第五节 脊柱的稳定性
一般认为制约运动节段稳定性的因素有四种：一是结构性稳定器，包括椎体的形状、大小，关节面的形状、大小、方向；二是流体力学稳定器，指髓核的膨胀度以及各向同性的预应力；三是张力性稳定器，包括韧带、纤维环、关节面软骨；四是随意性稳定器，包括运动肌如腰方肌、骶棘肌，位置肌如棘间肌、横突间肌。Panjabi认为脊柱的稳定性由三个部分构成，椎间盘、韧带、椎骨构成内源性稳定，而脊柱周围的肌肉构成外源性稳定，另外还有神经系统来控制上述两个系统，使它们协调。
一、结构性稳定器
大多数学者认为，作用于腰段脊柱的剪切应力主要由小关节来阻抗，而椎间盘则主要承受轴向压力。先天性或后天性因素造成骨性结构缺损或破坏，是引起脊柱失稳的因素之一。如椎弓发育不全、峡部不连、先天性小关节缺损、椎体发育缺损等，均可引起脊椎滑脱或失稳。不少学者报道了手术切除椎板、小关节、椎间盘、椎体等而发生脊柱失稳。其中，棘突及横突对维持脊柱稳定的作用较小，而椎板、小关节等对维持脊柱稳定的作用较大。Sharmam实验表明，在剪切力为100N时，小关节抗剪切力作用占总剪切载荷的0.63%，在剪切力为370N时，则占总载荷的41%。这一现象表明，小关节抗剪切力的能力，随关节面与矢状面夹角的增大而减少。
二、流体力学稳定器
流体力学稳定器在诸稳定器中对于维持运动节段的稳定性居第一位，含水能力强的髓核有良好的预负荷状态，使椎间盘有足够大的内压力和预应力，保持良好的弹性。Brinckmann认为一个高的椎间盘内压是维持生理状态下力学功能的先决条件，髓核的流体力学稳定机制是形成运动节段预应力稳定的源泉，髓核亲水离子键的高吸水性赋予椎间盘产生平行脊柱纵轴的拉伸力，这一拉伸力对跨椎骨连接的韧带产生高张力。若髓核的流体力学机制丧失，跨椎骨连接韧带的张力就无法形成，节段稳定性也随之降低。
许多研究均提示，椎间盘在低载荷时主要提供脊柱的柔韧性，并随载荷增加而加大刚度，在高载荷时则提供脊柱的稳定性。椎间盘所承受的载荷要比该平面以上的体重大得多，其承载方式也很复杂，以压缩载荷为主，椎间盘损伤或退变可造成应力变化，影响脊柱的稳定性。Adams等实验证实，使腰椎活动节段过度前屈，可造成实验性纤维环破裂与髓核突出，尤其在下腰椎及发生退行性改变时更为明显。Farfan对腰椎活动节段进行扭转实验证实，扭转是引起椎间盘损伤载荷的最主要类型。
三、张力性稳定器
韧带等胶原组织在承载时的张力与椎间盘流体水压组成一对方向相反的力偶，椎间盘的压力促使两椎体间相分离，而膨出的纤维环和韧带的紧张性限制椎体的分离倾向，两种方向相反的综合力使脊柱得到较大的稳定。张力性稳定器在以往被称作脊柱的内源性稳定，丧失胶原组织的张力性稳定时，脊柱尽管整体上仍呈现正常形态，但其节段运动的方式和幅度均要出现较大的异常。
前、后纵韧带几乎纵贯脊柱全长，对脊柱的稳定起重要作用。前纵韧带对脊柱过伸稳定作用较大，后纵韧带对脊柱前屈稳定作用较大。当相邻椎体间发生相对分离或椎间盘突出时，这两条韧带就会变形，进而影响到对脊柱稳定的作用。前、后纵韧带损伤主要与旋转有关，而屈伸脊柱不易造成损伤。它们虽对抗张力的能力很强，但在轴向压缩力下容易发生皱褶或弯曲。
黄韧带含有丰富的弹力纤维（占60%~80%）。当脊柱处于最大前屈位时，其长度可比原来延长35%，因此不仅可以保证脊柱在生理范围内活动自如，而且还可在外力过大时吸收过多的能量，从而稳定脊柱，保护脊髓。Nacnemson发现，黄韧带产生的预张力可以对椎间盘形成预应力，有利于保持脊柱的稳定。
成人的腰椎棘上、棘间韧带常常缺如、撕脱或退行性变，虽有一定的稳定作用，但作用较小，仅对颈椎前屈有一定的稳定作用。
四、随意性稳定器
外源性稳定是由脊柱周围肌肉以及胸腹腔内外的肌肉提供的，各组拮抗肌群的合理如同缆索一样，从四面八方牵紧脊柱，维持着脊柱的稳定。脊柱的外源性稳定远比内源性稳定更为重要，失去内源性稳定，脊柱尚能维持正常形态；失去外源性稳定，脊柱即不能维持其正常形态。人体腰部肌肉按照作用方式可分为肌性前壁肌（如腹直肌、腰大肌等）和肌性后壁肌（如骶棘肌等）两组。当重力线位于腰椎前侧，通过重力形成力矩作用于脊柱，肌性前壁肌收缩产生抗力矩维护腰椎的稳定；当重力线位于腰椎后侧，肌性后壁肌收缩增加腹压和产生抗力矩维护腰椎的稳定。腰段脊柱的生理前凸的维系，很大程度上依赖于躯干伸屈肌肌力比值的相对稳定，尤其依赖于背伸肌肌力的保持。壮年期后，伸屈肌肌力降低，尤其是伸肌肌力降低过快，使腰段脊柱的肌源性稳定逐渐减退。生理前凸减少加速了脊柱不稳，同时脊柱不稳也反作用于肌肉产生非正常应力刺激，导致肌肉损伤。腰椎旋转、侧弯导致的两侧脊旁肌受力不平衡可加速肌肉的退变。
颈部肌肉多起于椎板及棘突，且以此为中心向各方向伸展，每块肌肉可作用于几个脊椎节段，为颈椎提供临床及动态稳定，在生理条件下其作用仅次于韧带。腰椎肌肉和腹腔内外肌肉及两侧臀肌、股后肌群，共同维持着腰椎的外源性稳定，脊柱后部肌肉为脊柱前屈时提供动态稳定，前群肌肉为脊椎后伸提供一定的稳定。当肌肉不平衡、肌肉劳损或因瘫痪而失去肌力时，即可引起脊柱畸形和失稳。Bunch及Dlinsker等人曾做了有关生物力学的试验，利用去肌肉的尸体脊柱进行加压试验，用很小的重量即可致脊柱侧弯。腹内压升高时，可减少由于骶棘肌收缩而产生的脊柱载荷，从而起到稳定脊柱的作用。
Mattila等的病理学研究发现，腰椎间盘突出受累节段椎旁多裂肌有Ⅰ型肌纤维虫蛀样改变，Ⅱ型肌纤维显著变小等非特异性病理改变。组织学方法发现Ⅰ型肌纤维的非特异变性现象可能与局部肌组织缺血痉挛有关，Ⅱ肌纤维改变与患者肌肉活动减少有关。Lehto等将腰椎间盘突出患者受累节段椎旁多裂肌组织进行病理观察发现患者的肌束膜上的Ⅰ型胶原纤维及网状纤维有变性现象。该现象与患者多裂肌的肌组织结构萎缩现象显著相关。
五、脊柱失稳
脊柱失稳是指脊柱的这种能力丧失而导致椎体移位超出生理限度的病理过程。Pope及Panjabi于1985年提出，脊柱的稳定性反映了载荷与载荷作用下发生位移之间的关系。在同样大小的载荷下，位移越小，稳定性就越强。因此，脊柱失稳意味着在正常载荷下椎骨间出现了异常活动、应变或变形。
1.有关争议
这一定义强调了位移与稳定性的关系，其不足之处在于它仅仅强调了机械性失稳，而在临床上，不能脱离脊髓、神经根及血管而孤立地讨论机械失稳。临床上碰到的脊柱失稳病例，往往同时有明显的脊髓或神经根受损或受刺激的表现，然而尽管有椎体间机械性失稳存在，但却无或很少有临床症状及体征。况且，脊柱的所谓正常活动范围，也因受年龄、训练水平不同而有所差别，因此脊柱失稳并不单纯意味着脊柱过度活动、异常移位或畸形。于是White等人提出了临床稳定（clinical stability）及临床失稳（clinical instability）的概念，即在生理载荷下，各结构能够维持椎体间的正常位置关系，而不引起脊髓或神经根的损伤或刺激，称为临床稳定；脊柱丧失了这一功能，就称为临床失稳。这一提法将椎体间的机械性异常移位或异常是否引起临床结合起来，比Pope的机械失稳定义更完善，因此被许多临床工作者所接受。
目前临床上对脊柱运动节段失稳仍缺乏足够的认识，一些特异性的症状可能无法与脊柱不稳的特殊类型相结合，但脊柱动力性的屈伸以及侧弯X线片在临床上具有重要的价值。有人认为当脊柱出现异常运动时，表明存在腰椎运动节段不稳定可能。但由于脊柱的运动存在着个体差异，严格确定正常运动范围非常困难，因而确定病因强于准确的测量。研究发现一些脊柱运动形式异常与特定脊柱运动节段的损伤有关，这在临床上具有非常重要的价值。对脊柱推拿医师来讲，更感兴趣的是脊椎前后滑脱。由于缺乏有关腰椎运动和稳定性的知识，临床医师在确定腰椎的异常运动时依靠临床判断和临床经验，而不是依靠实验确定的数据。Fremoyer和Selby试图根据外科学的观点对脊柱不稳定性进行分类，他们认为脊柱节段性不稳定是继发于脊柱退变的论点是值得怀疑的。结合临床X线检查和一些生物力学指标，他们将腰椎不稳定性分为轴转动、平移、脊椎滑脱和术后腰椎不稳定综合征等。每一种不稳定情况在临床上都应给予足够的重视，并可能发展成为固定的脊柱变形，导致椎管狭窄症。
在Knutson首次提出脊柱不稳概念及其测量方法50多年后的今天，对脊柱不稳的概念以及腰椎不稳的测量方法仍有争议。有人认为异常运动是脊柱不稳定的典型表现，而另一些人认为脊柱正常运动范围的变异系数很大，难以仅根据运动来确定脊柱不稳定性。
2.节段失稳的测量
研究证实腰椎的旋转和平移运动有较大的变异，同时伴随着各种耦合运动。近年来研究者又对影响腰椎功能活动的另一个重要因素——体位，进行了研究。结果显示体位是影响腰椎耦合运动方式的重要参数，提出了腰椎内在的三维耦合运动的概念，并证实了体位对脊柱耦合运动方向的影响。此外，不同的脊柱节段与体位一样共同影响着脊柱的主要运动和耦合运动。
Knutson首次采用了屈伸位的X线片来观察腰椎不稳，尽管他未能提出正常腰椎的征象，但是认为正常者椎体间没有平移。如果椎体间有平移，可作为预测腰椎不稳的指标，表明有椎间盘退变。Knutson认为椎间盘的变性是椎体间出现异常运动原因的观点后来得到Friberg的研究支持，然而有人通过手术中观察与X线片对比研究，对这一概念的可靠性提出质疑。同年，Friberg等发现，在所发现的腰椎不稳的病例中，仅有15%患者在X线片上表现为椎间盘退变。
1988年有人对腰椎小关节在轴转动过程中是否出现裂缝进行了研究。发现这种现象只有在小关节损伤或腰椎关节过度运动的情况下才会出现，小关节在正常运动时伴有关节和周围脂肪垫的运动。Yamamoto等通过研究发现：在屈伸运动时，下腰椎的活动度比上腰椎大；腰椎整体轴转动时第5腰椎和第1骶椎间的活动度最小；侧弯时，除第1和第2腰椎间活动度稍低以及第2和第3腰椎稍高一些外，其余腰椎节段的活动度基本相似。实验尽管还存在一些缺陷，但已考虑到了腰椎的生理性前凸以及腰椎韧带的完整性，基本上能真实地反映腰椎的正常力学特征。
与实验研究相对的是临床研究，由于测量仪器的精确度不高，很难确定活体上的骨性标志，限制了直接测量。有人对腰椎侧弯位X线片的可靠性提出了疑问，发现不同的观察者对侧弯数据有不同的解释，得出的结论存在差异，没有什么可靠性。因此研究的结论是临床上应用腰椎侧弯X线片对腰椎的生物力学进行分类值得怀疑。
3.三柱理论
Holdsworth试图从形态学角度诊断急性腰椎失稳，提出了两柱理论，即将脊柱以后纵韧带为界分成两个纵行的柱（前柱和后柱）。前柱为椎体，后柱包括椎体附件和椎管，椎管以后的部分也属于后柱。二柱理论将主要累及前柱的脊柱损伤分为稳定性损伤和不稳定性损伤，前者包括单纯楔状压缩骨折、伸展性损伤、爆裂性骨折等，后者包括脱位、旋转骨折脱位、剪力型骨折。这一理论从形态学上将脊柱结构分为两个区，认为后柱在创伤引起的急性腰椎失稳中起决定性作用，忽视了前柱损伤可能造成的潜在失稳。许多学者通过生物力学证实，急性失稳往往发生后纵韧带及纤维环破裂时才会出现，单纯的后韧带复合体破裂尚不足以引起急性失稳。
因此，Denis等在以上基础上提出了三柱理论，将椎体的后1/3以及相应的椎间盘划为中柱，并认为中柱结构在脊柱稳定中起很重要作用。根据这一理论，将腰椎损伤分为压缩性骨折、爆裂性骨折、安全带型损伤和骨折脱位四个类型。同时将急性腰椎失稳分为三度：1度为机械性失稳，包括安全带损伤及严重的压缩性骨折；2度为神经性失稳，系指“稳定的”爆裂性骨折；3度为机械性加神经性失稳，包括骨折脱位和伴有神经损伤的严重爆裂性骨折。
1985年，Whiter又提出了一种新的分类方法，即将脊柱结构用A、B、C、D表示，其中A、B、C分别表示前、中、后柱结构，D代表后纵韧带复合体，同时用0~3的指数来表示椎管梗阻程度。这种分类包括了对椎管狭窄程度的描述，弥补了以上理论忽视脊柱损伤失稳与椎管狭窄程度之间联系上的不足。
4.X线测量的可靠性
早在20世纪40年代就开始了对腰椎动力学（屈曲和后伸）的研究。一些研究人员认为在诊断椎间盘变性上，功能位X线片优于静立位X线平片。有文献认为，当腰椎间的平移运动超过3mm时可能预示节段性不稳，对有症状的患者可施行椎体间融合术。也有人认为腰椎屈伸过程中所表现出3mm的平移运动应当属于正常，有超过20%的无症状受检者除腰5、骶1外的其余节段有2mm以上的移位或较大的平移；至少有10%的受检者有3mm以上的位移。1989年有人将腰椎屈伸位X线片用于无症状人群的研究，发现其转动的幅度为7°~14°，每个腰椎运动节段可有2~3mm的平移。该研究结果对早先基于腰椎屈伸动力性摄片作为判断腰椎不稳的主要方法这一结论提出了挑战，认为腰椎平均角运动的变异范围非常大，且角运动的大小与年龄无明显的相关性。因此该研究认为以腰椎屈伸位X线片作为诊断腰椎不稳的重要指标值得怀疑。Stokes和Frymneyer采用双平面X线片技术测量了腰椎屈伸运动过程中节段运动间的位移和角位移，以对脊柱运动节段和不稳定性进行分析，结果提示双平面X线片技术对诊断腰椎不稳定性没有优点。
近来许多X线研究有助于确定腰椎正常运动范围和探讨腰椎不稳定性的方法。Weiler采用多张X线片对12例正常对照者和36例腰痛患者的腰部屈伸运动进行了研究，以确定其瞬间旋转轨迹。Weiler方法具有一定的准确性和精确度，但应用于临床尚有一定的困难。
总结以上研究，可以认为由于正常腰椎的运动范围变异较大，应用运动X线片测量技术值得怀疑。由于活动度减小，因而限制了不同病理组之间差异的研究。因此，运用被动屈伸位X线片分析腰椎运动节段的运动无助于腰痛患者的鉴别诊断，临床上无法从这项检查技术中得到有用的信息。放射诊断是目前较为准确的检验方法，但是由于无法对所测量的平面进行定量地分析，因此传统的X线片技术无法显示脊柱同时在冠状面和水平面上发生的运动。三维X线检查也许可以克服这些缺陷，但临床尚未广泛应用。