颈椎病07---颈椎的动态应力

我们在之前的科普系列中，对脊椎的静态生理曲度和意义做了简单介绍。然而，人作为一个动态生命体，所有静态的结构，都需要在动态中去实现功能。影像学无法捕捉的异常，有时也需要用动态去诠释。

在科普贴（颈椎病-04）中我们介绍过，脊椎自上而下由颈、胸、腰、骶4个生理弯曲组成，其中颈曲、腰曲向前凸，胸曲、骶曲向后凸。也就是说，脊柱在物理特性上，有些类似于空间上侨联的四个弹性弧（颈椎为前凸的约30-35°弧，胸椎为后凸的约40度弧，腰椎为前凸的约45°弧，骶尾成年后融合为固定的骨性弧，基本无相对运动）。

我们借用一个可弯曲的杆子作为模型，模仿脊椎生理弯曲中的一个曲度。让杆子在三维空间的一个平面（如矢状面）上弯曲成大约30-40°弧。当维持在此屈曲状态时，在冠状面上给一个侧向的力试图使杆子侧弯，我们可以发现，这根杆子出现中轴自旋的旋转现象。可弯曲杆上的，双平面弯曲，将产生明显的不平均张力，最终转为扭力。

这种脊椎在一个平面的运动时，伴随其它平面自发运动的现象，也被成为脊椎的运动偶合，受多种因素影像，如：骨突关节的关节面排列，肌肉力量，周围结缔组织顺应性，原生理弯曲的几何参数，运动初始态等。虽然脊柱的运动偶合可以同时与旋转和位移有关，但临床上多关注于旋转部分。

以颈椎为例：

寰枕关节的凹凸结构允许两个自由度的角旋转，主要为屈伸，其次为轻度侧弯，中轴旋转严重受限所以不被认为是第三自由度。寰枕关节的运动就像摇动者坐在摇椅上，凸出的枕骨髁，嵌入寰椎上关节凹面，伸直时向后滚动，屈曲时向前滚动。同时借助重力和肌腱韧带张力向凹面最低点滑动，以维持滚动后的力学支撑和稳定接触面积。

寰枢关节通常被描述为车轴关节，有两个滑液囊，前囊位于齿突和寰椎前弓之间，后囊分隔齿突与横韧带。约2cm长的强健的横韧带，是寰枢关节水平稳定性不可或缺的，限制了寰椎向前滑行。寰枢关节突关节，关节面接近水平，实现了最大中轴旋转自由度。寰枢关节允许两个自由度。第一是围绕齿突的中轴旋转，头颈50%的水平旋转发生在寰枢关节，第二自由度为屈伸。

颈椎第2-7关节突关节的关节面方向与水平面和冠状面有大约呈45°斜面，这一结构可以理解为进化过程中对空间自由度需求的三维妥协。颅颈区的关节运动，以高度协调的方式协助头部视觉，听觉，嗅觉，和平衡觉的精确性。整个颅颈区屈伸合并角度120-130度。

颈椎第2-7脊椎的屈曲和伸直，为一沿着骨关节突的斜面的弧线，后伸时上位锥体后滑，前曲时上位锥体前滑。颈椎的屈曲和伸直，可带动头部在在矢状面前移（约6.23cm）或后移（约3.34cm），健康生理曲度姿态大约为完全后缩位向前35%。颈部处于肉眼视觉的正中或稍微伸直的姿势时，接近健康生理曲度（即解剖学上颈椎生理性前凸状态），骨突关节的关节接触面积最大，因此，这个姿态被被认为是最稳定的位置。（从力学角度讲，相同压强下接触面积越大，产生的应力越大，所以颈椎生理性前凸位，是力学耐受的最佳体态）。

在屈曲动作时，上锥位体向前上滑动，骨突关节的关节接触面减小，因而应力耐受下降。这也解释了，临床上患者颈椎曲度变直或反弓时，颈部极易疲劳的力学原理 。且中等屈曲，被认为是骨突关节最松弛的位置，软组织张力较弱。

颈椎第2-7的旋转，主要受关节突关节的空间方向所指引。关节面的45度倾角，使旋转时除了中轴旋转以外，还有同侧向后下，对侧向前上的的滑动，即运动偶合。

整个颅颈区域的侧弯可达到35-40度。大部分动作发生在颈椎第2-7锥体间，寰枕关节的枕骨髁的滚动和滑动贡献大约5度。颈椎侧弯时，侧弯一侧的关节突关节面向下，后滑动，对侧向上，前滑动。颈椎2-7倾斜45度的关节面主导了冠状面与水平面之间的机械性运动偶合，侧向屈曲与中轴旋转同时发生。根据这个原理，颈椎中下段右屈必然伴随右旋，反之亦然。

在整个脊椎的偶合运动中，颈椎区的同向偶合是最为大多数学者接受的，争议较少的偶合模式。然而在非专业的肉眼观测中，这种偶合运动并非显而易见，刻意的颈肩部肌肉抵抗，可以实现视觉上侧弯不侧旋，但侧弯角会减小。

内容参考： kinesiology of the musculoskeletal System-- Foundations for rehabilitation，主编：Donald A. Neumann，第9章 Axial Skeleton: Osteology and Arthrology。