6 Cấu trúc và sinh hóa của đĩa đệm
Ở trong khoang gian đốt, có những yếu tố cơ bản về tổ chức học và sinh hoá khác nhau của tổ chức liên kết. Chúng đều được phân cách nhau bằng những khoảng không gian.
Những tổ chức này được xây dựng từ những tế bào tổ chức liên kết, chiếm khoảng 20 đến 30% khối lượng tổ chức. Trong tổ chức đĩa đệm, có nguyên bào sợi (fibroblaste), tế bào sụn và những tế bào nguyên sống (chorda cell) nằm rải rác.
Những tế bào tổ chức liên kết này sản xuất ra những chất cơ bản và những sợi ở trong và ngoài tế bào.
Để tổng hợp những phần tử lớn ngoài tế bào thì tế bào cần có cơ chất chuyển hoá như acid, muối, glucose và nước.
A. NƯỚC
Chứa trong đĩa đệm người trẻ từ 80 đến 85% nước. Nhân nhầy chứa nhiều nước hơn bao sợi. Nước này không phải dưới dạng tự do mà chủ yếu ở trong thành phần cấu trúc của phân tử lớn. Nó được kết hợp trở lại trong những nhóm đã ion hóa tự do và hướng về những nhóm ưa hydro của những chất nhất định để trao đổi và tạo nên chất lỏng kẽ (liquide interstitielle).
Bên cạnh chất lỏng kế người ta còn thấy ở trong tổ chức đĩa đệm những chất khoáng, men, khuôn chất gian bào hữu cơ (matrix) và cả một số ít mô.
Bình thường, trong đĩa đệm không có giai đoạn vô cơ hoá (minéralphase), tức là tự biến thành chất vô cơ. Chỉ có ở tuổi già, trong đĩa đệm có thể có tinh thể của chất vô cơ có chứa clo, flo và calci phosphat.
B. MUCOPOLYSACCHARIDE
Đây là nhóm các chất có phân tử cao, phức hợp có giá trị sinh học lớn. Có hai loại: loại ở dạng trung tính và loại ở dạng acid.
Mucopolysaccharide dạng acid được coi như anion.
Những ion calci kết hợp với những acid mucopolysaccharide của khuôn chất gian bào hữu cơ và chất dịch ngoài tế bào có khả năng chứa ion calci gấp 35 lần ở tổ chức khác (Dulce 1969). Do đó người ta có thể nói rằng thật sự đĩa đệm là nơi tàng trữ calci.
C. CHẤT CĂN BẢN
Chất căn bản thuộc về khuôn chất gian bào hữu cơ (matrix organique). Khả năng chứa chất căn bản của đĩa đệm tăng từ vòng sợi đến nhân nhầy. Trong chất căn bản, chủ yếu có glycoprotein và polysaccharide phân tử cao.
Những mucopolysaccharide hình thành một hệ thống lưới với kiến trúc phân tử trùng hợp cao ba chiều, làm cho chất căn bản có độ nhầy.
Trên cơ sở của khối lượng thuỷ động hữu hiệu cao, những phân tử lớn giữ lại một phần lớn chất lỏng của đĩa đệm. Với khả năng hút nước, những mucopolysaccharide đã tạo nên tính căng phồng, tính co giãn và độ nhây của chất căn bản. Sự tổng hợp của mucopolysaccharide và những phân tử lớn được thực hiện một phần ở trong và một phần ở ngoài tế bào.
Sự phân huỷ của những phức hợp phân tử lớn như phức hợp protein - mucopolysaccharide được thực hiện là do một loại men gọi là protease dạng acid bào tương (protéase - acid cytoplasmique) của tế bào sụn có sự tham gia của vitamin A. Theo Dingle (1969), men protease này lại bị ức chế bởi cortisone.
D. SỰ TỔNG HỢP SINH HỌC (BIOSYNTHÈSE) CỦA NHỮNG NHÓM PHÂN TỬ LỚN
Trong tổ chức đĩa đệm diễn ra không phải chỉ qua một quá trình độc nhất mà là kết quả của hoạt động tế bào lặp đi lặp lại nhiều lần. -
Trên cơ sở thời gian sống hạn chế, những cấu trúc ngoài tế bào bao giờ cũng phải được đổi mới. Bình thường có một sự cân bằng giữa sự tổng hợp và sự giải trùng hợp (polymérisation) của những phân tử lớn.
Những mucopolysaccharide acid chẳng hạn, cũng có một nhịp đổi mới cao. Người ta đã phát hiện thấy thời gian bán phân huỷ sinh học của chondroitin sulfat là từ 7 đến 10 ngày và của acid hyaluronic là từ 2 đến 4 ngày (Schiller và CS 1959, Bostrom 1958, Kaplan và Meyer 1961, David và Small 1968).
Vì vậy ở khoang gian đốt đòi hỏi một sự trao đổi chất thường xuyên để đảm bảo cho sự tổng hợp sinh học và phân huỷ phân tử của những yếu tố cấu trúc riêng ngoài tế bào được giữ đúng mức.
Kết quả của sự trao đổi chất trong tổ chức đĩa đệm phụ thuộc vào chất lượng nuôi dưỡng của đĩa đệm. Do đó người ta có thể nói rằng: "Những tế bào đĩa đệm được nuôi dưỡng kém sẽ sản sinh ra những phân tử lớn, ít về số lượng và xấu về chất lượng".
E. THÀNH PHẦN COLLAGEN CỦA KHUÔN CHẤT GIAN BÀO HỮU CƠ (MATRIX)
Chất này chiếm khoảng từ 44 đến 51% trọng lượng khô của tổ chức tế bào đĩa đệm, những protein thớ tạo keo (protein collagen ñbrillaire) gồm chủ yếu là amino acid (glyzin: 30%, prolin: 12%, hydro - prolin: 12 - 14%) và một cấu trúc cao phân tử lớn (Buddecke 1970). Những sợi keo, chủ yếu thấy ở vòng sợi đĩa đệm dưới hình thể những bó thớ dây đan xen vào nhau.
Chính mucopolysaccharide là thành phần của những sợi tạo keo. Do sự móc khớp của những phần từ đơn lẻ với nhau tạo nên một siêu cấu trúc phân tử lớn, được gắn chặt cơ học với nhau nhờ sự đan móc ba chiều của những sợi keo. Hệ thống đó là một chướng ngại cho sự phân tán phân tử (diffusion des molécules) đã hình thành một hàng rào thấm (barrière de perméabilité) để có thể kiểm soát được sự vận chuyển chất liệu ngoài tế bào (Buddeck - 1970).
Thử nghiệm phân tán chất màu của những phân tử với các cỡ to nhỏ khác nhau đã chứng minh rằng chỉ có những chất có trọng lượng phân tử dưới 400 mới có thể đi qua biên giới đĩa đệm (Kramer 1973). Người ta có thể nói rằng: “Bằng cách đó, những lớp tổ chức ở biên giới đĩa đệm đã có một chức năng của màng thấm chọn lọc". Giống như những mucopolysaccharide, những phân tử lớn tạo keo (macromolécule collagénique) cũng có sự cấu thành và sự phân huỷ thường xuyên. Theo Buddeck (1970) những phân tử lớn tạo keo đó, ở trong những sợi nhỏ (fibrill) của những chất tạo keo đã được cô lập, có một thời gian bán phân huỷ từ 30 đến 60 ngày. Ở những người già, quá trình thay thể (cấu thành - phân huỷ) này diễn ra chậm hơn. Sự phân huỷ chất tạo keo phải chịu phụ thuộc vào những chất collagenase.
F. NHỮNG MEN
Các men được tạo nên từ những tiêu bào (lysosome). Các men này có chức năng làm tăng nhanh quá trình chuyển hoá. Những men này được coi như những chất xúc tác sinh học, không phải chỉ tác động đến sự phân huỷ mà còn cả đến sự tổng hợp. Hoạt động của những men và thời gian bán phân huỷ sinh học ngắn đã từng chứng minh rằng sự chuyển hoá ở gian khoang đốt sống là tương đối mạnh (khác với quan niệm trước kia). Sự chuyển hóa đó phải thông qua hàng loạt yếu tố cơ học và sinh hoá học, có thể cả từ bên ngoài ảnh hưởng tới.
G. THÀNH PHẦN NGUYÊN TỐ VI LƯỢNG TRONG ĐĨA ĐỆM
Vai trò sinh học của các nguyên tố vi lượng (NTVL) lần đầu tiên do nhà bác học Liên Xô V.I.Versnadski (1922) nghiên cứu và đặt nền móng cho ngành sinh - địa chất - hoá học (biogéochimie) dựa trên thuyết di trú (migration) các nguyên tố hoá học từ môi trường xung quanh (đất, không khí, nguồn nước) vào cơ thể động vật và thực vật với số lượng rất nhỏ (103 - 101%),
Thời kỳ đầu, người ta tìm thấy các nguyên tố với những nồng độ rất thấp ở trong các cơ quan, tổ chức và cho rằng chúng không có vai trò gì đáng kể. Nhưng những năm sau, phát hiện thấy chúng tích tụ có tính chất đặc hiệu nên đã được quan tâm nghiên cứu. Học thuyết về các khu vực sinh - địa chất - hoá học v.v. của Kovalskii (1952) đã giúp cho giải thích được nguyên nhân dịch tễ học của nhiều bệnh (bướu cổ địa phương, nhiễm độc fluor, sâu răng, bệnh gút (Goutte). Thành phần các nguyên tố vi lượng trong cơ thể tỷ lệ thuận với thành phần NTVL của môi trường xung quanh. Người ta đã xác định trong cơ thể người có tới 70 NTVL.
Các NTVL xâm nhập vào cơ thể bằng nhiều con đường khác nhau dưới dạng ion. Các NTVL tham gia các quá trình khuếch tán, thẩm thấu, hấp thụ, các phản ứng miễn dịch và sinh học của cơ thể. Một số NTVL tham gia vào thành phần tế bào ở dạng hợp kim - protein, hợp kim - men và ngoài ra còn tham gia vào sự thay đổi phản ứng của cơ thể khi cơ thể bị kích thích căng thẳng.
Các NTVL được định lượng bằng các phương pháp như quang phổ, cực phổ (polarographie) đo màu.
Hiện nay đã xác định được về số lượng và chất lượng của 15 NTVL (A.V. Avakian) trong quá trình biến đổi của chúng ở nhân nhầy và vòng sợi đĩa đệm. Người ta cũng đã xác định được vai trò của NTVL và mối liên quan của chúng với các biến đổi hình thái đĩa đệm cũng như cơ chế bệnh sinh của hư xương sụn cột sống. Các NTVL đã được xác định là: silic, nhôm, ma-giê, calci, kali, titan, phospho, crôm, thiếc, mangan, đồng, stronti, liti, natri, sắt.
Một số NTVL như: calci, phospho, mangan, đồng, sắt tăng dần theo tuổi; còn các NTVL như: liti, kali, nhôm, silic, crôm, magiê, thiếc thì lại giảm dần theo tuổi phát triển. Một sự thay đổi nào của một nguyên tố vi lượng cũng đều kéo theo sự thay đổi các NTVL khác.
Điều này chứng tỏ các NTVL liên quan chặt chẽ với quá trình chuyển hoá ở đĩa đệm và phù hợp với từng lứa tuổi...
Những đột biến NTVL trong quá trình lão hoá ở đĩa đệm tới mức nào đó sẽ đưa đến biến đổi hình thái và chức năng các cơ quan tư thế - vận động. Các biểu hiện đó là: đông đặc, khô quất; xuất hiện các khe kẽ, những đường nứt gãy và thoát vị.
Ở những đĩa đệm của bệnh nhân bị hư xương sụn thấy tăng stronti, nhôm, silic, titan, ma-giê, đồng, mangan; còn nhôm, phospho, sắt, thiếc thì giảm. Sự phân bố các NTVL trong đĩa đệm cũng thay đổi: ở đĩa đệm thoái hoá thấy kali giảm ở vùng bao sợi nhưng lại tăng ở nhân nhầy, còn calci thay đổi theo chiều ngược lại; nhôm, silic, titan thấy ở vòng sợi nhiều hơn ở nhân nhầy, còn đồng thì ngược lại.
Người ta thấy rằng các biến đổi của các NTVL trong lão hoá cũng như trong hư xương sụn liên quan chặt chẽ có tính quy luật với quá trình chuyển hoá chung của cơ thể. Các biến đổi của NTVL lệ thuộc vào thay đổi quá trình chuyển hoá các chất xảy ra ở đĩa đệm. Sự chuyển động của các NTVL trong các trạng thái bệnh lý khác nhau của đĩa đệm có thể coi như một phản ứng theo cơ chế bù chỉnh bảo vệ cơ thể và qua đây có thể mở ra hướng nghiên cứu cơ chế bệnh sinh của bệnh lý đĩa đệm.