蛋白多糖是椎间盘的主要大分子结构，是由许多共价键连接于核心蛋白的糖胺多糖所组成的大分子家族，在维持髓核和纤维环的功能方面发挥重要作用。水分是椎间盘的主要组成成分，维持其机械特性。髓核由蛋白多糖－水的复合体构成，蛋白多糖具有高渗透压，依靠侧链维持和调节髓核中的水分。关于髓核化学溶解疗法的作用机制，Hirsch（1959年）曾提出设想：用酶溶解病变的椎间盘，加速椎间盘退变，待完全变性时疼痛消除，椎间盘再通过增生纤维化达到稳定。现在认为髓核溶解对椎间盘突出的治疗有降低椎间盘内压、抗炎作用、免疫效应等多种学说，但大多倾向于降低椎间盘内压的观点。减压观点认为木瓜凝乳蛋白酶特异性作用于基质的蛋白多糖，使其降解后降低椎间盘的水化能力和渗透压，髓核脱水萎缩，椎间盘内压减小，达到改善或解除神经压迫的目的。木瓜凝乳蛋白酶主要作用于髓核部位，但同时对纤维环甚至软骨终板也有一定程度的溶解作用。动物观察，注射后2周内髓核和纤维环内层TB染色、Safranin－O染色均消失，细胞大量减少，组织趋向坏死状态，椎间隙狭窄，同时软骨终板也发生溶解变化；4周后椎间盘开始缓慢再生；12周见髓核和纤维环内层纤维走行紊乱；至52周时，髓核基质纤维化，逐渐被纤维软骨组织置换，与退变改变相似，但不能恢复到注射前那样的结构。
同样是减压原理，胶原酶的作用底物不同，其溶解Ⅰ、Ⅱ型胶原纤维，破坏蛋白多糖依附的网状结构，影响蛋白多糖的亲水性能导致水分丢失，同时激活髓核内源性酶，分解蛋白多糖，两种作用均造成椎间盘内压力降低。从狗实验的X线检查对比，注射后2周木瓜酶和胶原酶都引起椎间隙狭窄，但木瓜酶组约从24周起开始恢复，至52周时约能恢复到注射前的80%，而在胶原酶组，由于网状结构破坏，椎间隙狭窄基本不恢复。
胶原酶椎间盘内注射可引起比木瓜凝乳蛋白酶更严重的腰痛反应，因此朱克闻等改为硬膜外注射的方法，虽然目前国内已大多采取这种注射方法，但对其作用仍有不少质疑。关于硬膜外注射的作用机制目前是这样认为：①硬膜外注射主要溶解椎间盘突出组织，发挥直接减压作用。椎间盘突出时脱出髓核中蛋白多糖的含量减至正常时的50%，与此相反，胶原明显增加，约占纤维环干重的80%，髓核的52%，表明直接挤压神经产生症状的是胶原组织。如上所述，胶原酶的作用底物是胶原纤维，硬膜外注射的位置与神经受压是同一个部位，胶原酶可以直接作用于压迫神经的椎间盘突出物，从外层开始溶解纤维环或脱出髓核的胶原组织，使突出物软化、缩小或吸收，减少或解除对神经的挤压。②硬膜外注射也有与椎间盘内注射相同的间接减压作用。椎间盘内注射时，约1／4发生酶液从椎间盘内流出进入硬膜外腔，同样，鉴于椎间盘的水化功能，尤其在纤维环或后纵韧带明显破裂时，部分酶液也可渗入到椎间盘内，并激活内源性胶原酶，在椎间盘内发挥溶解作用。③硬膜外酶作用的可行性和安全性。硬膜外腔是潜在性腔隙，液体不易流散，加上注射后数小时侧卧固定体位，可使酶液聚集局部发挥作用。硬脊膜受细胞层保护，对酶接触不敏感，神经根对此也无功能影响。④临床和病理证实硬膜外注射的有效性。对29例临床注射无效或复发，然后改做手术治疗的病例进行了观察，术中所见16例椎间盘内呈空虚状，髓核组织残存平均少于1g；8例椎间盘组织松软，与硬膜囊和神经根松散接触，未有挤压；但75．9%（22／29）的病例在注射局部有瘢痕增生，神经粘连。将椎间盘取出，分部位光镜下对照比较，HE染色下见对照组椎间盘呈退行性变化，少数细胞变性，基质均匀，间隔清晰，胶原纤维平行排列，网状结构存在。注射治疗组中，在纤维环的外层即胶原酶注射处可见细胞核模糊或消失，细胞溶解呈空泡状，细胞数减少，网状间隔不清，胶原纤维排列散乱，断裂扭曲成团。随着偏离注射处，纤维环内层胶原纤维断裂减少，细胞变性趋缓。髓核也有类似结构改变，但较轻微。在治疗组近注射部位，PAS染色下细胞胞质内玫瑰红色颗粒及AB染色下酸性黏液的含量均较对照组少，提示注射后局部细胞功能和再生能力下降（图22－2）。
图22－2 椎间盘分部位镜下观
A．纤维环中部分胶原纤维轻微退变，染色不均匀，部分细胞核消失（HE×100）；B．髓核内细胞散在，少量细胞退变，基质染色均匀呈浅蓝色，胶原清晰，染色深蓝。（HE×100）；C．在注射区的大部分陷窝内细胞消失或成空泡状，也有少量细胞再生，胶原纤维节段性断裂形成团块；（HE×100）；D．胶原酶注射后28～33个月，邻近注射区的髓核部位，胶原扭转成不规则团块，部分退变。（AB×100）
椎间盘的软骨基质内胶原和蛋白多糖紧密结合，其间含有多量的水分，软骨溶解酶选择性分解蛋白多糖的肽链部分，造成基质正常结构的破损，降低椎间盘的蓄水能，减小椎间盘内压，改善或解除神经压迫。软骨溶解酶引起髓核溶解的演变比较平稳，其与木瓜凝乳蛋白酶作用差异如下：①在注射后早期，木瓜凝乳蛋白酶使整个髓核几乎完全处于坏死状态，而软骨溶解酶主要分解髓核的基质，作用后仅部分髓核细胞发生变性；②在早期软骨终板也受木瓜凝乳蛋白酶作用影响，形态发生改变，软骨溶解酶不造成类似变化；③比较酶溶解后蛋白多糖的变化，木瓜凝乳蛋白酶注射后12周，蛋白多糖含量约恢复到注射前的50%，软骨溶解酶使用后基本恢复到正常；④酶作用结果，木瓜凝乳蛋白酶使髓核变成少量软骨细胞疏散分布的瘢痕样组织，软骨溶解酶注射后则通过修复、再生，髓核基本恢复成原有的结构（表22－1，表22－2）。
表22－1 软骨溶解酶和木瓜凝乳蛋白酶对兔髓核作用的比较（光镜）
表22－2 3种酶的比较
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