神经传导要求神经纤维结构和生理功能都完整，如神经被切断，则冲动不能通过断口。神经结构连续时，纤维某一局部功能发生改变（如麻醉、低温），也可阻滞冲动的传导。

神经干包含许多条神经纤维，但在传导冲动时，互不影响相邻的纤维，每条纤维彼此隔绝，以保持神经调节的精确性。

专家们研究和大量临床事实证明，神经干用每秒50~100次连续9~12小时的电刺激，仍能保持其传导功能，因此神经纤维与突触相比较是不容易发生疲劳的，但这种不疲劳是相对的。

刺激神经纤维任何一点产生的冲动，都可沿神经纤维长轴向两端同时传导。

创伤、脱位、骨折使神经根在短时间内受到外力压迫损伤而引起的变化，据胥少汀动物实验，当重力不超过436~463g时，去除压力后神经传导尚可逆转，如压迫重力超过545g，则其传导功能就不能逆转，不能恢复。

神经根受到慢性压迫或炎性反应刺激，除有经A纤维传导的第一痛觉之外，还有由C纤维因压迫或刺激而产生的持久慢性第二痛觉。它不仅受局部压迫强弱的影响，还受体液中H ⁺、K ⁺、Ca ²⁺和中枢兴奋或抑制等多种条件的影响。此外，它受到外源神经脉冲的抑制，如在受压神经根外周附近按摩、揉擦或经皮电刺激，可以收到止痛效果，这是一种外周抑制性会聚现象。

此外，中枢还有不断产生的抑制性物质，如脑啡肽在脑干可对脊髓后角传入损伤性感觉进行调节。如果这些调节系统失衡，轻微神经根受压或刺激就可引起持久的、顽固的根性疼痛。如能及时解除神经根压迫，如解除纤维软骨环、髓核、新生物、黄韧带等的压迫，或消除非特异性炎症及其后遗症的粘连，就能从病因方面消除这种神经根性疼痛。

最近研究报道，所谓非特异性炎症，实际上可能是在某些病人缺乏胞浆素（plasmin）时，对慢性刺激引起的组织渗液中的纤维蛋白无法移除，而积聚形成组织粘连，产生对疼痛传入的持续刺激。Mixter等于1934年首次详细阐述腰椎间盘突出的实质及坐骨神经痛的关系，并采用手术切除突出椎间盘组织的方法解除神经根压迫，以治疗坐骨神经痛。至此，突出椎间盘组织对神经根的机械性压迫损害被认为是诱发坐骨神经痛的重要因素。目前认为突出椎间盘组织对神经根的机制主要包括牵张机制和压迫机制，这两种机制经常共同存在，导致邻近神经根损伤性变化。当神经根受到的压迫作用较轻时，神经递质、蛋白质等营养物质子自神经细胞胞体向轴突远端转运中常受到损害，导致神经支配区功能障碍。犬脊神经压迫模型研究证实，在压迫24小时后经免疫组化方法可观察到受压远端神经轴突内P物质和生长抑素聚集，背根神经节内细胞数量显著减少，压迫一周后可观察到背根神经节内与痛温觉传导相关的P物质和生长抑素阳性反应的神经纤维数量明显减少，这种机械压迫作用破坏了神经正常的新陈代谢，导致神经功能损害。有研究对大鼠背根神经节造成人为挤压伤，经免疫组化方法检测背根神经节和脊髓内细胞外信号调节激酶活化状态（即磷酸化细胞外信号调节激酶活性）发现，其活性状态在背根神经节和脊髓内可持续20分钟，在施万细胞内可持续24小时以上，这种磷酸化细胞外信号调节激酶在炎症刺激和疼痛信息传导过程中起着重要作用，并可导致患者疼痛超敏。当神经受到的压力较大时，神经内部血流减慢，甚至停止，导致神经内部毛细血管淤血、通透性增加、神经纤维变性、郎飞结节移位及髓鞘剥脱性改变。这与手术中见到的神经根病理改变相一致，尤其是椎间孔型腰椎间盘突出患者，其神经病变严重，常需早期手术解除压迫。有些患者活动后疼痛症状常加剧，可能与神经根或椎管内静脉淤血密切相关，经过休息后神经内血流障碍减轻，症状可获得明显缓解。神经根受到损害后，其神经传导性也受到损害，并产生异常的电活动及超兴奋。Otani等将生理盐水注入犬腰椎间盘建立腰椎间盘突出模型，结果在术后第7天，腰神经根传导速度明显减慢。小鼠实验报道将同种异体髓核组织置于左侧腰5神经根旁，可观察到神经根放电率百分率较正常对照组明显增高。有研究在小鼠背根神经节周围分别注射0.5ng、1ng和5ng白细胞介素（IL）-1β、IL-6和肿瘤坏死因子（TNF）α，经电生理技术观察背根神经节及外周可接收区域的基线释放率和机械敏感性显示，背根神经节基线释放率和机械敏感性随注射剂量的增加而增加，在其外周可接收区域也能观察到低剂量IL-1β和TNF-α的同样变化，表明神经支配的周围组织可同时表现为兴奋性和传导性增强。

临床上坐骨神经痛患者的症状在服用非类固醇类抗炎镇痛药（NSAID）或神经脱水剂后可获得明显缓解，手术治疗中也常可见到有些患者腰椎间盘突出并不严重，但邻近的神经根却与周围组织相互粘连，受压神经根也常有充血、水肿、渗出等炎性改变。实验研究也发现，对经过3个月保守治疗无效的椎间盘源性腰背痛患者椎间盘注射类固醇类激素后短期内症状可获得明显缓解，且炎症终板在MRI图像上可产生明显的缓解性改变，提示炎症因素也参与了坐骨神经痛的发病机制。近年来，许多学者对手术切除后突出椎间盘组织进行病理学和免疫组化方面的相关研究。Haro等研究发现，突出腰椎间盘组织的病理学特征为边缘明显、巨噬细胞浸润和血管形成并伴有中等程度T淋巴细胞浸润的肉芽组织。Kobayashi等对手术切除的突出椎间盘标本进行研究，发现新生毛细血管和来源于毛细血管内单核细胞的巨噬细胞是导致椎间盘发生退变的重要因素，且巨噬细胞内溶酶体释放的多种胶原蛋白酶参与了椎间盘退变的发生。免疫组化研究显示，疼痛椎间盘肉芽组织区域有大量肥大细胞和巨噬细胞分布，肉芽组织邻近区域仅有少量分布，而非肉芽组织区域、生理老化椎间盘和正常对照组中则没有分布。俞海明等对确诊为腰椎间盘突出症并有坐骨神经痛症状患者治疗髓核组织标本进行免疫组化研究，发现环氧化酶（COX）-2和血管内皮生长因子（VEGF）参与了椎间盘退变、突出的发病机制，且随着椎间盘退变的进展，COX-2和VEGF的表达逐渐增高；由此认为退变、突出的椎间盘组织是一种发生了炎性改变的组织，据此推测随着腰椎间盘退变的进展，其发生炎症反应的程度也越来越严重。McCarron等将犬自体髓核匀浆组织经导管注入腰硬膜外隙，结果观察到邻近组织发生了明显的炎症反应如硬膜和硬膜外脂肪水肿、纤维蛋白沉积、较多多形核细胞及少量组织细胞、淋巴细胞、浆细胞浸润，说明髓核组织本身具有诱发炎症的作用。由于髓核组织在发生炎症反应的椎间盘组织突出到硬膜外间隙时还具有诱发炎症的能力，可进一步导致邻近结构及髓核组织本身炎症反应加剧，它们之间相互作用、相互制约、反复循环，从而导致病程进展和病情加剧。有研究发现退变、突出的椎间盘组织中多种细胞因子如磷脂酶A2（PLA2）、IL-1β、IL-6、TNF-α、组胺、5-羟色胺（5-HT）、COX、前列腺素（PG）E2、一氧化氮（NO）、IgM、IgG等高浓度表达。这些细胞因子是导致坐骨神经痛的重要因素，IL-1β可刺激PGE2和5-HT合成，且可提高机体对疼痛的敏感性；IL-6可刺激局部炎症细胞聚集、激活和炎症介质释放；氢离子、PGE2、缓激肽、乳酸等则是直接致痛物质，可直接作用于神经纤维而产生疼痛或痛觉过敏，而IL-1β、IL-6、TNF-α等虽无直接致痛作用，但可促进炎症反应发生发展和直接致痛物质的合成释放，还可通过影响血神经屏障或局部微循环而间接影响脊神经和背根神经节，导致血管扩张和通透性增加，引起邻近神经根充血、水肿、渗出，使得受损神经元产生异常电位活动（这是产生痛觉异常的生理学基础），并可通过降低疼痛阈值造成痛觉过敏和感觉异常，增加外周伤害性感受器对PGE2等直接致痛物质的敏感性，产生行为性改变。这些细胞因子存在于炎性椎间盘组织巨噬细胞、T细胞和肥大细胞，并通过细胞脱颗粒方式释放，说明炎症介质与坐骨神经痛发病机制密切相关，因此控制炎症反应对于治疗腰椎间盘突出及其导致的坐骨神经痛，是一个至关重要的措施。

腰椎间盘是人体最大的无血供组织，髓核组织由纤维环包裹而与周围血循环相隔绝，它是一种隐蔽的自身抗原，因此未能被自身免疫系统所识别。当纤维环发生破裂，这种自身抗原暴露后会被自身免疫系统识别，诱发自身免疫反应。Spiliopoulou等对腰椎间盘突出症患者血清和脑脊液检测发现，IgG和IgM增高，且下肢神经功能损害严重者椎间盘中IgM浓度亦明显升高。Pennington等在犬椎间盘组织中发现有IgG浸润。张天宏等研究证实，在破碎椎间盘中存在单核巨噬、T淋巴细胞及免疫复合物沉积而诱发的免疫反应。IgG在突出椎间盘局部沉积，说明同时有体液因素参与了这种自身免疫反应，也证明机体对椎间盘抗原的反应属于迟发型超敏反应。因此，自体髓核组织可诱导自身产生免疫炎症反应。对于这种自身免疫反应与坐骨神经痛的关系，刘志伟等的实验证实抗原抗体复合体阳性和强阳性表达与髓核暴露于机体免疫系统的程度相关，临床疼痛症状程度与自身免疫反应程度相关。突出椎间盘组织中表达的炎症细胞因子、免疫细胞和免疫复合物是导致疼痛的主要因素，但目前对于这种自身免疫反应如何诱发坐骨神经痛的免疫分子学机制尚不清楚。

椎间盘组织是人体较早发生退变的组织之一，当椎间盘发生退变时，神经纤维末梢可长入纤维环内2／3，甚至髓核组织中。有研究对兔腰5／6椎间盘采用免疫组化检测发现，髓核组织表层P75神经营养因子免疫反应神经元阳性率为75.8%±5.1%，酪氨酸激酶A免疫反应神经元阳性率为75.1%±3.9%，这两种神经生长因子对刺激椎间盘及其邻近组织神经纤维长入和生长具有重要作用。研究发现，大鼠实验性腰椎间盘突出模型背根神经节内神经生长因子含量显著增加，并可引起疼痛相关行为改变，这说明神经生长因子还具有促发炎性痛觉过敏和神经性疼痛的作用。有研究发现，人腰椎退变性小关节组织中同样存在神经生长因子及其受体酪氨酸激酶表达，这些神经生长因子促进炎症进展，诱发肌肉酸痛并产生对热刺激的超敏作用。因此，受神经支配的椎间盘是发生腰腿痛的重要病理基础，即有疼痛信息传入神经感觉末梢。

椎管、后纵韧带及其附件、黄韧带、小关节突、硬膜外血管丛的神经供应，除有脊神经后根之外，还有以Luschka命名的窦椎神经。它在人椎间孔内有数个分支，一支是主窦椎神经，由脊神经根和交感神经根组成，主要支配硬膜前间隙及其周围组织；另有3~6支较细的副窦椎神经，主要支配后硬膜外间隙及其周围组织，包括椎间盘纤维软骨环、关节突、黄韧带、侧隐窝等，通常与血管伴行，分布于椎管内壁组织，属无髓或薄髓纤维。当椎管内存在无菌性炎症、化学性或机械性损害时，即可引起颈肩腰痛。

窦椎神经主干在颈部位于椎间盘之后，因此当颈椎间盘突出或骨质增生时，可直接刺激窦椎神经主干；在胸腰部，它不与椎间盘相邻，虽不能直接刺激主干，但其分支和末梢还分布到椎间纤维之后，同样可以因刺激而产生疼痛。椎间孔内的脊神经根、周围结缔组织、细微的动静脉，均有窦椎神经分支，因此，退变关节的变位与慢性损伤，可以通过它们传导不同程度的疼痛。即使不存在椎间盘突出，只要椎管内压增加（如咳嗽、喷嚏）即可使原来已有的组织水肿、粘连等刺激信号加重。小关节突内压增加，位置改变或增生（关节突综合征），椎弓根崩解等，也能引起根性疼痛。

脊柱疾病造成的神经根受压，不仅影响神经传导，同时对神经纤维轴突内轴浆运输功能也有一定的影响，因为后者有供应神经营养的作用，通过轴浆流动可将含有递质的囊泡及某些营养物质运输到轴突末梢。神经末梢还能经常释放某种营养物质，持续地调整所支配组织的内在代谢活动，成为神经的营养作用，它与神经冲动无关。实验证明，切断支配肌肉运动的神经后，肌肉的糖原合成减慢，蛋白分解加速，肌肉逐渐萎缩。长期压迫传出神经纤维轴突也将引起同样后果。因此，神经根受压不仅有由C纤维传入持久的疼痛，同时受压神经根供应的相应节段肌肉也将出现萎缩变细。临床证实，神经根受压轻重与肌肉萎缩程度呈正相关。