膠原（collagen，Col）是人體內(nèi)最豐富的一簇結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，約占人體蛋白總量的1/3，為椎間盤(pán)的主要組織成分和結(jié)構(gòu)單位，占椎間盤(pán)干重的1/2，構(gòu)成椎間盤(pán)的框架。膠原的定量分布大多具有組織特異性。纖維環(huán)的膠原纖維呈同心圓狀致密排列，層間纖維方向相交90°，使其具有高度彈性和基本無(wú)伸展性。髓核中膠原呈松散網(wǎng)狀排列，構(gòu)成髓核的框架，圍繞髓核周?chē)倭康哪z原纖維形成束帶，構(gòu)成移行區(qū)。軟骨板由透明軟骨組成，其膠原纖維排列與關(guān)節(jié)軟骨相似。

既往的研究已發(fā)現(xiàn)15種類(lèi)型的膠原蛋白分子，其中5種在人體中含量豐富。脊柱主要有兩種膠原，即Ⅰ型、Ⅱ型。Eyre和Muir（1976）首先利用溴化氫裂解、磷酸纖維素層析，發(fā)現(xiàn)了Ⅰ型、Ⅱ型膠原在椎間盤(pán)組織中的分布規(guī)律。Ⅰ型膠原主要集中在纖維環(huán)的外層，占椎間盤(pán)Ⅰ型膠原總量的40%。由外層向內(nèi)層及髓核方向，Ⅰ型膠原逐漸減少，Ⅱ型膠原含量逐漸增多，髓核則主要含Ⅱ型膠原。

Ⅰ型膠原：分子結(jié)構(gòu)型［α1（Ⅰ）］2α2，長(zhǎng)約300nm，直徑1．5nm。由1 050個(gè)左右的氨基酸構(gòu)成，相對(duì)分子量為3×105。膠原分子由細(xì)胞粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核蛋白合成，經(jīng)過(guò)細(xì)胞內(nèi)外的修飾，在細(xì)胞外聚合成膠原原纖維。有12～15個(gè)羥賴(lài)氨酸殘基，由于亞氨酸的糖化作用弱，分子的水含量較低，能耐受強(qiáng)的張力和剪力，不耐受壓力。直徑1mm的Ⅰ型膠原纖維能夠耐受20～40kg的張力。

Ⅱ型膠原：分子結(jié)構(gòu)型由3條α1（Ⅱ）鏈構(gòu)成，在氨基酸構(gòu)成上與Ⅰ型膠原明顯不同。Ⅱ型膠原分子中的羥賴(lài)氨酸殘基含量達(dá)36～72個(gè)。這些亞氨基酸的意義在于其攜帶側(cè)鏈和高糖化作用；羥賴(lài)氨酸側(cè)鏈經(jīng)糖化作用后產(chǎn)生二糖衍生物（葡萄糖基半乳糖羥賴(lài)氨酸）和單糖衍生物（半乳糖基羥賴(lài)氨酸）。糖化作用使水分子在亞氨基酸的側(cè)鏈上聚集，使膠原更適于承受壓力，髓核中Ⅱ型膠原的糖化羥賴(lài)氨酸占羥賴(lài)氨酸總量的60%～70%。故Ⅱ型膠原體積較Ⅰ型膠原體積大25%。氨基酸構(gòu)成的不同，使Ⅱ型膠原與Ⅰ型膠原的功能不同；高羥化（水化）纖維更適于變型，能承受和吸收壓力。

纖維環(huán)含Ⅰ型和Ⅱ型膠原，髓核中心含Ⅱ型膠原，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Ⅰ型膠原存在，纖維環(huán)外層（1～4層）以Ⅰ型膠原為主，為61．5%，Ⅱ型為38．5%；由外向內(nèi)Ⅰ型膠原逐漸移行為Ⅱ型膠原，至纖維環(huán)和髓核移行區(qū)（9～10層）則以Ⅱ型膠原為主，Ⅱ型膠原為70．6%，Ⅰ型為29．4%。纖維環(huán)膠原含量明顯高于髓核，而且主要以Ⅰ型和Ⅱ型膠原為主，兩者共同編織成粗的纖維束，賦予纖維環(huán)可靠的張力強(qiáng)度，共同構(gòu)成椎間盤(pán)的框架，而髓核中膠原含量較少。髓核膠原其主要成分為Ⅱ型膠原，纖維較細(xì)，與其上附著的具有吸水特征的黏多糖蛋白形成復(fù)合體微粒（直徑0．003～0．02μm），共同維持髓核容積和性質(zhì)的穩(wěn)定，使髓核具有承受壓力、吸收震蕩和彈性形變的能力。

使用溴化氫裂解、磷酸纖維素層析、電泳等方法，顯示出Ⅰ型、Ⅱ型膠原在椎間盤(pán)組織中的分布規(guī)律呈明顯特征性移行變化，即Ⅰ型膠原主要集中在纖維環(huán)的外層（1～4層），為61．5%，Ⅱ型為38．5%；由外層向內(nèi)層及髓核方向，Ⅰ型膠原逐漸減少，Ⅱ型膠原逐漸增多，至纖維環(huán)和髓核移行區(qū)（9～10層）Ⅱ型膠原含量可達(dá)70．6%，而Ⅰ型僅為29．4%。髓核則主要含Ⅱ型膠原，至髓核中心只含Ⅱ型膠原，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Ⅰ型膠原存在。

Ⅲ型膠原：分子結(jié)構(gòu)型為α1（Ⅲ）3鏈構(gòu)成，Ⅲ型膠原纖維呈纖細(xì)的網(wǎng)狀，在正常椎間盤(pán)組織中可用免疫熒光方法觀察到。Roberts（1991）使用4種Ⅲ型膠原的抗血清，對(duì)不同物種正常椎間盤(pán)組織，采用免疫組化方法染色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在椎間盤(pán)細(xì)胞的周?chē)孝笮湍z原的陽(yáng)性染色。退變椎間盤(pán)Ⅲ型膠原的含量明顯高于正常椎間盤(pán)，提示Ⅲ型膠原含量增多與椎間盤(pán)退變、創(chuàng)傷和修復(fù)有關(guān)。

椎間盤(pán)微量膠原類(lèi)型：已證實(shí)，除含Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型膠原成分外，還含有Ⅳ、Ⅴ、Ⅸ、Ⅹ……等15種不同類(lèi)型的膠原成分。Nerlich等（1997）對(duì)不同年齡組椎間盤(pán)組織進(jìn)行光鏡觀察及免疫組織化學(xué)染色，發(fā)現(xiàn)年輕及成年人中椎間盤(pán)髓核周?chē)啄ど嫌孝艏阿湍z原存在，基底膜的形成是髓核細(xì)胞在應(yīng)力作用下細(xì)胞自身穩(wěn)定的特征。Ⅹ型膠原由椎間盤(pán)肥大的軟骨細(xì)胞合成，同樣受生物力學(xué)因素的影響，它的出現(xiàn)預(yù)示髓核細(xì)胞類(lèi)型的改變。Nerlich（1998）采用相同的方法發(fā)現(xiàn)，在正常髓核、纖維環(huán)內(nèi)緣及軟骨終板中存在Ⅳ型膠原。Ⅳ型膠原的存在可能與椎間盤(pán)退變相關(guān)。Roberts（1991）應(yīng)用免疫定位技術(shù)發(fā)現(xiàn)Ⅵ型膠原位于椎間盤(pán)及軟骨終板細(xì)胞旁，其功能尚不清楚。有學(xué)者認(rèn)為：Ⅵ型膠原是Ⅰ、Ⅱ型膠原即間質(zhì)膠原與軟骨細(xì)胞之間傳遞信息的橋梁，可能是控制膠原纖維形成的重要因素；Ⅵ型膠原與椎間盤(pán)結(jié)構(gòu)及功能的穩(wěn)定性有關(guān)。這些膠原成分的變化與椎間盤(pán)細(xì)胞的代謝直接相關(guān)，是椎間盤(pán)細(xì)胞表型改變的標(biāo)志。上述微量膠原成分盡管含量少，但它們?cè)谧甸g盤(pán)基質(zhì)膠原纖維的組織過(guò)程及椎間盤(pán)生物力學(xué)等方面發(fā)揮著重要作用。