Дегенерацията на диска е патологичен процес, който води до влошаване на междупрешленните дискове (IVDs), съединителната тъкан между прешлените, която играе решаваща роля в кинематиката на гръбначния стълб. Дегенеративните процеси протичат на тъканно, клетъчно и молекулярно ниво, което води до големи промени в морфологията и физиологията на диска и в крайна сметка води до намаляване на способността му да понася компресионни натоварвания. Като мултифакторно заболяване, етиологията му все още не е напълно изяснена. Все пак е широко признато, че няколко фактора, като генетична предразположеност, възраст, начин на живот (затлъстяване, пушене, депресивни симптоми) и нефизиологично механично натоварване допринасят за неговото прогресиране [1,2,3]. Освен това е известно, че IVD дегенерацията е свързана с болки в кръста (LBP) [4]. Това е от значение, тъй като LBP е потвърдено като водеща причина за години, преживяни с увреждания в световен мащаб през последните десетилетия, засягащи 80% от възрастните в даден момент от живота им [5]. Изчислено е, че преките разходи, свързани с LBP, достигат до 90 милиарда долара годишно само в Съединените щати [6]. Като се вземат предвид косвените разходи, причинени от увреждания, като например намалената производителност на пациентите, общите социално-икономически последици от LBP представляват забележително предизвикателство за обществата [7].
Няколко патологични промени в IVD са свързани с дегенерация на диска, сред които разграждането на извънклетъчния матрикс, възпалението и загубата на клетки (апоптоза) са най -разпространени [1]. Фокусирайки се върху извънклетъчната матрица (ECM), която играе съществена роля в механичната функционалност на IVD, два основни компонента са жизненоважни за нейната цялост: колагеновата мрежа тип I и тип II, която осигурява якост на опън [8], и вода- свързващи протеогликани като агреган [9]. Въпреки това, метаболитната дисрегулация на клетките на Nucleus pulposus (NP) (т.е. клетки в централната област на IVD) води до тяхната намалена способност да синтезират тези ECM компоненти, като същевременно все повече секретират ECM разграждащи се молекули като матриксни металопротеинази (MMP) и дезинтегрин и металопротеинази с тромбоспондинови мотиви (ADAMTS) [10,11]. В резултат на това нарушаването на регулацията, комбинирано с разпадане на протеогликан, води до намаляване на способността на тъканите да свързват водата и накрая до нейния структурен колапс. Въпреки че дегенеративните процеси първо възникват в NP, по -късно те включват Annulus fibrosus (AF) (т.е. външната зона на IVD), като границата между двете тъкани в крайна сметка се губи [2,12,13,14]. Разграждането на ECM се засилва допълнително от клетъчната загуба, добре проучен принос за дегенерацията на диска. Загубата на клетки може да бъде причинена от програмирана клетъчна смърт (апоптоза) и е придружена от клетъчно стареене, с основни фактори като механични напрежения, предизвикващи двата механизма [15,16,17].
Освен разграждането на ECM и клетъчната загуба, възпалението също играе важна роля и се е появило като отличителен фактор между асимптоматичната дегенерация на диска и симптоматичната дегенерация на диска, често наричана дегенеративна дискова болест (DDD) [18,19]. Добре известно е, че NP клетките все повече освобождават редица провъзпалителни цитокини с прогресивна степен на дегенерация и често развитие на болка, като тумор некрозис фактор α (TNFα), интерлевкин (IL) -1β, IL-6 и IL-17 са най -видните. Доказано е, че тези цитокини стимулират разграждането на матрицата и активират имунния отговор на гостоприемника, което в крайна сметка води до инфилтрация на имунни клетки и нервни влакна. Последното е особено актуално, тъй като нервната инфилтрация е източникът на болка, свързана с DDD [20].
Разграждането на ECM, апоптозата и възпалението се наричат ​​отличителни белези на DDD и е известно, че са взаимосвързани и взаимозависими един от друг [2]. Провъзпалителните цитокини допринасят за нарушаване на регулацията на метаболизма на ECM чрез повишаване на експресията на ECM разграждащи ензими и понижаване на структурните компоненти на ECM [18,20]. Вроденото разграждане на ECM води до извънклетъчно натрупване на ECM фрагменти, което допълнително стимулира възпалителния отговор на NP клетките [21]. Освен това, по-високите нива на апоптоза и стареене в IVD тъкан са свързани с по-ниски възможности за производство на ECM и възпаление, последното се дължи на свързания със стареенето секреторен фенотип [15,22,23].
През последните години все по -голям интерес предизвиква взаимодействието на механиката и биологията, наречено механобиология, както и ролята му в дегенерацията на IVD. Доказано е, че нефизиологичното механично натоварване на IVD е тясно свързано с разграждането на матрицата и промените в клетъчната физиология [24,25,26,27,28]. Направени са няколко опита да се обясни взаимозависимостта на механобиологията, разграждането на ECM, загубата на клетки и възпалението, както и възможните контури за обратна връзка [12,29,30]. Наблюдаваната връзка между тези механизми обаче все още не е достатъчно разбрана и добавя към многофакторната нац