Välilevyperäinen selkäkipu

Välilevyperäinen selkäkipu

Välilevyperäinen selkäkipu

Sain inspiraation kirjoittaa tästä aiheesta Eetu Hopeapuun luennolta Soory:n syysopintopäivillä.

Elämme tällä hetkellä kipuneurotieteiden kulta-aikaa. Meitä kiinnostaa todella paljon, mitä hermostossa ja aivoissa tapahtuu, kun ihminen kokee pitkittynyttä kipua.  Puhumme paljon sentraalisesta sensitisaatiosta, kuinka kroonistumiseen liittyy hermoston neuromatriisin plastisia muutoksia, jotka ylläpitävät ja herkistävät kipumekanismeja.  Peräänkuulutamme tällä hetkellä paljon kognitiivisbehavioraalisia menetelmiä, joilla pyritään vaikuttamaan ihmisen kognitiiviseen käyttäytymiseen ja uskomuksiin kipuun liittyen ja lopulta muokkaamaan aivojen neuromatriisin toimintaa. Tämä on todella tärkeä osa kuntoutusprosessia, sillä kyseessä on ihminen, jonka hoito tulisi aina olla kokonaisvaltaista, jossa otetaan huomioon fyysiset, kognitiiviset ja emotionaaliset vaikuttajat.

Lähihistoriassa pitkittyneen selkäkivun syynä pidettiin usein rangan rakenteiden rappeumamuutoksia, ehkä jopa liiankin heppoisesti. Nykypäivänä tilanne on ehkä kallistunut toiseen laitaan – emme pidä pato-anatomista ajattelua enää niin merkityksellisenä, jopa vähätellään ja unohdetaan herkästi perifeerinen juurisyy kipuun, kun se on kestänyt karkeasti katsottuna yli 3kk, ja koska selkäkivut kuitenkin ovat ”epäspesifejä”. Tämä on mielestäni hieman huolestuttavaa, vaikkakin varmasti ihan normaalia kehityksen prosessiin liittyvää, sitä ”kultaisen keskitien” löytämistä. Sanavalinnoissa tulee olla kuitenkin tarkkana, kun puhutaan esimerkiksi selkäkivuista asiakkaalle, jotta vältytään turhalta nocebolta, mutta kudosperäisten oireiden aiheuttajien ignooraus ja vähättely ei ole mielestäni järkevää.

Haluankin tuoda tässä kirjoituksessa esille enemmän patoanatomista ja fysiologista mekanismia pitkittyneestä selkäkivusta. Meidän tulee ottaa aina huomioon myös patoanatominen toiminta pitkittyneissäkin kiputiloissa. Siitä huolimatta, vaikka kipu olisikin ”kroonistunutta” luonnetta. Taustalla voi edelleen olla merkittäviä perifeerisiä prosesseja, jotka ylläpitävät ja ruokkivat sentraalista kipuprosessointia.

Välilevyn ja kivun yhteys

Se on totta, että usealla kivuttomalla ihmisellä on tietämättään selässä välilevyn rappeumaa ja pullistumia. Viimevuosina ei ole voinut olla törmäämättä 2015 Brinjikjin tehneeseen tutkimukseen selkärangan MRI-löydöksistä terveessä populaatiossa, jota moni on jakanut ja referoinut (1). Kaikki pullistumat ja rappeumat eivät siis oireile ja tietyn tyyppinen rappeuma on normaalia ikään liittyvää muutosta. Muutokset alkavat jo toisessa ikävuodessa ja jatkuvat hautaan saakka. Tämä tutkimus ei kuitenkaan pois-sulje sitä, etteikö osa välilevyn rappeumamuutoksista voisi olla kivuliaita. Itse asiassa Brinjikjin toinen, vähemmän huomiota saanut meta-analyysi vuodelta 2015 (2) selvitti nimenomaan välilevymuutoksien ja selkäkipujen yhteyden vahvuutta. Meta-analyysissä todettiin välilevyn pullistumilla, tyrillä, rappeumilla sekä modic-1 muutoksilla olevan merkittävä yhteys 50-vuotiaiden tai nuorempien ihmisten selkäkipujen kanssa. Kivuttomilla ei puolestaan löydetty yhtä merkittävää yhteyttä rangan ja välilevyjen kulumamuutosten osalta.

Osa välilevyn rappeuma- ja pullistumaprosesseista voivat olla siis epänormaaleja ja erittäin kivuliaita sekä arkea ja toimintakykyä heikentäviä prosesseja (2-4). Suurin osa välilevyn pullistumista kuitenkin paranevat itsestään ajan kanssa ja kehon on raportoitu parantaneen jopa massiivisia pullistumia itse (5-7). Kuinka mahtavaa!

Kaikki välilevyperäiset ongelmat eivät kuitenkaan hoidu itsestään, ja keho ei aina pysty käynnistämään paranemisprosessia riittävän tehokkaasti. Tähän liittynee yksilölliset ominaisuudet genetiikassa, histologiassa, immunologiassa, kipujärjestelmässä, biomekaaniikassa, elämäntavoissa ja psykososiaalisissa tekijöissä (8). Jopa pieneltä näyttävät pullistumat, ilman hermojuurikontaktia voivat olla erittäin kivuliaita. Perinteisen MRI-kuvantamisella on hyvin hankalaa erottaa oireileva ja oireeton välilevy toisistaan (1). Välilevyperäinen selkäkipu, johon liittyy hermojuurioire (radikulaarinen), on kyseessä vain noin joka kymmenessä selkäkipu tapauksessa, joka pystytään spesifimmin todentamaan kuvantamismenetelmillä (9). Sen sijaan invasiivisella diskografisella menetelmällä on parempi reliabiliteetti kivuliaan välilevyn diagnosoimisessa, mutta tämä on kalliimpi ja hankalampi toimenpide, johon saattaa liittyä haitallisia komplikaatioita, kuten bakteeriperäinen diskiittitulehdus, jonka riski on kuitenkin hyvin minimaalinen asianmukaisilla varotoimenpiteillä (10,11). Provokatorinen discografinen toimenpide tehdään potilaan ollessa valveilla, jotta tämä voi kertoa tuntemuksistaan kunkin tutkittavan välilevyn kohdalla. Tämä luo diagnosointiolosuhteisiin vahvan psykologisen komponentin, ja tutkimuksissa on todettukin väärien positiivisten tulosten kasvavan, jos potilalla on psykososiaalisia haittatekijöitä (12-13).

Mikä sitten on välilevyperäisen kivun mekanismi, jos kaikki välilevyn vauriot eivät oireile? Täytyy ymmärtää, että välilevyperäinen kipu ja ennenaikainen rappeuma on monisyinen prosessi, jossa vaikuttavina tekijöinä ovat geneettiset, metaboliset, histologiset, immunologiset ja biomekaaniset tekijät. Kirjoituksen keskiössä on välilevyn pH:n muutokset, välilevyn sisään kasvava hermokudos ja inflammatoriset reagtiot perifeeriassa sekä sentraalisessa hermostossa.

Välilevyn hermotus

 

Terveessä välilevyssä ainoastaan uloin kerros (annulus fibrosus) on hermotettua, sekä maksimissaan kolmasosa välilevyn kuorikerroksista. Nämä saavat hermotuksensa multi-segmentaalisesti hermojuuren dorsaaliselta haaralta, sinu-vertebrali-haaroilta sekä sympaattisilta ganglioilta. Syvemmät kerrokset ja etenkin ydin – nucleus pulposus ovat avaskulaarisia rakenteita eli näissä ei ole omaa verenkiertoa, eikä myöskään hermotusta. Tämähän on myös maalaisjärjellä pääteltävä juttu; jos välilevyjen sisäosassa olisi kipua aistivia hermopäätteitä, meidän olisi melko tukalaa ottaa kehon paino rangan ja välilevyjen päälle, saati sitten liikkua. (14-17)

Välilevyn normaali hermotus. García-Cosamalón et al. 2010.
Välilevyn normaali hermotus. Liang et al. 2013.

Välilevyn aineenvaihdunta ja PH-taso

Terveessä välilevyssä happamuuden taso on kutakuinkin neutraali, noin 7,2 (pH). Happamuuden taso ei kuitenkaan ole vakio, vaan se voi vaihdella päivittäin kuormituksesta, nesteytyksestä ja muista tekijöistä riippuen. Välilevyn homeostaasisesta tasapainosta huolehtii jatkuva katabolian ja metabolian välinen tasainen vuorovaikutus. Välilevyn aineenvaihdunta on kuitenkin hyvin haastava ja helposti järkkyvä; tiedämme että välilevyn sisärakenteissa ei ole verisuonitusta, jonka kautta se saisi rakennusaineita tai happea. Tarvittava energia, neste ja happi toimivaan metaboliaan saadaankin ylä- ja alapuolilla olevista nikamista, päätelevyn läpi diffuusiolla eli ”pumppumekanismilla”. Tämä tietenkin edellyttää päätelevyn permeabiliteetin (läpäisevyys) ja nikamien mikrosuonistusten hyvää toimintaa, ja tietenkin välilevyn fyysistä tasaista kuormitusta (pumppausta). Jotta välilevy kykenee imeytyneen nesteen pitämään sisällään, se tarvitsee proteoglykaaneja. Proteoglykaanit ovat tehokkaita sitomaan itseensä nestettä. Ilman proteoglykaaneja välilevyn nestepitoisuus laskisi ja metabolinen tasapaino järkkyisi. (15-17)

PH ja ennenaikainen rappeumaprosessi

Jos välilevyn metaboliaan tulee häiriö, se menettää hyvin herkästi homeostaasisen tasapainonsa. Vähäinen fyysinen kuormitus, nikamien mikroverenkierron heikentyminen tai päätelevyjen permeabiliteetin heikentyminen estävät diffuusion toimivuuden. Välilevy menettää nestepitoisuuttaan ja pH laskee. Kun pH laskee alle 6.7, välilevyn solujen anabolia heikkenee merkittävästi. Tämä heikentää proteoglykaanien tuotantoa, joka laskee välilevyn nestepitoisuutta ja edelleen pH-tasoa. Tästä kehittyy itseään ruokkiva rappeutumiskierre (18). Ennenaikainen rappeumaprosessi on yhdistetty selkäkipuihin sekä se altistaa välilevyn prolapseille ja edelleen hermojuuren tai selkäytimen puristustiloille (2-4).

Inflammaatio ja hermokudoksen kasvu

Alentuneen pH:n sekä selkäkivun välillä on todettu olevan selkeä yhteys (19). Vahvasti hapottunut nucleus-materiaali päästessään prolapsoitumaan ulkokehälle, sen lävitse ydinkanavatilaan tai välilevyn sisäisesti ylä/ala-päätelevyä vasten, aiheuttaa se tiettyjen nosiseptoreiden herkistymistä ja inflammatorisen reaktion (20-22). Tämä voi voimakkuudestaan riippuen johtaa dorsaalisen hermojuuriganglion (DRG) herkistymiseen (perifeerinen sensitisaatio) (23). DGR:n herkistymisestä seuraa aksonaalinen refleksi, joka vapauttaa hermojen distaaliosissa neuropeptidejä, kuten supstanssi-P ja CGRP, jotka edistävät tulehdusta sekä kipuprosessia (24). Neuropeptidien ja hermopäätteiden välille syntyy tällöin positiivinen takaisinkytkennän kaavio, joka aiheuttaa neurogeenisen tulehduskierteen (neurogeeninen inflammaatio) (25).

Neurogeeninen inflammaatio

Välilevyssä olevat immuunisolut (syöttösolut, leukosyytit, fibroblastit ja makrofagit) alkavat reagoimaan neuropetidien lisääntyneeseen määrään vapauttamalla inflammatorisia sytokiineja (IL-1b, IL-6 ja TNF-a), joiden tiedetään herkistävän myös nosiseptroreita ja synapsitoimintaa, johtaen sekundääriseen hyperalgesiaan (25). Kivuliaissa degeneroituneissa välilevyissä on todettukin olevan merkittäviä määriä pro-inflammatorisia sytokiineja (26-31). Liiallinen sisäelinrasva vaikuttaisi olevan myös osa-syytekijä inflammatoristen sytokiinien tuotannossa. Nimittäin tiettyjen rasvasolujen on havaittu erittävän adipokiini-sytokiineja ja välilevyjen rakenteissa sattuu olemaan juuri kyseisille sytokiineille reseptoreita. Välilevyistä löydetyt adipokiinit aiheuttavat lisääntynyttä katabolista toimintaa, ja kiihdyttävät ennenaikaista degeneraatiota (32).

Lisääntynyt rasvakudos vapauttaa pro-inflammatorisia sytokiineja

Sisäänkasvava hermotus

Tietyt sytokiinit aiheuttavat myös lisääntynyttä hermokasvutekijöiden (NGF & BDNF) tuotantoa välilevyissä, jotka voivat saada aikaan hermopäätteiden herkistymistä, mutta myös ylimääräistä hermokudoksen kasvua (33-35). Itse asiassa osassa rappeutuneista välilevystä on löydetty sisäänkasvanutta hermokudosta (36,37) ja tämä vaikuttaisi olevan vahvasti yhteydessä hankaliin ja kivuliaisiin selkäkiputapauksiin (37-39).

Välilevyn sisäänkasvava hermokudos. Liang et al. 2013.
Sisäänkasvavan hermokudoksen kaavakuva. García-Cosamalón et al. 2010.

Lisääntynyt nosiseptoreiden määrä paikassa, missä niitä ei pitäisi olla, aiheuttaa itseään ruokkivan edellä mainitun tulehduskierteen: neuropetidien vapautumien -> neurogeeninen Inflammaatio -> pH:n lasku -> sytokiinien lisääntyminen -> immunologinen tulehdusvaste. Tulehdus voi levitä hermoissa sytokiinien välityksellä proksimaalisesti dorsaaliseen juuriganglioon, jossa se herkistää myös muiden hermojen soomaosia (39-41). Näin perifeeriseen hermostoon voi kehittyä leviävä immunologinen tulehdusreaktio (neuroinflammaatio). (17,39,42)

Välilevyn ennenaikaisen rappeuman kierre

Kroonistuminen

Osalla neuroinflammaatio voi levitä keskushermostoon, jos veriaivonesteen permeabiliteetti kasvaa kriittisesti (41,43). Tähän voivat vaikuttaa yksilölliset ominaisuudet geneetiikassa ja immunologiassa, mutta mahdollisesti myös pitkittynyt psyykkinen stressi voi vaikuttaa tähän (44-46). Tulehdus leviää selkäytimen projektioneuroniverkostoon ja myöhemmin tiettävästi jopa talamukseen asti (47-50). Tämä voidaan havaita tietyillä kuvantamismenetelmillä selkäytimen ja talamuksen mikrogliasolujen hyperaktivaationa (48,49). Leviävä neuroinflammaatio näyttäisi olevan rajumpaa ja kroonistumisen riski korkeampaa, jos tilaan liittyy hermojuuren voimakkaampi ärsytys ja inflammaatio (radiculopatia) (51). Tämä keskushermoston immunologinen tulehdusreaktio aiheuttaa todennäköisesti sentraalisen tason herkistymää, muuttamalla hermosynapsien ja tiettyjen aivoalueiden toimintaa (sentraalinen sensitisaatio), joka voi selittää selkäkivun kroonistumiseen liittyvät piirteet, kuten kivun leviämisen, huonosti ennustettavat oireet, mielialan muutokset, heikot hoitovasteet ja niin edelleen (43).

Mikrogliasolujen lisääntnyt aktivaatio selkäytimen taka- ja etusarvella. Zhang et al. 2008.
Gliasolujen lisääntynyt aktivaatio talamuksen alueella kroonisessa alaselkäkivussa. Loggia et al. 2015

Loppupohdintaa

Välilevyn ennenaikainen metabolinen rappeumaprosessi voi olla taustalla tietyissä pitkittyneissä vaikeissa selkäkivuissa. Kipuun vaikuttavat etenkin pH-muutokset, väilevyn sisään kasvanut hermotus ja inflammatoriset reaktiot, jotka voivat vaikuttaa perifeerisellä, mutta myös sentraalisella tasolla. Välilevyperäisen kiputilan tarkka diagnosointi on hankalaa kliinisesti, ja perinteisillä kuvantamismenetelmillä ei pystytä vetämään selkeää rajaa kivuttomien ja kivuliaden välilevyjen välille. Tällä hetkellä on kuitenkin lupaavia uusia diagnosointimenetelmiä kehitteillä, jotka voivat parantaa välilevyperäisen kivun diagnosointia, kuten MRS-kuvantamismenetelmä (magnetic resonance spectroscopy), jolla kyetään arvioimaan välilevyn sisäistä metabolista tasoa, laktaatin ja proteoglykaanien määrää (52) tai CEST-kuvantaminen (chemical exchange saturation transfer), jolla pystytään mittaamaan välilevyn pH-tasapainoa (53,54).

Ps. Ei unohdeta perifeerisiä kipumekanismeja pitkittyissäkään kiputiloissa! 🙂

Kirjoittaja,

Eetu Koivisto, osteopaatti

Lähteet:

  1. Brinjikji, 2015. Systematic literature review of imaging features of spinal degeneration in asymptomatic populations.
  2. Brinjikji, 2015. MRI Findings of Disc Degeneration are More Prevalent in Adults with Low Back Pain than in Asymptomatic Controls: A Systematic Review and Meta-Analysis.
  3. Cheung et al. 2012. Are ”patterns” of lumbar disc degeneration associated with low back pain? New insights based on skipped level disc pathology.
  4. Samartzis D, Karppinen J, Chan D, et al. 2010. The association of disc degeneration based on magnetic resonance imaging and the presence of low back pain.
  5. Ushewokunze et al. 2008. Spontaneously disappearing lumbar disc protrusion
  6. Monument & Salo 2011. Spontaneous regression of a lumbar disk herniation
  7. Kim & Kim 2013. Spontaneous regression of extruded lumbar disc herniation: three cases report.
  8. Cheung KM. 2010. The relationship between disc degeneration, low back pain, and human pain genetics
  9. Bardin, 2017. Diagnostic triage for low back pain: a practical approach for primary care.
  10. Wolfer et al. 2008. Systematic review of lumbar provocation discography in asymptomatic subjects with a meta-analysis of false-positive rates.
  11. 2013. Pathophysiology, diagnosis, and treatment of discogenic low back pain
  12. Carragee EJ, Tanner CM, Yang B, Brito JL, Truong T. False-positive findings on lumbar discography. Reliability of subjective concordance assessment during provocative disc injection.1999
  13. Block AR, Vanharanta H, Ohnmeiss DD, Guyer RD. Discographic pain report. Influence of psychological factors.1996
  14. Bogduk N, Tynan W, Wilson AS. The nerve supply to the human lumbar intervertebral discs. J Anat. 1981
  15. Bogduk N. The innervation of the lumbar spine. Spine 1983
  16. Ohtori S, Inoue G, Miyagi M, et al. Pathomechanisms of discogenic low back pain in humans and animal models. Spine J. 2015
  17. Groen GJ, Baljet B, Drukker J. Nerves and nerve plexuses of the human vertebral column. Am J Anat 1990
  18. Liang et al, 2013. New hypothesis of chronic back pain: low pH promotes nerve ingrowth into damaged intervertebral disks
  19. Cheng-Zhen et al. 2012. The relationship between low pH in intervertebral discs and low back pain: a systematic review
  20. Stanton-Hicks. 2001.Nerve blocks in chronic pain therapy – are there any indications left?
  21. Keshari KR, Lotz JC, Link TM, Hu S, Majumdar S, Kurhane-wicz J. Lactic acid and proteoglycans as metabolic markersfor discogenic back pain. 2008
  22. Naves LA, McCleskey EW. An acid-sensing ion channel that detects ischemic pain. 2005
  23. Miyagi M, Ishikawa T, Orita S, et al. Disk injury in rats produces persistent increases in pain-related neuropeptides in dorsal root ganglia and spinal cord glia but only transient increases in inflammatory mediators: Pathomechanism of chronic diskogenic low back pain. Spine. 2011
  24. William D. The Role of Dorsal Root Reflexes in Neurogenic Inflammation and Pain. 2000
  25. Kalso ym. 2018. Kipu. Duodecim.
  26. Burke JG, Watson RW, McCormack D, et al. Intervertebral discs which cause low back pain secretes high levels of proinflammatory mediators. 2002.
  27. Kang JD, Georgescu HI, McIntyre-Larkin L, et al. Herniated lumbar intervertebral discs spontaneously produce matrix metalloproteinases, nitric oxide, interleukin-6, and prostaglandin E2. 1996
  28. Takahashi H, Suguro T, Okazime Y, et al. Inflammatory cytokines in the herniated disc of the lumbar spine. 1996
  29. Shamji MF, Setton LA, Jarvis W, et al. Proinflammatory cytokine expression profile in degenerated and herniated human intervertebral disc tissues. 2010
  30. Kepler CK, Markova DZ, Dibra F, et al. Expression and relationship of proinflammatory chemokine RANTES/CCL5 and cytokine IL-1beta in painful human intervertebral discs. 2013
  31. Risbud, I.M. Shapiro. Role of cytokines in intervertebral disc degeneration: pain and disc content 2014
  32. 2018. The Role of Adipokines in Intervertebral Disc Degeneration.
  33. Krock, D.H. Rosenzweig, A.-J. Chabot -Doré, P. Jarzem, M.H. Weber, J.A. Ouellet, L.S. Stone, L. Haglund. Painful, degenerating intervertebral discs up-regulate neurite sprouting and CGRP through nociceptive factors.
  34. Krock, J.B. Currie, M.H. Weber, J.A. Ouellet, L.S. Stone, D. H. Rosenzweig, L. Haglund Nerve growth factor is regulated by toll-like receptor 2 in human intervertebral discs Biol. 2016
  35. Freemont, A. Watkins, C. Le Maitre, P. Baird, M. Jeziorska, M.T. Knight, E.R. Ross, J.P. O’Brien, J.A. Hoyland Nerve growth factor expression and innervation of the painful intervertebral disc 2002
  36. Purmessur, A.J. Freemont, J.A. Hoyland. Expression and regulation of neurotrophins in the nondegenerate and degenerate human intervertebral disc Arthritis 2008
  37. Freemont AJ, Peacock TE, Goupille P, et al. Nerve ingrowth into diseased intervertebral disc in chronic back pain. Lancet. 1997
  38. Takahashi et al. 2008. Resolving discogenic pain
  39. García-Cosamalón et al. 2010. Intervertebral disc, sensory nerves and neurotrophins: who is who in discogenic pain?
  40. Miyagi M, Millecamps M, Danco AT, et al. Increased innervation and sensory nervous system plasticity in a mouse model of low back pain due to intervertebral disc degeneration. Spine. 2014
  41. Schmidt A. Entrapment Neuropathies. University of Oxford. 2019.
  42. Ohtori et al. Sensory nerve ingrowth, cytokines, and instability of discogenic low back pain: A review
  43. Ru-Rong Ji, et al. 2018. Neuroinflammation and Central Sensitization in Chronic and Widespread Pain
  44. Mohammed et al. 2016. Factors controlling permeability of the blood–brain barrier
  45. Xu. 2019. Restraint Stress Induced Hyperpermeability and Damage of the Blood-Brain Barrier in the Amygdala of Adult Rats.
  46. Lehmann et al. 2018. Decoding microglia responses to psychosocial stress reveals blood-brain barrier breakdown that may drive stress susceptibility
  47. Albrecht DS, et al. 2018. Neuroinflammation of the spinal cord and nerve roots in chronic radicular pain patients
  48. Loggia et al. 2015. Evidence for brain glial activation in chronic pain patients
  49. Zhang et al. 2008. Selective activation of microglia in spinal cord but not higher cortical regions following nerve injury in adult mouse
  50. Yang et al. 2018. Implication of microglia activation and CSF1/CSF1R pathway in lumbar disc degeneration-related back pain
  51. Palada et al. 2019. Characterization of neuroinflammation and periphery-to-CNS inflammatory cross-talk in patients with disc herniation and degenerative disc disease.
  52. Gornet et al. 2019. Magnetic resonance spectroscopy (MRS) can identify painful lumbar discs and may facilitate improved clinical outcomes of lumbar surgeries for discogenic pain
  53. Bez et al. 2018. Molecular pain markers correlate with pH-sensitive MRI signal in a pig model of disc degeneration
  54. Liu, Q. et al. 2015. Detection of low back pain using pH level-dependent imaging of the intervertebral disc using the ratio of R1rho dispersion and -OH chemical exchange saturation transfer