脊柱生理曲線變化的生物力學基礎及臨床意義

脊柱生理曲線的變化特點，已被證實在一定程度上是脊柱失穩的影像學徵象，越來越引起人們的關注。胸段和骶尾部的曲度在胚胎時即已出現，為原發性曲度，一般保持不變；而繼發性曲度之頸、腰椎生理曲線的研究，對闡述頸、腰椎急慢性損傷的病因病理，提高臨床診治水平顯示出重大的意義。 1　頸椎生理曲線的研究　 　傳統認為，頸椎生理曲線變化可能屬於正常現象，與臨床無明顯確定關係，缺乏重要的臨床意義〔1〕。隨著生物力學的介入和研究方法不斷改善，越來越多的證 據突出了頸曲在頸椎相關疾病中的重要地位。近年一些研究共同反映了某種趨勢：頸椎力學協調紊亂在退變性頸椎失穩中是較骨贅更為重要的發病因素。1.1 　頸曲的測量方法　頸曲測量方法很多。如王成林等〔2〕將C2椎體前上緣和C7椎體前下緣聯線，其與椎體前緣弧線的最深距離即為頸曲前凸值。張光等〔3〕 在MRI上，以齒狀突頂點至C7椎體下緣為a，其與C4～C5後緣中點距離為b，依據tgβ/4＝2b/a公式，求出β角度值作為頸曲角。角度量法在側位 片測量由C2椎體後緣延長線與C7椎體後緣延長線相交所形成的角度，因不受放大的影響，較為可靠〔4〕。但臨床上更為常用的是Borden氏法，即在頸椎 側位片上自C2齒狀突後上緣至C7椎體後下緣劃一直線，使椎體後緣連線成一個相應的自然弧，弧的頂點在C5椎體後上緣，弧最大垂直深度為12±5mm；當 此數值＞17mm為曲度增大，＜7mm為變直，＜0mm為後凹〔5〕。上述這些方法雖有差異，但其結果是一致的。以往Χ線攝片表明頸曲變直、後凹及成角在 頸部慢性軟組織損傷的患者中發生率較高。頸曲的改變因不同類型的頸椎病有明顯差異。神經根型變化較大，幾乎均有變直或後突，而脊髓型變化則不甚明顯 〔1〕。但頸曲異常變化也可見於正常人，約佔20%～30%〔6〕.1.2　頸曲的生物力學研究　頭頸之間，如一個能動大球置於一根細柱之上的絞 鏈關係，頸椎與周圍組織共同維持穩定，它們易受到靜力性或動力性損害。頸曲的生物力學意義在於其增加對抗縱向壓力以支持頭部抬起的功能。頸曲異常變化與頸 段脊柱正常生物力學平衡被破環有著十分密切的關係。頸曲的退變是以頸椎長期異常應力為病理基礎。它的發生髮展，除了以往所認為的椎間盤退變的原因外，當前 研究顯示頸椎關節突垂直性增生(先天或發育性)是頸曲後凹及變直原因〔7〕。三維光彈實驗〔8〕和矢狀面生物力學模型〔9〕分析頸椎各部應力分布反映出鉤 突關節和後關節突應力值最高或較高，這與骨贅好發部位相符合。日常工作中，頸部常處於屈曲位，後壁連接結構被牽拉，承受更大張應力，椎旁肌組織對於維持穩 定起了極大作用。通過切除兔頸椎棘上、棘間韌帶和分離椎旁兩側肌肉，建立頸椎病模型，經過8個月階段的發展，從Χ線片上可發現模型動物頸曲變直，椎間隙狹 窄和椎體骨贅形成的頸椎病表現，證明了肌源性因素不可忽視〔10〕。椎間盤退變、關節突增生、肌組織破壞可能是頸椎生理彎曲變直的根本原因。1.3 　頸曲改變的臨床意義　在青少年時期，頸椎曲線圓滑、柔順，以後隨著年齡增加而使間盤發生早期退變，影響頸椎曲線輪廓〔11〕。不良應力刺激(如姿勢、外 力)，加劇頸曲代償性力學反應。頸曲代償性力學反應具有雙重性，即穩定性和壓迫性，主要通過頸椎曲線變化表現，它可以通過改變頸椎應力狀態維繫內外平衡， 同時在不穩定過渡到穩定過程中付出代價，更多可能刺激某一敏感結構，當損傷積累超過閾值時而產生相關癥狀。臨床上Χ線觀察到低齡頸椎病(15～19歲)主 要是頸椎曲度值改變，而與骨質增生關係很小〔6〕。即使在與退變相關的頸椎病中，頸曲也廣泛存在著變直、反張、S型、中斷等異常，約為52%～97% 〔12～13〕，尤以頸曲變直為主。因此，恢復頸椎正常曲線愈來愈成為頸椎病治療的共識〔14～15〕。運用生物力學理論建立一個上端自由下端固定的彈性 頸椎模型，通過光彈性實驗與應力分析計算方法研究表明：當頸椎曲線變化不大，患病部位在C5～C6，C6～C7，C7～T1時，治療時牽引角度選擇 25～30°；曲度稍直，椎間隙狹窄在C5～C6時，牽引角度為10～15°；曲度消失，椎間隙狹窄在C5～C6，C6～C7時，則牽引角度宜為 5～10°，從量化角度深化了牽引角度與頸曲關係〔16〕。對脊髓型頸椎病頸曲的研究糾正了以往認為佔位因素導致脊髓型頸椎病的觀點，證實頸椎失穩是脊髓 型頸椎病另一重要發病因素，它的Χ線側位片上主要表現為頸椎生理曲線折斷(約佔病例人數69.9%)。頸椎生理曲線折斷標誌該椎間隙超限屈或伸。頸椎活動 度異常繼發引起連接結構退變增厚，神經通道狹窄〔17〕。2　腰椎生理曲線的研究2.1 　腰曲的測量方法　在脊柱曲度中，腰椎前凸對於負重及維持腰部穩定非常重要。對腰曲的研究無論在廣度和深度上，均比不上對頸曲的研究。腰椎生理彎曲常用的 描述參數為腰椎曲度、前突指數和腰骶角。腰椎曲度的測量常用Seze法，即在Χ線側位片上自T12椎體後下角至S1後上角做一連線，腰椎各椎體後緣的弧形 連線與此線形成一弓，弓頂點正常在L3，弓頂點與弦垂線距離正常為1.8～55.00000000000001px.前突指數指以T12椎體下角向下引一重力線，由S1後上角至此線的 垂直距離，正常範圍為62.5px以內〔18〕。腰骶角指沿L5椎體及骶骨前緣各作直線相交形成的鈍角。其中以腰椎曲度最為常用。2.2　腰曲的生 物力學研究　腰椎間盤與後方小關節構成三關節複合體。腰曲退變將波及三關節複合體，加速腰椎整體退化和失穩。腰曲實際上參與腰痛病理過程，雖然在具體機制 上尚未明了。腰曲改變直接影響到腰椎小關節應力分布狀態。腰曲前凸增加時，重力後移，關節囊鬆弛，將使小關節剪切應力增大，易致退變而失穩〔19〕。腰椎 生理曲線則可能在椎間盤與小關節中起調節作用，使關節複合體相互作用。流行病學資料證實：男性腰椎間盤退化始於11～19歲，女性始於21～29歲，椎間 盤退變早於小關節〔20〕。小關節退變加速椎間盤退變過程，最終使髓核在疲勞或外傷下誘發突出。對於腰椎失穩無癥狀患者，關節複合體在一方功能失衡情況 下，通過腰曲調節，另一方同時進行功能代償和退變儲蓄，雖然在短時間內保持腰椎日常功能，但從長遠來看則加劇腰椎整體退變的循環〔21〕。不僅是腰椎，周 圍組織也存在維持腰椎穩定的內在力學關係。腹肌收縮可升高腹壓，有助於穩定腰椎，並使骨盆前傾角減小；因骶髂關節限制作用使骶骨傾斜角減小。在長期下腰痛 的病人中，腰椎曲度與骶骨傾斜角呈正相關，前凸指數則與腰骶角負相關〔22〕。2.3　腰曲改變的臨床意義　腰曲退變不僅是腰椎失穩的誘發因素， 而且是腰腿痛的直接致病原因。基於腰椎整體退變的生理趨勢，在退變所致的下腰痛病人中，雖然腰椎前突指數保持相對穩定，但是腰椎曲線在40歲以前是隨著年 齡增加而減小，40歲以後則穩定在一定水平，它較青年(＜26歲)腰曲明顯變小。40歲以後55%患者弓頂下移至L3以下〔22〕。從力學角度來看，腰曲 變直是腰椎自身增加穩定而出現的代償性姿勢，但它也加重了小關節負擔。由於關節面壓力增高，繼而引起關節軟骨損傷〔23〕或腰神經後支嵌頓〔24〕等，形 成腰腿痛癥狀；同時腰腿痛癥狀因避痛反應使患者處於被動體位，腰椎防衛性反射以保護局部肌肉免受應力繼續作用，促使腰椎前凸消失〔21〕。　　腰椎間盤突出症X線平片觀察到腰曲變直或減小是其常見徵象〔25〕。腰曲退變以某種形式介入腰椎間盤突出症的產生及發展。進一步分析發現，腰椎間盤突出症比較單純下腰痛，前者腰曲前凸指數減小更顯著，從而說明腰椎間盤突出症比單純下腰痛存在著更大的腰椎不穩〔22〕。　 　脊柱的任何活動均受到生物力學關係的制約和協調。脊柱生理曲線變化研究反映它與脊柱損傷性疾病癥狀有關。總的來說，現有X線閾值大於臨床癥狀閾值，出現 脊柱生理曲線變化與癥狀表現不平行，但是脊柱生理曲線在一定程度上反映出脊柱內部與周圍組織之間錯綜複雜的整體的力學關係，可作為評價、觀察、分析脊柱力 學平衡的一個指標。

參考文獻

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