第六节　脊柱运动的位移和应变效应

运动的物理学本质为相对空间位置的改变，宏观上的脊柱运动是在微观的节段位移组合的基础上实现的，无位移则无运动。由于脊柱各节段是通过韧带组织连接在一起的，椎骨的位移必然伴随着韧带组织的变形，无韧带组织变形的脊柱运动是不存在的。无论是主动运动还是被动运动，脊柱运动时的位移和应变规律遵循同一个物理原理。脊柱运动的位移和应变效应，是脊柱推拿所以发挥治疗效果的主要机制。合适的位移和应变，对于减轻或消除病理环节有利；而不合适的位移和应变，则对治疗疾病无益甚至会导致疾病的恶化。

一、对骨性结构的影响

1.节段运动对功能性椎管管腔的影响

按照组成椎管四壁成分的不同，可分为骨性椎管和功能性椎管两部分。所谓功能性椎管是指位于脊柱可动水平的部分，相当于CT片中的关节部椎管。椎管骨性部的四壁完全由骨质所围成，其管径是固定不变的，当内容物体积增多时，将导致内压的急剧增高。而功能性椎管的四壁是由软组织和骨性结构共同围成的，当内容物增加时，由于部分管壁是由变形能力较大的胶原结构所构成，所引起的内压波动可得到缓冲。且功能性椎管两端可发生相当大位移的变化，从而导致功能性椎管有效管径的减小。

脊柱前屈时，椎体在后部韧带结构增加的张力作用及椎间隙变得前窄后宽的挤压力作用下向后移动，使得减小的功能性椎管矢状径扩大。这一移位效应对于节段失稳者尤为明显，可用于退行性腰、颈椎向前滑脱的矫正。后伸时，椎体在前纵韧带张力及后窄前宽的椎间隙挤压力作用下向前移动，使得已经减小的功能性椎管矢状径进一步减小，加重了功能性椎管的狭窄程度。黄韧带因处于屈伸运动轴的后方，前屈时被拉伸而变薄，对椎管狭窄症减轻椎管狭窄程度有利；后伸时出现皱缩而突入椎管内，加重了椎管狭窄程度。由于椎管并非理想圆形，且运动节段的旋转中心并不位于椎管的中心，当节段旋转时，由相邻两骨性椎管间组成的功能性椎管前后径和左右径均出现减小的趋势。

2.节段运动时关节突运动及关节内压的变化

颈椎前屈时，活动节段上一椎的下关节突在下一椎上关节突上向前上方滑移，后关节间隙有增大的趋势，有利于减少关节面活动的摩擦阻力。颈椎的后伸运动使活动节段上椎骨的下关节突向后下方滑移，后关节间隙更加狭窄，增加了关节面相互运动的摩擦阻力。

腰部前屈运动对关节突影响是以向前移动为主，过度屈曲将导致两关节突的抵触，不利于扩大神经根管和改善关节突之间的关系。后伸手法对后关节突的影响，不仅在于上下或前后方向的位移，还存在着侧方的位移，因而反复轻度后伸腰椎，能松动关节突之间的粘连，改善局部循环，缓解许多疾病的临床症状。但盲目对腰椎进行的过大幅度的后伸操作，则必然造成后关节突之间的碰撞，有引起关节突骨折的可能。

侧屈运动可使颈椎对侧钩椎关节面相互分离，扩大对侧椎间孔，并使椎骨向对侧旋转（指棘突的旋转方向），而对同侧钩椎关节面、椎间孔的作用正好相反。

颈椎旋转时，寰枢关节和各后关节内压均会出现不同程度的上升，已为不同学者的工作所证实。然而，在不同的姿势下旋转，关节内压上升的曲线是否相同呢？我们的工作证实，当头颈处于屈伸中立状态下旋转时，寰枢关节及不同节段水平颈椎后关节内压的上升曲线并非最低水平，而是处于中下水平；当头颈在15°屈伸范围内旋转时，关节内压上升曲线均出现了下降的趋势，而以前屈15°时的上升曲线最为低平。但随着屈伸幅度的进一步加大，旋转运动引起的关节内压上升曲线很快变得陡峭并迅速超过屈伸中立位时的斜率。随后，屈伸幅度越大，旋转运动时后关节内压上升曲线斜率也变得越来越大。这一工作的意义在于，选择合适的操作姿势可降低手法的阻力，可以用相对轻巧的力量来达到整复颈椎的目的。

旋转运动影响最大的腰椎后部结构是后关节突。实验时模拟腰椎旋转复位手法，发现后关节突的活动度相当大，上位腰椎的下关节突出现向上→前→下→后的全方位移动，使活动关节出现复位倾向。在某节段失稳的情况下，脊柱旋转活动时后关节内的压力上升明显增加，比相邻节段小关节内压力增大8倍左右，并呈现先低后高的双相变化。这种关节内压力前半程较低，后半程升高的变化提示手法操作时，作用在棘突上的拇指推压力应该比以前所认为的时机要早一点，以配合因位移变化而产生的复位倾向。实验还发现，当脊柱向左侧旋转时，左侧后关节间隙增大，向右侧旋转则反之。此外，不同的体位对关节突的活动度也有影响，腰椎前屈侧弯旋转手法（坐姿旋转）对腰椎小关节突的活动幅度最大，直立旋转法次之。旋转扳法还可调整侧隐窝、神经根管及关节突之间的关系，有利于神经根管内容物和小关节粘连的松解，甚至可调整局部循环及改变其他病理变化。

3.节段运动对神经根管的影响

后伸运动使椎间孔的上下径减小，同时因后关节囊及黄韧带皱缩的关系，椎间孔前后径也相应减小。

旋转运动时，活动节段上椎骨的下关节突向后向内移动，因而旋转侧椎间孔孔径扩大；但由于对侧下关节突向前向外移动，故对侧的椎间孔孔径相应减小（图3-17）。颈椎旋转性手法常用以调整椎间孔孔径，减少或消除神经根的压迫或刺激，即是此机制。

对腰椎间盘突出症患者应用旋转手法前后的CT片进行量化分析，发现手法对突出物顶点的位移及曲率均有明显变化，即病变椎间盘的形态发生了改变，故可以认为腰椎旋转性手法主要通过改变突出间盘组织与神经根之间的位置关系来消除病理刺激和压迫。

二、对软组织的影响

1.脊柱运动对韧带的影响

颈椎前屈时，寰椎相对枢椎齿突前移，对寰椎横韧带产生强烈的推挤牵拉。若手法中用力不当或幅度过大，可能使寰椎横韧带撕裂，齿突失去约束稳定因素而相对寰椎后移，造成脊髓及延髓压迫，可能导致突然死亡或高位截瘫。

腰椎前屈还可使纤维环后部及后纵韧带紧张。在椎间盘结构尚未严重破坏、椎间盘内压不高的情况下，卧位腰椎前屈手法操作可使纤维环后部纤维和后纵韧带的适度紧张，有助于挤压髓核组织向前移动，对解除神经根压迫是有利的。但对于椎间盘结构已经完全破坏及（或）椎间盘处于高压的情况下，前屈手法操作不慎会增加突出物对神经根的压迫。腰椎前屈可减少腰骶角，同时失稳节段的椎骨在被动紧张的后部韧带的牵拉下，可发生向后移动，这种后移对于腰椎假性滑脱患者来说，有助于减少或消除对马尾神经的压迫。

腰椎后伸，引起后部韧带如后纵韧带、黄韧带的松弛，在这些组织已经发生退变、增厚的情况下，会出现韧带的蜷曲，导致膜性椎管管径的减小。后伸运动还造成腰骶角增大，加重腰椎失稳和向前滑脱。

2.脊柱运动对椎间盘的影响

脊柱前屈时，椎间隙的前缘变窄而向外凸起，其后缘则增宽而向内凹陷，髓核被迫向后方滚动，纤维环后部的压力和张力增高，而纤维环前部的压力及张力均呈降低的趋势。在椎间盘已明显退变，内压降低或出现真空现象而纤维环外层及后纵韧带又完整的情况下，腰椎前屈手法有助于将向后膨隆的纤维环组织回弹，扩大中央椎管的管径，对神经根或硬膜囊减压有利。但对青少年腰突症患者而言，由于其椎间盘高压特性，腰椎前屈运动有可能进一步增高椎间盘内压，从而引起外层完整纤维环的破裂，髓核失去约束机制而在巨大的内压下完全突出，加重对神经根和硬膜囊的压迫。

腰椎后伸时，椎间隙的前缘增宽而向内凹陷，其后缘则变窄而向外膨出，髓核被迫向前方滚动，纤维环前部的压力和张力增高，而纤维环后部的压力及张力均呈降低的趋势。在纤维环外层及后纵韧带完整的情况下，腰椎后伸手法对髓核和纤维环的这种生物力学效应有助于后突的髓核组织回纳。但在椎间盘结构已有严重退变或纤维环外层、后纵韧带已经完全破裂的情况下，腰椎后伸运动可能造成纤维环破裂口的闭合，突出的间盘组织嵌顿于破裂口，不仅不能回纳，反而更向后突出。

实验发现，对腰椎进行旋转手法操作时，椎间盘的内压是上升而不是降低的，这就推翻了先前对旋转手法治疗机制的推测。而且，手法过程中髓内压力是逐渐增大的，髓内压与旋转角度成正比关系，在手法获得成功时，髓内压达到最大值，手法后也未能使髓内压呈现负压改变。但也有实验证明当脊柱向左侧旋转时，椎间盘的左后外侧压力增高而右后外侧压力降低，向右旋转则反之。当旋转运动结束复原时，出现负压的一侧出现一个微小的正压。这种正负压力的反复变化，可以使突出的髓核变形或变位，从而使受压的神经根减张。

脊柱屈曲旋转时，腰椎间盘同时受到张力、压力、剪力和扭转力作用，而小关节承受其中45%的压力。实验证明，这一体位最易导致椎间盘损伤。上位腰椎的下关节突被下位腰椎上关节突所环抱，使得关节突关节只能完成约1°的轴向旋转，对椎间盘能起到一定的保护作用。

3.脊柱运动对血管的影响

颈椎的后伸，引起寰枕后间隙的减小。由于寰枕后膜在结构上的特殊性，寰枕关节后伸可造成寰枕后膜对椎动脉产生挤压切割，引起椎动脉枕段压迫。若患者寰椎后弓上面存在椎动脉沟环时，这一椎动脉机械性压迫机制更为严重，是颈椎后伸时姿势性眩晕发作的重要机制之一。

颈椎后伸时，其生理前凸加大，穿行于横突骨通道中的椎动脉行程也相应延伸，可能对椎动脉产生强烈的牵拉而致塌陷；或虽不致直接造成椎动脉的机械压迫，但对椎动脉外周交感神经丛的强烈刺激可导致椎动脉分支的平滑肌痉挛而同样引起椎-基底动脉供血不足。

颈椎旋转时，影响最大的重要结构也是椎动脉。旋转侧的寰椎侧块相对枢椎横突向后运动，对侧的寰椎侧块相对枢椎横突向前运动，造成对侧椎动脉上段的机械压迫。因椎动脉从枢椎横突孔到进入枕骨大孔的狭小区间内存在连续的多个弯曲，椎动脉上段受牵拉后必然造成管腔的塌陷。故颈椎旋转一旦超过45°后，其对侧椎动脉血流逐渐减少，直至完全阻断。幸运的是，椎-基底动脉具有完善的侧支循环代偿能力，在两侧椎动脉管径正常的情况下，一侧血流阻断并不会造成急性脑缺血。而在椎动脉本身或动脉周围已经存在病变的情况下，如动脉粥样硬化、血管瘤、第六第五颈椎钩椎关节骨质增生对椎动脉行程压迫等，对侧椎动脉不能完全补偿，才会引起急性脑缺血的发作。

除了椎动脉以外，颈内动脉也会受到颈椎旋转运动的影响。颈内动脉紧贴着寰椎侧块和枢椎横突的前缘上升，进入颅内。急剧的颈椎旋转，因寰椎侧块的急速前移而压迫颈内动脉，引起颈内动脉支配区的急性血供不足。颈部慢性炎症，如慢性咽喉炎、颈动脉炎等，使颈动脉鞘与周围组织相互粘连，降低了颈内动脉的顺应性和活动度，将增加颈椎旋转运动对颈内动脉机械压迫的发生几率。

三、对椎管内容物的影响

椎管上连颅腔，是一立体的三维中空管道，为脊髓及进出椎管的外周神经系统提供刚性保护外壳。当脊柱因运动而引起曲度改变时，椎管毫无疑问地要出现相应的扭曲变形，并引起椎管内外神经组织发生相应的扭曲、挤压和牵拉。

脊髓、硬脊膜、神经根和血管都是可塑性的组织结构。它们与椎管以及自身组织结构之间都存在着作用力和反作用力的关系。神经系统各个部分的组织结构和具有在三维空间6个自由度上运动的头、脊柱和骨盆等构成一个完整的生物力学载荷系统。研究证实，椎管长度的改变总是伴有脊髓的相应变化，脊髓的皱褶和伸展机制可以满足从脊柱完全伸直到完全屈曲所需的70%~75%的长度变化。而其余生理活动的极限部分，由脊髓组织本身的弹性变形来完成。脊髓在长度改变的同时，伴有其截面积的变化。脊髓后伸时其截面积增大，而在前屈时截面积减小；当脊髓由完全屈曲转为完全伸直时，其截面积从类圆形变为椭圆形。

一般认为头和脊柱的异常运动或椎管的骨性结构异常可引起神经组织的损伤，但对损伤机制仍不清楚。对一些临床常见的症状与影像学改变不相符这一事实，仍无法作出令人信服的解释。

1.脊柱运动与脊髓应力应变

以往有关椎管内脊髓运动的认为，随着脊柱的屈伸运动，脊髓在椎管内上下滑动，并伴随着脊髓的弹性伸展性运动。当膨出的椎间盘或椎体后缘增生的骨赘突入到椎管内时，脊髓由此形成了病理动力学。在这种情况下，脊髓就像一根在峭壁边缘被磨损的绳索。

Taylor在1953年在尸体上进行了颈椎各种体位，如过伸位和前屈位的脊髓造影研究。研究发现，颈椎后伸时，颈髓不仅受到突出椎间盘的压迫，而且还受到黄韧带的挤压。颈椎在后伸时，邻近两个椎板或者椎体后缘增生的骨赘或突出的颈椎间的黄韧带受到挤压形成凸起，向前突入椎管内所致，而后者是由于颈脊髓在这些凸起物上下移动。如果此时椎管前壁上的椎间盘有突出，颈椎过伸时，位于突出椎间盘和凸起黄韧带这两个凸起物之间的颈髓将受到压迫。根据观察结果，笔者得出如下结论：在使用脊柱推拿手法治疗颈椎病时，必须限制或避免患者的颈椎后伸活动，这样可以预防黄韧带对颈髓的反复损伤。这就需要长期或永久性地限制患者的后伸活动，而且制动的效果必须确切。

Breig为了明确是何种组织结构突入椎管内，重复了Taylor在尸体颈椎上所做的实验。Breig在钝性切除了脊髓和硬脊膜后，再次行脊髓造影进行观察。如果突入椎管内的阴影是由凸起黄韧带引起的话，那么在切除脊髓和硬脊膜后，突入椎管内的阴影不会发生变化。然而，事实上在切除脊髓和硬脊膜后的造影发现，椎管的轮廓形状还是发生了改变。只有轻度的黄韧带凸向椎管内，个别标本的凸起较为明显，但凸出物的直径一般不超过2mm。根据实验观察，Breig得出如下结论：①颈椎后伸时，在椎管后壁所形成的皱糟是硬脊膜向内凸起所致，而不是凸起的黄韧带；②硬脊膜所产生的皱褶是自身应力集中造成的，而不是黄韧带向内凸起引起的。Breig在对中枢神经系统的生物力学性质时研究发现：脊柱从最大后伸位到最大前屈位时，脊髓的平均移动幅度为4.5~7.5cm。脊髓各部分的变形量有很大的差异，与相应脊柱区域的生理活动功能相适应，颈髓为1.8~2.8cm，胸髓为0.9~1.3cm，而腰骶段为1.0~2.0cm。

躯干和四肢的活动也可对脊髓产生牵拉作用，在剧烈活动时脊髓的长度可发生持续性的变化。这种仅在长度上发生变化，又不影响脊髓的正常生理功能的性质，具有非常重要的临床意义。在解剖形态学上，脑桥-脊髓束为一连续的整体，它上起中脑，下至马尾。在生物力学上，它又具有适应人体各种生理活动姿势的变形能力。研究证实，脊髓组织随体位变化会产生一些特有的改变，即脊髓组织本身具有形成皱褶和伸展的能力。脊髓组织的这种变化不仅肉眼能观察到，而且利用显微镜可以观察细胞水平上的变化。这种运动变化是脊髓节段和椎体运动单位相互协调一致的结果。每个脊柱运动单位构成了正常脊髓节段的皱褶和伸展。当脊柱功能单位运动发生障碍时，如脊柱的活动度增大或减小，相应的脊髓节段也会出现相应的应力增加和应力减小。最新研究证实，以往认为脊髓作为一个整体在椎管内上下移动的概念是错误的。颈椎在做轴转动和水平移位时，椎管内的有效截面积也在不断地变化。在头颈部后伸时，整条中枢神经束及脊神经松弛（形成皱褶），箭头表示作用力的方向；而在前屈时整条神经束和脊神经又被拉平（轮廓变平）。

在神经束的不同部位，在后脑和脊髓内部以及表面产生轻微的弹性牵拉力。由此可能造成病理性的轴向牵拉力。在这种情况下，细小的脊神经可能较粗大的脑干和脊髓更容易受到损伤而出现临床征象。颈椎后伸时神经根呈松弛状态，黄韧带和硬脊膜有一定程度的凸起。颈椎前屈时由于脊髓组织为一松散的结构并具有弹性功能，使得脊髓和神经根得以伸展延长。

2.脊柱运动与齿状韧带应力应变

在结构力学上，齿状韧带中纤维的作用类似于桥梁中的墩距，其表面是由2层呈菱形交叉的网状纤维构成。这些纤维加入至韧带的齿状附着点上，为齿状韧带提供一个均匀受力的机械结构。齿状韧带附着点的网状纤维共同承受着拉伸应力，因此普遍认为从齿状韧带传至脊髓的作用力通过轴向分力和横向分力的分解作用而被消除，脊髓因而出现长度上的变化。在相邻齿状韧带附着点作用力的方向是相互交叉的，这样使作用于整条脊髓的张力呈均匀一致的分布。

由于齿状韧带在保护脊髓中具有十分重要的作用，因此，近些年来对其解剖结构和生物力学性质进行了研究，重点是其解剖形态和移动变形等内容。齿状韧带与脊髓和椎管内其他软组织一样，具有随体位改变而发生变形位移的性质。任何影响齿状韧带正常生理功能的因素，都可以损害脊髓和神经根的功能，成为错位病理过程中的重要环节。

颈椎前屈时椎管被拉长，贯穿全脊髓相邻齿状韧带间的距离增宽，硬脊膜变得光滑平展。齿状韧带的解剖结构和性质使得脊髓拉伸缩短成为可能（图3-18）。由于椎管拉伸时，齿状韧带附着点之间的距离增宽，由此对齿状韧带产生一个轴向的拉应力。另外，由于齿状韧带的侧方悬吊作用，因此产生一个横向的张力作用于齿状韧带。

颈椎后伸时，相邻齿状韧带间的距离缩短变窄，并使这些齿状附着点的距离减小。当脊柱侧弯时，凸侧的齿状韧带附着点之间的距离被拉宽，而凹侧间的距离缩小，以使齿状韧带在轴向侧弯的半径内相互靠拢。脊髓处于后伸体位时，齿状韧带总是呈无张力的松弛状态，脊髓可在椎管内前后左右自由地活动。

脊柱的旋转运动对齿状韧带产生一个旋转力，旋转力的中心位于齿状韧带三角形皱褶的尖部，嵌入硬脊膜处。颈椎旋转时，上部颈脊髓向后旋转，下部脊髓向腹侧位移，而齿状韧带则呈斜行伸展。

3.脊柱运动与脊神经根应力应变

神经根丝悬吊在脊髓上，然后穿出椎管和椎间孔，加入至脊神经节中，使其与脊髓脊柱密切相连，共同完成人体的运动功能。随着体位的改变，脊神经根也会出现皱褶和伸展。脊柱前屈时，后部椎间隙增宽，同时伴有椎间孔增大，脊髓随着各自的运动单位而伸展，脊髓被拉长，颈神经后根上纤丝间的距离被拉开，相应的神经根袖也随之增宽。颈椎处于前屈位时，神经根丝被拉直，脊髓上的皱褶消失，变得光滑平坦。这时脊髓不再是垂直状，而是向腹侧屈曲，以适应神经根丝的变化。

后伸位时，脊柱运动单位内的组织结构互相靠拢，使得脊髓变短，神经根丝互相靠近。颈椎后伸位时，硬脊膜出现皱褶，神经根和神经根袖松弛，造成神经根袖与椎弓根松散地接触。当颈椎继续后伸，颈髓进一步被压缩时，颈髓呈轴向缩短，其截面积增大，脊神经根之间更加靠拢；为使其与神经运动协调一致，神经根袖也松弛变短，截面积加大。

轴向压迫脊髓可使神经根在神经根袖内向尾侧移位，使得神经根与上部神经根袖之间出现分离。脊髓明显变短时腰骶部的神经根会呈环状短缩，脊髓进一步缩短时，上部神经根也会出现类似的改变。脊神经节相当坚韧，不易弯曲，很难发生变形，而脊神经其他部分柔软。因此除脊神经节外，脊神经根的其他部分均可变形。

4.脊柱运动与延髓后脑应力应变

由于脊髓上连脑干，脑干又与后脑相连，故脊柱运动对脊髓的应力-应变效应还可扩展至脑干和后脑，体位的改变，延髓和后脑也会发生一些小的移动和变形。研究证实：脊髓在椎管内移动以及延髓和后脑在后颅窝到小脑幕水平的移动均属正常生理性活动。脊髓移动的幅度比较大，与下段脊髓移动的幅度一致。在脊柱屈伸过程中，脑神经也经历了伸展和皱褶的变化过程。这种变化属正常生理性改变，也可以发生在病理状态下，而超出正常生理范围的移动，可造成延髓和脑神经的张力异常增加。

由于前屈时可牵拉颈脊，后颅窝内的脑神经也被拉直，其走行趋于同脊髓平行；在后伸时正好相反。神经根丝向前倾斜可对中脑、后脑和延髓造成前拉，这在其背侧最为明显，属正常生理现象。后伸位时，由于挤压作用后脑和延髓变短。与之相对应的第4脑室和脑神经的形状发生一定程度的改变，此时神经节凸起更加明显，脉络膜和脉络膜上的丝状物突入脑室。

头颈的前屈、后伸对后脑、延髓都有一定程度的影响，但在延髓区组织的变形最为明显。同颈髓一样，延髓在前屈位时被拉长，其截面积减少；后伸位时正好相反，中脑的变化基本同延髓。头颈部的旋转活动对后脑的变形影响最大，脑干的变形主要是由椎管和枕骨大孔内倾斜角的出现，颈椎侧位X线片上可以观察到位于枕骨大孔前缘的斜坡，此斜坡是构成倾斜角的解剖学基础。枕骨斜坡形成支点，成为脑干环绕X轴旋转的枢轴。如果枕骨斜坡发生明显的骨性变异或畸形如颅底凹陷症等，则可对神经造成损害。在分析颈椎侧位X线片时，医生必须观察枕骨斜坡的角度，如果枕骨斜坡的角度减小，则有可能造成明显的软组织变形。

同神经根学应力-应变效应一样，位于后颅窝的脑神经在前屈位时被拉伸变直，而在后伸位时松弛。第5至第12脑神经呈扇形起于后脑和延髓，由于这些脑神经是通过后颅窝上的管道而离开后颅窝的，因此凡是影响后脑和延髓生理功能的后颅窝的骨性移位，均可影响这些脑神经。