脊柱的稳定性及病理过程

什么叫做脊柱稳定性

　　Write等(1987)最先提出脊柱稳定性的概念，认为在生理条件下脊柱各结构能够维持其相互间的正常位置关系，不会引起脊髓或者脊神经根的压迫和损害，称为“临床稳定”，而当脊柱丧失这一功能时，叫作“临床不稳定”。

　　影响脊柱稳定性的因素包括四大类：结构性稳定器—椎体的形状与大小，关节面的形状、大小与方向;动力性稳定器—韧带、纤维环、关节面软骨;流体力学稳定器—髓核的膨胀度;随意性稳定器—整体运动肌和局部稳定肌。

　　以上四种因素的病理改变都可导致脊柱稳定性的下降，如脊柱骨折导致结构性稳定器的破坏，腰部急性扭伤导致动力性稳定器的损坏，随着年龄增长、髓核的膨胀度逐渐下降，以及各种原因导致的肌肉功能下降。对于结构性稳定器、动力性稳定器、流体力学稳定器的问题，临床一般采取保守治疗如卧床、矫形器保护、药物、牵引、理疗等方法，对于随意性稳定器的功能障碍，则采取运动治疗技术。

　　Panjabi于1992年提出了保持脊柱稳定性“三亚系模型”：被动亚系、主动亚系和神经控制亚系。

　　三亚系间的相互关系?

　　被动亚系主要由椎体、小关节突和关节囊、韧带等成分组成。躯干前屈过程中，后纵韧带、小关节突及其关节囊和椎间盘是主要的稳定性维系结构。

　　躯干后伸过程中，前纵韧带、纤维环前部纤维和小关节突是主要的稳定性维系结构。水平旋转运动中脊柱的稳定性主要由椎间盘和椎骨关节突维系。侧屈过程中脊柱稳定性的研究较少，可能与椎体间韧带作用有关。在脊柱活动的中位区域，被动亚系还可作为本体感受器，感受椎体位置的变化，为神经控制亚系提供反馈信息。其感受器主要位于椎间盘、韧带和关节面上。

　　被动亚系损伤可以增大中位区间的范围，提高对神经控制亚系活动的要求。中位区域(Neutral Zone)是指在此脊柱活动范围内，脊柱节段活动的内部阻力较小，属于生理性活动范围的一部分，此时总内应力(活动阻力)保持最小值状态。张力性区域(Elastic Zone)指从中位区域(NZ)到脊柱节段活动极限范围之间区域，此时脊柱节段活动会遇到较大的内部阻力。在NZ区间，被动亚系不参与脊柱稳定性维持，此刻的脊柱稳定性取决于局部肌肉(local muscle)活动的维系;在EZ区间，被动亚系参与脊柱稳定性维持。

　　主动亚系由肌肉和肌腱组成，它们与神经控制亚系协同活动，共同维系脊柱在中位区间的稳定性。采用去除肌肉的实验证明，缺乏相应的肌肉的支持，腰椎可以在极其轻度的负载之下就会变得非常不稳定。单节段肌肉如横突间肌和棘突间肌，因其肌肉体积小、位置靠近脊柱旋转运动的中心且肌梭密度高，故主要作为张力传感器，为神经控制亚系提供脊柱姿势和运动状态的反馈信息。体积较大的多节段肌肉主要参与脊柱运动的运动及其控制。腰部竖脊肌是完成搬举动作的主要背伸肌肉;旋转运动主要由腹斜肌收缩完成;而腰部节段运动控制主要由腰部多裂肌活动完成，用以控制搬举和旋转运动时的腰椎节段稳定性;额状面脊柱运动的稳定性研究较少，一般认为主要与腰方肌活动有关。腹部肌肉与脊柱稳定性的关系尚未定论。有研究认为腹肌因其收缩活动能够增加腹内压和提高腰背筋膜张力而在维持背伸运动中发挥主要作用，但也有研究指出这种作用不可能长时间维持。目前研究认为，腹肌是躯干前屈和旋转的运动肌。

　　神经控制亚系指神经肌肉运动控制系统，它可以接受来自脊柱稳定性有关肌肉的信息，然后控制主动亚系的有关肌肉活动，维持脊柱的稳定。神经控制亚系主要接受来自主动亚系和被动亚系的反馈信息，判断用以维持脊柱稳定性的特异性需要，然后启动相关肌肉的活动，实现稳定性控制的作用。

　　研究发现，神经控制亚系功能障碍是其他脊柱结构损害的危险因子。此外，一次损伤后神经控制功能没能得到彻底康复也可以使得再次损伤的危险性提高。研究发现，神经控制亚系能够预测即将发生的肢体运动，然后启动相关肌肉活动来保持肌肉稳定性，如在上肢运动发生之前多裂肌和腹横肌活动先行启动。而慢性腰痛患者这些肌肉的启动时间相对较晚，表现出明显的神经控制功能障碍。慢性腰痛患者腰部脊柱稳定性的神经控制功能较差且在初期损伤后的功能恢复不能自动进行，需要采用特殊的方法加以训练

　　根据Panjabi的观点，三个亚系分别是维持脊柱稳定性的三个独立性因素，通常某一因素的损害，可以由其它要素加以代偿。而各个亚系之间的功能无法代偿的时候，脊柱稳定性逐渐丧失，出现各种临床症状。

　　根据功能和解剖位置的不同，将脊柱周围肌肉区分为局部稳定肌和整体运动肌两类。

　　在肌肉保持脊柱稳定的作用中，局部稳定肌起到主要作用，整体运动肌主要作为身体运动所需的动力的来源，负责做功，而在保持脊柱稳定性方面起到辅助作用。整体运动肌位于表层、具有双关节或者多关节分布如连接胸廓和骨盆，这些肌肉收缩通常可以产生较大的力量，通过向心收缩控制椎体的运动和产生功率，如骶棘肌(分三组肌肉，腰部主要为腰部最长肌和髂肋肌)、背阔肌等。局部稳定肌肉通常起源于脊椎，它们的主要作用是控制脊柱的弯曲度和维持脊柱的机械稳定性，通常位于深部、具有单关节或者单一节段分布、通过离心收缩控制椎体活动和具有静态保持能力，脊柱最重要的局部稳定肌为多裂肌，其他如腹横肌、腰大肌也起到类似作用。多裂肌作用包括提供脊柱的节段稳定、保持脊柱的自然生理前凸、控制小关节的运动、调整椎体间压力和负荷的分配。腰部多裂肌的每一肌束均有来自背部神经支的内侧分支分布，且均来自同一节段腰椎的神经，这就意味着节段间的多裂肌能调整和控制相应节段去承载负荷，多裂肌是唯一一块主要起到保护椎骨的作用的肌肉。多裂肌与椎骨关节突关节有非常紧密的关系，控制椎骨关节突关节在头尾方向的滑动，控制着在椎骨上的压力和负荷的分配。

　　脊柱的渐进性损伤过程

　　(一)脊柱疾病的病理过程

　　从生物力学的角度看，脊柱退变性疾病的发展过程就是一个脊柱稳定性逐渐丧失的过程。通常有以下几个常见原因导致脊柱稳定性的逐渐丧失：

　　1.脊柱长时间姿势不当或过度负荷。研究显示，长时间座位工作者，患慢性腰痛的几率较高。同样，反复弯腰搬取重物也容易导致腰背肌肉劳损、韧带椎间盘等结构出现损伤。

　　2.椎间盘的退变：20岁后椎间盘开始退变，髓核及纤维环含水量逐渐减少，髓核张力下降，椎间盘高度逐渐降低;同时髓核中的多糖蛋白含量降低，胶原纤维含量增多，髓核弹性下降;纤维环各层逐渐发生玻璃样变性，裂隙逐渐产生;软骨板退变，逐渐变薄并囊性变。积累性损伤是椎间盘退变的主要原因。日常工作和生活中椎间盘反复受到纵向压力及扭转、屈曲应力，纤维环逐渐产生由内向外的裂隙，髓核往往从该处突出或脱出。其退变的后果是椎间盘为脊柱稳定做出的贡献减少，脊柱趋于不稳定。

　　3.肌肉功能的紊乱：研究显示，正常人卧床48小时后，其多裂肌功能即开始下降且并不会由于重新下床活动而恢复。日常生活中，各种原因如长时间的负重、姿势不当、急性损伤、长期卧床等诱因都可以导致脊柱的局部稳定肌出现肌肉萎缩、失活、功能紊乱，导致脊柱的稳定性下降;由于整体运动肌为大脑的随意性控制，而局部稳定肌是按照一定的程序模式工作、即所谓“下意识”控制，当局部稳定肌功能紊乱后，人体往往不能自行恢复，这时人体通过提高整体运动肌的收缩程度和收缩时间来试图增加局部的脊柱稳定性。局部稳定肌为姿势肌，紧贴脊柱、耐力好、可长时间工作，在耐力活动时激活(维持脊柱节段稳定)，整体运动肌为快肌、远离脊柱、爆发性活动时(完成日常动作)激活，以上的肌肉能力上的区别导致整体运动肌即使过度工作也依然不能取代局部稳定肌的作用，一方面患者脊柱稳定性继续下降，另一方面，整体运动肌长时间的持续收缩导致肌肉痉挛、劳损、肌筋膜炎症和肌肉及筋膜的短缩，患者感到颈部或腰背部沉重、僵硬、疼痛。

　　以上三个因素经过长时间的积累，导致脊柱的稳定性逐渐下降，最终出现一系列临床症状。在早期，脊柱三亚系通过彼此之间的相互代偿，脊柱稳定性得以保持。患者的临床表现多为颈部、腰部的疼痛，其原因主要为处在身体外层的整体运动肌过度劳损所致，检查病人会发现表层的大型肌肉紧张、僵硬、肌肉的止点可有明显压痛，脊柱活动度轻度受限。随着病情的进一步发展，内层的局部稳定肌进一步萎缩、失活、被牵长，外层的整体运动肌出现肌肉和筋膜的炎症和短缩并导致脊柱的活动度进一步下降，体检时可发现外层的大型肌肉出现纤维条索、肌肉僵硬无力等变化。由于主动亚系的能力下降，被动亚系承担了更多的负荷，这进一步加速了椎间盘的退变，同时过度的应力集中导致韧带肥厚、硬化、小关节突增生，随之可能出现椎间盘突出、椎管狭窄、椎间不稳等情况，临床表现为慢性颈部或腰部疼痛、上肢或下肢麻木疼痛、间歇跛行等情况。