脊柱稳定的三柱结构

l984年Danis从脊柱稳定性方面提出了“三柱”概念。前柱即前纵韧带、椎体前份和椎间盘前份；中柱即椎体后份、椎间盘后份和后纵韧带；后柱包括关节突、黄韧带、棘上韧带及棘间韧带。前屈暴力主要影响前柱，纵向压缩暴力波及中柱，发生的骨折常不致影响脊柱的稳定，若同时伴发后柱的损害才导致脊柱不稳。

（一）前中柱结构

1．前纵韧带与后纵韧带　前纵韧带厚而纤维紧密，它有数层纤维，最浅层纤维最长，附着3～4个椎骨，中间层附着2～3个椎骨，最深层纤维只附于相邻椎骨。前纵韧带上窄下宽，在椎体前面上、下份及间盘纤维环处粘连牢固，于椎体前面中份处则较松。后纵韧带在颈部和上胸部较宽且宽度一致，但在下胸椎和腰椎椎体处较窄呈锯齿状，椎间盘处变宽，贴附紧密，故椎间盘于其两侧突出多见。

前纵韧带防止脊柱过伸，后纵韧带防止过屈。据测定，前纵韧带的预张力比后纵韧带约小1／3，但它能承受的拉力却为后纵韧带的2倍，可达300kg以上，这与AS后凸屈曲畸形有关。

2．椎体　椎体呈短圆柱状，其横断面积从颈椎至腰椎逐渐增大，L5约为C3的3倍，以致单位面积承受的压力基本一致。椎体外层为骨密质，内部为骨松质，骨小梁按压力与张力方向排列（图12-1）。以椎体前面为基底，以椎体中心点为尖顶，存在着一个骨小梁密度较稀的锥形区。因此椎体前端受压缩，骨折常呈楔形。

图12-1　椎体内骨小梁结构

C3－C7椎体两外上侧方有嵴样隆起，称为钩突，其与上位椎体下面侧方的凹面构成钩椎关节，即Luschka关节。C3－C7椎体的横径明显大于矢径，C3横径约22mm，矢径约16mm；C7横径约30mm，矢径约18mm；椎体高度C3约 14mm，C7约13mm；横突孔间距C3约26mm，C7约34mm。因此，在行颈椎前路钢板内固定时，选择螺钉的长度以14～16mm，钢板长30～35mm宽约20mm为宜。

胸椎椎体上有肋凹，但椎体形态各异，上部胸椎体形态逐渐由颈椎型改为胸椎型，下部胸椎体由胸椎型逐渐改为腰椎型。T1是典型的颈椎型，其横径几乎是前后径的2倍；T2保留颈椎型，但横径与前后径差别较小；T3最小；T4呈典型的“心形”；T5－T8前后径逐渐加大，但横径变化不大。T4－T8由于胸主动脉压迫其左侧，表现为两侧不对称。其余胸椎体各径迅速增大，T12酷似腰椎。

腰椎椎体横径大于矢径，且径值自上而下逐渐增大，L1横径约37mm，矢径约28mm；L5横径约47mm，矢径约30mm。腰椎生理前凸导致L1－L2椎体前低后高，L4－L5前高后低。

3．椎间盘　椎间盘位于枢椎至骶椎的相邻椎体之间，是椎骨间的主要连结，总数为23个，总厚度为脊柱长度的1／3。椎体上、下面有薄的透明软骨板附着，椎间盘与透明软骨板一起形成椎间联合。

椎间盘由外周板层状的纤维环和中央的髓核组成。纤维环的外围是较窄的胶原纤维区，内部是较宽的纤维软骨区。每一环层的纤维斜形排列，相邻环层之间的纤维斜行方向相反并相互交错，因此有利于脊柱较大范围的运动，同时也限制脊柱的过度旋转。接近椎体中央的纤维环板层，始于软骨板向外斜行，绕过髓核后走向中央止于对侧的软骨板，使髓核呈椭圆形。最外层的纤维环与前、后纵韧带相融合。

髓核是由黏多糖和胶原纤维构成，并不位于纤维环的中央而是偏后，椎间盘的前方有宽而坚强的前纵韧带加强，后纵韧带相对较窄、薄弱，因此髓核易向后外侧突出。正常髓核含大量水分，一般可达80%以上，随年龄的增大，髓核退行性改变，水分逐渐减少。当椎间盘不负重时，髓核内压力较低。

椎间盘除纤维环周缘部有邻近的血管供应外，其他部位无血管和神经，其营养由相邻椎骨内血管经软骨板弥散渗透供应。椎间盘的弹性及张力取决于软骨板的通透性及渗透能力。髓核退变或损伤后修复困难。

单个椎间盘的厚薄反映该段脊柱的活动度。不同区域和同一椎间盘不同部位厚度亦不同。颈段和腰段椎间盘前高后低，形成该部前凸；胸段椎间盘前后一致，上胸部最薄，仅2mm；腰骶部最厚，间盘前缘可厚达17mm。

（二）后柱结构

1．椎弓　椎弓由两侧椎弓根和椎板在中线融合而成。位于上、下关节突之间的椎弓根与椎板交界处较为缩窄，称峡部。在腰椎最为明显。

椎弓根：前端稍宽，接椎体，骨密质较椎体厚，但松质仍较多；后端接椎板，横突和上关节突附于其侧面和上面，是应力的集中区，几乎全由骨密质组成，是椎骨最为坚固的部分（图12-2）。临床上行脊柱内固定时，常选择椎弓根作为三柱固定点。

图12-2　胸椎（T5）与腰椎（L3）椎体侧面与上面观

颈椎椎弓根的形态学变异较大，一般其高度大于宽度。寰椎无椎弓根，相对应结构为侧块。枢椎椎弓根粗壮，上部宽度明显大于中下部，中部宽度平均约6mm，85%的椎弓根中部宽度＞4mm，行椎弓根螺钉固定时螺钉直径宜进行个体化选择。

胸椎椎弓根的上缘与椎体上面的终板相平行，其上下缘位于椎体的上2／3，椎弓根的长轴中心线向下倾约10°，内倾角T1约30°，T2约25°，T3约19°，T4－T12约13°。椎弓根矢径大于横径，横径T1最大，约8．1mm，T4最小，约4．2mm，均值为5．9mm；矢径T1最小约6．0mm，T12最大约20mm，均值为11．9mm。因此，胸椎椎弓根螺钉直径的选择，关键取决于椎弓根横径，其大小分别为：T4－T5＜4mm，T3、T6、T7＜4．5mm，余均≥5mm。

腰椎椎弓根，L1横径约7mm，矢径约16mm；L5横径约12mm，矢径约20mm，故应根据其横径选择椎弓根螺钉直径。

贯穿椎弓根全长，从后向前直达椎体前面的总长度由胸椎至腰椎亦逐渐增大，T9为40mm，L2为45mm。减除钢板的厚度，胸钉分别长40mm和45mm是合适的。椎弓根长轴与矢状面的夹角在T9－L3均为0°左右；与水平面的夹角T9－T12为9°～23°，在腰椎几乎为0°。因此螺钉的钻入方向在下胸应有相应的斜度。对于椎弓根进入点，横坐标胸段者通过横突根部上缘，腰段者为横突的水平中分线；纵坐标胸段者为上下关节面中心点的连线，腰段者为通过关节间隙后缘的垂线。由于操作恰于脊神经后支的内侧支的内下方进行，因此应注意避免对它造成损伤或压迫。据统计，椎弓根内面与脊髓的距离最短者仅2mm，椎弓根下切迹比上切迹深，因此，进针的方向宁可稍偏外而不可偏内，宁可稍偏上而不可偏下。

椎板直接与椎弓根连续，呈垂直扁平状并向后内侧弯曲，与棘突底围成椎管。据刘广杰记载，国人腰椎椎板平均厚5mm，L3最厚，平均5．9mm，椎板增厚是椎管狭窄的重要原因。如椎板厚度超过8mm，即可视为增厚。临床上经常采用一侧或双侧椎板切除来进行椎管减压或探查和切除椎管内的病变组织。椎管狭窄处椎管内脂肪组织消失，椎板与硬膜之间常发生粘连，有时特别紧，手术时易将硬膜撕裂。

2．横突与棘突　横突从椎弓根与椎板连接处向外侧突出。颈椎横突每侧有两根，两根之间前内有椎动脉孔，后外有脊神经沟。双侧椎动脉98%以上均进入C6横突孔上行，很少进入C7或C5孔。一般C7横突孔内只有椎静脉而无椎动脉。胸椎横突与肋骨相关连。

腰椎横突由肋骨退化而成，大量肌肉通过在横突和棘突上附着对脊柱的运动和稳定起作用。附于横突的结构有腰大肌、腰方肌、竖脊肌、横突间肌、腰背筋膜（深层）和横突间韧带等。腰部受扭转暴力，可引起横突骨折。众多的肌肉过度牵拉可导致横突处发生慢性劳损，产生无菌性炎症和局部粘连。腰神经后支及其伴行的血管束行经横突的上绦，其外侧支贴横突后行，如被挤压或卡压，静脉回流受阻淤血，则易导致腰痛。L3横突最长，受应力最大，易致第3腰椎横突综合征。

棘突从两个椎板连接处向后突出，常向后下伸，主要由骨松质组成，只在表层有较薄的骨密质覆盖。不同椎骨棘突的大小、形状和方向各异。C7棘突较长，在活体上易摸到，为常用的骨性标志。T5－T8棘突最长、最倾斜，相互重叠。腰椎棘突呈板状，暴力使脊柱前屈时，棘上和棘间韧带的强力牵拉可使棘突分裂成两半或从根部折断。

3．黄韧带、棘上韧带与棘间韧带　黄韧带起自上位椎板前面中部，止于下位椎板的后上缘。颈部的黄韧带薄、宽而长，胸部较厚，腰部最厚。当脊柱前屈时，它可抑制椎板分离，也可帮助前屈后恢复直立姿势；脊柱过伸时它突入椎管，即减少椎管矢径。如椎管原已狭窄即易导致过伸性脊髓损伤，这在颈椎尤为明显。外伤或慢性劳损可致黄韧带增厚，过度肥厚将导致椎管和神经根管狭窄，神经根受压，最易发生的部位是L4－L5间隙。

棘上韧带起自C7棘突止于骶中嵴，是连接全部棘突尖的一条坚固的纤维索。纤维分层附着情况与前、后纵韧带相似：最深层连接相邻的棘突并与棘突间韧带相延续，深层纤维越过2～3个棘突，最浅层纤维延伸3～4个棘突。其胶原纤维排列成“Z”形，当脊柱屈曲时“Z”形排列变直，伸直时还原，故棘上韧带具有一定的弹性。由于棘上韧带负重大，附着处可出现退变、撕裂等慢性劳损，易导致慢性腰痛。

颈段的棘上韧带又称项韧带，分表层的索状部和深层的膜状部，前者附着于C7棘突与枕外隆突之间，后者自索状部发出，向深面依次附至C2－C6棘突、寰椎后结节和枕外嵴。项韧带富含弹力纤维，常在C5－C6棘突后出现条块状软骨化或骨化灶，多见于退变椎间盘的后方。

棘间韧带附着于每个棘突根部到棘突尖，前方与黄韧带，后方与棘上韧带相接，其纤维通常是向后下倾斜。颈、胸段均较薄弱，颈段发育较差，胸段窄而长，腰段最为发达，宽而厚。L4－L5、L5－S1棘间韧带退变破裂，成为脊柱不稳、下腰痛的重要原因。

4．椎间关节　椎间关节由上下相邻的关节突构成，属滑膜关节，关节囊附于关节软骨周缘，颈部关节囊松弛，胸部较紧，腰部则较肥厚。

脊柱各部椎间关节面的朝向不同（图12-3）。C2－C3椎间关节面与水平面成向前开放的40°～45°角，下颈部关节面趋于水平位，加之关节囊较宽大松弛，故活动范围较大。受暴力时脱位最为常见，可通过牵引复位。胸段椎间关节面呈冠状位，近乎垂直排列，关节突较高，受暴力时关节突可折断。若发生跳跃性前脱位，由于交锁较紧，通过牵引不易解决，常需要手术复位。上腰椎关节面近似矢位，在腰骶部近似冠状位。关节囊紧张，容许屈伸和侧屈运动，但几乎不能旋转，受暴力时关节突易骨折或峡部骨折，而脱位较少。若发生前脱位，由于关节突的前缘间距较后缘间距短1cm左右，跳跃后即可发生嵌顿交锁，造成复位困难。

钩椎关节（Luschka关节）均有软骨覆盖，前、后和侧方均有关节囊韧带包绕。由于钩椎关节囊内层多无滑膜，因此并非恒定、典型的滑膜关节。钩突构成颈椎间孔的前内侧界，骨质增生时可压迫脊神经根和椎动脉。钩椎关节部分遮盖了椎间盘的前面，因此从椎体前面见到的椎体间隙较实际间隙小。钩椎关节的存在可防止椎间盘向侧方突出，从而具有重要的临床意义。

图12-3　颈、胸、腰椎间关节方向