脊柱的解剖生物力学特征

应从解剖学（生物力学）和功能方面考虑脊柱。

从解剖学角度来看，脊柱由32块（有时是33块）独立的椎骨组成，椎骨通过椎间盘（椎间关节）和关节（椎间关节）相互连接，椎间盘构成软骨联合。脊柱的稳定性或坚固性由连接椎体（前纵韧带和后纵韧带）和椎间关节囊的强韧带、连接椎弓的韧带（黄韧带）以及连接棘突的韧带（棘上韧带和棘内韧带）所保证。

从生物力学的角度来看，脊柱就像一条由独立环节组成的运动链。每节椎骨与相邻椎骨在三个点处连接：

位于背部的两个椎间关节处以及位于前部的身体处（通过椎间盘）。

关节突之间的连接构成了真正的关节。

椎骨上下叠放，形成两列：前列由椎骨体组成，后列由椎弓和椎间关节组成。

脊柱的活动性、弹性和恢复力以及承受巨大负荷的能力在一定程度上是由椎间盘提供的，椎间盘与构成脊柱的所有脊柱结构在解剖学和功能上都有密切的联系。

椎间盘在生物力学中发挥着主导作用，被称为脊柱的“运动灵魂”（Franceschilli，1947）。椎间盘结构复杂，具有以下功能：

• 椎骨融合，
• 确保脊柱的活动性，
• 保护椎体免受持续性创伤（减震作用）。

注意！任何削弱椎间盘功能的病理过程都会破坏脊柱的生物力学。脊柱的功能也会受到影响。

由一个椎间盘、两个相邻的椎骨以及该水平的相应关节和韧带装置组成的解剖复合体称为椎体运动节段（VMS）。

椎间盘由两块透明板组成，它们紧密贴合相邻椎骨体的终板、髓核和纤维环（纤维环）。

髓核是脊索的残余部分，包含：

• 间质软骨素；
• 少量软骨细胞和相互缠绕的胶原纤维形成一种囊并赋予其弹性。

注意！髓核的中间有一个腔，其容积通常为1-1.5 ^cm3。

椎间盘的纤维环由沿各个方向相互缠绕的致密结缔组织束组成。

纤维环的中央束分布松散，逐渐进入髓核囊内，而外周束则紧密相邻，并嵌入骨质边缘。纤维环的后半圆较前半圆弱，尤其是在腰椎和颈椎。由于椎间盘比相邻椎体略宽，因此椎间盘的侧部和前部略微突出于骨组织。

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脊柱韧带

前纵韧带为骨膜，与椎体牢固融合，并可自由穿过椎间盘。

相反，参与椎管前壁形成的后纵韧带则自由地悬置在椎体表面，并与椎间盘融合。该韧带在颈椎和胸椎中较为常见；在腰椎，后纵韧带则退化为一条窄带，沿带间常可见缝隙。与前纵韧带不同，后纵韧带在腰椎部位发育不良，而腰椎部位是椎间盘突出症最常发生的部位。

黄韧带（共23条）分段分布，从C椎到S椎。这些韧带似乎突出到椎管内，从而减小了椎管的直径。由于黄韧带在腰部最为发达，因此在黄韧带病理性肥大的情况下，可观察到马尾受压的现象。

这些韧带的机械作用是不同的，从脊柱静力学和运动学的角度来看尤其重要：

• 它们维持颈椎和腰椎的前凸，从而加强椎旁肌肉的作用；
• 确定椎体运动的方向，其运动幅度由椎间盘控制；
• 通过关闭板之间的空间直接保护脊髓，并通过其弹性结构间接保护脊髓，由于弹性结构，在躯干伸展过程中，这些韧带保持完全伸展（前提是如果它们收缩，它们的褶皱会压迫脊髓）；
• 它们与椎旁肌肉一起帮助躯干从腹屈状态恢复到垂直位置；
• 对髓核有抑制作用，髓核通过椎间盘压力使两个相邻的椎体分离。

相邻椎骨的椎弓、突之间的连接不仅靠黄韧带，还靠棘间韧带、棘上韧带和横突间韧带。

椎骨除了椎间盘和纵韧带外，还通过两个椎间关节连接，这两个关节由具有不同截面特征的关节突构成。这些关节突限制了神经根通过的椎间开口。

脊髓纤维环、后纵韧带、骨膜、关节囊、血管和脊髓膜的外部由窦椎神经（n. sinuvertebralis）支配，窦椎神经由交感神经纤维和躯体神经纤维组成。成人椎间盘的营养通过透明板扩散而实现。

通过列出的解剖特征以及比较解剖学的数据，我们可以将椎间盘视为半关节（Schmorl，1932），而含有滑液的髓核（Vinogradova TP，1951）则与关节腔进行比较；覆盖着透明软骨的椎骨终板被比作关节端，而纤维环则被视为关节囊和韧带装置。

椎间盘是典型的静水力学系统。由于液体几乎不可压缩，作用于髓核的任何压力都会均匀地向各个方向转化。纤维环利用其纤维的张力支撑髓核并吸收大部分能量。由于椎间盘的弹性，在跑步、行走、跳跃等运动中，传递到脊柱、脊髓和大脑的冲击和脑震荡会得到显著减轻。

核心肌群的压力变化很大：负荷减小时，压力增大；负荷减小时，压力增大。如果核心肌群压力较大，可以通过以下情况判断：在平卧数小时后，椎间盘伸直会导致脊柱延长超过2厘米。此外，众所周知，人体一天内身高的差异可达4厘米。

脊柱不同部位的椎体具有各自独特的解剖和功能特点。

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颈椎

根据支撑功能任务，椎体尺寸由颈椎至腰椎逐渐增大，至S椎最大；

• 颈椎与下方的椎骨不同，其椎骨相对较低，呈椭圆形；
• 颈椎椎体在其整个长度上并非由椎间盘隔开。这些椎体上侧边缘细长，称为半月形或钩状突（钩突），与上层椎体的下侧角相连，形成所谓的Luschka关节，或根据Troland的术语称为钩椎关节。钩突与上层椎体关节面之间存在2-4毫米的钩椎间隙；
• 钩椎关节面覆有关节软骨，关节外侧被关节囊包裹。在此区域，椎间盘外侧面纤维环的垂直纤维分叉，并成束平行于开口走行；然而，椎间盘并不直接与该关节相连，因为随着接近钩椎裂隙，纤维环逐渐消失；
• 颈椎的一个解剖特征是横突底部有开口，椎动脉通过这些开口；
• _{C5 、} C6_和C7椎间孔_呈三角形。剖面图上，孔的轴线沿斜平面延伸。因此，为椎间孔变窄和椎根因钩椎骨生长而受压创造了条件；
• 颈椎棘突（C7 除外_）被劈开并降低；
• 关节突相对较短，位于额面和水平面之间的倾斜位置，这决定了较大的屈伸运动量和有限的侧向倾斜；
• 由于齿状突与 C1 椎骨关节面呈圆柱形连接，因此旋转运动主要由上颈椎进行；
• _C7棘突最大程度突出，容易触诊；
• 颈椎的特点是运动类型多样（屈伸、左右弯曲、旋转），且运动量最大；
• 第一、二颈根出现在寰枕关节和寰枢关节后方，这些区域没有椎间盘；
• 在颈部，椎间盘的厚度是相应椎骨高度的1/4。

颈椎的力量比腰椎弱，活动性更强，通常承受的压力也较小。然而，颈椎间盘每平方厘米^的负荷并不比腰椎小，甚至还要大^（ Mathiash）。因此，颈椎的退行性病变与腰椎一样常见。

R. Galli 等人 (1995) 证明，韧带装置在椎体之间提供的活动性非常小：相邻椎骨的水平位移从未超过 3-5 毫米，角度倾斜度为 11°。

当相邻椎骨体之间的距离超过 3-5 毫米，并且椎骨体之间的角度增加超过 11° 时，PDS 就会不稳定。

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胸椎

胸椎部位脊柱活动范围较小，椎骨比颈椎更高更厚，从Th5_到Th12胸椎，其横向尺寸逐渐增大，接近上腰椎的尺寸；胸椎椎间盘小于腰椎和颈椎；椎间盘厚度为相应椎骨高度的1/3；胸椎椎间孔比颈椎窄；椎管也比腰椎窄；胸根内有大量交感神经纤维，不仅使胸椎神经根病呈现特殊的植物性着色，还可引起内脏疼痛和运动障碍；胸椎横突相对较大，末端增厚，略向后倾斜，棘突明显向下倾斜；肋骨结节与横突增厚的游离端前表面相连，形成真正的肋横突关节；肋骨头与椎间盘水平椎体侧面之间形成另一个关节。

这些关节由强韧的韧带强化。当脊柱旋转时，肋骨和带有横突的椎体的侧面跟随脊柱，作为一个整体围绕垂直轴旋转。

胸椎具有两个显着特征：

• 正常的后凸曲线，与颈椎和腰椎的前凸曲线相反；
• 每块椎骨与一对肋骨相连。

胸椎的稳定性和活动性

主要稳定要素有：a)肋骨框架；b)椎间盘；c)纤维环；d)韧带（前后纵韧带、桡韧带、肋横韧带、横间韧带、黄韧带、棘间韧带和棘上韧带）。

带有韧带装置的肋骨提供足够的稳定性，同时限制运动（屈曲 - 伸展、侧弯和旋转）过程中的活动性。

注意！在胸部区域移动时，旋转受到的限制最少。

椎间盘与纤维环一起，除了起到缓冲作用外，还起到稳定作用：在这一部分，椎间盘比颈椎和腰椎部分的椎间盘要小，从而最大限度地减少了椎体之间的活动性。

韧带装置的状况决定了胸椎的稳定性。

许多作者（Heldsworth、Denis、Jcham、Taylor 等）证实了三点稳定性理论。

后部复合体起着关键作用：其完整性是稳定性的必要条件，后部和中部支撑结构的损伤会表现为临床不稳定。

一个重要的稳定元素是关节囊，关节的解剖结构也确保了结构的完整性。

关节位于额状面上，限制了屈伸和侧弯；因此，胸椎区域的关节半脱位和脱位极为罕见。

注意！最不稳定的区域是 Th10-L1 区域，因为胸椎区域相对稳定，而腰椎区域活动性更强。

腰骶椎

腰椎中支撑着上部部分的重量：

• 椎骨体最宽，横突及关节突巨大；
• 腰椎椎体前表面在矢状面上略微凹陷；L椎体前部略高于后部，这在解剖学上决定了腰椎前凸的形成。在前凸状态下，负重轴向后移动，有利于绕身体垂直轴的旋转运动；
• 腰椎横突正常情况下位于正面，腰椎横突腹侧为相应腰肋骨发育不全的残留部分，故称肋突（processus costarii vertebrae lumbalis），肋突基部有较小的副突（processus accessorius）；
• 腰椎关节突明显突出，关节面与矢状面成一定角度；
• 棘突增粗，近乎水平向后延伸；左右两侧上关节突的后外侧缘各有一小的圆锥形乳头突（乳头突）；
• 腰椎椎间隙较大，但在脊柱变形、退行性病变、静态性疾病等情况下，根性疼痛综合征最常发生在该区域；
• 腰椎间盘按承受的最大负荷，最大高度为身高的1/3；
• 椎间盘突出和脱垂最常见的位置对应于最负荷的部分：L4_和Ls之间的空间_，以及较少见的 C 和 S1 之间的空间；
• 髓核位于椎间盘后中段的交界处。该区域的纤维环前方明显较厚，由致密的前纵韧带支撑，该韧带在腰部最为发达。后方的纤维环较薄，由一条纤细且欠发达的后纵韧带与椎管隔开，该韧带与椎间盘的连接比与椎体的连接更牢固。该韧带通过疏松结缔组织与椎体连接，静脉丛嵌入其中，这为椎体在椎管内形成突出和脱垂创造了额外的条件。

脊柱的特征之一是在矢状面上存在四个所谓的生理曲率：

• _{颈椎前凸，由所有颈椎和上胸椎形成；最大凸度位于C5}和_C6水平；
• _{胸椎后凸，最大凹陷处在Th6}～_Th7水平；
• 腰椎前凸，由最后一节胸椎和所有腰椎形成。最大曲率位于身体L4_水平；
• 骶尾部后凸。

脊柱功能障碍的主要类型是生理曲线的平滑化或增大（脊柱后凸）。脊柱是一个单一的轴向器官，其解剖结构的划分是有条件的，因此，不可能存在过度前凸的情况，例如，颈椎前凸过度，而腰椎前凸平滑；反之亦然。

目前，脊柱平滑型和脊柱前凸型变异的主要功能障碍类型已经得到系统化。

1. 当脊柱的生理曲线变得平滑时，就会出现屈曲型功能障碍，其特征是患者被迫处于屈曲位置，包括：

• 颈椎运动节段（包括头部关节区域）活动受限；
• 下斜头炎综合征;
• 颈部深屈肌和胸锁乳突肌的损伤；
• 前斜角肌综合征；
• 肩胛区综合征（肩胛提肌综合征）；
• 前胸壁综合征；
• 在某些情况下 - 肩胛骨周围炎综合征;
• 在某些情况下 - 肘外上髁综合征;
• 第一肋骨活动受限，在某些情况下 - 第一至第四肋骨、锁骨关节活动受限；
• 腰椎前凸扁平综合征；
• 椎旁肌综合征。

腰椎和下胸椎运动节段活动受限：腰椎屈曲和下胸椎伸展：

• 骶髂关节活动受限；
• 内收肌综合征；
• 髂腰肌综合征。

2. 随着脊柱生理弯曲度的增加，出现伸展型功能障碍，其特征是患者在疾病临床表现期间出现伸直的“骄傲”步态，腰椎和颈椎伸展受限。它包括：

• 中颈椎和颈胸椎运动节段活动受限；
• 颈部伸肌颈痛；
• 在某些情况下 - 肘内上髁综合征;
• 胸椎运动节段活动受限。
• 腰椎前凸综合征；
• 腰椎运动节段伸展受限：L1-L2 和 L2 L3 _，在某些情况下 - _L3 - _L4；
• 腿筋综合症；
• 髋外展肌综合征；
• 梨状肌综合征；
• 尾骨痛综合征。

因此，即使在正常生理条件下，当主动运动的对称性受到干扰时，脊柱的结构也会发生变化。由于生理弯曲，脊柱能够承受的轴向负荷是同等厚度混凝土柱的18倍。这是因为在存在弯曲的情况下，负荷力会均匀分布在整个脊柱上。

脊柱还包括其固定部分——骶骨和稍微可移动的尾骨。

骶骨和第五腰椎是整个脊柱的基础，为其上的所有部分提供支撑并承受最大的负荷。

脊柱的形成及其生理和病理曲线的发展受到IV和V腰椎与骶骨的位置，即骶骨与脊柱上覆部分之间的关系的显著影响。

正常情况下，骶骨与身体垂直轴呈30°角。骨盆明显倾斜会导致腰椎前凸，以保持平衡。

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