződésben/-működésben és a lokális/szisztémás gyulladásban. Államok. 68 A leptin megnövekedett szérumszintje közvetlenül összefügg az elhízással, és feltételezhető, hogy részt vesz a nucleus pulposus sejtek citoszkeletonjának átszervezésében; így megváltoztatva a lemez szervezetét és felépítését. 69, 70 Ez elhiteti velünk, hogy a leptin részt vesz a lemez degenerációjának patogenezisében.

Dumond és munkatársai tanulmánya alapján a BMI-től független magas leptinszint társult a térd osteoarthritisének kialakulásához emberben. Megnövekedett leptinszintet találtak a térd porcának megsemmisítésében, ami arra utal, hogy az adipokinek kritikus szerepet játszhatnak az osteoarthritis patofiziológiájában. Megállapították, hogy a leptin növeli a mátrix metalloproteináz (MMP) -1, MMP-3 és MMP-13 termelését a térd porcában, hozzájárulva az osteoarthritis katabolikus hatásaihoz. 72 Egyéb adipokinek (pl. Adiponektin) szintén szerepet játszanak a térd osteoarthritisének kialakulásában és súlyosságában. 73., 74. o

Yusuf és munkatársai tanulmányában, amelyben értékelték a szérum leptin, rezisztin és adiponektin szerepét a kéz osteoarthritisének radiográfiai progressziójában egy 6 éves követés során, a szerzők megjegyezték, hogy az adiponektinnek a progresszióban független szerepe van a többi kockázati tényezőtől és a kórélettan. 75 A legújabb tanulmányok azt is megjegyezték, hogy az adipokin szintek (pl. Leptin, visfatin, rezisztin, adiponektin, TNF-α, IL-6), a BMI-től függetlenül, prediktívek voltak a rheumatoid arthritis radiográfiai progressziójára egy 4 éves periódus alatt. 76 Valójában a vizsgálatok azt is megjegyezték, hogy a különféle adipokinek (például az adiponektin/leptin) arányai megjósolhatják a térdfájdalom súlyosságát osteoarthritisben szenvedő betegeknél. 77

Tanulmányok kimutatták, hogy az adipokinek, például a leptin, összefüggésben lehetnek a kardiometabolikus kockázattal, és megjósolhatják a metabolikus szindrómát; mint ilyen, az adipokinek korai azonosítása a metabolikus szindróma korai diagnózisához vagy megelőzéséhez vezethet. 78 Ezen adipokinek betegségre gyakorolt hatása szintén szinergikus lehet a megváltozott anyagcsere jelenlétével (például metabolikus szindróma), amely továbbterjesztheti vagy gátolhatja hatásukat. Például Shah és munkatársai tanulmánya szerint, amely a dél-ázsiai alanyok adipokinjeit és zsírösszetételeit értékelte, a szerzők megjegyezték, hogy a leptinszint növekedhet az adipozitás növekedésével, míg az adiponektint metabolikus tényezők (azaz nagy sűrűségű) is közvetíthetik. lipoprotein, trigliceridek és glükóz). 79

Adipozitás, adipokinek, ágyéki lemez degeneráció és derékfájás

A közelmúltban számos olyan tanulmány jelent meg, amelyek szilárd alapot teremtenek a zsírszövet-aktivitás, vagy inkább az adipokin-szekréció, a korong degeneráció és az LBP közötti összefüggést. Urquhart és munkatársai 135 egyénnél végeztek egy vizsgálatot, amelyben a test összetételét kettős röntgenfelvételen és az LBP intenzitásával és fogyatékosságával összefüggésben értékelték. 80 A szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy a testzsír és nem a sovány szövettömeg szignifikánsan korrelált a magasabb LBP intenzitással és a rosszabb fogyatékossággal. Bár egyesek azzal érvelhetnek, hogy a zsírtömeg vagy az adipozitás növekedése, különösen a hasi régióban, növelheti az alsó gerinc terhelését és megterhelését, hozzájárulva ezzel a lemez degeneratív változásaihoz, vitatkozhatunk ezzel a felfogással. Először is, Urquhart és munkatársai szignifikáns független kapcsolatot állapítottak meg a végtagok testzsírnövekedése között az LBP-vel szemben. 80 Másodszor, tanulmányok megállapították, hogy az elhízás a kéz osteoarthritisének kockázati tényezője, amely nem súlyt viselő régió. 81, 82

Az ágyéki gerinc Sagittal T2-súlyozott mágneses rezonancia képalkotása. (A) Elhízott alany korong degenerációval és az L2-L5 kidudorodásával, a lemezterület szűkülésével, a véglemez szabálytalanságával és a modikus változásokkal L4-L5-nél. Vegye figyelembe a szakrális ciszta jelenlétét is. (B) Normál testsúlyú egyén nem regenerált ágyéki korongokkal.

Megváltozott anyagcsere és endoteliális kompromisszum a lemez degenerációjában

A csigolyatestbe belépő és kapillárisként végződő erek szerveződése a szegmentális artériából.

Fejlett glikációs végtermékek

Az elhízás szerepe gerincsebészeti betegeknél

Az elhízás növelheti a műtét technikai nehézségeit és komplikációit az expozíciós problémák és a kapcsolódó kardiopulmonáris rendellenességek miatt. Ez közvetlenül az egészségügyi költségek növekedéséhez vezet a tartózkodási idő növekedésével, az erőforrások felhasználásával, valamint a kórházi morbiditással és a halálozással. 105 Az elhízás tovább befolyásolhatja a posztoperatív szubjektív kimenetel állapotát.

Összegzés

Mivel a túlsúly/az elhízás sok populációban tovább növekszik, ez elméletileg növelheti a korong degeneráció és az LBP prevalenciáját is. Bár egyre növekszik a bizonyíték arra, hogy az ágyéki lemez elfajulása szintén az „elhízással kapcsolatos betegségek” spektrumának része, csakúgy, mint a cukorbetegség és a szív- és érrendszeri betegségek, a genetika, az anyagcsere, a környezeti tényezők és az adipokinek közötti kölcsönhatás megértése kiszélesíti a lemez patofiziológiai megértését. degeneráció. Ezenkívül egy ilyen megértés elősegítheti a lemez degenerációjának és az LBP fejlődésének előrejelzését is. Mint ilyen, megelőző intézkedéseket vagy célzott terápiákat lehet kidolgozni a korong degenerációjára. Mivel a testzsír és annak következményei (azaz megváltozott anyagcsere) befolyásolhatják a lemezt és annak korongdegenerációs profilját, a lehetséges biológiai terápiáknak, a szövetek helyreállításának technológiáinak, sőt a genetikai értékelésnek is figyelembe kell vennie ezt a folyamatos kockázati tényezőt, amely hozzájárulhat bármely életképességhez. új beavatkozás, annak hatékonysága és eredményei. Mint ilyen, a korong degenerációjának és a testzsírra vonatkozó kezelések megértésének személyre szabottabb megközelítése praktikus platform lehet, amely további jövőbeni vizsgálatokat igényel.

Finanszírozás

Ezt a munkát a hongkongi témaalapú kutatási program (T12-708/12N), a hongkongi kiválósági terület programja (AoE/M-04/04), a hongkongi GRF (HKU 775912M), az AOSpine Hansjorg Wyss támogatta. Díj, Finn Akadémia (projektszám: 129504) és az Egyesült Államok Nemzeti Egészségügyi Intézete (R01 AR052811).

Lábjegyzetek

Közzétételek Dino Samartzis, nincs Jaro Karppinen, nincs Jason Pui Yin Cheung, nincs Jeffrey Lotz, nincs