Может ли межпозвонковый диск адаптироваться к нагрузке ?
За последние несколько лет среди ученых существует довольно много споров относительно того, насколько позвоночник способен адаптироваться. В то время как общепринято, что позвоночные кости могут адаптироваться и становиться более прочными и плотными при правильно дозированной нагрузке (поэтому тяжелоатлеты и поднимающие тяжести часто имеют самую высокую плотность минералов в костях в мире), всё еще остается много вопросов, когда дело доходит до межпозвонковых дисков (МПД). (12-13)
Некоторые утверждают, что МПД могут адаптироваться к нагрузке и становиться сильнее и устойчивее со временем на основе результатов недавнего исследования "Изображение упражнения, вызывающего реконструкцию позвоночника у выдающихся гребцов" Френкена и др. 2022 года в журнале "Наука и медицина в спорте". (1)
Тем не менее, действительно ли это исследование показывает, что диск адаптируется ?
Краткое изложение.
В статье подтверждается:
- Циклическая нагрузка способствует транспортировке питательных веществ через позвоночные пластинки к ядру диска.
- Что весь МПД реагирует на нагрузку сходным образом и, следовательно, адаптируется в полезном смысле.
Подробный обзор.Для понимания работы Френкена, сначала необходимо полноценно разобраться в анатомии и физиологии межпозвоночного диска.
Межпозвоночный диск состоит из трех компонентов, каждый из которых имеет свою структуру и функцию.
Межпозвоночные диски (МПД) включают в себя:
- наружную коллагеновую структуру - аннулус фиброзус (АФ),
- внутреннее ядро пульпозус (НП) и
- хрящевые пластинки (ХП) на верхней и нижней сторонах.
У НП нет кровоснабжения и нервных волокон. Нормальное НП представляет собой гелеподобную структуру с очень высокой вязкостью. Оно состоит из маленьких белков, называемых протеогликанами, и интермолекулярного геля воды, слабо удерживаемого неправильной сетью тонких коллагеновых и эластиновых волокон второго типа. Основным протеогликаном диска является агрекан. Агрекан благодаря высокому содержанию анионных гликозаминогликанов (например, хондроитин сульфата и кератан сульфата) обеспечивает осмотические свойства, необходимые для сопротивления сжимающим силам. (2,3)
НП действует гидростатически, равномерно передавая давление на аннулус фиброзус и хрящевые пластинки в любом направлении в соответствии с принципом Паскаля.
Аннулус Фиброзус (АФ).
Аннулус фибросус в большей степени не снабжается кровью (имеет очень малое кровоснабжение), и только внешний треть диска иннервируется нервами. Он в основном состоит из волокон коллагена типа 1 (помните, что НП - это тип 2 коллагена). Кольца аннулуса называются ламеллами. Он сильно отличается по структуре, составу и функции от НП. Внешний слой АФ имеет очень ограниченное кровоснабжение, так что в целом структура аннулуса считается несосудистой.
Разрыв в АФ не адаптируется и не подвергается реконструкции, как в случае с костью. Структурные изменения необратимы, поскольку у взрослых дисков ограниченный потенциал для заживления.
Если вы хотите более подробно изучить науку об АФ, ознакомьтесь с этой исследовательской статьей: "Фенотипы клеток аннулуса фиброзуса в состоянии гомеостаза и при повреждениях: последствия для стратегий регенерации".
Время оборота коллагена в суставном хряще составляет примерно 100 лет, а в АФ оно, возможно, еще дольше. Оборот протеогликанов, возможно, составляет 20 лет. Повреждения, затрагивающие внутренний аннулус или эндпластину, приводят к декомпрессии ядра, и медленные процессы "заживления" впоследствии заменяются серьезными дегенеративными изменениями.
Крупные повреждения диска никогда полностью не заживают и не возвращаются к состоянию до повреждения. Повреждение внешнего аннулуса заполняется грануляционной тканью, и только внешние несколько миллиметров могут быть замещены рубцовой тканью.
Хотя в АФ есть содержание GAG, было показано, что уровень GAG значительно ниже в этой части диска по сравнению с НП.
ХП - это слой хряща, который располагается между диском и позвонками (представьте себе его как кожу, натянутую сверху на барабан). Он играет ключевую роль в поддержании механической среды и правильном питании несосудистых дисков.
Исследование Френкена.
После того как мы разобрались с анатомией, вернемся к нашей теме на сегодня. Исследование Френкена исследует содержание гликозаминогликанов (GAG) в МПД среди выдающихся гребцов в течение тренировочного периода. Они обнаружили временное увеличение этого белка (по более высоким значениям gagCEST) и считали это признаком "реконструктивных эффектов" поясничных дисков в ответ на тренировки.
Интересным аспектом их результатов было то, что НП практически в 2 раза увеличил свое содержание GAG по сравнению с АФ. Однако это увеличение вернулось к нормальным уровням после окончания программы гребли. Таким образом, хотя уровень GAG увеличился как в НП, так и в АФ, в НП увеличение было значительно больше (запомните это, так как мы к этому вернемся позже).
Итак, как увеличение содержания GAG означает, что МПД адаптируется?
Что ж, результаты этого исследования показывают, что повторная нагрузка на позвоночник поддерживает транспортировку питательных веществ через позвоночные пластины и увеличение содержания GAG. Кроме того, сниженное содержание GAG связано с дегенерацией МПД.(14).
Таким образом, если сниженное содержание GAG связано с дегенерацией диска, многие считают, что обратное также может быть верно... увеличение означает, что диск позитивно адаптируется!
Однако не так быстро...
Это показывает ассоциацию, но не причинно-следственную связь. Доказательство доступности питательных веществ не означает, что они действительно усваиваются (простыми словами, это не означает, что происходит их усвоение).
Давайте представим это на примере питания. Вы можете съесть стейк и иметь больше белка, циркулирующего в организме, но это не означает, что вы автоматически начнете строить мышцы. GAG - это всего лишь белок во внеклеточной матрице МПД, который временно увеличивается в ответ на физическую нагрузку и снижается (особенно в НП, а не в АФ) в ответ на травму. (5)
Хотя gagCEST для поясничных МПД может быть полезным для изучения начальной дегенерации диска, особенно в отношении НП, это не является полезным способом определения физических изменений в АФ.
Это подтверждает биологическую и физиологическую природу циклической компрессии для здоровья ядра диска.
Фактически, если бы диск действительно адаптировался, мы бы НЕ видели огромное количество исследований, показывающих крайне высокую распространенность дегенерации диска у гребцов. (Секине и др., 2014; Томислав Смольянович и др., 2009; Хосеа и Ханнафин, 2012; А. Л. Боланд и др., 1991). Фактически, сами авторы сказали: "Интенсивные атлетические нагрузки на профессиональном уровне сопровождаются ранними дегенеративными изменениями, включая грыжу диска".
Исходя из этого понимания, мы не можем сделать никаких выводов о том, что временное увеличение содержания GAG доказывает, что МПД позитивно адаптируется к нагрузке. Содержание GAG не предотвращает дегенерацию диска.
Мы можем установить, что да, исследование Френкена и многие другие (см. ниже) действительно подтверждают, что содержание GAG в НП и АФ увеличивается в ответ на определенные стимулы. Физическая нагрузка, от гребли до ходьбы, способствует переносу питательных веществ через позвоночные пластины в НП и АФ (фактически, в НП переносится вдвое больше).
Однако это НЕ доказывает адаптацию. GAG связан с дегенерацией, но не имеет непосредственной причинно-следственной связи. Доказательство доступности питательных веществ и механизма и процесса их усвоения и использования - это две совершенно разные вещи. У нас есть много исследований на животных, которые показывают, что АФ не заживает эффективно, и даже если это происходит, это происходит с очень низким качеством. Организм оставляет рубцовую ткань, которая никогда не восстанавливается полностью и всегда остается под угрозой будущей травмы. Другие исследования показывают, что внутренняя часть аннулуса вообще не восстанавливается и остается поврежденной в долгосрочной перспективе.
Авторы исследования Френкена делают вывод, что АФ менее "адаптивен" на основе результатов, согласно которым уровни GAG в НП почти вдвое превышают уровни в АФ. Однако в контексте других обсуждаемых сегодня исследований это не является обоснованным. Гораздо более вероятно, что это свидетельствует о неправильной адаптации, что подтверждается множеством исследований, которые специально показывают, что гребцы не адаптируются к своей тренировке и имеют серьезные дегенеративные изменения в позвоночнике и АФ!
Исследования, показывающие адаптацию НП и АФ:
- DENG Min1, YUAN Jing2, CHEN Wei Tian1, Queenie CHAN3, James F GRIFFITH1, and WANG Yi Xiang1,#. Evaluation of Glycosaminoglycan in the Lumbar Disc Using Chemical Exchange Saturation Transfer MR at 3.0 Tesla: Reproducibility and Correlation with Disc Degeneration* (Can’t find this study anywhere officially) https://sci-hub.se/10.3967/bes2016.005
- Schleich, C., Müller-Lutz, A., Eichner, M., Schmitt, B., Matuschke, F., Bittersohl, B., Zilkens, C., Wittsack, H.-J., Antoch, G., & Miese, F. (2016). Glycosaminoglycan Chemical Exchange Saturation Transfer of Lumbar Intervertebral Discs in Healthy Volunteers. SPINE, 41(2), 146–152. https://doi.org/10.1097/brs.0000000000001144
https://sci-hub.se/10.1097/BRS.0000000000001144 - Schleich, C., Müller-Lutz, A., Matuschke, F., Sewerin, P., Sengewein, R., Schmitt, B., Ostendorf, B., Wittsack, H.-J., Stanke, K., Antoch, G., & Miese, F. (2015). Glycosaminoglycan chemical exchange saturation transfer of lumbar intervertebral discs in patients with spondyloarthritis. Journal of Magnetic Resonance Imaging, 42(4), 1057–1063. https://doi.org/10.1002/jmri.24877
https://sci-hub.se/10.1002/jmri.24877 - Belavý, D. L., Quittner, M. J., Ridgers, N., Ling, Y., Connell, D., & Rantalainen, T. (2017). Running exercise strengthens the intervertebral disc. Scientific Reports, 7(1). https://doi.org/10.1038/srep45975
- - НП имеет значительно больше GAG, чем АФ (Ханедер и др., 2012).
- - АФ подвержен маладаптивным изменениям со временем (Мелроуз и др., 1992).
- - Диски не перестраиваются как кость и не заживают как мышцы или сухожильные ткани (Белави и др., 2017).
- - АФ имеет ограниченный потенциал для заживления (Верзий и др., 2000).
- МЫ ЗНАЕМ, ЧТО ПЛОХАЯ ТЕХНИКА ПРИ НАГРУЗКЕ ИСПЫТЫВАЕТ ТОЛЕРАНТНОСТЬ ТКАНИ.
- КОГДА ТОЛЕРАНТНОСТЬ ТКАНИ ПРЕВЫШАЕТСЯ, МОГУТ ПОЯВИТЬСЯ ТРАВМЫ.
- НЕКОТОРЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОСОБЕННО ПРОВОКАТИВНЫ ДЛЯ ДИСКА.
- НЕКОТОРЫЕ ЧАСТИ ДИСКА НЕ ЗАЖИВАЮТ ИЛИ ПЛОХО АДАПТИРУЮТСЯ.
- НЕОБХОДИМО ИССЛЕДОВАТЬ СТРАТЕГИИ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПРОВОКАТИВНЫХ ДВИЖЕНИЙ ПРИ НАГРУЗКЕ.
Исследования используемые автором:
- Frenken M, Schleich C, Radke KL, Müller-Lutz A, Benedikter C, Franz A, Antoch G, Bittersohl B, Abrar DB, Nebelung S. Imaging of exercise-induced spinal remodeling in elite rowers. J Sci Med Sport. 2022 Jan;25(1):75-80.
- Miles, D.E., Mitchell, E.A., Kapur, N., Beales, P.A. and Wilcox, RK. (2016) Peptide: Glycosaminoglycan Hybrid Hydrogels as an Injectable Intervention for Spinal Disc Degeneration. Journal of Materials Chemistry B, 4, 3225-3231.
- An, H.S., Anderson, P.A., Haughton, V.M., Iatridis, J.C., Kang, J.D., Lotz, J.C., et al. (2004) Introduction: Disc Degeneration: Summary. Spine, 29, 2677-2678.
- Haneder, S., Apprich, S.R., Schmitt, B., Michaely, H.J., Schoenberg, S.O., Friedrich, K.M., et al. (2013) Assessment of Glycosaminoglycan Content in Intervertebral S.
- Heüveldop et al. DOI: 10.4236/ijcm.2019.104020 269 International Journal of Clinical Medicine Discs Using Chemical Exchange Saturation Transfer at 3.0 Tesla: Preliminary Results in Patients with Low-Back Pain. European Radiology, 23, 861-868.
- Latz D, Frenken M, Schiffner E, Knautz M, Quante WA, Windolf J, Grassmann JP, Jungbluth P, Schleich C. Assessment of glycosaminoglycan content in intervertebral discs of patients with leg length discrepancy: A pilot study. J Orthop. 2019 Apr 8;16(5):363-367. doi: 10.1016/j.jor.2019.03.014. PMID: 31011249; PMCID: PMC6463742.
- Melrose J, Ghosh P, Taylor TK, et al. A longitudinal study of the matrix changes induced in the intervertebral disc by surgical damage to the annulus fibrosus. J Orthop Res 1992;10:665–76.
- Kaigle AM, Holm SH, Hansson TH. 1997 Volvo Award winner in biomechanical studies. Kinematic behavior of the porcine lumbar spine: A chronic lesion model. Spine 1997;22:2796–806.
- Roughley PJ. Biology of intervertebral disc aging and degeneration: Involvement of the extracellular matrix. Spine 2004;29:2691–9
- Verzijl N, DeGroot J, Thorpe SR, et al. Effect of collagen turnover on the accumulation of advanced glycation end products. J Biol Chem 2000;275: 39027–31.
- Adams MA, Freeman BJ, Morrison HP, et al. Mechanical initiation of intervertebral disc degeneration. Spine 2000;25:1625–36
- Dickerman RD, Pertusi R, Smith GH. The upper range of lumbar spine bone mineral density? An examination of the current world record holder in the squat lift. Int J Sports Med. 2000 Oct;21(7):469-70.
- Walters PH, Jezequel JJ, Grove MB. Case study: Bone mineral density of two elite senior female powerlifters. J Strength Cond Res. 2012 Mar;26(3):867-72.
- Silagi, E. S., Shapiro, I. M., & Risbud, M. V. (2018). Glycosaminoglycan synthesis in the nucleus pulposus: Dysregulation and the pathogenesis of disc degeneration. Matrix Biology: Journal of the International Society for Matrix Biology, 71-72, 368–379. https://doi.org/10.1016/j.matbio.2018.02.025
YouTube канал автора: https://www.youtube.com/channel/UCyPYQTT20IgzVw92LDvtClw
