Patogeneza choroby degeneracyjnej szyjnych dysków międzykręgowych

Patogeneza choroby degeneracyjnej szyjnych dysków międzykręgowych

  • Kierownik projektu: lek. Krzysztof A. Tomaszewski, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum w Krakowie
  • Tytuł projektu: Rola wapnienia płytki końcowej, okluzji naczyń odżywczych oraz białek odpowiedzialnych za przetwarzanie nieorganicznego pirofosforanu w patogenezie choroby degeneracyjnej szyjnych dysków międzykręgowych
  • Konkurs: PRELUDIUM 4, ogłoszony 15 września 2012 r.
  • Panel: NZ5

Pomimo dekad badań, patomechanizm degeneracji dysków międzykręgowych (ang. intervertebral disc – IVD) pozostaje nieznany. IVD są największymi, nieunaczynionymi strukturami w ludzkim ciele. W przypadku lędźwiowych IVD, niektóre komórki mogą być oddalone nawet do 8mm od najbliższego naczynia krwionośnego. Dyski, od strony głowowej i ogonowej okryte są przez płytki końcowe, składające się z chrząstki hialinowej. Oddzielają one IVD od przylegających trzonów kręgów.

Krzysztof Tomaszewski przy mikroskopie

Do wystąpienia choroby degeneracyjnej IVD predysponuje szereg czynników takich jak starzenie się, zmiany biochemiczne, zaburzenia dowozu substancji odżywczych, predyspozycje genetyczne, przeciążenia mechaniczne i urazy. Choroba degeneracyjna wpływa na wysokość IVD, a co za tym idzie, zmienia mechanikę kolumny kręgosłupa oraz sposób, w jaki pracują mięśnie i więzadła. Długofalowo, degeneracja IVD może prowadzić do stenozy kanału kręgowego - jednej z głównych przyczyn bólu i niepełnosprawność wśród osób starszych. IVD degenerują znacznie wcześniej niż inne tkanki mięśniowo-szkieletowe. Pierwsze zmiany degeneracyjne są widoczne w lędźwiowych IVD w wieku 11-16 lat. U około 20% wszystkich nastolatków IVD wykazują cechy łagodnej degeneracji. Krzywa degeneracji staje się bardziej stroma z wiekiem - 10% 50-latków oraz 60% 70-latków będzie cierpiało z powodu zaawansowanych zmian degeneracyjnych IVD.

Za jedną z głównych przyczyn degeneracji dysków uważa się zaburzenia w dowozie substancji odżywczych. Spadek dowozu substancji odżywczych, który prowadzi do obniżenia pH (poprzez wzrost stężenia mleczanów), może zmniejszać zdolność komórek IVD do syntetyzowania i utrzymywania pozakomórkowej macierzy, a co za tym idzie, może prowadzić do degeneracji.

Tematykę badania podjąłem ze względu na kilka powodów. Po pierwsze, dokładne przyczyny rozwijania się choroby degeneracyjnej IVD pozostają nieznane. Nadal nie jest do końca wiadomym, jaką rolę w patogenezie choroby degeneracyjnej IVD odgrywają wapnienie płytki końcowej, okluzja naczyń odżywczych, potencjalny remodelling naczyń kapilarnych oraz ekspresja białek odpowiedzialnych za przetwarzanie nieorganicznego pirofosforanu. Po drugie, wiadomym jest, że białka uczestniczące w przetwarzaniu nieorganicznego pirofosforanu mogą powodować wapnienie tkanki chrzęstnej np. w płytkach wzrostowych lub na powierzchniach stawowych. Jednak ich wpływ na wapnienie płytki końcowej kręgów pozostaje niezbadany. Po trzecie, do tej pory nie istnieją w literaturze doniesienia opisujące dokładnie mikroangioarchitektonikę naczyń kapilarnych ludzkiej płytki końcowej.

Zakładam hipotezę badawczą, że zwiększona ekspresja określonych białek odpowiedzialnych za przetwarzanie nieorganicznego pirofosforanu powoduje wapnienie płytki końcowej dysków międzykręgowych. Podczas tego procesu może zachodzić remodelling naczyń kapilarnych, obecnych w płytce końcowej i zaopatrujących dyski międzykręgowe. Alternatywnie, światło tychże naczyń może być zwężane lub zamykane przez powstające zwapnienia. Prowadziłoby to do zmniejszonego transportu substancji odżywczych do dysku międzykręgowego i w konsekwencji powodowało jego degenerację.

Dlatego głównymi celami opisywanego badania są ocena roli białek odpowiedzialnych za przetwarzanie nieorganicznego pirofosforanu w procesie wapnienia płytki końcowej kręgów szyjnych oraz ocena angioarchitektoniki płytki końcowej trzonów kręgów u osób z i bez choroby degeneracyjnej dysków międzykręgowych.

Metodyka niniejszego badania opiera się o dokładną preparatykę anatomiczną, obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego, mikrotomografię, klasyczne barwienia histologiczne, immunohistochemię, qPCR, ocenę preparatów mikrokorozyjnych za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej oraz komputerową analizę obrazu.

Wyniki niniejszego badania umożliwią poznanie, czy i jak ekspresja określonych białek odpowiedzialnych za przetwarzanie nieorganicznego pirofosforanu wpływa na wapnienie płytki końcowej trzonów kręgów. Ocenione zostanie również, jak zmienia się angioarchitektonika płytki końcowej wraz z jej postępującym wapnieniem. W przypadku pozytywnych wyników badania, wnioski z nich płynące, umożliwią w przyszłości poszukiwanie nowych punktów uchwytu dla leków hamujących rozwój choroby degeneracyjnej dysków międzykręgowych.


lek. Krzysztof A. Tomaszewski

W 2011 roku ukończył studia na Wydziale Lekarskim Uniwersytetu Jagiellońskiego Collegium Medicum w Krakowie. Obecnie pracuje jako asystent w Katedrze Anatomii UJ CM oraz specjalizuje się w zakresie ortopedii i traumatologii narządu ruchu w Klinice Chirurgii Urazowej i Ortopedii 5 Wojskowego Szpitala Klinicznego w Krakowie. Autor lub współautor ponad 40 artykułów naukowych i 30 doniesień zjazdowych. Interesuje się zagadnieniami z pogranicza badań podstawowych (anatomia, biomechanika, patomorfologia, immunologia i biologia molekularna) i medycyny klinicznej (ortopedia, onkologia w ortopedii, medycyna sportowa).