椎間盤中的纖維有膠原纖維、彈性纖維和網(wǎng)狀纖維，以膠原纖維為主，后兩種所占比例很少。

1．膠原纖維　膠原纖維（collagenous fiber）主要由膠原蛋白構(gòu)成，約占椎間盤干重的1/2，是細胞間質(zhì)中的主要有形成分。新鮮狀態(tài)下的膠原纖維呈白色，又稱白纖維，常成束存在于疏松結(jié)締組織、致密結(jié)締組織、骨及軟骨中。膠原纖維長短不一、粗細不等、波浪形走行、相互纏繞呈不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)成細胞間的支架。其橫斷面近似橢圓形，直徑在1～20μm之間，用石灰水和苦味酸水溶液可將纖維間的黏合質(zhì)溶解，從而獲得分離的膠原原纖維。膠原纖維有嗜酸性，可被酸性染料伊紅或酸性復紅染成紅色。Mallory和Masson三色染色法均被染為藍色。在偏光顯微鏡下膠原纖維具有正單軸雙折光的屬性，如用苦味酸－Sirius紅偏振光法染色，染料與膠原分子結(jié)合，與纖維平行排列，增強了纖維的雙折光性，用偏光顯微鏡觀察纖維呈亮紅色。這種染色方法也可用來分析不同類型纖維的分布，鑒別Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原，染色強度與膠原濃度呈量的線性關系。

膠原蛋白易被胃蛋白酶消化，用水久煮亦可使其溶解，經(jīng)冷凍后又成凝膠狀，亦即明膠。膠原纖維易溶于稀堿溶液，如稀氫氧化鉀溶液，或較強的酸溶液，如濃的冰醋酸溶液中。在稀酸溶液中，膠原纖維產(chǎn)生可逆性膨脹，故在新鮮的結(jié)締組織鋪片上，膠原纖維的橫紋，可因加稀酸而消失。由于這種原因，凡是用含有稀酸的固定液處理過的組織，不可直接用水洗，而宜用酒精或能防止膠原纖維膨脹的硫酸鈉或硫酸鋰浸洗。

構(gòu)成膠原纖維的超微結(jié)構(gòu)單位為膠原原纖維（collagenous fibril），經(jīng)黏合質(zhì)黏合而成膠原纖維，黏合質(zhì)為蛋白多糖和糖蛋白，故過碘酸希夫反應（periodic acid Schiff reaction，PAS）呈陽性。在電鏡下，膠原原纖維上可見64～70nm周期性的橫紋（圖4－9）。膠原原纖維直徑一般在10～50nm之間，但聚合程度低的直徑較小，僅幾個納米，也不顯周期性的橫紋，橫紋是否出現(xiàn)并不完全依賴于原纖維的粗細。

在各種不同結(jié)締組織中，膠原原纖維的直徑差別亦甚大，其粗細及聚合模式并不決定于膠原分子遺傳上的差異，而是受翻譯后的修飾和基質(zhì)蛋白多糖及局部微環(huán)境等因素的影響。直徑大于50nm，有橫紋的膠原原纖維分布較廣，由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原蛋白構(gòu)成。另外，隨年齡增長及組織老化，纖維可增粗至200nm。膠原纖維的抗拉性能甚強，如肌腱每立方毫米可承受6kg的拉力，但牽張延伸性較差，只有其長度的5%。

圖4－9　膠原纖維及其分子結(jié)構(gòu)模式圖

2．膠原蛋白　膠原蛋白分子為一種由3股多肽鏈呈螺旋形纏繞而成的繩索狀長分子，長約300nm，直徑約1．5nm，是細胞間質(zhì)中結(jié)構(gòu)性的超分子聚合體，它們平行聚合成膠原原纖維。由于3股多肽鏈相互平行的相鄰分子之間錯開1/4分子長度（約70nm），而同一直線上首尾相隨的兩膠原蛋白分子之間又保持著約40．2nm的距離，故相鄰平行的膠原蛋白分子間首尾約26．2nm的段落相互重疊。以膠原蛋白分子作為單體，按此方式聚合成的膠原原纖維上，出現(xiàn)疏密間隔相同的周期性橫紋區(qū)，每個周期寬64（干）～70 nm（濕），一個膠原蛋白分子約有4．48個周期。

膠原蛋白分子中的每條多肽鏈約含1　050個氨基酸殘基，以羥脯氨酸含量最多。按照氨基酸組成及排列順序不同，可分為α1、α2、和α3三類，各類又有多種亞型。α肽鏈雖然很長，但其合成速度卻是相當快的，在供氧充足的情況下，5～10min便可形成一條前膠原蛋白分子。至今已發(fā)現(xiàn)19種不同類型的膠原（Ⅰ～ⅩⅨ），以上各類膠原中只有Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型形成光鏡下可見的纖維結(jié)構(gòu)，其它各型只有用電鏡或免疫熒光法才能顯示。Erriigton用免疫組織化學的方法對椎間盤內(nèi)的膠原進行定位研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在正常的纖維環(huán)、髓核及軟骨終板中，含有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅸ、Ⅺ等型膠原。不同結(jié)構(gòu)的膠原來源不同，如纖維環(huán)和軟骨終板內(nèi)的膠原由軟骨細胞合成，髓核內(nèi)的膠原由脊索細胞或軟骨樣細胞合成。Ⅰ型膠原分布廣泛，它構(gòu)成的原纖維直徑為50～90nm，有橫紋，常形成膠原纖維或聚集成膠原纖維束。Ⅰ型膠原可與Ⅲ型、Ⅴ型膠原共同存在于一條膠原纖維內(nèi)。Ⅱ型膠原構(gòu)成的原纖維很細，不形成較長的纖維，只有在偏光顯微鏡下或經(jīng)苦味酸猩紅染色才能顯示。由Ⅲ型膠原形成的纖維稱網(wǎng)狀纖維，因其有嗜銀性，又稱嗜銀纖維，只有用硝酸銀染色才能顯示，呈棕黑色。以Ⅲ型膠原為主的膠原纖維具有較強的伸展性，可賦予所在的器官一定的彈性。Ⅴ型膠原數(shù)量少，但分布廣泛，不形成纖維，可能參與纖維內(nèi)和纖維間的連接，維持和調(diào)節(jié)Ⅰ型膠原原纖維的直徑。Ⅵ型膠原量很少，存在于Ⅰ和Ⅲ型膠原所在的部位，它是一種短鏈分子，由長約100nm兩端帶有球形區(qū)的3股螺旋肽鏈組成，分子常側(cè)側(cè)聚合形成多聚體。在某些情況下，四聚體可端端連接形成細小（直徑5～10nm）串珠狀的原纖維。Ⅸ型膠原的α2肽鏈上獨具共價結(jié)合的硫酸軟骨素鏈的糖鏈環(huán)繞在Ⅱ型膠原的表面，可能具有限制原纖維增粗、穩(wěn)定纖維形態(tài)的作用。Ⅸ型膠原是Ⅱ型膠原原纖維交叉部位的偶聯(lián)物，有維持膠原原纖維在軟骨內(nèi)的三維空間排列的作用，它可作為軟骨形成的標志物。

膠原蛋白的合成過程復雜，歷經(jīng)多個步驟，至少有8種以上的酶參與催化，每一步驟都涉及終產(chǎn)物的正常結(jié)構(gòu)和功能，羥脯氨酸對形成膠原蛋白的3股螺旋肽鏈至關重要。膠原蛋白的合成過程受很多因素的影響和調(diào)控，酶的異?；蚰承┎±硪蛩乜梢鹉z原合成異常或中斷，引起所在器官膠原質(zhì)和量的異常，而缺乏氧氣、維生素C和鐵則可影響膠原蛋白的合成和排泌，最終會導致器官的功能改變。膠原酶可將膠原裂解為兩部分，再由非特異性酶降解。