Крошечные структуры в позвоночнике раскрыли, почему изнашивается спина

Ученые проследили, что происходит с межпозвонковым диском при сжатии — от деформации ткани до изменений в мельчайших структурах коллагена. Оказалось, что они уже натянуты до приложения дополнительной нагрузки. Такое натяжение может помогать диску выдерживать повседневные нагрузки, но одновременно повышать уязвимость отдельных участков к повреждениям. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Как заглянули внутрь диска

Чтобы увидеть, как диск меняет форму под нагрузкой, ученые использовали мощное рентгеновское излучение. Метод TomoSAXS объединяет рентгеновскую томографию и малоугловое рассеяние рентгеновских лучей. Он позволяет получить трехмерное изображение ткани и проследить, как при ее сжатии деформируются коллагеновые фибриллы — тонкие прочные нити из плотно уложенных молекул коллагена.

По словам соавтора работы Алиссы Парментер из Университетского колледжа Лондона, при наклонах и подъеме тяжестей нагрузка распределяется между структурами нанометрового масштаба. Новый метод позволяет связать изменения в этих структурах с деформацией диска в целом.

Где деформация оказалась сильнее

Исследователи обнаружили, что еще до сжатия коллагеновые фибриллы были растянуты. Предварительное натяжение может придавать диску необходимую жесткость. При этом у уже растянутых структур может оставаться меньший запас прочности при дополнительной нагрузке.

Особенно сильно деформировались участки с выраженным изгибом коллагеновых волокон. Это было заметнее всего на границе внутренней и наружной областей диска. Авторы предполагают, что эта зона может быть более уязвима к повреждениям и образованию грыжи.

TomoSAXS дает ученым возможность исследовать, где зарождаются повреждения межпозвонкового диска и как они распространяются. С его помощью можно будет проследить, как старение и болезни меняют способность диска выдерживать нагрузку.