脊椎的形成和人体在出生时的垂直姿势
該文的醫學專家
最近審查:08.07.2025
人体脊柱的发育依次经历膜状、软骨和骨状三个阶段。其组成部分在胚胎发育的早期阶段就已出现。起初,椎体的雏形彼此相距甚远,由胚胎间充质层隔开。随后,椎弓开始发育,横突和关节突形成,之后椎骨几乎完全分化,棘突尚不存在。
胚胎时期,脊索缩小,仅以椎间盘胶状核心的形式保存下来。宫内发育早期脊柱的一个特征是椎体形状相似。宫内发育第二个月末,颈椎尺寸急剧增大。由于缺乏宫内重力作用,即使在新生儿中也未观察到腰椎和骶椎体增大。
胚胎时期,纵韧带位于椎体背面。胚胎时期的椎间盘由间充质形成。胚胎时期脊柱的骨化中心首先出现在下胸椎和上腰椎,随后在其他部位逐渐显现。
孩子出生后,立即开始与各种外界因素作斗争。而形成其姿势的最重要刺激因素就是重力。根据 A. Potapchuk 和 M. Didur (2001) 的研究,从出生那一刻起,直到成人固有姿势的形成,每个孩子都会经历以下几个阶段的动作形成:
- A级 - 孩子俯卧,头部抬起。同时,由于颈部紧张反射,形成一个水平,以确保身体的平衡和肌肉紧张的基本阈值;
- B级 - 肌肉关节连接的形成,为摩托车自动功能的发展奠定了基础。这一阶段相当于学习爬行和坐的阶段;肢体肌肉的单侧及多侧参与机制开始形成,这确保了最佳行走和站立模式的形成;
- C级——在生命的第一年结束时形成,使孩子能够使用现有的运动技能快速在空间中导航;
- D级 - 身体已形成垂直姿势,此时站立时肌肉的平衡可以通过最小的肌肉力量得到保证。随着运动形成水平的变化,脊柱的形状也会发生变化。众所周知,新生儿的脊柱除了骶骨略微弯曲外,几乎没有生理性弯曲。此时头部的高度大约等于身体的长度。婴儿头部的重心位于蝶骨和枕骨软骨连接处的正前方,并且位于颅骨和寰椎关节前方相对较远的位置。颈后肌发育尚不完善。因此,沉重、硕大的头部(相对于身体其他部位而言)会向前垂下,新生儿无法抬起头部。6-7周后,尝试抬起头部会导致颈椎前凸的形成,并在接下来的几个月里逐渐形成,这是新生儿在坐姿时努力保持身体平衡的结果。颈椎前凸由全部颈椎和上两节胸椎组成,其顶点位于第五至第六颈椎的水平。
六个月大时,当孩子开始坐立时,胸椎区域会形成向后凸的弯曲(脊柱后凸)。一岁大时,当孩子开始站立和行走时,腰椎区域会形成向前弯曲的弯曲(脊柱前凸)。
腰椎前凸涵盖第11-12胸椎和所有腰椎,其顶点对应于第三至第四腰椎。腰椎前凸的形成会改变骨盆的位置,并导致人体重心(GG)向髋关节轴线后方偏移,从而阻止身体在直立姿势下跌倒。2-3岁儿童的脊柱形态以腰椎前凸发育不全为特征,成年后达到最佳发育阶段。
骶尾曲线在胚胎时期就已出现。然而,它仅在婴儿首次尝试直立行走并出现腰椎前凸时才开始发育。骶尾曲线的形成受到重力的影响。重力通过脊柱的自由部分传递到骶骨底部,并倾向于将骶骨楔入髂骨之间。此外,骶骨和坐骨之间的韧带也起到了拉力的作用。这些韧带将骶骨下部固定在坐骨结节和棘上。这两种力量的相互作用是决定骶尾曲线发育的主要因素。
随着脊柱生理曲线的形成,椎间盘的形状也会发生变化。如果新生儿椎间盘前后高度相同,那么随着曲线的形成,椎间盘的形状会发生变化,矢状面上的软骨会呈现出略微楔形的形状。在脊柱前凸部位,楔形的较大部分朝前,较小部分朝后。相反,在胸椎后凸部位,楔形的较大部分朝后,较小部分朝前。在骶骨和尾骨部位,脊柱的弯曲朝向后方。骶骨部位的椎间盘具有暂时性作用,在17-25岁时会被骨组织取代,因此骶椎之间将无法进行相对活动。
脊柱在出生后头两年生长尤为旺盛,其长度可达最终身高的30-34%。脊柱不同部位生长不均衡,腰椎生长最快,其次是骶椎、颈椎、胸椎和尾椎。1.5至3岁时,颈椎和上胸椎的生长速度相对减缓。7-9岁时,脊柱开始进一步生长。10岁时,腰椎和下胸椎快速生长。青春期时,脊柱的生长速度也会加快。
到2岁时,脊柱的骨部分和软骨部分的总长度以相同的强度增加;然后软骨部分的生长相对减慢。
新生儿的椎体比成人椎体相对较宽且较短。3至15岁的儿童,其椎骨的高度和宽度均从上至下、从上胸椎到下腰椎逐渐增大。这些差异(至少与宽度增长相关的差异)取决于下方椎骨所承受的重量负荷的增加。到6岁时,椎骨的上下部分以及棘突和横突的末端都出现了独立的骨化点。
椎骨的整体生长在3-6岁时平均以相同的强度进行,高度和宽度均相同。在5-7岁时,椎骨宽度的增长略微落后于高度的增长,随后的年龄,椎骨在各个方向上的生长均有所增加。
脊柱骨化过程分阶段进行。1-2岁时,脊柱弓的两半融合;3岁时,脊柱弓与椎体融合。6-9岁时,椎体的上下表面以及棘突和横突的末端形成独立的骨化中心。14岁时,椎体的中部骨化。21-23岁时,单个椎骨的骨化完成。
随着脊柱曲线的形成,胸腔和盆腔的尺寸增加,这反过来有助于保持直立姿势并改善行走和跳跃时脊柱的弹性。
许多作者认为,人体脊柱的形成及其垂直姿势受到身体整体重心高度的影响。
共同重心位置的年龄相关特征是由生物连接尺寸的不均匀变化以及这些身体连接在生长期的质量比例变化引起的。它们还与每个年龄段习得的特征相关,从儿童第一次站立的那一刻开始,一直到老年,由于衰老的退化,生物力学变化与形态变化同时发生。
根据G. Kozyrev(1947)的研究,新生儿的重心通常位于第V-VI胸椎水平(即通过绷带将下肢最大程度伸直的位置)。新生儿身体的特征比例可以解释重心通常位于颅骨的这一位置。
随着孩子的成长,整体重心逐渐下降。例如,6个月大的婴儿,重心位于第10胸椎的水平。到9个月大时,当大多数孩子能够独立站立时,整体重心会下降到第11-12胸椎的水平。
从生物力学角度来看,最有趣的过程是身体向垂直姿势的过渡。初次站立时,所有肌肉都会过度紧张,不仅是那些直接支撑身体保持垂直姿势的肌肉,还包括那些在站立过程中不起作用或仅起到间接作用的肌肉。这表明肌肉分化不足,缺乏必要的张力调节。此外,重心位置较高和支撑面积较小也会导致不稳定,从而难以保持平衡。
9个月大的婴儿在矢状面上有一种特殊的姿势。其特征是孩子的下肢处于半弯曲位置(9个月大婴儿的膝关节屈曲角度达到162°,1岁大婴儿达到165°),并且身体相对于垂直轴略微向前倾斜(7-10°)。下肢的半弯曲位置并非由于骨盆倾斜或髋关节伸展受限,而是因为孩子适应保持身体平衡,从而排除意外失衡的可能性并确保跌倒的安全性。这个年龄段出现特殊姿势主要是由于缺乏固定站立技能。随着这种技能的获得,身体静态稳定性的不确定性逐渐消失。
两岁时,孩子站立更加自信,重心在支撑区域内移动也更加自由。身体重心的高度大致位于第一腰椎的位置。下肢半弯曲的现象逐渐消失(膝关节屈曲角度达到170°)。
三岁儿童站立姿势的特点是身体垂直,下肢略微弯曲(膝关节弯曲角度为175°)。脊柱区域,胸椎后凸和腰椎前凸清晰可见。身体重心所在的水平面位于第二腰椎水平。双足纵轴与成人呈约25-30°的夹角。
五岁儿童的姿势已不再存在下肢半屈曲的迹象(膝关节角度为180°)。一般重心的水平面位于第三腰椎水平。在随后的几年中,身体重心定位的变化主要表现为其在矢状面上的逐渐减小和更稳定的调节。
由于身体的衰老,肌肉骨骼系统会发生解剖、生理和生物力学的变化。
G. Kozyrev (1947) 确定了三种具有最具特征性的形态和生物力学特征的主要姿势类型。
第一类老年姿势的特征是重心急剧前移,以致矢状面位于下肢三大关节中心的前方。支撑主要在足部前部,头部前倾,颈椎前凸扁平。在颈段和胸段下部,出现急剧的后凸。下肢膝关节处不能完全伸展(屈曲角度在172°至177°之间)。
第二种老年性姿势的特征是重心后移。其矢状面经过髋关节中心后方,并利用髂股韧带的张力被动闭合髋关节。躯干向后倾斜,下腹部向前推。脊柱呈“圆背”状。
第三种姿势的特点是身体整体下垂,躯干没有任何前后倾斜。重力似乎沿着垂直轴压缩了身体;结果,颈部由于颈椎曲度增加而显得更短,躯干由于胸椎后凸增加而显得更短,下肢由于三个主要关节的屈曲而显得更短。整体重心的矢状面从髋关节中心向后穿过,从后方或通过膝关节中心被动地闭合髋关节。因此,后两个关节只能主动闭合。
当检查一位老年人或老年患者时,首先引起注意的是他的姿势,其特征往往是明显的颈椎、腰椎前凸和胸椎后凸。
在老年人和老年患者中,脊柱后凸会加剧,逐渐形成圆背,颈椎和腰椎前凸也会增大。即使在正常的静态负荷下,胸椎后凸也会在一生中有所增加。如果脊柱凹侧长期承受静态负荷(超负荷),椎间盘就会发生变化,形成固定曲率(年龄相关性脊柱后凸),并产生各种后果。Podrushnyak 和 Ostapchuk(1972)根据对脊柱生理曲线的 X 光片分析,确定了五种老年人固有的姿势类型:
- 不变,胸椎曲度角超过159°;
- 弯腰,胸椎角159-151°;
- 脊柱后凸,胸椎曲度角小于151°,腰椎曲度角为155-164°;
- 后凸-前凸,胸椎曲率角度小于腰椎曲率角度的151% - 小于155°;
- 脊柱后凸-扁平,胸椎曲度角小于15°,腰椎曲度角大于164°。
作者发现,随着年龄的增长,曲率最明显的变化是在胸椎的矢状面上,颈椎的变化也相当明显,而腰椎的变化则不那么明显。
60岁及以上人群中,女性更容易出现脊柱侧弯、胸椎后凸、颈椎和腰椎前凸。随着年龄的增长,保持直立姿势不变的人数急剧减少,而脊柱后凸的人数则增加。
在衰老过程中,脊柱的结构和功能会发生各种变化,其中脊椎移位或扭转占有特殊的地位,因为它们的出现频率和严重程度都会随着年龄的增长而增加。
根据Ostapchuk (1974) 的研究,超过一半的几乎健康的男女人群都存在胸椎和腰椎的扭转弯曲,并且随着年龄的增长,这种弯曲的发生率会更高。大多数人的脊柱扭转与额状面弯曲同时存在,其方向与脊柱侧弯的形式密切相关。
随着年龄增长而出现的扭转与最长肌功能障碍密切相关。脊柱扭转和侧弯的共同作用会加剧扭转。最长肌的扭转和功能障碍是在脊柱营养不良-破坏性病变的背景下发生的,会加剧衰老对人体静力学和动力学性能的负面影响。