Весомым и, зачастую необоснованно игнорируемым фактором нарушения обменных процессов, является длительное сидение. Диск может выдержать кратковременную компрессионную нагрузку до 250 кг на см квадратный без последствий (до 9000N), но он бессилен против обычного длительного сидения изо дня в день из года в год. В здоровом диске снижение тургора наблюдается уже через 45 минут сидения. В стадии дистрофии диск «проседает» и «распластывается» уже через 20.

Отсюда возникает первая проблема – нарушение обменных процессов в диске при недостаточности диффузии.

Обменные процессы в клетках зависят от ряда факторов: генетических, прилагаемой физической нагрузки, состояния периферических сосудов и пропускной способности замыкательных пластин.

В процессе жизнедеятельности диски постоянно подвергаются нагрузке, что приводит к частичному разрушению элементов матрикса и необходимости продукции новых аггрекановых комплексов на замену поврежденным.

В здоровом диске постоянно происходит смена анаболической и катаболической фаз. Клетки диска вырабатывают специальные ферменты (энзимы), которые разрушают и уничтожают поврежденные и отработавшие срок структурные элементы. Аггреканазы 1,2 (ADAMTS 4,5) «разрушают» и «растворяют» отработавший дефектный аггрекановый комплекс; матриксные металлопротеиназы (ММР 1,3 и др.) растворяют части поврежденного матрикса. Действие матриксных металлопротеиназ сбалансировано действием фермента-антагониста – тканевого ингибитора матриксных металлопротеиназ (TIMP 1 и 2), который блокирует (подавляет) действие основного «растворителя» и препятствует избыточному разрушению матрикса. TIMP 3 блокирует действие аггреканаз. Смена катаболической и анаболической фазы позволяет в текущем режиме устранять повреждения и проводить «чистку» внутренней среды диска. Т.е. постоянно происходит так называемое гомеостатическое ремоделирование пульпозного ядра.

Хондроцитоподобная клетка и белки внеклеточного матрикса (Bendtsen et al., 2016)

Оптимальной средой для клеточного анаболизма является нейтральная среда. Колебания pH в диске лежат в диапазоне от 7,5 до 5,7. pH здорового диска – 7,1. Максимальный синтез структурных белков при pH 7,0. Клетки пульпозного ядра адаптированы работать в кислой и умеренно ишемической среде. Напряжение кислорода в пульпозном ядре может колебаться в диапазоне от 10% (нормоксия) до 0,5% (критическая гипоксия). Оптимальное для клеток – 1,5-5% (функциональная гипоксия). На периферии фиброзного кольца напряжение кислорода достигает 19%; центр пульпозного комплекса – 0,65%.

Снижение pH до 6,8 – прекращается синтез структурных белков пульпозного комплекса. Снижение pH до 6,5 ведет к дегенерации диска. Рабочий глюкозный диапазон в пределах от 0,8 до 5 mmol/L. Падение уровня глюкозы ниже 0.5 mmol/L больше чем на три дня и снижение pH ниже 6.4 приводит к смерти клеток.

Утрируя: смерть клеток пульпозного ядра – это смерть всего диска.

В природе существует запрограммированная смерть клеток (апоптоз) и регулируемая смерть клеток (пироптоз, некроптоз, ферроптоз).

Смерть клетки вызывается двумя механизмами: внутренним и внешним.

Внутренний путь смерти клетки вызван оксидативным стрессом, стрессом эндоплазматического ретикулума, повреждением ДНК или повреждением митохондрий. Итогом является активация цитозольных белков, отвечающих за апоптоз, с последующей деструкцией ядерных белков и цитоскелета, синтеза «рецепторов смерти», хемокинов (приманок) с целью привлечения и активации клеток, выполняющих фагоцитирующие функции.