腰椎间盘结构与生理
（一）正常腰椎间盘的结构
邻近两个腰椎椎体和中间的连接结构组成一个腰椎运动单位。腰椎间盘是腰椎主要的连接结构。腰椎间盘共5个，连接5个腰椎和第1骶椎。从L1到L5椎间盘逐渐增厚，较薄。腰椎间盘由三部分组成：中央为髓核，周围是纤维环，其上下为软骨终板。
髓核是脊索的残余，位于椎间盘中央偏后，占椎间盘横断面积50％～60％，由疏松的纤维软骨和胶原构成网状结构，呈胶冻状。儿童的髓核和纤维环分界清楚。随年龄增加，髓核水分减少，胶原增粗，髓核和纤维环界限不清。髓核无固定形状，纤维环及上下软骨板将其约束成球形，使椎间盘保持膨胀状态。髓核形状可变，但不被压缩。
纤维环分外、中、内三层，纤维环的前方和两侧较厚，约为后侧厚度的两倍。各纤维层交叉成网格状，与上下椎体紧密相连，呈同心圆环状结构。各层纤维平行斜向于两椎体间，相邻两层相互以30°～60°交角重叠。外层纤维近于垂直，近于中心趋向水平。内层纤维附着于软骨终板上，外、中层纤维通过坚强的Sharpy纤维固定于椎体骺环和骨缘。
软骨终板由软骨细胞和软骨基质构成，位于相邻椎体上、下两面和椎体骺环内。平均厚度为1 mm，中心区薄，软骨终板内无血管及神经组织，半透明状，损伤后可有血管化，难以再生。软骨终板作为半渗透膜，以微孔作为水分及营养通路。
（二）腰椎间盘的细胞、基质
1．腰椎间盘细胞
椎间盘细胞占椎间盘体积不到1％，能够合成和降解基质，不仅能合成细胞外基质而且能合成蛋白水解酶破坏基质，从而维持着细胞外基质的动态平衡。在成人椎间盘的纤维环中至少存在3种类型的细胞，由内向外分别是：髓核细胞、纤维环内环细胞、纤维环外环细胞，前二者成圆形，与软骨细胞类似，纤维环外环细胞呈长梭形的成纤维细胞样。每种细胞生成和修复相应的基质，髓核和纤维内环上的圆形类软骨细胞能比纤维外环的狭长成纤维细胞产生更多的蛋白多糖（PGs），PGs沿椎间盘辐射方向呈线性排列。
2．胶原蛋白
胶原蛋白是椎间盘中最常见的一种结构蛋白，占外部纤维环干重约70％，髓核的6％～25％。椎间盘中约80％的胶原蛋白属于Ⅰ型（主要存在于纤维环）或Ⅱ型（大多存在于髓核）。也有其他类型的胶原蛋白，但是量较少，包括Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ和Ⅻ型胶原蛋白。目前已证实Ⅰ型胶原蛋白和Ⅱ型胶原蛋白、Ⅰ型胶原蛋白和Ⅲ型胶原蛋白都存在着分子间的交叉连接。(https://www.daowen.com)
3．蛋白多糖（PGs）
PGs带有大量的阴离子电荷，可以通过渗透作用，形成很高的膨胀压，进而吸收水分形成凝胶，水分占据了髓核的大约75％～80％，占纤维环的65％～75％。椎间盘中央PGs的浓度很高，通过基质中胶原蛋白纤维吸收水分而形成了很高的张力。这种结构非常耐压，即使在运动状态下，也能将压力均匀地分配到整个椎间盘的表面。
4．弹性蛋白
弹性蛋白占椎间盘干重的1％～2％。弹性蛋白可以和椎间盘中的其他结构成分形成交叉连接，能把不同的胶原蛋白纤维结合在一起或者连接胶原蛋白和PGs。诸如糖蛋白纤维结合素，细胞黏合素之类的其他成分已经从椎间盘中分离出来，但它们的功能尚未明了。
5．酶，生长因子和细胞激酶
与其他系统一样，椎间盘也必须有一套机制来维持其内环境的稳定。不断地生成和清除细胞外基质成分，过程缓慢。成年家兔椎间盘中PGs的平均更新时间大约是300 d左右。因此，椎间盘成分中，生长因子、细胞激酶和蛋白水解酶之类影响细胞代谢的分子，很容易在正常椎间盘中被发现。实际上，在人类椎间盘中已发现了多种生长因子，包括成纤维生长因子和转化生长因子-β及白介素-1和白介素-6，肿瘤坏死因子-α等。此外，还发现了各种蛋白水解酶，包括组织蛋白酶家族，基质金属蛋白酶和聚二糖酶等。
（三）腰椎间盘的生物力学
腰椎间盘不仅是椎体的连接结构，还参与构成运动功能节段单位（FSU）和三关节复合体，FSU包括上下椎体和椎间盘，三关节复合体包含前柱的椎间盘和后柱的两个小关节突。椎间盘的力学结构包括纤维环、髓核和软骨终板。纤维环能抗张力负荷，保持椎间盘强度及脊柱的稳定性，提供脊柱运动节段的一定活动度并限制过度活动，保持髓核形态及水分。髓核是缓冲装置，能吸收震荡，具可塑性，在椎体间具有弹力垫及滚珠的作用，并起轴承作用，保持各方向应力平衡。软骨终板作为椎间盘与椎体间液体和营养交换的通道，也具有缓冲、吸收震荡作用。因此，腰椎间盘既有弹性，又有稳定作用，而腰椎的屈伸运动轴位于椎间盘中、后1/3交界处。
椎间盘既是脊柱活动的关节，又有传导脊柱负重的作用。由于体重和椎旁肌肉的作用，椎间盘在体内持续处于负重状态。椎间盘负重的强度随着姿势和动作等变化而改变。椎间盘处于负重状态会增加髓核的流体应力。研究发现即使脊柱处于安静仰卧松弛状态下，腰背椎间盘的压力也会达到0.1～0.2 MPa；在不负重下蹲时腰背椎间盘的压力会达到0.6～0.7 MPa，在剧烈运动时会增加更多。最近的研究发现在正常的椎间盘中，除了纤维环最外层外，流体应力广泛存在于椎间盘中。脊柱的负荷，确切地说是椎间盘的压力改变遵循一个周期性的模式，夜晚休息时最低，白天活动时可增加5～6倍。