Внешний механизм смерти клетки связан с активацией «рецепторов смерти» с помощью «лигандов смерти», синтезируемых клетками иммунной системы.

Для удобства восприятия выделяют три последовательные фазы дегенерации диска: 1) катепсинозависимая дегенерация (макрофагонезависимая), 2) воспалительная макрофагозависимая и 3) репаративная макрофагозависимая фаза. При травме диска дегенерация начинается сразу с воспалительной макрофагозависимой.

К пусковым причинам дегенерации диска относят: ишемию, ацидоз (критическое накопление лактата), прямую травму, оксидативный стресс, стресс эндоплазматического ретикулума, накопление продуктов гликации, метаболические нарушения на фоне генетической предрасположенности.

Ишемия и ацидоз. Катепсинозависимая дегенерация – остеохондроз бухгалтеров, водителей и прочих сидячих профессий. Метаболическое поражение диска.

Самый частый вопрос: «Ничего тяжелого не поднимаю, больших физических нагрузок нет. Почему начала болеть спина и почему появился остеохондроз?». Ответ прост: нарушение обменных процессов в диске, связанное с длительным «стажем» сидения.

Пусковым фактором выступает хроническая критическая ишемия диска вследствие длительного кислородного голодания и «закисания» диска. Снижение напряжения кислорода до 1 – 0,5 % и параллельное снижение pH вследствие накопления лактата приводит к ускоренному старению и смерти клеток пульпозного ядра.

Само по себе сидение вызывает очень низкую компрессионную нагрузку, которая не обеспечивает достаточный «помповый» механизм откачки метаболитов.

Для поддержания нормальной жизнедеятельности клеткам нужна энергия. Она производится двумя способами: оксидативное (окислительное) фосфорилирование (с участием кислорода) и гликолиз (без участия кислорода). Другими словами, энергия добывается или «горением», или «брожением». В обильно кровоснабжаемых тканях клетки предпочитают синтезировать энергию с участием кислорода (акцептор электронов), но подобная практика сопряжена с повышенным синтезом побочных продуктов – активных форм кислорода (АФК; Reactive oxygen species, ROS) и оксидативным стрессом, что может привести к повреждению митохондрий и гибели клеток. Обильное кровообращение (соответственно, обмен) позволяет в ускоренном режиме утилизировать побочные метаболиты и/или избавляться от погибших клеток. Межпозвонковый диск является самым крупным бессосудистым органом в теле человека, что жестко детерминирует его метаболизм. Оксидативное фосфорилирование как базовое не подходит в принципе, но кислород и «побочные» метаболиты митохондриального дыхания нужны клеткам как вторичные мессенджеры для запуска и контроля важных сигнальных путей, связанных с жизнедеятельностью клеток. Поэтому 75% энергии в клетке синтезируется благодаря анаэробному гликолизу, 25% – аэробному пути обмена.

За оксидативное энергообеспечение отвечает коактиватор-1α (PGC-1α), за гликолитическое – транскрипционный фактор под названием Фактор, индуцируемый гипоксией (Hypoxia-inducible factor 1-alpha; HIF).

Сам Фактор двухкомпонентный: субъединицы 1 альфа, 2 альфа и 3 альфа и субъединица 1 бета. Соединяясь воедино в ядре клетки, HIF инициирует транскрипцию различных генов в зависимости от «комбинации пары»: 1) HIF-1α + HIF-β; 2) HIF-2α + HIF-β; 3) HIF-3α + HIF-β.

Изоформа HIF-1α является кислородным сенсором клетки и при падении напряжения кислорода ниже 5% связывается с HIF-β, формируют активный HIF, который активирует транскрипционные факторы/гены, чувствительные к гипоксии: NOS2(Индуцибельная синтаза оксида азота), VEGF (Фактор роста эндотелия сосудов), EPO (эритропоэтин), GLUT1 (глюкозный транспортер), SOX9 (регуляция экспрессии гена коллагена II типа в хондроцитах) , IGF2 (инсулиноподобный фактор роста-2), COL2A1 (коллаген II типа) и другие, отвечающие за поддержание жизнедеятельности клетки «на пределе». Данный фактор позволяет работать клеткам в оптимальном гипоксическом диапазоне между 2-5% парциального напряжения кислорода, при котором синтезируется больше всего аггрекана и коллагена II типа. HIF-1α – это мастер-регулятор гликолитического метаболизма клеток при ишемии, который регулирует уровень внутриклеточного (цитозольного) лактата. Это один из факторов, отвечающих за пролиферацию (деление) клеток, дифференцировку незрелых стволовых клеток, поддержание их метаболической активности, синтез коллагена II типа, регуляцию синтеза экстраклеточного матрикса, регуляцию ангиогенеза, регуляцию аутофагии, апоптоз и минерализацию замыкательной пластинки через активацию адаптивных генов.