Сахарный диабет 2 типа изменяет поведение дисков в позвоночном столбе, делая их более жесткими, а также приводит к тому, что диски меняют форму раньше, чем обычно. В результате снижается способность диска выдерживать давление. Это один из результатов нового исследования на грызунах, проведенного командой инженеров и врачей из Калифорнийского университета в Сан-Диего, Калифорнийского университета в Дэвисе, Калифорнийского университета в Калифорнии и Университета Юты.

Боли в пояснице являются основной причиной инвалидности, часто связанной с дегенерацией межпозвоночных дисков. Люди с сахарным диабетом 2 типа сталкиваются с более высоким риском болей в пояснице и проблем, связанных с диском. 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 Клэр Асеведо, преподаватель кафедры механической и аэрокосмической инженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего, и Аарон Филдс, преподаватель кафедры ортопедической хирургии Калифорнийского университета в Сан-Франциско.

«Эти результаты дают новое представление о потенциальных механизмах, лежащих в основе повреждения тканей диска, связанного с диабетом, и могут послужить основой для разработки профилактических и терапевтических стратегий при этом изнуряющем заболевании», — пишут исследователи.

В исследовании подчеркивается, что механизмы наноразмерной деформации коллагеновых фибрилл приспосабливаются к сжимающей нагрузке на межпозвоночный диск. В контексте сахарного диабета 2 типа эти механизмы нарушены, что приводит к охрупчиванию коллагена. Эти результаты дают новое представление о потенциальных механизмах, лежащих в основе повреждения тканей диска, связанного с диабетом, и могут послужить основой для разработки профилактических и терапевтических стратегий при этом изнуряющем заболевании.

Исследователи использовали синхротронное малоугловое рентгеновское рассеяние (SAXS), экспериментальный метод, который изучает деформацию и ориентацию фибрилл коллагена на наноуровне. Они хотели изучить, как изменения в поведении коллагена способствуют изменению способности диска выдерживать сжатие.

Они сравнили диски здоровых крыс с дисками крыс с диабетом 2 типа (модель крысы Калифорнийского университета в Дэвисе). Здоровые крысы показали, что фибриллы коллагена вращаются и растягиваются при сжатии дисков, позволяя диску эффективно рассеивать энергию.

«У крыс с диабетом значительно нарушен способ рассеивания энергии позвоночными дисками при сжатии: диабет уменьшает вращение и растяжение коллагеновых фибрилл, что указывает на сниженную способность выдерживать давление», пишут исследователи.

Дальнейший анализ показал, что в дисках крыс с диабетом наблюдалось усиление коллагеновых фибрилл с более высокой концентрацией неферментативных поперечных связей. Это увеличение сшивки коллагена, вызванное гипергликемией, ограничивало пластические деформации за счет фибриллярного скольжения. Эти результаты подчеркивают, что переориентация фибрилл, выпрямление, растяжение и скольжение являются важнейшими механизмами, способствующими компрессии всего диска. Сахарный диабет 2 типа нарушает эти эффективные механизмы деформации, что приводит к изменению биомеханики всего диска и его более хрупкому (низкоэнергетическому) поведению.

Команда опубликовала свои выводы в декабрьском выпуске 2023 года PNAS Nexus.

Это исследование было поддержано Комитетом по распределению исследований Калифорнийского университета (A.J.F.), Базовым центром биологии и медицины опорно-двигательного аппарата Калифорнийского университета (A.J.F.), Канцелярией президента Калифорнийского университета (P.J.H.), Национальными институтами здравоохранения (R01 DK095980, R01 HL107256, R01 HL121324, P30 AR066262, R01 AR070198), Университетом Юты (J.L.R.) и усовершенствованный источник света (ALS07392; T.N.A., C.A.).