Lage rugpijn bij jonge mensen. Eindplaten zijn de belangrijkste pijnbron.

Welke is de voornaamste discusstructuur die ook bij jongeren de meeste lage rugpijn uitlokt?

Even herhalen (cf. Blog ‘Lage rugpijn bij jonge mensen. Rol van kern en buitenring tot 15 jaar’).
Bijna één op twee adolescenten ervaart lage rugpijn omdat zijn / haar discus vroegtijdig tekenen van degeneratie vertoont. Dit is vooral te wijten aan problemen t. h. v. de bovenste eindplaat. Opmerkelijk is dat lage rugpijn bij jongeren slechts in ongeveer 10 % te wijten is aan sleuren met rugzakken vol boeken.

Wat zijn kraakbenige eindplaten?

Kraakbenige eindplaten zijn laagjes elastisch kraakbeen met een dikte van slechts 0,6 tot 1 mm (Fig 1.). De voorachterwaartse lengte bedraagt 30-36 mm en de breedte 43-54 mm^1a,1b,1c. Het zijn de zwakste elementen in de discus. In elke discus bedekken deze zeer dunne eindplaten rechtstreeks de bovenste en onderste aspecten van hun kern^1d,2,3,4.

Fig. 1. Afbeelding van de bovenste eindplaat van discus L1-L2. De vezels van de buitenste omringende band zitten vastgeankerd in het been van de wervel (zwart kader). De eindplaat wordt tegen het wervellichaam geperst en is niet vastgeankerd aan het wervellichaam (blauw kader). De bloedvaatjes uit het wervellichaam worden tegengehouden t. h. v. de eindplaten (rode pijlen). Hierdoor beschikt de discus niet over een eigen bloedvoorziening (A70-355, Declerck / Kakulas, Neuropathology, Perth, Western Australia).

In tegenstelling tot het grootste deel van de buitenste omringende band, zitten de eindplaten geenszins vastgeankerd in de benige ondergrens van wervellichamen^5,6. Door de hoge druk van het water in de kern worden de eindplaten alleen maar stevig tegen de wervellichamen aangedrukt^7,8.

Hoe kan men letsels van eindplaten vaststellen?

In geval van grote krachtinwerkingen tijdens bv. een ongeval, kan de discus makkelijk van het wervellichaam afgerukt worden (Fig. 2). Spijtig genoeg kan zo’n letsel slechts zelden gediagnosticeerd worden met klassieke radiologische middelen. Hiervoor dient men tijdens een MRI de borstkast van de patiënt stevig vast te sjorren aan de onderzoekstafel en stevige tractie uit te oefenen (helft lichaamsgewicht) op het bekken. Indien de afrukking vastgesteld wordt, moet de discus via operatie zo snel mogelijk opnieuw tegen het wervellichaam geperst worden. Dit is essentieel om de bloedvoorziening van de discus niet te verstoren en de discus te beschermen tegen vroege degeneratieve destructie.

Fig. 2. Sagittale dissectie doorheen het onderste deel van de wervelzuil (X89-676, M, 9 jr – Declerck / Kakulas, Neuropathology, University Western Australia, Perth). Links: beeld van de verhoudingen tussen wervels, discussen en het ruggenmergkanaal zonder ruggenmerg. De gele omcirkeling toont de discus L2-L3, waarbij zijn bovenste en onderste eindplaten centraal stevig tegen de aanpalende wervellichamen geperst worden. De eindplaten zijn via de omringende vezelring vastgeankerd in de wervellichamen.
Men ziet nog zeer duidelijk de intacte waterige geleiachtige kern omringd door een intacte stevige vezelige buitenring.
Rechts bovenaan en onderaan is zeer duidelijk te zien dat de L1-L2 discus t. h. v. zijn onderste dekplaat losgescheurd is van het aanpalende L2-wervellichaam. Zelden kan men dergelijke letsels via MRI vatstellen. Niet alleen een accident kan catastrofaal zijn voor degeneratieve destructie van de discus. Wanneer tijdens routine discectomie de eindplaten van het wervellichaam afgeschraapt worden, is het niet moeilijk te begrijpen dat hierdoor de bloedvoorziening van de discus verstoord wordt. Men geeft de discus dan een vrijgeleide om na de operatie te degenereren en chronische lage rugpijn te ontwikkelen.

Wat is de belangrijkste biologische functie van eindplaten?

Bloedvaatjes die vertrekken in de goed doorbloede wervellichamen, worden ook t. h. v. de eindplaten tegengehouden^9,10,11 (Fig. 1). Ze dringen niet door tot in de discuskern^3,12,13,14. Men kan de oppervlakte van de eindplaten vergelijken met zandzakjes die moeten voorkomen dat water tijdens een overstroming in huis stroomt.
De eindplaten laten alleen maar complexe voedingsprocessen van de discus toe. Via osmose en diffusie kunnen water en voedingsstoffen (zuurstof en suiker) toegevoerd en afvalstoffen (melkzuur en koolstoffen) afgevoerd worden. Dit gebeurt via hun dunste centrale delen waar de afstand tussen wervellichaam en de kern het kleinst is^{2,10,15,16,17,18}. Kraakbenige eindplaten bevatten ook niet veel kraakbeencellen (9.000.000/cm³)¹⁹.

Wat is zo typisch aan jonge eindplaten?

Zolang de adolescentie niet bereikt is, blijven de kraakbenige vertebrale eindplaten bijzonder buigzaam.
Ze hebben dit te danken aan hun samenstelling: 70 % water en 30 % eiwitten. Het overgrote deel van deze eiwitten (75 %) zijn fijne elastische collageenvezeltjes (type 2)²⁰. Het resterende deel (25 %) is samengesteld uit suikereiwitten die zorgen voor het watergehalte. Omdat hun collageenvezeltjes verweven zijn met vezels van dezelfde soort uit de kern en het binnenste deel van de annulus^21,22, zal de buigzaamheid van de eindplaten gevolgen hebben op de kern en de buitenring.

Waarmee kan de buigzaamheid van jonge eindplaten vergeleken worden?

Tijdens het gaan, lopen, springen etc. buigen bij jongeren tot ongeveer 15 jaar de centrale delen van de kraakbenige eindplaten door in het benige wervellichaam^{23,24,25,26,27}. Deze situatie kan vergeleken worden met bewegingen van een strak gespannen kabel of trampoline tijdens koorddansen of springen. De eindplaten kunnen gemiddeld 0,25 mm doorbuigen^23,25. Ze zijn zo elastisch dat ze onder normale dagelijkse belastende activiteiten niet scheuren. Moeten ze zwaardere belastingen verwerken en onder grotere druk 0.8 mm doorbuigen, dan is de kans vrij groot dat ze wél scheuren²³. Dit kan gepaard gaan met een aanval van lage rugpijn.
Deze eindplaatscheurtjes kan men radiologisch niet vaststellen. Wanneer er eventueel wat kernweefsel doorheen de scheur het wervellichaam binnendringt, is het mogelijk dat er rondomheen een verstevigend kalklaagje aangemaakt wordt. De vorming van een zogenoemde Schmörlse nodule is het onderwerp van de volgende blog.

Bestaat er een verschil tussen bovenste en onderste eindplaten?

Eindplaten t. h. v. de bovenzijde van wervellichamen zijn veel dunner dan die t. h. v. de onderzijde².
Hun zwakste plaats is in het midden gelegen. Dit centrale deel is niet alleen ongeveer 2,5 maal minder sterk dan de meer rondom gelegen zones, maar wordt ook minder stevig gestut door veel minder sterk beenweefsel in de wervel^4,28,29,30. Omdat we rechtoplopende zoogdieren zijn, is het niet verwonderlijk dat vooral deze bovenste dekplaten zullen breken tijdens (repetitief) opheffen van zware voorwerpen of experimentele compressie-analyse op kadavers^30,31.

Spijtig dat eindplaten de zwakste schakels zijn in discussen

De wervelzuil moet vooral verticale compressiekrachten torsen. Discussen moeten dan intact blijven om de aanzienlijke lasten gelijkmatig van wervel tot wervel door te kunnen geven³². Zolang de essentiële uitwisseling van water perfect verloopt en de waterdruk in de gelatineuze kern kan op peil gehouden worden, zijn er weinig problemen (zie Blog ‘Dag- nachtritme van de discus’).
Eindplaten verhinderen dat water snel vanuit de gelatineuze kern in het wervellichaam geperst wordt²⁰. Maar eindplaten zijn wel de zwakste schakel. Wanneer tijdens het verouderingsproces de waterinhoud in kern vermindert, worden eindplaten steeds minder stevig tegen wervellichamen aangedrukt³³ en kunnen er functiestoringen in de eindplaten optreden wat lage rugpijn kan uitlokken^7,8.
Dit is een belangrijke gegeven. Wanneer een accident de eindplaten beschadigt, of wanneer ze bij een discectomie van het wervellichaam afgeschraapt worden of ten gevolge van ouderdomsfenomenen degeneratieve letsels oplopen, leidt dit tot vermindering van waterdruk in de kern met alle verdere pijnlijke degeneratie vandien (Fig. 2).

Waarom moeten eindplaten verkalken vanaf de 13-15 jaar?

Omdat de wervelzuil repetitief en doorgaans steeds meer lasten moet dragen, beslist de natuur om de kraakbenige eindplaten vanaf de adolescentiejaren in toenemende mate over hun volledige oppervlakte te verharden met kalk (Fig. 3). Onder het microscoop ziet men aan de grens met de wervel een verkalkt laagje verschijnen dat zelden dikker is dan 0,5 mm^2,4. Dit ‘betongieten’ gebeurt spijtig genoeg ook niet perfect.

Fig. 3. Transilluminatiebeeld van de L5-S1 discus bij een 60-jarige dame (X89-676 – Declerck / Kakulas, Neuropathology, University Western Australia, Perth). Links: beeld van de vrij goed bewaarde discus met minimale verouderingstekenen. Eindplaten worden minder vaak aangetast op L4-5- en L5-S1-niveaus dan t. h. v. de L1-2 en L2-L3 discussen. Rechts zijn de verkalkte eindplaten omcirkeld. Ze zijn zelden dikker dan 0,5 mm. Treden hierin scheurtjes of breukjes op, dan versnelt het degeneratieve proces van de discus
(cf. volgende blogs).

Waarom heeft dit calcificatieproces een belangrijke keerzijde?

Het calcificatieproces, dat veel storingen vertoont, heeft een keerzijde. De voeding van de discuskern wordt problematischer omdat steeds meer bloedvaatjes t. h. v. de eindplaten voor ‘een muur’ komen te staan^34,35,36. Doordat de doorlaatbaarheid vermindert, wordt de stofwisseling van de discus steeds moeilijker en sterven steeds meer kraakbeencellen³⁷. Omdat er steeds meer fijne elastische collageenvezeltjes verdwijnen, verliezen de eindplaten ook geleidelijk aan hun buigzaamheid.
De eindplaatsen kunnen makkelijker breken. Reparatie wordt steeds moeilijker, waardoor de resterende kraakbenige delen van de eindplaat meer en meer verbrokkelen (cf. verdere blogs).

De volgende blogs zullen eindplaatonderbrekingen behandelen met hun mogelijke pijnlijke gevolgen.

Gratis E-boek “Oefeningen om chronische pijn te verlichten” downloaden

73% van de chronische pijnpatiënten zijn niet in staat dingen te doen die voor gezonde mensen normaal zijn: stappen, fietsen, met je kinderen spelen, etc. Naast medische behandelingen kan ook lichaamsbeweging heel nuttig zijn om je mobiliteit te bewaren of verbeteren. Dit e-boek wil je vertrouwd maken met enkele eenvoudige lichaamsoefeningen die je pijn kunnen verminderen.

GRATIS DOWNLOADEN

Referenties

^1a Berry JL, Moran JM, Berg WS et al., ‘ A morphometric study of human lumbar and selected thoracic vertebrae’,
Spine, 1987, 12:362
^1b Panjabi MM, Goel V, Oxland T et al., ‘Human lumbar vertebrae. Quantitative three-dimensional anatomy’,
Spine, 1992, 17 :299
^1c Scoles PV, Linton AE, Latimer B et al., ‘Vertebral body and posterior element morphology. The normal spine in middle life’,
Spine, 1988, 13 :1082
^1d Donisch EW, Trapp W, ‘The cartilage endplates of the human vertebral column (some considerations of postnatal development)’,
Anat Rec, 1971, 169:705
² Roberts S, Menage J, Urban JP, ‘Biochemical and structural properties of the cartilage end-plate and its relation to the intervertebral disc’, Spine, 1989, 14:166
³ Bogduk N, Twomey LT, ‘Clinical anatomy of the lumbar spine. Second Edition’,
Churchill Livingstone, Melbourne, 1991:13
⁴ Grant JP, Oxland TR, Dvorak MF, ‘Mapping the structural properties of the lumbosacral vertebral endplates’,
Spine , 2001, 26:889
⁵ Coventry MB, Ghormley RK, Kernohan JW, ‘The intervertebral disc. Its microscopic anatomy and pathology. Part I. Anatomy, Development, and Physiology’,
J Bone Jt Surg, 1945, 27A:105
⁶ Inoue H, ‘Three-dimensional architecture of lumbar intervertebral discs’,
Spine, 1981, 6:139
⁷ Green TP, Adams MA, Dolan P, ‘Tensile properties of the annulus fibrosus II. Ultimate tensile strength and fatigue life’,
Eur Spine J, 1993, 2:209
⁸ Adams MA, Green TP, Dolan P, ‘The strength in anterior bending of lumbar intervertebral discs’,
Spine, 1994, 19:2197
⁹ Brodin H, Paths of nutrition in articular cartilage and intervertebral discs’,
Acta Orthop Scand, 1955, 24:177
¹⁰ Nachemson A, Lewin T, Maroudas A et al., ‘In vitro diffusion of dye through the end-plates and the annulus fibrosus of human lumbar inter-vertebral discs’,
Acta Orthop Scand, 1970, 41:589
¹¹ Ogata K, Whiteside LA, 'Nutritional pathways of the intervertebral disc. An experimental study using hydrogen washout technique’,
Spine, 1981, 6:211
¹² Crock HV, Yoshizawa H, ‘The blood supply of the vertebral column and spinal cord in man’,
Springer-Verlag, 1977:5
¹³ Crock HV, ‘A short practice of spinal surgery. Second, revised edition’,
Springer-Verlag, Wien, 1993: figure 2.9 and figure 2.10
¹⁴ Adams MA, Bogduk N, Burton K, Dolan P (eds), ‘The Biomechanics of Back Pain. 3the Edition’,
Edinburgh, Churchill Livingstone, 2013:76
¹⁵ Maroudas A, Stockwell RA, Nachemson A et al.,’ Factors involved in the nutrition of the human lumbar intervertebral disc. Cellularity and diffusion of glucose in vitro’,
J Anat, 1975, 120:113
¹⁶ Urban JP, Holm S, Maroudas A, ‘Diffusion of small solutes into the intervertebral disc: as in vivo study’,
Biorheology, 1978, 15:203
¹⁷ Holm S, Maroudas A, Urban JP et al., ‘Nutrition of the intervertebral disc. Solute transport and metabolism’,
Connect Tissue Res, 1981, 8:101
¹⁸ Ayotte DC, Ito K, Tepic S, ‘Direction-dependent resistance to flow in the endplate of the intervertebral disc. An ex vivo study’,
J Orthop Res, 2001, 19:1073
¹⁹ Declerck GMC, ‘www.guy-declerck.com / Lumbar intervertebral disc / Intradiscal cells’
²⁰ Roberts S, Urban JP, Evans H, Eisenstein SM, ‘Transport properties of the human cartilage endplate in relation to its composition and calcification’,
Spine, 1996, 21:415
²¹ Peacock A, ‘Observations on the prenatal development of the intervertebral disc in man’,
J Anat, 1951, 85:260
²² Taylor JR, ‘The development and adult structure of lumbar intervertebral discs’,
J Man Med, 1990, 5:43
²³ Brinckmann P, Frobin W, Hierholzer E et al., ‘Deformation of the vertebral end-plate under axial loading of the spine’,
Spine, 1983, 8:851
²⁴ Hansson TH, Keller TS, Spengler DM, ‘Mechanical behavior of the human lumbar spine. II. Fatigue strength during dynamic compressive loading’,
J Orthop Res, 1987, 5:479
²⁵ Holmes AD, Hukins DW, Freemont AJ, ‘End-plate displacement during compression of lumbar vertebra-disc-vertebra segments and the mechanism of failure’,
Spine, 1993, 18:128
²⁶ Hulme PA, Ferguson SJ, Boyd SK, ‘Determination of vertebral endplate deformation under load using micro-computed tomography’,
J Biomech, 2008, 41:78
²⁷ Fields AJ, Rodriguez D, Gary KN et al., ‘Influence of biochemical composition on endplate cartilage tensile properties in the human lumbar spine’,
J Orthop Res, 2014, 32:245
²⁸ Roberts S, McCall IW, Menage J et al., ‘Does the thickness of the vertebral subchondral bone reflect the composition of the intervertebral disc?’,
Eur Spine J, 1997, 6:385
²⁹ Hulme PA, Boyd SK, Ferguson SJ, ‘Regional variation in vertebral bone morphology and its contribution to vertebral fracture strength’,
Bone, 2007, 41:946
³⁰ Zhao FD, Pollintine P, Hole BD et al., ‘Vertebral fractures usually affect the cranial endplate because it is thinner and supported by less-dense trabecular bone’,
Bone, 2009, 44:372
³¹ Brinckmann P, Biggemann M, Hilweg D, ‘Prediction of the compressive strength of human lumbar vertebrae’,
Clin Biomech, 1989, 4(Suppl 2):iii
³² Setton LA, Zhu W, Weidenbaum M et al., ‘Compressive properties of the cartilaginous end-plate of the baboon lumbar spine’,
J Orthop Res, 1993, 11:228
³³ Tanaka M, Nakahara S, Inoue H, ‘A pathologic study of discs in the elderly. Separation between the cartilaginous endplate and the vertebral body’,
Spine, 1993, 18:1456
³⁴ Pritzker KP, ‘Aging and degeneration in the lumbar intervertebral disc’,
Orthop Clin North Am, 1977, 8:66
³⁵ Kazarian L, ‘Injuries to the human spinal column. Biomechanics and injury classification’,
Exerc Sport Sci Rev, 1981, 9:297
³⁶ Moore RJ, ‘The vertebral end-plate. What do we know?’,
Eur Spine J, 2000, 9:92
³⁷ Rodriguez AG, Rodriguez-Soto AE, Burghardt AJ et al., ‘Morphology of the human vertebral endplate’,
J Orthop Res, 2012, 30:280