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Nonostante tutto ciò che è noto da decenni di ricerca il disco intervertebrale rimane un enigma. È un’entità unica e notevole e forse l’unico aspetto che è responsabile di gran parte del suo mistero è che una struttura così grande è in grado di sopravvivere e funzionare nelle condizioni fisiologiche più difficili. I dischi della colonna vertebrale umana sono le più grandi strutture non vascolarizzate nel corpo, e nella più grande di esse (nella colonna lombare) alcune cellule possono essere a 20 mm dal più vicino apporto di sangue diretto. Nonostante la loro apparente resilienza, tuttavia, le cellule residenti non sono immortali. Non è insolito che i dischi mostrino segni di deterioramento all’età di 25 anni ed è a questo proposito che la piastra vertebrale svolge un ruolo importante.
I dischi sono strutture approssimativamente cilindriche che variano in dimensioni e forma progressivamente dalla regione cervicale alla regione lombare. Essi comprendono tutti un polposo nucleo centrale ben idratata che è circondato dalla ditta ma flessibile lamelle collagene dell’anulus fibrosus . Alle estremità cranica e caudale di ciascun disco ci sono le piastre terminali che separano l’osso vertebrale dal disco stesso e impediscono al nucleo altamente idratato di sporgere nelle vertebre adiacenti. Le piastre terminali assorbono anche la notevole pressione idrostatica che deriva dal carico meccanico della colonna vertebrale . Le piastre terminali sono in genere meno di 1 mm di spessore, e mentre questo varia notevolmente attraverso la larghezza di ogni singolo disco, tendono ad essere più sottile nella regione centrale adiacente al nucleo .
Le piastre terminali sono identificabili da uno stadio embriologico precoce e hanno una componente ossea e una cartilagine ialina . La componente cartilaginea sembra generare grande interesse poiché persiste durante la normale maturazione mentre le vertebre adiacenti subiscono ossificazione. Comprende un gel di molecole proteoglicane idratate rinforzate da una rete di fibrille di collagene. A differenza della cartilagine articolare delle articolazioni sinoviali, le fibrille di collagene non collegano la piastra terminale direttamente all’osso vertebrale , sebbene la piastra terminale abbia un contatto intimo con il disco attraverso le lamelle dell’anello interno . Una rete di vasi sanguigni microscopici penetra le piastre terminali durante lo sviluppo della colonna vertebrale in crescita, principalmente per fornire nutrimento per il disco, prima di scomparire intorno al tempo della maturità scheletrica . A parte una scarsa fornitura vascolare nelle lamelle esterne dell’anello, i dischi maturi dipendono quasi totalmente dalla diffusione di soluti essenziali attraverso le piastre terminali per la nutrizione e lo scambio metabolico .
La composizione biochimica delle placche terminali, dalla normalità attraverso lo spettro delle condizioni degenerative, è stata ampiamente documentata . Delle diverse specie di collagene presenti nel disco, il tipo X è considerato il più importante nella piastra terminale poiché è un marker di condrociti ipertrofici ed è coinvolto nella calcificazione . Inoltre, l’inattivazione di un allele del gene Collagene II nei topi giovani ha dimostrato di portare a livelli più bassi di glyscosaminogloycan nelle piastre terminali e piastre terminali più spesse e irregolari che diventano calcificate prematuramente .
Le molecole di proteoglicano all’interno della matrice sono fondamentali per il controllo del trasporto del soluto e del mantenimento del contenuto di acqua in particolare in tutto il disco e l’esaurimento dei proteoglicani dalla cartilagine della piastra terminale è associato alla perdita di proteoglicani dal nucleo . Ne consegue quindi che la perdita di proteoglicani alla fine porterebbe alla degenerazione del disco . Alterazioni nella biochimica del disco, in particolare nella piastra terminale, durante la fase di crescita scheletrica possono anche essere coinvolte nello sviluppo della scoliosi .
Molta attenzione è stata focalizzata sulla comprensione degli aspetti della nutrizione del disco e dei processi generali associati al metabolismo del disco. Studi in vitro con piccole molecole di colorante hanno dimostrato che i margini laterali della piastra terminale vicino al bordo vertebrale sono relativamente impermeabili rispetto alla porzione centrale o all’intero anello . Studi quantitativi con campioni di autopsia umana hanno dimostrato che la permeabilità della piastra terminale è dovuta a vasi sanguigni microscopici nella piastra terminale centrale che sono più numerosi rispetto ai margini del disco . Questa rete vascolare è stata dimostrata usando semplici tecniche di iniezione e mostra che la diffusione di piccoli soluti da questi vasi è il principale meccanismo per il trasferimento di nutrienti nel disco . Il processo tuttavia è selettivo basato interamente sulla dimensione molecolare e sulla carica ionica delle molecole coinvolte. La carica negativa netta del nucleo conferita dall’alta concentrazione di proteoglicani nel nucleo consente il passaggio di ioni positivi come sodio e calcio e molecole non caricate come glucosio e ossigeno, mentre impedisce il movimento di ioni caricati negativamente come solfato e cloruro e macromolecole come immunoglobuline ed enzimi. Il significato della piastra terminale nel metabolismo del disco è stato confermato da una varietà di tecniche di laboratorio .
Al raggiungimento della maturità scheletrica la cartilagine della piastra terminale subisce un sostanziale rimodellamento, con conseguente ampia mineralizzazione che viene infine riassorbita e sostituita da osso vero . È importante sottolineare che questo nuovo tessuto molto probabilmente impedisce la diffusione finora critica e lo scambio di nutrienti tra il midollo vertebrale e il disco . Anche i piccoli vasi sanguigni all’interno della piastra terminale vengono cancellati da questa calcificazione, limitando ulteriormente lo scambio di nutrienti vitali.
Forse sorprendentemente la piastra terminale può diventare rivascolarizzata dopo la maturità in alcune specie in condizioni normali e patologiche. In quest’ultimo studio la rivascolarizzazione, che si presume sia un tentativo di riparazione tissutale, non è stata in grado di invertire l’inevitabile cascata di degenerazione causata dalla rottura anulare. La creazione di vasi sanguigni nella piastra terminale avviene per attivazione della matrice degradante degli enzimi metalloproteinasi (MMP) che sono normalmente mantenuti in forma latente da inibitori tissutali .
Il flusso sanguigno nella regione delle piastre terminali non è interamente passivo in quanto sono presenti recettori muscarinici che possono influenzare la nutrizione del disco in condizioni fisiologiche alterate . Ulteriori studi hanno identificato fibre nervose e vasi sanguigni nelle placche terminali e nell’osso subcondrale nei dischi degenerati, suggerendo che la riparazione dei tessuti può essere associata a mal di schiena .
I cambiamenti morfologici alle piastre terminali sono solitamente osservati con l’avanzare dell’età, ma sono anche evidenti in associazione con cambiamenti patologici al nucleo e all’anello negli stadi avanzati della malattia degenerativa del disco . I primi cambiamenti microscopici osservati sono fessure e fessure lungo la lunghezza della piastra terminale nel piano orizzontale con morte occasionale di condrociti. Non è insolito vedere invadere i vasi sanguigni con ossificazione della piastra terminale ossea adiacente. Alla fine la cartilagine viene superata dall’ossificazione. Se è ancora ragionevolmente sano il nucleo riempie i vuoti creati come vasi sanguigni perforano la piastra terminale, anche se questi difetti non violare la piastra terminale ossea. Entro la quinta decade materiale nucleare è visto per sporgere nel midollo vertebrale con sclerosi ossea focale derivante dal rimodellamento attivo. Spesso la cartilagine è completamente persa. In un modello animale di degenerazione del disco di spondilolisi, compresa la perdita della piastra terminale, è stata osservata ed è stata accompagnata da un aumento dell’apoptosi dei condrociti della piastra terminale, indicando un possibile coinvolgimento della morte cellulare programmata nella degenerazione del disco correlata all’età .
La modellazione teorica agli elementi finiti concorda con osservazioni microscopiche dettagliate sul fatto che la piastra terminale è suscettibile di guasti meccanici, quasi senza eccezioni nel punto di attacco all’osso subcondrale e presumibilmente a causa dello scarso attaccamento delle fibrille di collagene all’osso come menzionato in precedenza . Gli studi autoptici mostrano anche che porzioni della piastra terminale possono separarsi dal corpo vertebrale ed erniare dal disco insieme alle fibre anulari attaccate . Sembra che il punto in cui le fibre anulari si inseriscono nel corpo vertebrale in prossimità dell’anello epifisario sia intrinsecamente debole e sembra più che casuale che questo sia un sito comune per la frattura negli adolescenti . Studi sperimentali con le spine di suini adolescenti hanno riprodotto risultati simili dopo compressione meccanica . Va notato che questo modello di lesione è molto diverso da quello visto nella colonna vertebrale adulta, dove la piastra terminale e l’osso trabecolare adiacente sono coinvolti .
Il difetto della piastra terminale più comune osservato è probabilmente il nodo di Schmorl, che è una sporgenza verticale del contenuto del nucleo nel corpo vertebrale adiacente . I nodi di Schmorl sono visti in più del 70% delle spine all’autopsia con uguale frequenza sopra e sotto l’età di 50 anni, suggerendo che appaiono relativamente presto nella vita . Che dovrebbero essere due volte più comuni negli uomini fino all’età di 59 anni suggerisce che si verificano a seguito di traumi professionali. Curiosamente però c’è un interruttore di genere dopo 60 anni di età e sono due volte più comuni nelle donne! Ciò si verifica in un momento in cui il disco ha maggiori probabilità di rottura a causa di cambiamenti, come l’osteoporosi, che sono generalmente associati all’età avanzata. In ogni caso, i dischi con i nodi di Schmorls sono più degenerati di altri dischi in tenera età .
Esattamente ciò che causa la formazione dei nodi di Schmorl rimane un mistero. Sembra poco dubbio che iniziano come piccoli difetti e quindi non sono sempre visti come spesso sulle radiografie cliniche come lo sono all’autopsia . Diventano più evidenti radiologicamente come risultati prolasso nucleare ridotta altezza del disco e un cappuccio cartilagineo e, infine, nuova forma ossea intorno al prolasso. Sebbene la maggior parte delle piastre terminali non mostri alcuna evidenza di perforazioni naturali, Schmorl ha suggerito che queste lesioni derivano da punti deboli focali causati da cartilagine degenerata . In assenza di trauma diretto o distruzione derivante dal coinvolgimento neoplastico le placche terminali sono intatte e si presume generalmente che il tessuto cicatriziale che rimane dopo la chiusura dei piccoli canali vascolari nella colonna vertebrale in via di sviluppo consenta la protrusione attraverso questi punti deboli . Può essere significativo che i campioni con i nodi di Schmorl abbiano significativamente più contatti midollari nelle piastre terminali, suggerendo che queste lesioni possono contribuire a ulteriori patologie come la malattia di Scheuermann, in cui sono presenti in modo prominente.
Anche se sarebbe completamente errato suggerire che la degenerazione del disco di per sé è l’unica causa del mal di schiena, sarebbe comunque ingenuo ignorare la forte correlazione che esiste tra le due entità. Come risultato di interessanti sviluppi nel campo della spinale ricerca ora siamo più che mai consapevoli dei processi cellulari che si verificano nella degenerazione del disco, e come ci muoviamo nell’emozionante era di “medicina rigenerativa” o “trattamenti biologici” c’è un crescente interesse e anche l’aspettativa che le malattie degenerative possono essere trattati con una “pallottola magica”.
I trattamenti che potrebbero potenzialmente essere disponibili per la rigenerazione delle piastre terminali in particolare sono numerosi e diversi, e infatti la maggior parte sono considerati nel contesto del disco nel suo complesso a causa delle complesse interazioni tra i singoli componenti del disco. Tali approcci includono l’uso di proteine ricombinanti , citochine o fattori di crescita , terapia molecolare , tecniche di trasferimento genico, terapia cellulare . Questi argomenti separati sono così dettagliati che qualsiasi tentativo di riassumerli in pochi paragrafi non renderebbe loro giustizia. Il lettore si riferisce invece alla letteratura completa (comprese le recensioni di cui sopra) che contiene molti documenti eccellenti su ogni argomento.
La maggior parte di questi concetti sono appena progrediti dai test in vitro e, come tali, è improbabile che abbiano un’applicazione clinica pratica nel prossimo futuro. Questa non è una critica di queste opere. Al contrario, è un cauto avvertimento che potrebbero passare molti anni prima di vedere i risultati di studi condotti in modo appropriato che valutino la loro efficacia clinica. Realisticamente questi trattamenti non invertire completamente il processo degenerativo, ma possono offrire il potenziale per fermare o almeno, ritardare le inevitabili conseguenze. La chiave di questo approccio sarà quello di identificare gli obiettivi appropriati, se sono geni, molecole bioattive, particolari tipi di cellule o, soprattutto, il paziente. I destinatari di questi trattamenti dovranno essere selezionati con attenzione in quanto vi sono prove convincenti che fattori diversi come la genetica, il fumo di sigaretta, l’occupazione e l’immobilizzazione, influenzano il metabolismo delle cellule del disco attraverso la diffusione della piastra terminale e quindi la nutrizione delle cellule. Sarà altrettanto importante garantire che le cellule del disco sopravvivano e funzionino in modo appropriato per ottenere il massimo beneficio da tali trattamenti.
La degenerazione del disco è un problema complesso che coinvolge una miriade di fattori, di cui la piastra terminale è solo un esempio. Un’attenta ricerca incrementale sta lentamente svelando i suoi misteri e c’è motivo di essere ottimisti sul fatto che un giorno ci saranno trattamenti disponibili per affrontare i problemi universali associati al mal di schiena.