Диабет 2 типа изменяет поведение дисков позвоночного столба, делая их более жесткими, а также приводит к тому, что диски меняют форму раньше, чем обычно. В результате способность диска выдерживать давление снижается. Это один из результатов нового исследования на грызунах, проведенного командой инженеров и врачей из Калифорнийского университета в Сан-Диего, Калифорнийского университета в Дэвисе, UCSF и Университета Юты.
Боль в пояснице является основной причиной инвалидности, часто связанной с дегенерацией межпозвоночных дисков. Люди с диабетом 2 типа сталкиваются с более высоким риском болей в пояснице и проблем, связанных с дисками. Однако точные механизмы дегенерации диска остаются неясными.
Исследование биомеханических свойств межпозвоночного диска имеет решающее значение для понимания заболевания и разработки эффективных стратегий лечения болей в пояснице. Исследовательскую группу возглавляли Клер Асеведо, преподаватель кафедры механической и аэрокосмической техники Калифорнийского университета в Сан-Диего, и Аарон Филдс, преподаватель кафедры ортопедической хирургии Калифорнийского университета в Сан-Франциско.
Исследование опубликовано в журнале PNAS Nexus .
«Эти результаты дают новое понимание потенциальных механизмов, лежащих в основе повреждения тканей диска, связанного с диабетом, и могут помочь в разработке профилактических и терапевтических стратегий для этого изнурительного состояния», — пишут исследователи.
В исследовании подчеркивается, что механизмы наномасштабной деформации коллагеновых фибрилл компенсируют сжимающую нагрузку межпозвоночного диска. В контексте диабета 2 типа эти механизмы нарушаются, что приводит к охрупчиванию коллагена. Эти результаты дают новое понимание потенциальных механизмов, лежащих в основе повреждения тканей диска, связанного с диабетом, и могут помочь в разработке профилактических и терапевтических стратегий для этого изнурительного состояния.
Исследователи применили синхротронное малоугловое рентгеновское рассеяние (SAXS) – экспериментальный метод, позволяющий изучить деформацию и ориентацию коллагеновых фибрилл на наноуровне. Они хотели изучить, как изменения в поведении коллагена влияют на способность диска противостоять сжатию.
Они сравнили диски здоровых крыс с дисками крыс с диабетом 2 типа (крысиная модель Калифорнийского университета в Дэвисе). Здоровые крысы показали, что коллагеновые фибриллы вращаются и растягиваются при сжатии дисков, позволяя диску эффективно рассеивать энергию.
«У крыс с диабетом способ, которым позвоночные диски рассеивают энергию при сжатии, значительно нарушен: диабет уменьшает вращение и растяжение коллагеновых фибрилл, что указывает на сниженную способность выдерживать давление», — пишут исследователи.
Дальнейший анализ показал, что диски крыс, больных диабетом, демонстрируют жесткость коллагеновых фибрилл с более высокой концентрацией неферментативных поперечных связей. Это увеличение поперечных связей коллагена, вызванное гипергликемией, ограничивало пластические деформации посредством фибриллярного скольжения.
Эти данные подчеркивают, что переориентация, выпрямление, растяжение и скольжение фибрилл являются важнейшими механизмами, способствующими сжатию всего диска. Диабет 2 типа нарушает эти эффективные механизмы деформации, что приводит к изменению биомеханики всего диска и более хрупкому (низкоэнергетическому) поведению.
