У молодого и здорового взрослого человека граница между пульпозным ядром и фиброзным кольцом четко выражена (Humzah, 1998; Kirnaz, 2022).
Фиброзное кольцо представляет собой высокоорганизованную фиброзно-хрящевую структуру, которая окружает пульпозное ядро. Оно состоит из 2 слоев: 1) внутреннего слоя, который имеет нечеткую границу с пульпозным ядром из-за сходства их круглого, хондроцитоподобного клеточного профиля и состава матрикса; и 2) наружного слоя, который состоит примерно из 15-20 концентрических пластинок (ламелей) диагонально ориентированных коллагеновых волокон типа I, перемежающихся с протеогликанами (Sive, 2002; Little, 2010; Kerr, 2017).
Также наружный слой фиброзного кольца включает тонкие и вытянутые фибробластоподобные клетки (Adams, 2006). Кроме того, каждый «внешний» слой фиброзного кольца состоит из параллельных волокон, идущих последовательно в разных направлениях. Такое расположение придает межпозвонковому диску прочность на растяжение при сжимающей нагрузке и, таким образом, служит для предотвращения выдавливания материала пульпозного ядра наружу (Inoue, 2011).
Межпозвонковые диски представляют собой амортизаторы уникальной конструкции, которые защищают тела смежных позвонков от потенциально разрушительной нагрузки, возникающей под действием веса тела и мышечной активности. Фиброзное кольцо на основе коллагена способно распределить значительную часть механической нагрузки на межпозвонковый диск исключительно за счет своего структурного объема (Ayturk, 2010).
Однако для защиты позвонков от больших, длительных и повторяющихся нагрузок требуется более сложная и динамичная система распределения нагрузки. Эта система основана на биомеханическом взаимодействии между пульпозным ядром и фиброзным кольцом. Сжимающие нагрузки толкают концевые пластинки смежных позвонков внутрь и к пульпозному ядру. Молодое и здоровое ядро, заполненное в основном водой и поэтому практически несжимаемое, отвечает на это медленной радиальной деформацией фиброзного кольца. Этой деформации противостоит напряжение, создаваемое в растянутых волокнах («напряжение обруча») коллагена и эластина фиброзного кольца (Kirnaz, 2022).
Таким образом, давление внутри всего диска равномерно повышается и равномерно передается на соседние позвонки. Когда сжимающая сила снимается с концевых пластинок, растянутые эластиновые и коллагеновые волокна возвращаются к своей первоначальной длине, готовые к новому сжимающему усилию. Этот механизм позволяет устойчивым сжимающим силам распределяться между несколькими структурами, тем самым предотвращая «точечную нагрузку» (т.е. возникновение высококонцентрированных сил, действующих на небольшой участок ткани — Neumann, 2016).
Поскольку межпозвонковый диск обладает вязкоупругими свойствами, он сопротивляется быстрому или сильному сжатию сильнее, чем медленному или легкому. Поэтому диск может быть гибким при низких нагрузках и более жестким при высоких (Keller, 1987).
