El disco intervertebral lumbar: Tejido biológicamente activo
Autor principal: Carlos Andrés Salazar Sánchez
Vol. XX; nº 05; 195
Lumbar intervertebral disc: biologically active tissue
Fecha de recepción: 12/02/2025
Fecha de aceptación: 10/03/2025
Incluido en Revista Electrónica de PortalesMedicos.com Volumen XX. Número 05 Primera quincena de Marzo de 2025 – Página inicial: Vol. XX; nº 05; 195
Autores:
Dr. Carlos Andrés Salazar Sánchez
Centro Nacional de Rehabilitación, San José, Costa Rica
Dr. Luis Eduardo Bolaños Amador
Hospital del Trauma, San José, Costa Rica
Dr. Carlos Steven Ampie Alvarez
Hospital San Rafael de Alajuela, Alajuela, Costa Rica
Resumen:
La degeneración del disco intervertebral es un factor contribuyente para los cuadros de lumbalgia de origen discógeno, causando importante morbilidad a nivel global. El disco intervertebral es un componente fundamental del neuro eje que provee estabilidad y permite la transmisión de cargas al siguiente segmento, éste consiste de un tejido articular con características estructurales y metabólicas únicas en el cuerpo humano. El proceso degenerativo inicia en discos jóvenes y progresa con la edad, asociado a insultos patológicos, dónde una reducción en la densidad celular, un desbalance metabólico entre la síntesis de degradación de la matriz extracelular, y la inflamación llevan a desarrollar una cascada de eventos resultando en disfunción e inestabilidad del canal espinal. Se desconoce el mecanismo exacto por el cual esta degeneración produce dolor, considerando la alta incidencia de discos degenerados asintomáticos, sin embargo el dolor de origen discal se ha relacionado con una respuesta inflamatoria exacerbada, induciendo a invasión de vasos y terminaciones nerviosas al interior de un tejido degenerado, en un microambiente hostil para la adecuada regeneración tisular y proliferación celular.
Palabras clave: disco intervertebral, inflamación, lumbalgia, inervación, degeneración discal.
Summary:
Degeneration of the intervertebral disc is a contributing factor for low back pain of discogenic origin, causing significant global morbidity. The intervertebral disc is a fundamental component of the neuroaxis that provides stability and allows the transmission of loads to the next segment, this consists of joint tissue with unique structural and metabolic characteristics in the human body. The degenerative process begins in young discs and progresses with age, associated with pathological insults, where a reduction in cell density, a metabolic imbalance between the synthesis and degradation of the extracellular matrix, and inflammation lead to the development of a cascade of events resulting in dysfunction and instability of the spinal canal. The exact mechanism by which this degeneration produces pain is unknown, considering the high incidence of asymptomatic degenerated discs; however, pain of disc origin has been related to an exacerbated inflammatory response, inducing invasion of vessels and nerve endings within a degenerated tissue, in a hostile microenvironment for adequate tissue regeneration and cell proliferation.
Keywords: intervertebral disc, inflammation, low back pain, innervation, disc degeneration.
Introducción
La degeneración discal es un proceso mediado por células, donde se da la alteración en la configuración y la anatomía de la matrix extracelular del disco intervertebral, en relación con el envejecimiento y conlleva a falla estructural, la cual puede progresar hacia una redistribución de cargas en el segmento del canal espinal. La enfermedad discal es una patología con prevalencia importante del 26 al 42% de los casos de lumbalgia (1,10).
La lumbalgia es un síntoma común en la atención de nuestros sistemas de salud, puede conllevar a un deterioro funcional del ser humano, en un porcentaje importante de casos asociados a importante morbilidad, en una población con aumento en la expectativa de vida y de la demanda funcional. Un 60%-80% de la población tiene posibilidad de experimentar lumbalgia en algún punto de su vida de cualquier etiología (12), sin embargo un componente de estos casos mantienen una clínica con dolor través del tiempo en presencia de un disco degenerado.
Partiendo del análisis de la unidad espinal móvil que consiste de dos vértebras adyacentes, un disco intervertebral y dos facetas articulares que al mismo nivel funcionan como una unidad funcional, se describe la cascada degenerativa qué se compone desde la disfunción del disco intervertebral, continuando con la inestabilidad secundaria al aumento de la movilidad en la región lumbar y por último la estabilización con cambios en la anatomía de la columna vertebral, donde suele estar acompañada de algún grado de estenosis del canal. El disco intervertebral tiende a degenerar de manera más temprana que otros cartílagos con cargas de peso por lo que es fundamental entender su proceso degenerativo y relación con el dolor (3). Las causas de estos procesos degenerativos son complejas y no completamente entendidas, sin embargo los estudios han demostrado el rol del envejecimiento celular, un estado proinflamatorio, y el desbalance en el metabolismo de la matriz extracelular como pilares en la enfermedad degenerativa discal.
El dolor lumbar forma parte de un espectro de causas, donde factores condicionantes como alteración en la resistencia a fuerzas mecánicas, disminución del aporte nutricional, y factores asociados genéticos, tabaquismo y obesidad perpetúan un proceso degenerativo iniciado en el disco intervertebral (5,22). La lesión discal esta conformada por un espectro de causas que varían desde las congénitas y traumáticas, la parte inflamatoria e infecciosa y el componente degenerativo.
Metodo:
El método de realización de este articulo se realizo mediante revisión bibliográfica de artículos enfocados en la fisiopatología del disco lumbar. Se incluyeron únicamente artículos y revisiones en idioma español e ingles. Se revisaron 44 artículos, dos libros con referencias a esta patología y artículos de estudios moleculares con relevancia científica en el área de la patología del disco intervertebral en la columna vertebral. Se seleccionaron 28 ejemplares. La búsqueda de información se realizo mediante Clinical Key, Medline, y base datos de la Biblioteca Nacional de Salud y Seguridad Social (BINASSS).
Disco Intervertebral
Anatomía
El disco intervertebral proporciona una potente union para la articulación de dos cuerpos óseos vertebrales (articulación cartilaginosa secundaria tipo sínfisis) y es un elemento estabilizador y destinado al soporte de peso. Este característicamente es avascular y recibe nutrientes y solutos mediante difusión de los vasos en la periferia del anillo fibroso y hueso subcondral del cuerpo vertebral [4,7].
Se compone de una masa central con tendencia hacia la región posterior, un tejido fibroso en anillo que lo rodea y limita la masa central y un platillo cartilaginoso en intima relación con el hueso subcondral del cuerpo vertebral.
El núcleo pulposo o masa central del disco, compuesto principalmente de agua en un 70-80%, con presencia de macromoléculas denominadas proteoglicanos, como el agrecán, que se desempeñan como centros proteicos donde se enlazan los glucosaminoglucanos, moléculas que proveen de propiedades osmóticas para mantener a la sustancia fundamental hidratada, como componente clave en la matriz extracelular. Estas moléculas en conjunto al colágeno, principalmente de tipo ii, dan soporte estructural. El núcleo es un tejido conectivo mucoso con una densidad baja de células en el adulto, siendo células pequeñas similares a condrocitos los que producen estos proteoglicanos y colágeno en un metabolismo principalmente anaerobio y susceptible a cambios en su configuración en relación al ambiente de la matriz extracelular (5,6). El anillo fibroso esta conformado principalmente de capas de colágeno tipo i en su región externa, dispuestas en laminillas oblicuas entre vértebras, proporcionando una gran resistencia tensional y limitando la rotación entre los cuerpos. Se compone de agua con una proporción mayor de colágeno, en presencia de proteoglicanos y elastina. El anillo fibroso interno se compone en mayor medida por colágeno tipo ii, el anillo contiene celular similares a condrocitos y fibroblastos. Este anillo fibroso es más delgado en la parte posterior y su vascularización decrece conforme se avanza a su región central, siendo solo su tercio externo dotado de tejido vascular y nervioso. En condiciones normales el crecimiento nervioso al disco intervertebral es inhibido por moléculas en la matriz extracelular (15,19). Este ademas contiene terminaciones nerviosas por ramas de nervios sinuvertebrales, únicamente en las fibras externas del anillo.(1,16). La densidad celular en el anillo fibroso es tres veces mayor que la del núcleo (27).
Los platillos cartilaginosos funciona como márgenes superiores e inferiores del disco intervertebral y a su vez sirven como centro de crecimiento de los discos en edades tempranas, en el adulto consiste de una capa avascular de tejido conectivo cartilaginoso hialino compuesto por células similares a condrocitos y colágeno tipo ii, y constituye una región importante en el trasporte por difusión al núcleo y anillo interno, de moléculas como el oxigeno y la glucosa, ademas de una vía de desecho hacia los vasos de la región subcondral (7,9).
Este disco es sometido a compresión y tensión simultáneamente durante los movimientos de flexión, anterior y lateral y durante la extension de la columna vertebral. Un estudio cuantitativo presenta distribución de cargas en un 75% por el núcleo y un 25% del anillo (21).
La matriz extracelular provee propiedades mecánicas, ademas de un ambiente para regular el intercambio de nutrientes y productos del metabolismo celular. Las células en este disco producen un complejo sistema de citoquinas, factores de crecimiento y proteasas para mantener el equilibrio entre la síntesis y degradación de la matriz extracelular. Compuesta principalmente por agua, esta siendo regulada por macromoléculas que confieren carga negativa para atraer cationes, que confieren un gradiente osmótico ideal para mantener el disco hidratado (9). El contenido de agua varía con la carga y un porcentaje de este puede ser perdido y recuperado a través del ciclo diurno (14).
Se considera en estudio pediátrico que el disco tiene un alto indice de recambio, que decrece con la edad (8), las células desarrolladas durante la embriogénesis corresponden a células del notocordo, las cuales realizan la función de mantenimiento de la matriz extracelular en edades tempranas y desaparecen en niños entre los 4 y 10 años de edad (27). Cambios en la permeabilidad de los segmentos que nutren la matiz extracelular se han asociado a degeneración, que en algunos casos puede ser temprano, pero evidentemente asociados al envejecimiento.
El disco intervertebral es mayoritariamente avascular, con tejido vascular encontrado en fibras externas del anillo fibroso proveniente de los vasos en la periferia de su nivel en el canal espinal. El núcleo y las células del anillo interno recaen en mayor medida sobre un segmento de vasos en el hueso subcondral, con un mecanismo de difusión para entregar nutrientes, oxigeno y realizar el desecho de material, a través del cartílago de la union discal y cuerpo vertebral (7). Esta difusión puede verse alterada por condiciones patológicas, con subsecuente alteración celular, expresión de citoquinas proinflamatorias y envejecimiento celular acelerado.
La nutrición del disco intervertebral se vuelve un factor de interés de estudio en su proceso degenerativo, al evidenciar el núcleo pulposo al no captar sus nutrientes necesarios para su proceso celular exitoso, se deshidrata y pierde capacidad de transmisión de cargas adecuadamente. El disco intervertebral se considera el tejido avascular de mayor tamaño, con una baja densidad celular encargada de la síntesis de matriz extracelular [7,9]. Las células en la región central del núcleo se encuentran a una distancia de 8mm de los vasos mas cercanos [9]. Estudios experimentales han mostrado datos de cambios biológicos en metabolismo celular y síntesis de matrix extracellular en el disco intervertebral, directamente relacionados con la concentración de oxígeno disponible, entre otras moléculas (3). Resultados de estudios sugieren que la caída en las concentraciones de nutrientes y moléculas como el oxígeno podrían reducir marcadamente la producción de matriz extracelular por las células del disco intervertebral, que sufren pérdida en la capacidad de replicación, manteniendo su capacidad de producción de citoquinas, factores de crecimiento y enzimas de degradación (3,9).
Historia natural
Degeneración discal
La degeneración del disco intervertebral es definida como una respuesta aberrante mediada por células que conduce a un daño progresivo, y falla estructural, acelerada o con signos de envejecimiento avanzados en adultos jóvenes. Se podrían clasificar como enfermedad discal degenerativa al cuadro clínico asociado a dolor originado propiamente del disco intervertebral, debido a la alta prevalencia de población con discos degenerados en condición asintomática. Éstos cambios relacionados al envejecimiento celular acelerado, a una respuesta inflamatoria mediada por citoquinas, y al incremento del estado catabólico de la matriz extracelular que degrada las capacidades funcionales del disco (20).
La patogénesis de la enfermedad degenerativa discal es un proceso complejo y probablemente multifactorial, dónde la senectud de la población celular y la alteración al aporte nutricional del disco son claves. Existe una importante asociación entre el efecto mecánico y biológico celular, donde este desbalance biomecánica previamente comentado fomenta una respuesta celular, este mecanismo se conoce como mecanobiología, donde se reduce la habilidad celular de producir proteoglicanos (13,26), y forma parte importante de un ciclo vicioso en la degeneración del disco intervertebral. La reducción en la densidad de la población celular y su actividad metabólica se ha considerado como la génesis de este proceso degenerativo. En cambios biológicos tempranos se observa esta disminución en la densidad de los proteoglicanos, con un aumento en la concentración de otras macromoléculas en un intento de reparación defectuosa de la matriz extracelular, probablemente asociado a un microambiente no beneficioso para este proceso metabólico [24]. Se puede observar una disminución de la síntesis de colágeno tipo ii en la masa central, con un subsecuente incremento en la producción de colágeno tipo i, en una transición tisular, liberando citoquinas y eventualmente llevando a un aumento en las enzimas con actividad catabólica, alterando la integridad mecánica del disco, dando lugar a un estado inflamatorio. Las enzimas de degradación son proteasas de la matriz, metaloproteinasas (MMP) y desintegrinas (ADAMTS), relacionadas a la reacción de citoquinas liberadas por las células en estado de senectud. Este desbalance excesivo de enzimas degradantes pueden estimular el crecimiento patológico de tejido vascular y nervioso al disco, provocando sensibilización de nociceptores (19).
Esto con lleva a acumulo de productos de degradación de la matriz, que a la larga conllevan a una alteración en la adecuada difusión de nutrientes y moléculas al disco. Esta perdida de las características del disco intervertebral disminuyen las propiedades hidrofílicas de la matriz extracelular resultando en un descenso del contenido y capacidad de retención de agua, por lo que disminuye la presión de turgencia, llevando a pérdida de la altura discal, acompañada a su vez con la desorganización de la red colágena, donde la combinación de estos daños altera marcadamente la biomecánica del disco redistribuyendo de manera anómala las fuerzas de carga en la unidad móvil funcional.
Inflamación y disrupción tisular
Ésta alteración en la transmisión de cargas secundaria a la perdida de altura discal, en un tejido degenerado que cursa con cambios en la composición de la matriz extracelular del disco intervertebral y perpetua la inflamación. En cuanto al tejido degenerado y al desarrollo de un estado pro inflamatorio, a través de la expresión de citoquinas como IL-1, FNT-A, IL-6, entre otras, producidas por las células residentes del disco intervertebral, resultan en migración de células inmunes como macrófagos (25) que en respuesta a estrés, crean un ambiente hostil exacerbando el estado inflamatorio, resultando en hipoxia, disminución del ph (21).
El tejido degenerado se asocia a una reducida capacidad de regeneración celular adecuada y caída de la densidad celular compañando en un tejido degenerado con invasión de vasos y terminaciones nerviosas sensoriales. Estudios han demostrado un aumento de lagunas de grupos celulares en los sitios de lesión, una respuesta mediada en un intento de proliferación defectuosa, asociados a la angiogénesis expuesta en el tejido degenerado (9,18).
El estimulo nocivo de este estado inflamatorio asociado a trauma mecánico produce deterioro del cartílago hialino de los platillos terminales, determinando esclerosis del hueso subcondral y deterioro de una región de intercambio nutricional y de desechos metabólicos [26].
El dolor asociado a la degeneración discal por ende sugiere ser causado por estímulos mecánicos y químicos implicando dos potenciales fuentes de dolor discal como a las sensibilización de terminaciones nerviosas con la liberación de mediadores químicos y el crecimiento neurovascular en disco degenerados, las fisuras en el anillo proveen una ruta de escape al material del núcleo con derrame de material el cual por sí solo tiene la capacidad de producir una respuesta inflamatoria exacerbada y la asociada migración celular (11,17, 18). Las células inmunes reclutadas a este sitio inflamatorio amplifican la inflamación e inducen la secreción de factores neurotrópicos y de angiogénesis en un tejido con disminución de presión física que facilita la invasión neuronal de fibras no mielinizadas y estrechamente relacionadas con dolor discógeno (10,12,17). Se encuentra una correlación de neuropeptidos como la sustancia p, molécula responsable de modulación del dolor, que se encuentra significativamente mas elevada en discos degenerados y dolorosos que en discos saludables (28)
La inflamación parece estar relacionada a productos provenientes del núcleo pulposo, a través de las fisuras del anillo, al espacio epidural que producen una irritación química así como una respuesta autoinmune contra el mismo (25), esto correlaciona en casos donde la compresión mecánica no explica el compromiso inflamatorio y degenerativo de la raíz nerviosa ocasionando cuadros de dolor con características radiculares (11,18). El factor neurotrófico de crecimiento, la cual es una citoquina previamente descrita como un factor necesario en el crecimiento y supervivencia de los nervios, identificándola en los tejidos de disco degenerado, donde una producción local de este factor asociado a una red microvascular en un tejido que supone ser avascular y aneural, sugiere una respuesta implicada en la génesis del dolor de origen discógeno[12].
La degeneración del disco intervertebral crónica se ha asociado con espondilolistesis, hernia discal, estenosis del canal raquídeo y escoliosis degenerativa [27]. Se puede observar degeneración de las estructuras adyacentes de la unidad móvil, las facetas articulares en un proceso similar a la osteoartrosis resultando en sinovitis, con pérdida progresiva del cartílago articular. Otras estructuras como los ligamentos longitudinales los cuales se vuelven redundantes a medida que el disco pierde altura y en estadios finales pueden osificar. Los platillos cartilaginosos sometidos a microtrauma y asocian esclerosis del hueso subcondral, y daño al hueso trabecular debido a las cargas sometidas donde el remodelado del espacio puede progresar fracturas y a la caída del núcleo a través del platillo dañado, qué manera subsecuente puede calcificarse, creando los nódulos denominados de Schmorl [9,26].
Conclusion:
El dolor lumbar de origen discal compone un espectro de pacientes de difícil manejo, con riesgos de producir importante alteración de la función del ser humano, por lo que entender su proceso degenerativo y dirigir esfuerzos a una atención oportuna de la misma, se torna en una de las metas claves en los sistemas de salud globalmente. Este proceso degenerativo del disco puede ser la génesis de un evento con redistribución de cargas en la unidad móvil funcional, produciendo colapso estructural, en donde el factor celular, biomecánica y desbalance ambiental en la matriz extracelular conllevan a un ciclo vicioso de difícil manejo. Se desconoce el mecanismo preciso por el cual, el dolor producido por un disco intervertebral se genera, sin embargo comprender el origen del evento nos puede orientar a definir un mejor manejo de estos pacientes e investigación de nuevas opciones terapéuticas para combatir y prevenir esta cascada de eventos patológicos. En los últimos 30 años se ha enfocado esfuerzos a desarrollas terapias para detener o revertir los cambios degenerativos y en ellos restaurar las capacidades de los discos intervertebrales, incluyendo terapias biológicas con células progenitoras, sin embargo la falla en estos intentos nos demuestra la complexidad de esta enfermedad [27].
Conclusion:
Lumbar pain of disc origin makes up a spectrum of patients that is difficult to manage, with risks of producing significant alterations in the function of the human being, so understanding its degenerative process and directing efforts to timely care of it becomes one of the key goals in health systems globally. This degenerative process of the disc may be the genesis of an event with redistribution of loads in the functional mobile unit, producing structural collapse, where the cellular factor, biomechanics and environmental imbalance in the extracellular matrix lead to a vicious cycle that is difficult to manage. The precise mechanism by which pain caused by an intervertebral disc is generated is unknown, however understanding the origin of the event can guide us in defining better management of these patients and research into new therapeutic options to combat and prevent this cascade of pathological events. In the last 30 years, efforts have been focused on developing therapies to stop or reverse degenerative changes and restore the capabilities of the intervertebral discs, including biological therapies with progenitor cells, however the failure in these attempts shows us the complexity of this disease [27].
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Los autores de este manuscrito declaran que:
Todos ellos han participado en su elaboración y no tienen conflictos de intereses
La investigación se ha realizado siguiendo las Pautas éticas internacionales para la investigación relacionada con la salud con seres humanos elaboradas por el Consejo de Organizaciones Internacionales de las Ciencias Médicas (CIOMS) en colaboración con la Organización Mundial de la Salud (OMS).
El manuscrito es original y no contiene plagio.
El manuscrito no ha sido publicado en ningún medio y no está en proceso de revisión en otra revista.
Han obtenido los permisos necesarios para las imágenes y gráficos utilizados.
Han preservado las identidades de los pacientes.