Manuscrit
Malgré tout ce que l’on sait de décennies de recherche, le disque intervertébral reste une énigme. C’est une entité unique et remarquable et peut-être le seul aspect qui est responsable d’une grande partie de son mystère est qu’une structure aussi grande est capable de survivre et de fonctionner dans les conditions physiologiques les plus difficiles. Les disques de la colonne vertébrale humaine sont les plus grandes structures non vascularisées du corps, et dans la plus grande d’entre elles (dans la colonne lombaire), certaines cellules peuvent être à 20 mm de l’apport sanguin direct le plus proche. Cependant, malgré leur apparente résilience, les cellules résidentes ne sont pas immortelles. Il n’est pas rare que les disques présentent des signes de détérioration à l’âge de 25 ans et c’est à cet égard que la plaque d’extrémité vertébrale joue un rôle important.
Les disques sont des structures grossièrement cylindriques dont la taille et la forme varient progressivement de la région cervicale à la région lombaire. Ils comprennent tous un noyau pulpeux central bien hydraté qui est entouré par les lamelles collagènes fermes mais flexibles de l’anneau fibreux. Aux extrémités crânienne et caudale de chaque disque se trouvent les plaques d’extrémité qui séparent l’os vertébral du disque lui-même et empêchent le noyau hautement hydraté de se bomber dans les vertèbres adjacentes. Les plaques d’extrémité absorbent également la pression hydrostatique considérable résultant de la charge mécanique de la colonne vertébrale. Les plaques d’extrémité ont généralement moins de 1 mm d’épaisseur, et bien que cela varie considérablement sur toute la largeur d’un disque unique, elles ont tendance à être les plus minces dans la région centrale adjacente au noyau.
Les plaques terminales sont identifiables à un stade embryologique précoce et présentent une composante cartilagineuse osseuse et hyaline. La composante cartilagineuse semble susciter un grand intérêt puisqu’elle persiste tout au long de la maturation normale tandis que les vertèbres adjacentes subissent une ossification. Il comprend un gel de molécules de protéoglycanes hydratées renforcées par un réseau de fibrilles de collagène. Contrairement au cartilage articulaire des articulations synoviales, les fibrilles de collagène ne relient pas la plaque terminale directement à l’os vertébral, bien que la plaque terminale ait un contact intime avec le disque à travers les lamelles de l’anneau interne. Un réseau de vaisseaux sanguins microscopiques pénètre dans les plaques terminales pendant le développement de la colonne vertébrale en croissance, principalement pour alimenter le disque, avant de disparaître vers la maturité squelettique. Mis à part un apport vasculaire clairsemé dans les lamelles externes de l’anneau, les disques matures dépendent presque totalement de la diffusion de solutés essentiels à travers les plaques terminales pour la nutrition et les échanges métaboliques.
La composition biochimique des plaques terminales, de la normalité au spectre des conditions dégénératives, a été largement documentée. Parmi les différentes espèces de collagène présentes dans le disque de type X, on pense que c’est la plus importante de la plaque terminale car elle est un marqueur des chondrocytes hypertrophiques et est impliquée dans la calcification. De plus, il a été démontré que l’inactivation d’un allèle du gène du collagène II chez de jeunes souris entraîne des niveaux de glyscosaminogloycan plus bas dans les plaques terminales et des plaques terminales plus épaisses et plus irrégulières qui se calcifient prématurément.
Les molécules de protéoglycanes dans la matrice sont essentielles pour le contrôle du transport des solutés et le maintien de la teneur en eau, en particulier dans tout le disque, et l’épuisement des protéoglycanes du cartilage de la plaque terminale est associé à une perte de protéoglycanes du noyau. Il s’ensuit donc que la perte de protéoglycanes conduirait à terme à une dégénérescence du disque. Des altérations de la biochimie du disque, en particulier de la plaque terminale, pendant la phase de croissance squelettique peuvent également être impliquées dans le développement de la scoliose.
Une grande attention a été portée à la compréhension des aspects de la nutrition des disques et des processus généraux associés au métabolisme des disques. Des études in vitro utilisant de petites molécules de colorant ont démontré que les marges latérales de la plaque terminale près du bord vertébral sont relativement imperméables par rapport à la partie centrale ou à l’ensemble de l’anneau. Des études quantitatives avec des échantillons d’autopsie humaine ont montré que la perméabilité de la plaque terminale est due à des vaisseaux sanguins microscopiques dans la plaque terminale centrale qui sont plus nombreux que dans les marges du disque. Ce réseau vasculaire a été démontré à l’aide de techniques d’injection simples et montre que la diffusion de petits solutés à partir de ces vaisseaux est le principal mécanisme de transfert des nutriments dans le disque. Le processus est cependant sélectif en fonction entièrement de la taille moléculaire et de la charge ionique des molécules impliquées. La charge négative nette du noyau conférée par la forte concentration de protéoglycanes dans le noyau permet le passage d’ions positifs tels que le sodium et le calcium et de molécules non chargées telles que le glucose et l’oxygène, tout en empêchant le mouvement d’ions chargés négativement tels que le sulfate et le chlorure et de macromolécules telles que les immunoglobulines et les enzymes. L’importance de la plaque d’extrémité dans le métabolisme du disque a été confirmée par diverses techniques de laboratoire.
Une fois arrivé à maturité squelettique, le cartilage de la plaque terminale subit un remodelage important, entraînant une minéralisation étendue qui est finalement résorbée et remplacée par un véritable os. Fait important, ce nouveau tissu entrave très probablement la diffusion et l’échange de nutriments jusque-là critiques entre la moelle vertébrale et le disque. Les petits vaisseaux sanguins à l’intérieur de la plaque terminale sont également oblitérés par cette calcification, limitant davantage l’échange de nutriments vitaux.
Peut-être étonnamment, la plaque terminale peut se revasculariser après maturité chez certaines espèces dans des conditions normales et pathologiques. Dans cette dernière étude, la revascularisation, présumée être une tentative de réparation tissulaire, n’a pas été en mesure d’inverser la cascade inévitable de dégénérescence causée par une perturbation annulaire. La création de vaisseaux sanguins dans la plaque terminale se produit par l’activation des enzymes de la métalloprotéinase dégradante de la matrice (MMP) qui sont normalement maintenues sous une forme latente par des inhibiteurs tissulaires.
Le flux sanguin dans la région des plaques terminales n’est pas entièrement passif car il existe des récepteurs muscariniques qui peuvent influencer la nutrition du disque dans des conditions physiologiques modifiées. Des études supplémentaires ont identifié des fibres nerveuses et des vaisseaux sanguins dans les plaques terminales et l’os sous-chondral dans les disques dégénérés, suggérant que la réparation des tissus peut être associée à des maux de dos.
Les modifications morphologiques des plaques terminales sont généralement observées avec l’âge, mais sont également évidentes en association avec des modifications pathologiques du noyau et de l’anneau aux stades avancés de la discopathie dégénérative. Les premiers changements microscopiques observés sont des fissures et des fentes le long de la plaque terminale dans le plan horizontal avec mort occasionnelle des chondrocytes. Il n’est pas rare de voir des vaisseaux sanguins envahissants avec une ossification osseuse adjacente de la plaque d’extrémité. Finalement, le cartilage est surmonté par une ossification. S’il est encore raisonnablement sain, le noyau remplit les vides créés lorsque les vaisseaux sanguins perforent la plaque d’extrémité, bien que ces défauts ne rompent pas la plaque d’extrémité osseuse. À la cinquième décennie, la matière nucléaire fait saillie dans la moelle vertébrale avec une sclérose osseuse focale résultant du remodelage actif. Souvent, le cartilage est complètement perdu. Dans un modèle animal de dégénérescence discale de spondylolyse, y compris la perte de la plaque terminale, a été observée et s’est accompagnée d’une apoptose accrue des chondrocytes de la plaque terminale, indiquant une implication possible de la mort cellulaire programmée dans la dégénérescence discale liée à l’âge.
La modélisation théorique par éléments finis s’accorde avec des observations microscopiques détaillées selon lesquelles la plaque terminale est susceptible d’une défaillance mécanique, presque sans exception au point de fixation à l’os sous-chondral et probablement en raison de la mauvaise fixation des fibrilles de collagène à l’os comme mentionné précédemment. Les études d’autopsie montrent également que des parties de la plaque d’extrémité peuvent se séparer du corps vertébral et hernier du disque avec des fibres annulaires attachées. Il semble que le point d’insertion des fibres annulaires dans le corps vertébral au voisinage de l’anneau épiphysaire soit intrinsèquement faible, et semble plus qu’une coïncidence qu’il s’agisse d’un site fréquent de fracture chez les adolescents. Des études expérimentales avec les épines de porcs adolescents ont reproduit des résultats similaires après compression mécanique. Il convient de noter que ce schéma de lésion est très différent de celui observé dans la colonne vertébrale adulte, où la plaque terminale et l’os trabéculaire adjacent sont impliqués.
Le défaut de plaque d’extrémité le plus fréquent observé est probablement le nœud de Schmorl, qui est une saillie verticale du contenu du noyau dans le corps vertébral adjacent. Les nœuds de Schmorl sont observés dans plus de 70% des épines à l’autopsie avec une fréquence égale au-dessus et en dessous de l’âge de 50 ans, ce qui suggère qu’ils apparaissent relativement tôt dans la vie. Qu’ils soient deux fois plus fréquents chez les hommes jusqu’à l’âge de 59 ans suggère qu’ils résultent d’un traumatisme professionnel. Curieusement cependant, il y a un changement de genre après 60 ans et ils sont deux fois plus fréquents chez les femmes! Cela se produit à un moment où le disque est plus susceptible de se rompre en raison de changements, tels que l’ostéoporose, généralement associés à un âge avancé. En tout état de cause, les disques avec des nœuds de Schmorls sont plus dégénérés que les autres disques à un âge précoce.
Exactement ce qui provoque la formation des nœuds de Schmorl reste un mystère. Il ne fait guère de doute qu’ils commencent par de petits défauts et ne sont donc pas toujours vus aussi souvent sur les radiographies cliniques qu’à l’autopsie. Ils deviennent plus apparents radiologiquement à mesure que le prolapsus nucléaire entraîne une hauteur de disque réduite et une coiffe cartilagineuse et éventuellement une nouvelle forme osseuse autour du prolapsus. Bien que la plupart des plaques d’extrémité ne montrent aucune preuve de perforations naturelles, Schmorl a suggéré que ces lésions proviennent de points faibles focaux causés par un cartilage dégénéré. En l’absence de traumatisme direct ou de destruction résultant d’une atteinte néoplasique, les plaques terminales sont intactes et on suppose généralement que le tissu cicatriciel qui reste après la fermeture des petits canaux vasculaires de la colonne vertébrale en développement permet la saillie à travers ces points faibles. Il peut être significatif que les spécimens avec les ganglions de Schmorl aient beaucoup plus de contacts médullaires dans les plaques terminales, suggérant que ces lésions peuvent contribuer à une pathologie supplémentaire telle que la maladie de Scheuermann, dans laquelle elles occupent une place prépondérante.
S’il serait complètement erroné de suggérer que la dégénérescence discale en soi est la seule cause des maux de dos, il serait néanmoins naïf d’ignorer la forte corrélation qui existe entre les deux entités. À la suite de développements passionnants dans le domaine de la recherche sur la colonne vertébrale, nous sommes maintenant plus conscients que jamais des processus cellulaires qui se produisent dans la dégénérescence discale, et alors que nous entrons dans l’ère passionnante de la « médecine régénérative” ou des « traitements biologiques”, il y a un intérêt croissant et même une attente que les maladies dégénératives puissent être traitées par une « solution miracle”.
Les traitements qui pourraient potentiellement être disponibles pour la régénération des plaques d’extrémité en particulier sont nombreux et divers, et en fait la plupart sont envisagés dans le contexte du disque dans son ensemble en raison des interactions complexes entre les composants individuels du disque. Ces approches comprennent l’utilisation de protéines recombinantes, de cytokines ou de facteurs de croissance, la thérapie moléculaire, les techniques de transfert de gènes, la thérapie cellulaire. Ces sujets distincts sont si détaillés que toute tentative de les résumer en quelques paragraphes ne leur rendrait pas justice. Le lecteur est plutôt renvoyé à la littérature complète (y compris les revues mentionnées ci-dessus) qui contient de nombreux excellents articles sur chaque sujet.
La plupart de ces concepts ont à peine progressé depuis les tests in vitro et, en tant que tels, il est peu probable qu’ils aient une application clinique pratique dans un avenir proche. Ce n’est pas une critique de ces œuvres. Au contraire, il s’agit d’un avertissement prudent selon lequel il faudra peut-être de nombreuses années avant de voir les résultats d’essais menés de manière appropriée qui évaluent leur efficacité clinique. De façon réaliste, ces traitements n’inverseront pas complètement le processus dégénératif, mais ils peuvent offrir le potentiel d’arrêter ou du moins de retarder les conséquences inévitables. La clé de cette approche sera d’identifier les cibles appropriées, qu’il s’agisse de gènes, de molécules bioactives, de types cellulaires particuliers ou, plus important encore, du patient. Les bénéficiaires de ces traitements devront être sélectionnés avec soin car il existe des preuves convaincantes que des facteurs aussi divers que la génétique, le tabagisme, l’occupation et l’immobilisation, influencent le métabolisme des cellules discales par la diffusion de la plaque terminale et donc la nutrition des cellules. Il sera tout aussi important de s’assurer que les cellules du disque survivent et fonctionnent de manière appropriée pour obtenir le maximum d’avantages de tels traitements.
La dégénérescence des disques est un problème complexe qui implique une myriade de facteurs, dont la plaque d’extrémité n’est qu’un exemple. Une recherche progressive minutieuse est en train de percer lentement ses mystères et il y a des raisons d’être optimistes qu’un jour il y aura des traitements disponibles pour résoudre les problèmes universels associés aux maux de dos.