脊柱生理曲线变化的生物力学基础及临床意义

1、    脊柱生理曲线变化的生物力学基础及临床意义        关键词脊柱；生理曲线；生物力学；综述脊柱生理曲线的变化特点，已被证实在一定程度上是脊柱失稳的影像学征象，越来越引起人们的关注。胸段和骶尾部的曲度在胚胎时即已出现，为原发性曲度，一般保持不变；而继发性曲度之颈、腰椎生理曲线的研究，对阐述颈、腰椎急慢性损伤的病因病理，提高临床诊治水平显示出重大的意义。 1颈椎生理曲线的研究传统认为，颈椎生理曲线变化可能属于正常现象，与临床无明显确定关系，缺乏重要的临床意义1。随着生物

2、力学的介入和研究方法不断改善，越来越多的证据突出了颈曲在颈椎相关疾病中的重要地位。近年一些研究共同反映了某种趋势：颈椎力学协调紊乱在退变性颈椎失稳中是较骨赘更为重要的发病因素。1.1颈曲的测量方法颈曲测量方法很多。如王成林等2将C2椎体前上缘和C7椎体前下缘联线，其与椎体前缘弧线的最深距离即为颈曲前凸值。张光等3在MRI上，以齿状突顶点至C7椎体下缘为a，其与C4C5后缘中点距离为b，依据tg/42b/a公式，求出角度值作为颈曲角。角度量法在侧位片测量由C2椎体后缘延长线与C7椎体后缘延长线相交所形成的角度，因不受放大的影响，较为可靠4。但临床上更为常用的是Borden氏法，即在颈椎侧位片上自

3、C2齿状突后上缘至C7椎体后下缘划一直线，使椎体后缘连线成一个相应的自然弧，弧的顶点在C5椎体后上缘，弧最大垂直深度为12±5mm；当此数值17mm为曲度增大，7mm为变直，0mm为后凹5。上述这些方法虽有差异，但其结果是一致的。以往线摄片表明颈曲变直、后凹及成角在颈部慢性软组织损伤的患者中发生率较高。颈曲的改变因不同类型的颈椎病有明显差异。神经根型变化较大，几乎均有变直或后突，而脊髓型变化则不甚明显1。但颈曲异常变化也可见于正常人，约占20%30%6.1.2颈曲的生物力学研究头颈之间，如一个能动大球置于一根细柱之上的绞链关系，颈椎与周围组织共同维持稳定，它们易受到静力性或动力性损害

4、。颈曲的生物力学意义在于其增加对抗纵向压力以支持头部抬起的功能。颈曲异常变化与颈段脊柱正常生物力学平衡被破环有着十分密切的关系。颈曲的退变是以颈椎长期异常应力为病理基础。它的发生发展，除了以往所认为的椎间盘退变的原因外，当前研究显示颈椎关节突垂直性增生(先天或发育性)是颈曲后凹及变直原因7。三维光弹实验8和矢状面生物力学模型9分析颈椎各部应力分布反映出钩突关节和后关节突应力值最高或较高，这与骨赘好发部位相符合。日常工作中，颈部常处于屈曲位，后壁连接结构被牵拉，承受更大张应力，椎旁肌组织对于维持稳定起了极大作用。通过切除兔颈椎棘上、棘间韧带和分离椎旁两侧肌肉，建立颈椎病模型，经过8个月阶段的发展

5、，从线片上可发现模型动物颈曲变直，椎间隙狭窄和椎体骨赘形成的颈椎病表现，证明了肌源性因素不可忽视10。椎间盘退变、关节突增生、肌组织破坏可能是颈椎生理弯曲变直的根本原因。1.3颈曲改变的临床意义在青少年时期，颈椎曲线圆滑、柔顺，以后随着年龄增加而使间盘发生早期退变，影响颈椎曲线轮廓11。不良应力刺激(如姿势、外力)，加剧颈曲代偿性力学反应。颈曲代偿性力学反应具有双重性，即稳定性和压迫性，主要通过颈椎曲线变化表现，它可以通过改变颈椎应力状态维系内外平衡，同时在不稳定过渡到稳定过程中付出代价，更多可能刺激某一敏感结构，当损伤积累超过阈值时而产生相关症状。临床上线观察到低龄颈椎病(1519岁)主要是

6、颈椎曲度值改变，而与骨质增生关系很小6。即使在与退变相关的颈椎病中，颈曲也广泛存在着变直、反张、S型、中断等异常，约为52%97%1213，尤以颈曲变直为主。因此，恢复颈椎正常曲线愈来愈成为颈椎病治疗的共识1415。运用生物力学理论建立一个上端自由下端固定的弹性颈椎模型，通过光弹性实验与应力分析计算方法研究表明：当颈椎曲线变化不大，患病部位在C5C6，C6C7，C7T1时，治疗时牵引角度选择2530°；曲度稍直，椎间隙狭窄在C5C6时，牵引角度为1015°；曲度消失，椎间隙狭窄在C5C6，C6C7时，则牵引角度宜为510°，从量化角度深化了牵引角度与颈曲关系16。

7、对脊髓型颈椎病颈曲的研究纠正了以往认为占位因素导致脊髓型颈椎病的观点，证实颈椎失稳是脊髓型颈椎病另一重要发病因素，它的线侧位片上主要表现为颈椎生理曲线折断(约占病例人数69.9%)。颈椎生理曲线折断标志该椎间隙超限屈或伸。颈椎活动度异常继发引起连接结构退变增厚，神经通道狭窄17。2腰椎生理曲线的研究2.1腰曲的测量方法在脊柱曲度中，腰椎前凸对于负重及维持腰部稳定非常重要。对腰曲的研究无论在广度和深度上，均比不上对颈曲的研究。腰椎生理弯曲常用的描述参数为腰椎曲度、前突指数和腰骶角。腰椎曲度的测量常用Seze法，即在线侧位片上自T12椎体后下角至S1后上角做一连线，腰椎各椎体后缘的弧形连线与此线形

8、成一弓，弓顶点正常在L312椎体下角向下引一重力线，由S1后上角至此线的垂直距离，正常范围为2.5cm以内18。腰骶角指沿L5椎体及骶骨前缘各作直线相交形成的钝角。其中以腰椎曲度最为常用。2.2腰曲的生物力学研究腰椎间盘与后方小关节构成三关节复合体。腰曲退变将波及三关节复合体，加速腰椎整体退化和失稳。腰曲实际上参与腰痛病理过程，虽然在具体机制上尚未明了。腰曲改变直接影响到腰椎小关节应力分布状态。腰曲前凸增加时，重力后移，关节囊松弛，将使小关节剪切应力增大，易致退变而失稳19。腰椎生理曲线则可能在椎间盘与小关节中起调节作用，使关节复合体相互作用。流行病学资料证实：男性腰椎间盘退化始于1119岁，

9、女性始于2129岁，椎间盘退变早于小关节20。小关节退变加速椎间盘退变过程，最终使髓核在疲劳或外伤下诱发突出。对于腰椎失稳无症状患者，关节复合体在一方功能失衡情况下，通过腰曲调节，另一方同时进行功能代偿和退变储蓄，虽然在短时间内保持腰椎日常功能，但从长远来看则加剧腰椎整体退变的循环21。不仅是腰椎，周围组织也存在维持腰椎稳定的内在力学关系。腹肌收缩可升高腹压，有助于稳定腰椎，并使骨盆前倾角减小；因骶髂关节限制作用使骶骨倾斜角减小。在长期下腰痛的病人中，腰椎曲度与骶骨倾斜角呈正相关，前凸指数则与腰骶角负相关22。2.3腰曲改变的临床意义腰曲退变不仅是腰椎失稳的诱发因素，而且是腰腿痛的直接致病原因

10、。基于腰椎整体退变的生理趋势，在退变所致的下腰痛病人中，虽然腰椎前突指数保持相对稳定，但是腰椎曲线在40岁以前是随着年龄增加而减小，40岁以后则稳定在一定水平，它较青年(26岁)腰曲明显变小。40岁以后55%患者弓顶下移至L3以下22。从力学角度来看，腰曲变直是腰椎自身增加稳定而出现的代偿性姿势，但它也加重了小关节负担。由于关节面压力增高，继而引起关节软骨损伤23或腰神经后支嵌顿24等，形成腰腿痛症状；同时腰腿痛症状因避痛反应使患者处于被动体位，腰椎防卫性反射以保护局部肌肉免受应力继续作用，促使腰椎前凸消失21。腰椎间盘突出症X线平片观察到腰曲变直或减小是其常见征象25。腰曲退变以某种形式介入腰椎间盘突出症的产生及发展。进一步分析发现，腰椎间盘突出症比较单纯下腰痛，前者腰曲前凸指数减小更显著，从而说明腰椎间盘突出症比单纯下腰痛存在着更大的腰椎不稳22。脊柱的任何活动均受到生物力学关系的制约和协调。脊柱