脊柱稳定性

脊柱稳定性是实现脊柱功能的基本保障，影响脊柱稳定性的因素又可分为4大类。①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；②动力性稳定器：韧带、纤维环、关节面软骨；③流体力学稳定器：髓核的膨胀度；④随意性稳定器：整体运动肌和局部稳定肌及相应的神经运动控制单位。Panjabi于1992年提出了保持脊柱稳定性“三亚系模型”。被动亚系（脊柱结构）、主动亚系（椎旁肌肉）和神经控制亚系（运动控制单位）。以上4种因素中前3种因素是脊柱功能单位的组成部分，是保持脊柱稳定性的内在因素和基本条件（即被动亚系），而后一因素可存在于各种脊柱不稳定的情况。这些因素的病理改变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的逐渐下降以及各种原因导致的肌肉功能下降都可影响脊柱的稳定性。对于结构性稳定器、动力性稳定器、流体力学稳定器的功能障碍，临床一般采取手术治疗和（或）非手术治疗（卧床、矫形器保护、药物、牵引、理疗及康复等方法）。对于随意性稳定器（椎旁肌肉及运动控制）的功能障碍，则主要采取康复治疗中的运动疗法。

1．脊柱稳定性的基本概念 White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，也不出现明显畸形和严重疼痛”称为“临床稳定”，而当脊柱丧失这一功能时，称为“临床不稳定”。

临床脊柱不稳定可分为机械性不稳定和神经性不稳定。机械性不稳定是指脊柱结构的改变造成脊柱生物力学的不稳定，在一定负载下脊柱各结构可能失去维持其相互间正常位置关系的能力，但未引起脊髓或者脊神经根的压迫和损害。患者可能有因间盘、小关节突及韧带受累所引起的局部的躯体性疼痛（somatic pain）。神经性不稳定多是在机械性不稳定的基础上造成的神经压迫所引起，患者会因脊髓或神经根受损而出现瘫痪或根性疼痛（radicular pain）。脊柱伤病可因累及脊柱结构和功能而影响脊柱的稳定性，严重的脊柱骨折，脱位可造成急性脊柱不稳定，脊柱的退行性变、严重的脊柱畸形及椎旁肌瘫痪可造成慢性脊柱不稳定。

2．保持脊柱稳定性的主要因素 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。

（1）被动亚系：主要由椎体、小关节突和关节囊、韧带、椎间盘等成分组成即脊柱功能单位组成。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，NZ）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，EZ）指从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，一般情况下被动亚系不参与脊柱稳定性维持，此刻的脊柱稳定性主要取决于局部肌肉（local muscle）活动的维系；在EZ区间，被动亚系参与脊柱稳定性维持。

（2）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。单节段或短节段肌肉（local muscle），如横突间肌、棘突间肌及多裂肌等，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，对脊柱稳定起主要作用。体积较大的多节段肌肉（global muscle）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。

（3）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。一次损伤后神经控制功能没能得到彻底康复会提高再次损伤的危险性。研究发现，神经控制亚系能够配合即将发生的肢体运动，启动相关肌肉活动来保持脊柱稳定性，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，3个亚系分别是维持脊柱稳定性的3个独立性因素，通常某一因素的损害，可以由其他因素加以代偿。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。

脊柱功能单位即脊柱骨性结构及韧带等骨连接结构的完整是保持脊柱稳定性的内在因素和基本条件。而椎旁肌、胸廓及腹压对维持脊柱稳定有重要作用，为外在因素。剥离肌肉的骨性脊柱不能维持正常的直立生理曲度，其在各方向上的应力应变曲线均有明显改变，说明椎旁肌群对脊柱稳定性的维持至关重要。神经肌肉损害造成椎旁肌肉的瘫痪或不平衡可引起脊柱不稳定而产生畸形，这在儿童脊髓损伤更为常见。胸廓的骨性框架结构为胸段脊柱的稳定性提供了有力的解剖学基础，一般胸椎骨折（T1～T10）力学上是相对稳定的，而严重的胸椎骨折、脱位均伴有肋骨的骨折，因此是不稳定的。胸、腹腔的压力构成了脊柱承重的第二机制，脊柱脊髓损伤后腹肌瘫痪可造成第二机制失效而影响脊柱稳定性。

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。在维持脊柱稳定的作用中，局部稳定肌（local muscle）起到主要作用，整体运动肌（global muscle）作为躯体运动所需的动力的来源，主要负责做功，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、跨越双关节或者多关节分布，可连接胸廓和骨盆，这些肌肉收缩通常可以产生较大的力量，通过向心收缩控制脊柱的运动和产生功率，如骶棘肌（分3组肌肉，腰部主要为腰部最长肌和髂肋肌）和背阔肌等。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节段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。多裂肌的作用包括保持脊柱的节段稳定和自然生理前凸、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脊神经背支的内侧分支分布，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，多裂肌是唯一主要起到保护作用的肌肉。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。

以腰椎稳定性为例，如图5-11所示，膈肌、腹部肌群、背部肌群、盆底肌都在中枢神经系统的控制下参与到这一过程中来。其机制则涉及反馈等多种控制模式。只有整体运动肌和局部稳定肌协调一致的运动，才能保证关节的稳定、应力的正常分布。一旦控制这一过程的神经亚系出现问题，就可能导致局部疼痛等一系列症状。在中国传统的脊柱康复方法中，比较重视对肌肉功能的训练，如临床医师经常指导慢性腰痛患者进行“燕子飞”“搭桥”等肌肉训练，但由于不重视对神经肌肉运动控制系统的训练，影响患者的治疗效果。

图5-11　腰椎的整体运动肌和局部稳定肌