软骨终板的结构与生理功能
作者：周红海 黄彦
单位：(周红海)广西中医学院(南宁 530001)；(黄彦)广西中医学院附设中医学校(南宁 530022)
关键词：
广西中医学院学报990126 软骨终板是椎间盘的构成部分，它是椎间盘的主要营养交换界面，也是它的应力缓冲保护带。有关软骨终板的结构与生理功能的研究，多年来各国学者一直在进行，并取得了很大进展。现综述如下。
1 大体结构与承重作用
软骨终板处于纤维环、髓核的两边，上下椎体与椎间盘的相交界面上，其平均厚度约为1mm,中心区更薄，约0.6mm，呈半透明状，位于椎体的骺环之内。即使如此之薄，软骨终板仍可分透明软骨层和钙化软骨层，然后与椎体骨层相连接〔1〕。
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软骨终板能承受很大的负载，有研究认为将近2000牛顿或更多一些。软骨终板的高负荷承载能力，保护了椎骨在承受通过纤维环内层特别是髓核传递来的生理极限内的高负荷压力时，不至于产生压迫性骨萎缩，同时也防止髓核向椎体内突入形成Schmorl's结节，起缓压屏障的作用，保护了椎体内的正常营养代谢构造，保证了纤维环、髓核的正常营养供给〔2，3〕。
软骨终板的中心部位与髓核相接触，边缘与纤维环的内层纤维相移行连接，它与纤维环壁形成了一个严密包容髓核的容器，使处于液胶状静压状态的髓核能发挥它的滚珠轴承样功能。而软骨终板、纤维环、髓核三者构成的整体，也就形成了一个对抗重力和张力的闭合缓冲系统〔1，2，3〕。它们所发挥出来的缓冲、承重、运动轴点的功能，使人类等脊椎动物的身体轴线能完成各类需要的活动。
人类不同节段的椎体上，软骨终板的形态有一些差别，有的呈肾形，有的呈园形，与体积大一些、承重需要大一些的椎体相锚靠邻近的软骨终板，其前后径及总面积也稍微大一些〔4〕。这些结构差异，可能与进化中承重的变化需要相关联。
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软骨终板上无神经组织，这样，就保证了在承受挤压时不会总有疼痛反射的干扰〔5〕。由于不断增加的负荷，人类软骨终板上的微血管在出生后8个月即开始逐步减少、萎缩，30岁左右直接穿越软骨终板连接椎体血窦与髓核的微血管即完全闭塞，这种结构改变，也是适应承受负荷的需要形成的〔6〕。
2 营养交换通道与渗透功能
虽然穿越软骨终板的血管会在人类等成年后闭塞，但终板上的许多微孔一直在开放着，保持软骨终板的半渗透膜特性，使水分等小分子成份能随渗透压的变化在期间扩散〔7〕。在扫描电镜下可以看到，软骨终板内仍然密布着不穿透软骨终板与髓核接触面的血管芽，并且，在相对髓核的区域下，这些小血管芽分布密集，有膨大端存在并呈树枝状复杂地缠绕着；对应纤维环内层纤维的区域，小血管芽则分布得稀疏一些，形状也简单得多。伴随这些微细血管芽的，还有许多微小的淋巴管。与之对应，与软骨终板相邻的椎骨两头，特别是和软骨终板中心部位相接的地方，存在着密集的微血管、血窦及毛细淋巴管。各种营养物质通过这些循环道路透入软骨终板的浅层，再经渗透，进入髓核及纤维环内层，一些代谢产物也经此渗出。这个通道是椎间盘的主要营养通路，其中在与髓核对应处的溶质渗透占整个软骨终板渗透率的85%，到内层纤维环界面处下降到35%，在软骨终板接近外层纤维环界面处则完全不能渗透。一旦软骨终板特别是其中部区域受到破坏，整个椎间盘的营养交换能力将明显下降，椎间盘也就急骤退变〔6，8，13〕。
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人在直立时，施加在软骨终板上的压力变大，椎间盘内的液体、基质渗出，与椎体血管、淋巴管中的营养物质、水、氧气等成份进行渗透交换；平卧时，压力解除，各种成份又会经软骨终板渗透到髓核。事实上，只要脊柱在运动，软骨终板的两边就会产生压力、渗透压的改变，出现渗透性物质交换。除了重力的作用外，运动时椎间盘细胞代谢旺盛，营养物质消耗大，也在髓核、软骨终板及椎骨之间形成一个较大的浓度梯级差，促进相关物质顺浓度差进行交换〔9，10〕。
软同终板的透过性与髓核的渗透能力共同决定椎间盘的弹性张力，发挥椎间盘的正常生理功能，液体在其间流入和流出的速度，遵循一个公式J＝kdp/dx，其中k为液压渗透性系数，dp/dx是引起流动的压力梯度〔10〕，比值越大，软骨终板交换物质的性能就越好。
3 细胞构成特点与功能的相适应
由于处于负重的中轴线上，整个椎间盘的平均细胞数较绝大部分的组织低，是结缔组织中最低的，约为5800个细胞/mm3，细胞的分布与类型也有差异。软骨终板在椎间盘的三个构成部分中与外周血运的接触最近，物质流动频繁，所以其细胞密度相对纤维环、髓核的稍高一些，平均为1500个细胞/mm3，是纤维环的2倍，髓核的4倍。软骨终板上的细胞为典型的园形软骨细胞，在临近骨化层时呈柱状排列，其余的散在或成对分布〔11〕。
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软骨终板的细胞旺盛地合成蛋白多糖、胶原等与生理功能紧密相关的细胞外基质，维护软骨终板的结构和功能，而柱状排列，更适于应力的承受。
4 细胞外基质的构成与生理功能的关系
蛋白聚糖和胶原是构成软骨终板细胞外基质的重要结构成份，对软骨终板的生理功能的发挥有重要影响。有研究表明，软骨终板所带的蛋白多糖与关节软骨的相似但稍小一些，它上面所带的电荷密度，控制着带电荷溶质的分布和基质中的渗透压。由于净负电荷的存在，才使得软骨终板内的椎间盘组织的离子总数总是高于血浆，保持了软骨终板中的高渗透压。蛋白多糖含量越丰富，这种渗透压就越高〔7，12〕。
正常时，随时间的变化蛋白多糖的聚合度会有些波动。不过总的趋势是年龄越大，超生理负荷的压力作用的时间越久，软骨终板中蛋白多糖的总数以及其中的成份糖氨多糖的含量就会逐渐下降，这种变化发生最明显的主要在软骨终板的外区深层和内区，改变将影响到软骨终板的交换物质的能力、吸收振荡和均匀传递载荷的能力〔10，14〕。因为椎间盘各部分的水份含量都依赖于蛋白聚糖的构成比和应用于其上的载负，蛋白多糖—间盘组织干重比例高的椎间盘组成部分，其水化程度也就越高〔7，12〕。
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维持软骨终板对抗载荷，透过交换物质的结构成份还有它所含的各种胶原。这些胶原的微纤维平行于椎体的上下面排列，纤维上附着蛋白多糖分子，纤维相互间的交叉形成许多数千微米的空间，构成有通透性的弹力网〔15〕。
软骨终板中的胶原类型最丰富的是Ⅱ型，另外还有IX型及1α、2α、3α链。在长期受到机械力量作用时，椎间盘各部分的细胞中的溶酶体酶会释出，同时激活胶原酶系统。1α、2α、3α链和IX型胶原对胶原酶有一定的抵抗力，在椎间盘各部分产生生理性退变时，Ⅱ型胶原对胶原酶的抵抗能力也远大于其它类型的胶原如Ⅰ、Ⅲ型胶原。软骨终板的这种胶原构成，保证了受力大，渗透交换频的自身能很好地维持结构的稳定，有利于生理功能的发挥〔15，16〕。另外，Ⅱ型胶原是吸收承受压应力最好的胶原类型，为软骨终板执行其生物力学的性能提供了结构成份上的重要保证〔3，15〕。
蛋白多糖与胶原对软骨终板的作用是相互关联的，在酸碱度为7.0的环境中，蛋白多糖通过其中的成份糖醛酸及静电作用与胶原结合，再通过另外两种成份硫酸软骨素和糖氨多糖的参与，加强胶原抗皱缩和抗张牵的能力，从而发挥软骨终板对抗压应力提供渗透性的良好功能〔3〕。
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5 结语
软骨终板生理功能的正常发挥，有赖于其构成的正常存在，而软骨终板功能的变化，将影响到整个椎间盘的生理、病理状态。所以，怎样维护软骨终板的正常结构组成，保护整个椎间盘营养供给的主要通道，是一个有价值的研究方向。目前，文献记载的此类研究仍然很少，特别是有关传统中医药技术对此相关方面的作用，更是有待揭示的领域。
参考文献
〔1〕Humzah MP, Soumes RW.Human intervertebral disc structure and funtion. Anat Rec. 1988,220(4):337～358.
〔2〕McFadder RD,Taylor JR.End-plate lesions of the lumbar spine.spine.1989,14(8):867～869
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〔3〕Roberts S, Menage J,Urban JP.Biochemical and structured properties of the cartilage End-plate and it's Relation to the intervertebral disc. Spine.1989,14(2):166～174
〔4〕Hardy PAJ，Rabey GP.Analytic anatomy of lumbar intervertebral disc size .J.Anat.1977:124～267
〔5〕Ahmed M，Bjurbolm A,Kreicbergs A,etal.Neuro-peptide Y tyrosine hydroxylase and vasoactive intestinal poly peptide immmunoreactive nerve fibers in the vertebral bodies ,discs,duramater, and spinal ligaments of the rat lumbar spine. spine. 1993,18(2):268～273
, 百拇医药
〔6〕Rudert M,Tillmann B.Detection of ly mph .and blood vessels in the human intervertebral disc by histochemical and immunohistochemical methods Anat-Anz.1993,175(3)：237～240
〔7〕Hirano N，Tsuji H，ohshinma H，etal. Analysisof rabbit intervertebral disc physiology based on water metabolism factors influencing metabolism of the normal intervertebral disc.spine.1988,13(11):1291～1296
〔8〕吕刚，芮钢,王星铎,等.椎体软骨终板血管芽的形态学实验研究.中华骨科杂志.1998，18(12)：722～724
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〔9〕Urban JP，Holm's Maroudas A，etal.Nutriton of the intervertebral disc,effect of fluid flow on solute transport. clin. orthop.Rel.Res,1982，170:296～301
〔10〕Roberts.s ,Urban JP，Erans H,etal.Transport propeties of the human Cartilage in relation to it's Composition and calcification Spine .1996,21(4):415～420
〔11〕胡有谷,吕振华,陈晓亮,等.腰椎间盘的细胞、胶原与弹性蛋白.中华骨科杂志.1997,17(12):8～10
〔12〕Ohshjma H,Jsuji H,Hivano N， etal. Water drffusion pathway, swelling ,dressure and Biomechanical properties of the intervertebral disc during compression load. spine .1989,14(11):1234～1244
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〔13〕董凡,戴克戎,侯筱魁.椎间盘营养和退变的实验研究.中华外科杂志.1995，33(3)：147～150
〔14〕董凡,戴克戎,侯筱魁.高应力环境导致腰椎软骨终板蛋白聚糖含量改变.中华骨科杂志.1997，17(2)：127～129
〔15〕Antorniou J，Gondsouzian NM，Heathfield T.F,etal.The Human lumbar End-plate:Eitdence of changes in Biosynthesis and denatruration of the Extracellular Matrix with Growth maturation.Aging ,ond degeneration .Spine. 1996,21(10):1153-1161
〔16〕Kofl A.S lan WT,Ta,quelive Bw,etal.collagendytic Enyme systems in Human intervertebral Disc .Their conrtrol.Mechanism,and their possible Role in the initation of Biomechanical Pailure .Spine.1982,7(3):213～222, 百拇医药
单位：(周红海)广西中医学院(南宁 530001)；(黄彦)广西中医学院附设中医学校(南宁 530022)
关键词：
广西中医学院学报990126 软骨终板是椎间盘的构成部分，它是椎间盘的主要营养交换界面，也是它的应力缓冲保护带。有关软骨终板的结构与生理功能的研究，多年来各国学者一直在进行，并取得了很大进展。现综述如下。
1 大体结构与承重作用
软骨终板处于纤维环、髓核的两边，上下椎体与椎间盘的相交界面上，其平均厚度约为1mm,中心区更薄，约0.6mm，呈半透明状，位于椎体的骺环之内。即使如此之薄，软骨终板仍可分透明软骨层和钙化软骨层，然后与椎体骨层相连接〔1〕。
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软骨终板能承受很大的负载，有研究认为将近2000牛顿或更多一些。软骨终板的高负荷承载能力，保护了椎骨在承受通过纤维环内层特别是髓核传递来的生理极限内的高负荷压力时，不至于产生压迫性骨萎缩，同时也防止髓核向椎体内突入形成Schmorl's结节，起缓压屏障的作用，保护了椎体内的正常营养代谢构造，保证了纤维环、髓核的正常营养供给〔2，3〕。
软骨终板的中心部位与髓核相接触，边缘与纤维环的内层纤维相移行连接，它与纤维环壁形成了一个严密包容髓核的容器，使处于液胶状静压状态的髓核能发挥它的滚珠轴承样功能。而软骨终板、纤维环、髓核三者构成的整体，也就形成了一个对抗重力和张力的闭合缓冲系统〔1，2，3〕。它们所发挥出来的缓冲、承重、运动轴点的功能，使人类等脊椎动物的身体轴线能完成各类需要的活动。
人类不同节段的椎体上，软骨终板的形态有一些差别，有的呈肾形，有的呈园形，与体积大一些、承重需要大一些的椎体相锚靠邻近的软骨终板，其前后径及总面积也稍微大一些〔4〕。这些结构差异，可能与进化中承重的变化需要相关联。
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软骨终板上无神经组织，这样，就保证了在承受挤压时不会总有疼痛反射的干扰〔5〕。由于不断增加的负荷，人类软骨终板上的微血管在出生后8个月即开始逐步减少、萎缩，30岁左右直接穿越软骨终板连接椎体血窦与髓核的微血管即完全闭塞，这种结构改变，也是适应承受负荷的需要形成的〔6〕。
2 营养交换通道与渗透功能
虽然穿越软骨终板的血管会在人类等成年后闭塞，但终板上的许多微孔一直在开放着，保持软骨终板的半渗透膜特性，使水分等小分子成份能随渗透压的变化在期间扩散〔7〕。在扫描电镜下可以看到，软骨终板内仍然密布着不穿透软骨终板与髓核接触面的血管芽，并且，在相对髓核的区域下，这些小血管芽分布密集，有膨大端存在并呈树枝状复杂地缠绕着；对应纤维环内层纤维的区域，小血管芽则分布得稀疏一些，形状也简单得多。伴随这些微细血管芽的，还有许多微小的淋巴管。与之对应，与软骨终板相邻的椎骨两头，特别是和软骨终板中心部位相接的地方，存在着密集的微血管、血窦及毛细淋巴管。各种营养物质通过这些循环道路透入软骨终板的浅层，再经渗透，进入髓核及纤维环内层，一些代谢产物也经此渗出。这个通道是椎间盘的主要营养通路，其中在与髓核对应处的溶质渗透占整个软骨终板渗透率的85%，到内层纤维环界面处下降到35%，在软骨终板接近外层纤维环界面处则完全不能渗透。一旦软骨终板特别是其中部区域受到破坏，整个椎间盘的营养交换能力将明显下降，椎间盘也就急骤退变〔6，8，13〕。
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人在直立时，施加在软骨终板上的压力变大，椎间盘内的液体、基质渗出，与椎体血管、淋巴管中的营养物质、水、氧气等成份进行渗透交换；平卧时，压力解除，各种成份又会经软骨终板渗透到髓核。事实上，只要脊柱在运动，软骨终板的两边就会产生压力、渗透压的改变，出现渗透性物质交换。除了重力的作用外，运动时椎间盘细胞代谢旺盛，营养物质消耗大，也在髓核、软骨终板及椎骨之间形成一个较大的浓度梯级差，促进相关物质顺浓度差进行交换〔9，10〕。
软同终板的透过性与髓核的渗透能力共同决定椎间盘的弹性张力，发挥椎间盘的正常生理功能，液体在其间流入和流出的速度，遵循一个公式J＝kdp/dx，其中k为液压渗透性系数，dp/dx是引起流动的压力梯度〔10〕，比值越大，软骨终板交换物质的性能就越好。
3 细胞构成特点与功能的相适应
由于处于负重的中轴线上，整个椎间盘的平均细胞数较绝大部分的组织低，是结缔组织中最低的，约为5800个细胞/mm3，细胞的分布与类型也有差异。软骨终板在椎间盘的三个构成部分中与外周血运的接触最近，物质流动频繁，所以其细胞密度相对纤维环、髓核的稍高一些，平均为1500个细胞/mm3，是纤维环的2倍，髓核的4倍。软骨终板上的细胞为典型的园形软骨细胞，在临近骨化层时呈柱状排列，其余的散在或成对分布〔11〕。
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软骨终板的细胞旺盛地合成蛋白多糖、胶原等与生理功能紧密相关的细胞外基质，维护软骨终板的结构和功能，而柱状排列，更适于应力的承受。
4 细胞外基质的构成与生理功能的关系
蛋白聚糖和胶原是构成软骨终板细胞外基质的重要结构成份，对软骨终板的生理功能的发挥有重要影响。有研究表明，软骨终板所带的蛋白多糖与关节软骨的相似但稍小一些，它上面所带的电荷密度，控制着带电荷溶质的分布和基质中的渗透压。由于净负电荷的存在，才使得软骨终板内的椎间盘组织的离子总数总是高于血浆，保持了软骨终板中的高渗透压。蛋白多糖含量越丰富，这种渗透压就越高〔7，12〕。
正常时，随时间的变化蛋白多糖的聚合度会有些波动。不过总的趋势是年龄越大，超生理负荷的压力作用的时间越久，软骨终板中蛋白多糖的总数以及其中的成份糖氨多糖的含量就会逐渐下降，这种变化发生最明显的主要在软骨终板的外区深层和内区，改变将影响到软骨终板的交换物质的能力、吸收振荡和均匀传递载荷的能力〔10，14〕。因为椎间盘各部分的水份含量都依赖于蛋白聚糖的构成比和应用于其上的载负，蛋白多糖—间盘组织干重比例高的椎间盘组成部分，其水化程度也就越高〔7，12〕。
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维持软骨终板对抗载荷，透过交换物质的结构成份还有它所含的各种胶原。这些胶原的微纤维平行于椎体的上下面排列，纤维上附着蛋白多糖分子，纤维相互间的交叉形成许多数千微米的空间，构成有通透性的弹力网〔15〕。
软骨终板中的胶原类型最丰富的是Ⅱ型，另外还有IX型及1α、2α、3α链。在长期受到机械力量作用时，椎间盘各部分的细胞中的溶酶体酶会释出，同时激活胶原酶系统。1α、2α、3α链和IX型胶原对胶原酶有一定的抵抗力，在椎间盘各部分产生生理性退变时，Ⅱ型胶原对胶原酶的抵抗能力也远大于其它类型的胶原如Ⅰ、Ⅲ型胶原。软骨终板的这种胶原构成，保证了受力大，渗透交换频的自身能很好地维持结构的稳定，有利于生理功能的发挥〔15，16〕。另外，Ⅱ型胶原是吸收承受压应力最好的胶原类型，为软骨终板执行其生物力学的性能提供了结构成份上的重要保证〔3，15〕。
蛋白多糖与胶原对软骨终板的作用是相互关联的，在酸碱度为7.0的环境中，蛋白多糖通过其中的成份糖醛酸及静电作用与胶原结合，再通过另外两种成份硫酸软骨素和糖氨多糖的参与，加强胶原抗皱缩和抗张牵的能力，从而发挥软骨终板对抗压应力提供渗透性的良好功能〔3〕。
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5 结语
软骨终板生理功能的正常发挥，有赖于其构成的正常存在，而软骨终板功能的变化，将影响到整个椎间盘的生理、病理状态。所以，怎样维护软骨终板的正常结构组成，保护整个椎间盘营养供给的主要通道，是一个有价值的研究方向。目前，文献记载的此类研究仍然很少，特别是有关传统中医药技术对此相关方面的作用，更是有待揭示的领域。
参考文献
〔1〕Humzah MP, Soumes RW.Human intervertebral disc structure and funtion. Anat Rec. 1988,220(4):337～358.
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〔11〕胡有谷,吕振华,陈晓亮,等.腰椎间盘的细胞、胶原与弹性蛋白.中华骨科杂志.1997,17(12):8～10
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