腰椎纤维环结构特点和功能

腰椎纤维环(annulus fibrosus)是一种纤维软骨组织(fibrocartilaginous tissue)，由15-25层交叉排列且呈同心圆样的纤维束板层组成。每个板层由高度定向、平行的胶原纤维构成，且与水平轴呈28-43°角排列(纤维取向角α)，并在连续层中以相反方向排列。有研究发现，α角从0.5mm深处的28°可升高至靠近髓核的43°，每增加一层，α角呈线性增加0.97°。由于纤维环前外侧区的板层比后外侧区宽，因此在前外侧区7mm和后外侧区5mm的深处观察到同样的43°纤维取向角。

纤维取向角α是指每板层纤维方向与水平轴的夹角。注意图片中，每板层之间的纤维呈相反方向走行。

在模式图中，注意每板层间纤维的走行呈相反方向，且越往纤维环内侧，α角度越大。

也有学者将板层纤维取向角称之为θ，即纤维走行方向与垂直轴的夹角，也就是90°-α的度数。

此外，每个板层呈卷曲状态，存在一定的卷曲角度和卷曲长度。从纤维环边缘至内侧，卷曲角度从20°增加至45°，卷曲长度从26um减小至20um。

注意板层的卷曲长度和卷曲角度

纤维环板层的厚度为0.14–0.52mm，从纤维环外层至内层，板层逐渐增厚，靠近髓核处板层最厚。此外，纤维环后缘较薄，而纤维环的侧面和前缘较厚。

纤维环板层由密集的细胞外基质(ECM)组成，ECM由高度排列的胶原纤维束组成，其间点缀着蛋白多糖和弹性蛋白。纤维环主要由Ⅰ型胶原纤维构成，而髓核主要由Ⅱ型胶原纤维构成。纤维环越往内层Ⅰ型胶原纤维逐渐减少，而Ⅱ型胶原纤维逐渐增多，功能更接近于髓核。胶原纤维分布的差异伴随着糖胺聚糖(GAG)含量的区域性变化，其中GAG从外部到内部AF每湿重从3%增加到8%。基质组成的这些差异使外层纤维环比内层纤维环在张力上更强，使其能够在轴向载荷、弯曲和扭转时有效地约束髓核。相比之下，内层纤维环具有更大的GAG和水含量，可以有效抵抗轴向载荷时的压缩，同时约束髓核。

纤维环和髓核胶原纤维和蛋白多糖的变化趋势

纤维环板层间的弹性纤维

健康成人纤维环中不同细胞类型及其位置的示意图和代表性显微图像。

最近，羊腰椎解剖研究发现纤维环与终板呈锚定结构。

羊腰椎纤维环的板层穿过软骨终板锚定在骨性终板上

Rodrigues等提出的纤维环-终板锚定结构的模式图。初级环形束在软骨终板中分支为多个子束，以创建“叶子”形态，其与终板基质的界面面积大大增加。注意叶内分裂包含轻微的交错。

钙化的终板会明显影响纤维环-终板的锚定结构，星号处表示急性弯曲的部位。对于A和B中的负荷模式，只涉及一组纤维环斜纤维，而对于C和D中的轴向负荷，纤维环斜纤维和反斜纤维都参与。

由此可见，腰椎纤维环结构是及其复杂的，同时也缺乏血供，一旦损伤很难完成生物修复，就算疤痕修复，也很难恢复其生物力学特性。人工材料仿生学也很难模拟其复杂的结构特点和功能。因此，请保护好您的纤维环。

参考文献：

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