Vieillir n’est pas sans conséquence. Les cellules discales doivent rapidement adapter leur stratégie

Avant-propos

Vieillir est un processus chimique inarrêtable et irréversible. Regardez des photos de vous, ou de votre famille, au fils des années. L’industrie des cosmétiques anti-âge a beau être omniprésente, elle ne peut rien changer aux milliers de réactions chimiques qui ont lieu à chaque instant dans nos 11 milliards de cellules. Les cellules perdent en effet progressivement leur capacité à produire de l’eau (en alliant deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène). Le vieillissement se caractérise avant tout par une perte constante d’eau cellulaire. Bien entendu, cette perte d’eau influe également sur la production et la dégradation d’autres substances chimiques dans et autour des cellules. Dans une articulation cartilagineuse telle que celle du genou, de la hanche et du disque intervertébral, on a surtout étudié son effet sur les protéines de collagène et les protéoglycanes.

Toutes les cellules de cartilage ne vieillissent pas au même rythme

Dans les disques lombaires, le cartilage vieillit bien plus vite que dans les articulations des bras et des jambes. On ne comprend pas (encore) les mécanismes précis, mais les cellules de cartilage des bras et des jambes sont capables de maintenir un taux d’eau idéal bien plus longtemps. Cela permet à des articulations telles que celle de la hanche et du genou de résister bien plus longtemps aux lésions de surmenage, quotidiennes et microscopiques^1a,1b (voir article « Arthrose des bras et jambes : ce que nous devrions tous savoir »). Au niveau des disques cervicaux également, ces phénomènes sont bien moins courants, et se déclarent habituellement bien plus tard que dans les disques lombaires. Étant donné que la nuque ne doit porter que le poids de la tête, mais doit être bien plus mobile que le bas du dos, le mécanisme hydraulique des disques cervicaux y est bien moins développé (voir article : « Fonction des disques du bas du dos »). C’est la raison pour laquelle les cellules des noyaux discaux des cervicales produisent lors de leur développement bien moins de protéoglycanes (capables de retenir l’eau) et bien plus de fibres de collagène de type 2^1c (Fig. 1). Les processus à l’œuvre entrainent malgré tout un vieillissement de toutes les structures cartilagineuses du corps, ce qui les rendent plus rigides et fragiles.

Fig. 1. Coupe médiane de six corps vertébraux (C2 jusqu’à C7) et leurs cinq disques intervertébraux (C2-C3 jusqu’à C6-C7) de la nuque d’un garçon de 9 ans (X89-1170 / Declerck — Kakulas, Neuropathology, Perth, Western Australia). Contrairement aux disques lombaires, les noyaux des disques cervicaux affichent un aspect gélatineux et semi-transparent bien moins prononcé. C’est ici clairement visible au niveau des disques C2-C3, C3-C4 et C4-C5. Les cellules des noyaux discaux de la nuque produisent bien moins de protéoglycanes, ce qui entraine une moins forte concentration en eau. Au niveau des disques C5-C6 et C6-C7, le noyau gélatineux et aqueux est bien visible. La plupart des mouvements au niveau de la nuque entrainent également des effets au niveau de ces disques inférieurs. C’est donc également la raison présumée pour laquelle la plupart des problèmes discogènes de la nuque trouvent leur origine à cet endroit.

Les disques du bas du dos vieillissent dès l’âge de 20 ans !

À 20 ans, les cellules notochordales ont disparu du noyau discal lombaire. Si elles pouvaient vivre plus longtemps, leur concentration en eau serait conservée plus longtemps et cela permettrait de retarder leur usure de quelques années (Fig. 2). Étant donné que l’anneau fibreux externe doit supporter les forces de compression du quotidien, ce vieillissement résulte en un bombement discal, phénomène normal mais qui s’aggrave progressivement^2,3,4,5,6. Pour pouvoir malgré tout résister (voir article « Fonction des disques du bas du dos »), la nature renforce aussi bien le noyau et l’anneau externe que les plaques terminales. Si ce durcissement n’avait pas lieu, notre colonne vertébrale s’effondrerait sur elle-même. Malheureusement, il n’existe encore aucun moyen organique d’éviter le vieillissement et le déclin de ces noyaux discaux. En d’autres termes, il n’existe encore aucune thérapie permettant de stabiliser efficacement l’évolution de ce processus et éviter ainsi les douleurs lombaires.

Les noyaux discaux lombaires se fragilisent peu à peu

Les propriétés mécaniques des noyaux discaux de la zone lombaire dépendent de la quantité, de l’organisation et des propriétés spécifiques de leurs composants chimiques. Étant donné que les cellules notochordales ne survivent que jusqu’à l’adolescence, et que beaucoup moins de protéoglycanes sont produits par la suite, les noyaux sont fortement sollicités^{7,8,9,10,11,12,13,14}. Les noyaux contiennent de moins en moins d’eau. Leur pression hydrostatique diminue^2,3,7, ce qui réduit à son tour la production de protéoglycanes¹⁵. Aussi longtemps qu’il reste assez de fragments de protéoglycanes, la fonction hydraulique du noyau est préservée¹⁶. Pour la plupart d’entre nous, les noyaux discaux les plus fragiles se situent au niveau des vertèbres inférieures, c’est-à-dire au niveau des 4^e et 5^e lombaires et de la 1^re sacrée (Fig. 3).

Les cellules du disque ne peuvent qu’adapter leur stratégie

Étant donné que les cellules notochordales meurent prématurément, et que la concentration en protéoglycanes et en eau diminue progressivement, les fibres de collagène élastique de type 2 des noyaux discaux se retrouvent compressées les unes contre les autres, se déforment et s’usent. Pour pouvoir préserver les fonctions discales, les cellules de cartilage restantes n’ont d’autre choix qu’adapter leur stratégie. Pour renforcer les noyaux discaux, elles produisent des fibres de collagène (de type 1) plus épaisses, résistantes et moins élastique^17,18,19,20. Cela causera un durcissement du noyau, qui ressemblera de plus en plus à du tissu cicatriciel rigide, floutant progressivement la délimitation entre le noyau et l’anneau fibreux qui l’encercle^22,23. Dans les disques encore jeunes et sains, cette limite est facilement visible. À mesure que le noyau vieillit cependant, il ressemble de plus en plus à l’anneau externe²⁴ (Fig. 2 et Fig. 3).

Fig. 2. Malgré un travail physique particulièrement dur pour le dos, cet homme de 42 ans n’a jamais fait état de douleurs dorsales. Le disque L4-L5 n’affiche qu’un petit nombre de signes de vieillissement, mais le noyau est devenu bien blanc. Ce dernier a perdu sa concentration en eau et son apparence transparente gélatineuse pour ressembler de plus en plus à du tissu cicatriciel. La délimitation entre le noyau et l’anneau externe n’est plus aussi clairement visible. Noyau et anneau fibreux se ressemblent déjà beaucoup. La hauteur du disque est conservée, ce qui indique qu’il n’y a pas encore eu de dégradation (voir article suivant). Il n’y a encore aucune déchirure ou fissure visible (A90-1420 / Declerck — Kakulas, Neuropathology, Perth, Western Australia).

Les noyaux discaux ressemblent peu à peu à du tissu cicatriciel

À mesure qu’ils vieillissent, les noyaux discaux ressemblent de plus en plus au tissu que l’on retrouve lors de la formation d’une cicatrice^25,26 (Fig. 2 et Fig. 3). Les noyaux s’assèchent, perdent leur élasticité et s’endurcissent^27,28,29,30. Vu que le tissu cicatriciel ne contient normalement pas de nerfs, cette phase du vieillissement du noyau discal n’est pas douloureuse.

Ce fait, important et en constante évolution, constitue la raison pour laquelle les gens continuent de rechercher des traitements biologiques innovants et efficaces des lombalgies. On a déjà réussi, sur des animaux en laboratoire, à transformer certaines cellules souches en des cellules cicatricielles (= fibroblastes), à les injecter dans les noyaux discaux et à transformer complètement le disque en tissu cicatriciel. Avec des résultats similaires chez l’Homme³¹, il serait possible de déclencher plus tôt la transformation de notre disque, avant que les douleurs ne se déclarent et que la hauteur du disque ne diminue (Fig. 3). La nature veille à ce que tous nos disques se transforment spontanément en tissu cicatriciel. Le problème : cela prend beaucoup trop de temps ! Dans les articles à venir, nous expliquerons l’importance d’imiter ce processus discogène.

Illustration d’un début de dégénérescence discale au niveau du disque L5-S1 chez un homme de 38 ans qui fait état de douleurs lombaires. Lors du processus de vieillissement, la structure du disque lombaire s’altère drastiquement. La concentration en eau du noyau diminue, et la production de fibres de collagène de type 1, plus coriaces, augmente. L’apparence transparente et gélatineuse du noyau disparait. Les disques ressemblent peu à peu à du tissu cicatriciel blanc. On peut encore voir, au niveau des disques L3-L4 et L4-L5, que les noyaux sont encore plus ou moins situés au centre, bien que la délimitation entre noyau et anneau externe a presque disparu. La hauteur de ces disques n’a pas encore diminué, ce qui indique que la dégénérescence n’est pas encore trop avancée. Au niveau des disques L5-S1, la situation est bien différente. La position du noyau n’est plus visible. La couleur du disque est brun-jaune, ce qui indique un vieillissement. La hauteur de disque a également fortement diminué, ce qui indique que la dégénérescence est déjà bien avancée. On perçoit des fissures. On n’a cependant pas vérifié si l’anneau fibreux présentait des fissures. Sa structure à l’avant est cependant fort différente de celle à l’arrière (X90-735, M, 38 ans / Declerck — Kakulas, Neuropathology, Perth, Western Australia).

La métamorphose des noyaux influence les deux autres structures du disque

La métamorphose prématurée du noyau discal gélatineux, initialement semi-liquide et transparente, en une structure cicatricielle solide^32,33 a des conséquences drastiques sur les deux autres parties du disque. Étant donné que le processus de vieillissement des noyaux n’est pas réversible, les plaques terminales et l’anneau fibreux font face à une pression croissante, ce qui peut causer des ruptures et déchirures³⁴.

D’abord, un renforcement des plaques terminales

En temps normal, la nature va d’abord renforcer les plaques terminales⁸. Une fois que plus de fibres de collagène coriace (type 1) ont été produites, les plaques terminales vont commencer à se calcifier et s’ossifier, ce qui leur fait perdre leur flexibilité. Malgré tout, les plaques terminales restent le maillon le plus faible de la chaîne du disque, leurs fissures et fractures constituant la raison principale des douleurs dans le bas du dos (voir article « Douleurs lombaires chez les jeunes : les plaques terminales, première cause des douleurs »).

L’anneau fibreux externe est renforcé

Les processus de vieillissement sont moins susceptibles d’affecter les anneaux fibreux externes^35,36. Dès le moment où ils sont obligés de participer à l’effort afin de répartir les forces de compression, ils doivent, c’est vrai, se renforcer et s’endurcir³⁷. Pour protéger les noyaux aussi longtemps que possible, la nature a veillé à ce que ces structures externes, déjà très solides, se renforcent encore pour éviter les fissures douloureuses. C’est pourquoi il y a plus de fibres de collagène coriace produites à l’intérieur et dans la couche intermédiaire^{22,38,39,40,41}. S’il y a malgré tout des déchirures, elles peuvent alors s’étendre à l’ensemble de l’anneau⁴², causant par la même occasion des douleurs lombaires.

Pour finir, c’est l’ensemble du disque qui subit ce processus de vieillissement

Les noyaux des disques vieillissants et asséchés perdent leur incompressibilité typique^43,44,45, ce qui comporte un grand risque. Étant donné qu’ils doivent amortir les charges quotidiennes, ils doivent progressivement compter sur les anneaux fibreux externes^46,47. Les disques commençant alors à ressembler de plus en plus à du tissu cicatriciel et à perdre leur élasticité, une tension croissante finira par provoquer de gros problèmes au niveau des anneaux fibreux.

Le stress mécanique endommage aussi le noyau

Face au stress mécanique quotidien, la tension de ces fibres de collagène coriace augmente également^7,43,48. Elles fatiguent et seront moins capables de résister⁴⁹. Initialement, ce n’était pas un problème, mais les anneaux fibreux externes qui se trouvent sous grande pression finissent par former des bombements visibles (mais indolores) par IRM. Ces phénomènes apparaissent surtout à l’arrière des deux disques inférieurs, car ces zones sont moins raides à qu’à l’avant (voir le disque L5-S1 sur Fig. 3)^{36,49,50,51,52}. Face à la pression constamment changeante, les fibres de collagène situées à l’arrière se retrouvent plus étirées et plus usées. Pour terminer, l’anneau fibreux finira par céder et se déchirer⁵³. Lorsque ces problèmes s’additionnent, cela peut vite mener à une cascade de lésions dégénératives^{18,19,20,53,54,55} qui ne peuvent généralement plus être guéries⁵³. C’est probablement la raison première pour laquelle des vagues de douleurs peuvent survenir régulièrement au niveau lombaire (plus à ce sujet dans les articles à venir). Cependant, le repos fait rouiller, et le disque continuera à s’éroder, quoi que l’on fasse. Nous n’avons donc, en tant que bipède face à ces pics de douleur, pas d’autres choix que de solliciter et mobiliser au plus vite notre zone lombaire.

Pour la plupart d’entre nous (+/— 80 %), ce processus de vieillissement est à l’origine du dérèglement de la fonction discale⁶⁶ et l’apparition de douleurs lombaires. Dans environ 20 % des cas, des problèmes plus graves expliquent les douleurs lombaires (voir article « La cause de la lombalgie ne peut être déterminée avec certitude que dans 15 % à 20 % des cas »).

Ce sont surtout les mouvements de rotation qui provoquent des déchirures du disque

En laboratoire, on a étudié ce qu’il se passait dans les disques intacts de la zone lombaire lorsque des mouvements de rotation, toujours plus nombreux et de plus grande amplitude, ont lieu. Ce sont principalement les fibres de collagène coriace de l’anneau fibreux, sur la face postérieure, qui sont impactées. Elles sont de plus en plus tendues, étirées jusqu’à ce qu’elle rompe (Fig. 4)^56,57,58. Ces déchirures du disque « externe » ne provoquent pas de hernie, mais sont cependant bel et bien la cause des douleurs dans le bas du dos. On peut donc supposer que ces déchirures externes se propageront jusqu’à l’intérieur, à côté du noyau (« out-to-in tears »), ce qui pourrait provoquer l’apparition de hernie. Il n’y a cependant à ce jour aucune preuve scientifique qui aille dans ce sens⁵⁸.

Les fibres de collagène dans la partie interne de l’anneau fibreux, qui se trouvent donc le plus près du noyau, ne cèdent pas. La nature veille à ce que, face aux processus de vieillissement, la partie interne soit la plus renforcée (voir plus haut) et perde donc de son élasticité⁴². C’est donc une défense supplémentaire offerte par la nature. Le noyau du disque lombaire doit, lors des potentielles dégénérescences ultérieures des disques, être maintenu le plus longtemps possible à sa place afin de ne pas former une hernie. Néanmoins, dès le moment où la dégénérescence est bien avancée, des déchirures apparaissent dans les zones internes. Le noyau du disque peut alors s’y introduire sous la pression (« in-to-out tears ») et provoquer l’apparition d’une hernie dégénérative. Dans ces conditions, des douleurs bien plus intenses que celles du bas du dos se déclarent alors dans les jambes. Nous aborderons dans un article à venir la problématique de la hernie discale.

Fig. 4. L’anneau fibreux peut être comparé, en termes de robustesse, à une clôture de jardin composé d’une vingtaine de palissades placées l’une contre l’autre et dont le grillage s’oriente dans des directions opposées (voir article « Douleurs lombaires chez les jeunes patients. Le rôle du noyau et de l’anneau externe jusqu’à 15 ans »). Lorsque nous pivotons autour de notre axe corporel, toutes les fibres sont étirées dans la même direction. Toutes les fibres des palissades qui s’orientent horizontalement se font alors étirer et sont susceptibles de se déchirer sous la tension. Dans d’autres palissades, les fibres s’orientent verticalement, ce qui fait que la tension qui s’y crée est moins forte. La flèche rouge dans la partie supérieure du dessin indique la direction de la torsion en conditions de laboratoire. Les fibres subissant la plus grande tension seront les premières à se déchirer (illustration du dessus). Cela arrive donc principalement dans les fibres les plus éloignées du noyau discal (dessin du dessous). Lors des mouvements de rotation, les déchirures apparaissent donc principalement sur la couche externe du disque (Declerck / Kakulas, X89-1450, L4-L5, M, 22 yrs. Illustration par Alonso Ríos, sculpteur, dessinateur et peintre colombien — www.alonsoriosecultor.com).

La rigidité de la colonne ne signifie pas toujours l’apparition de douleurs

Nous savons tous que la mobilité de la colonne vertébrale va, pour la plupart d’entre nous, diminuer à mesure que l’on vieillit. Notre capacité à nous pencher et nous redresser diminue en moyenne de 20 % entre 20 et 55 ans^59,60,61. Les coupes sagittales et les analyses post-mortem des colonnes vertébrales ont démontré que les muscles n’y étaient pour rien⁶² (voir article « Que faut-il savoir des muscles abdominaux et dorsaux ? »). Les limitations de mouvement sont principalement dues à un vieillissement des structures du disque^63,64. Une limitation croissante des mouvements n’est pas forcément une mauvaise chose. À mesure que le bas du dos se renforce, les douleurs lombaires chroniques diminuent⁶⁵.

Le prochain article abordera les altérations des disques lombaires visibles par radio causées par la vieillesse.

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* Guy Declerck, MD
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. 1989, Spinal Fellow in Adult Spinal Surgery (Perth, Australia)
. 1989, Research Fellow in Spinal Injuries & Rehabilitation (Perth, Australia)
. 1989, Neuromuscular Foundation of Western Australia Postgraduate Studentship
. 1992, Spinaal Orthopedisch Chirurg (Vlaanderen en buitenland)
. 1992, Medical Doctor National Belgian Judo Team
. 1993, European Spine Research Fellowship ‘Bionic Walking’ (Stoke-on-Trent, UK)
. 1994, Worldwide Encyclopaedia Invited Surgeon and SAFIR Spinal Travel Fellowship
. 2003, Rugchirurg-op-rust in Vlaanderen
. 2003-2006, Sabbatical
. 2007-2014, International Spinal Research, Spinal Scientific Advisory Consultant & Instructor
. 2007-now, Consultant Research & Development Innovative & Restorative Spinal Technologies
. 2007-now, Spinal Lecturing & Writing, Surgical Education (www.guy-declerck.com en www.hhp.be/nl/blog)
. 2012-now: President International Association Andullation Therapy (www.iaat.eu)