椎間円板 Discus intervertebralis
椎間円板は、脊椎の隣接する2つの椎体間に位置する繊維軟骨性の円盤状構造です。脊柱全長の約1/4を占め、解剖学的特徴と臨床的意義は以下の通りです(Roberts et al., 2008):
- 解剖学的構造:
- 中心部の髄核(nucleus pulposus)と外側の線維輪(annulus fibrosus)から構成されています(Urban and Roberts, 2003)。
- 髄核は水分含有量が約80-88%と高く、プロテオグリカンやII型コラーゲンを豊富に含む半流動性のゲル状組織です。
- 線維輪は同心円状に配列された強靭な線維性組織で、主にI型コラーゲン繊維から成り、約15-25の層構造を形成しています(Marchand and Ahmed, 1990)。
- 終板(vertebral endplate)が椎間円板の上下面を覆い、栄養供給の経路となっています。
- 解剖学的特徴:
- 脊柱の部位によって厚さと形状が異なります(頚椎:約5-6mm、胸椎:約3-5mm、腰椎:約10-15mm)(Bogduk, 2012)。
- 各円板は中央部が最も厚く、辺縁部がやや薄くなる両凸レンズ状を呈します。
- 頚椎と腰椎では、前縁が後縁よりも厚く、これが脊柱の生理的前弯の形成に寄与しています。
- 無血管組織であり、栄養は主に拡散によって供給されます(Nachemson et al., 1970)。
- 生体力学的機能:
- 椎体間の連結:隣接する椎体を強固に結合し、脊柱の構造的一体性を維持します。
- 衝撃吸収:体重と活動による軸圧を分散・吸収し、椎体や神経組織を保護します(Adams and Roughley, 2006)。
- 運動の促進:脊柱の屈曲、伸展、側屈、回旋などの複合的な運動を可能にします。
- 荷重分散:静止時には椎間円板内圧は約0.1-0.2MPaですが、立位や座位では0.3-0.8MPa、重量物挙上時には2.0MPa以上に上昇します(Wilke et al., 1999)。
- 臨床的意義:
- 椎間板ヘルニア:髄核が線維輪の亀裂から突出し、神経根や脊髄を圧迫して痛みやしびれを引き起こします。特に腰椎(L4/5、L5/S1)と頚椎(C5/6、C6/7)に好発します(Fardon et al., 2014)。
- 椎間板変性:加齢や反復的な負荷により、水分含有量の減少、高さの低下、弾性の喪失が生じ、腰痛や可動域制限の原因となります(Battié et al., 2004)。
- 椎間板炎:細菌感染による炎症で、強い腰痛や発熱を伴い、治療が遅れると椎体骨髄炎へ進展することがあります(Cottle and Riordan, 2008)。
- MRI検査では、T2強調画像で髄核が高信号、線維輪が低信号として描出され、病態評価に有用です(Pfirrmann et al., 2001)。
- 運動時の生体力学:
- 屈曲時:前方の線維輪が圧縮され、後方の線維輪が伸展します。髄核は後方に移動する傾向があり、後方の線維輪への圧力が増加します(Luoma et al., 2000)。
- 伸展時:後方の線維輪が圧縮され、前方の線維輪が伸展します。髄核は前方に移動します。
- 側屈時:側屈側の線維輪が圧縮され、反対側が伸展します。
- 線維輪の約30°の角度でらせん状に配列したコラーゲン繊維が、多方向からの力に対する抵抗と復元力を提供します(Cassidy et al., 1989)。
椎間円板は加齢とともに変化し、20代をピークに水分含有量が減少し、弾性が低下します(Boos et al., 2002)。この生理的変化は画像診断上の所見と必ずしも症状が一致しないことに注意が必要です。脊柱の柔軟性と安定性の維持に不可欠な組織であり、その機能障害は様々な脊椎疾患の病態生理の基盤となります(Raj, 2008)。
参考文献
- Adams, M.A. and Roughley, P.J. (2006) 'What is intervertebral disc degeneration, and what causes it?', Spine, 31(18), pp. 2151-2161.
- Battié, M.C., Videman, T. and Parent, E. (2004) 'Lumbar disc degeneration: epidemiology and genetic influences', Spine, 29(23), pp. 2679-2690.
- Bogduk, N. (2012) Clinical and radiological anatomy of the lumbar spine. 5th edn. Edinburgh: Churchill Livingstone.
- Boos, N., Weissbach, S., Rohrbach, H., Weiler, C., Spratt, K.F. and Nerlich, A.G. (2002) 'Classification of age-related changes in lumbar intervertebral discs', Spine, 27(23), pp. 2631-2644.
- Cassidy, J.J., Hiltner, A. and Baer, E. (1989) 'Hierarchical structure of the intervertebral disc', Connective Tissue Research, 23(1), pp. 75-88.
- Cottle, L. and Riordan, T. (2008) 'Infectious spondylodiscitis', Journal of Infection, 56(6), pp. 401-412.
- Fardon, D.F., Williams, A.L., Dohring, E.J., Murtagh, F.R., Gabriel Rothman, S.L. and Sze, G.K. (2014) 'Lumbar disc nomenclature: version 2.0', The Spine Journal, 14(11), pp. 2525-2545.
- Luoma, K., Riihimäki, H., Luukkonen, R., Raininko, R., Viikari-Juntura, E. and Lamminen, A. (2000) 'Low back pain in relation to lumbar disc degeneration', Spine, 25(4), pp. 487-492.
- Marchand, F. and Ahmed, A.M. (1990) 'Investigation of the laminate structure of lumbar disc anulus fibrosus', Spine, 15(5), pp. 402-410.
- Nachemson, A., Lewin, T., Maroudas, A. and Freeman, M.A. (1970) 'In vitro diffusion of dye through the end-plates and the annulus fibrosus of human lumbar inter-vertebral discs', Acta Orthopaedica Scandinavica, 41(6), pp. 589-607.
- Pfirrmann, C.W., Metzdorf, A., Zanetti, M., Hodler, J. and Boos, N. (2001) 'Magnetic resonance classification of lumbar intervertebral disc degeneration', Spine, 26(17), pp. 1873-1878.