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Intervertebral disc magnetic resonance image: correlation with gross morphology and biochemical composition

The magnetic resonance image, gross morphology, and biochemical composition of the intervertebral disc nucleus pulposus (NP), anulus fibrosus (AF) and cartilaginous endplates (CEP) from two groups of three human lumbar spines were compared. Group I consisted of all healthy discs from young donors (Grade I) and group II was comprised of discs that had undergone degeneration and age-related changes (average Grade 4). The gross morphological changes in the individual disc tissues associated with ageing/degeneration were consistent with specific changes in the characteristics of the magnetic resonance image. In particular, the mid-nuclear band of decreased magnetic resonance signal intensity seen in Grade 4 discs was associated with the appearance of clefts and fissures as well as a region of mucinous infiltration. The results of the biochemical analysis suggest that the changes in signal intensity are not due merely to changes in water content, but are also associated with changes in proteoglycan content. The changes associated with ageing/degeneration in the magnetic resonance image of the disc were related to a decrease in the proteogycan content of the AF and NP. The water content of the NP also decreased. There was no clear association between the biochemical composition of the DEP and the magnetic resonance image. These results demonstrate that magnetic resonance imaging is an effective technique for evaluating subtle morphological changes in the intervertebral disc tissues and may be a sensitive indicator of the proteoglycan content of the AF and NP. (JCCA 1993; 37(2):77-84)
Key Words: magnetic resonance imaging, anatomy and histology, biochemistry, proteoglycans, intervertebtal disc, ageing, degeneration

La résonance magnétique nucléaire, la morphologie globale et la composition biochimique du noyau gélatineux (nucleus pulposus) du disque intervertébral, de l’anneau fibreux périphérique (AF) et du plateau vertébral cartilagineux de deux groupes de trois colonnes lombaires humaines ont été comparées. Le Groupe I était constitué des disques sains de jeunes donneurs (Catégorie I), le Groupe II était constitué de disques en état de dégénérescence ou qui subissaient des changement en rapport avec l’âge (la moyenne étant de Catégorie 4). Les changements morphologiques globaux associés au vieillissement ou à la dégénérescence des tissus des disques correspondaient à des changements spécifiques dans les caractéristiques de résonance magnétique nucléaire. En particulier, la bande nucléaire moyenne d’intensité du signal de résonance magnétique décroissante constatée chez les disques de la Catégorie 4 a été associée à l’apparition de fentes et de fissures ainsi qu’à une région d’infiltration muqueuse. Les résultats de l’analyse biochimiques suggèrent que les variations d’intensité du signal ne sont pas seulement dues aux variations de la teneur en eau; elles pourraient être associées aux variations de la teneur en protéoglycane. Les changements associées au vieillissement ou à la dégénérescence dans la résonance magnétique nucléaire du disque ont été mis en relation avec la baisse de la teneur en protéoglycane de l’anneau fibreux périphérique et du noyau gélatineux. La teneur en eau du noyau gélatineux a aussi diminué. Aucune relation claire n’a pu être établie entre la composition biochimique du plateau vertébral cartilagineux et la résonance magnétique nucléaire. Ces résultats montrent que la résonance magnétique nucléaire constitue un moyen technique efficace pour évaluer les changements morphologiques subtils dans les tissus des disques intervertébraux et peut être considérée comme un indicateur sensible de la teneur en protéoglycane de l’anneau fibreux et du noyau gélatineux. (JACC 1993; 37(2): 77-84)
Mots-clés: résonance magnétique nucléaire, anatomie et histologie, biochimie, protéoglycanes, disque intervertébral, vieillissement, dégénération

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