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颈椎生物力学

运动学研究脊柱在无载荷状态下的运动状况；而生物力学则是研究脊柱与载荷之间相互作用的机械反应。生物力学因素在脊柱疾患的发病机制巾具有十分重要的意义，颈椎上接颅底，下与相对的胸椎相连，椎间盘相对较厚，推板不相重叠，是脊柱活动范围最大的部分，其结构上的特殊性决定了生物力学功能上的特殊性。颈椎的基本生物力学功能是：①载荷的传递；②三维空间的生理活动；③保护颈脊髓。颈椎椎体、关节突关节、椎间盘及其韧带是内在的稳定因素，颈周围的各组肌肉是外在的稳定因素，但也都是完成颈椎生物力学的因素。
近年来，随着对颈椎疾病和损伤发生机制研究的不断深入，医学影像诊断技术、颈椎内固定材料及技术的不断进步，各种外科治疗手段发展迅速。在临床实际工作中’准确判断颈椎的稳定性、选择合适的治疗手段及内固定材料，已经成为临床医师诊治颈椎伤病成功与否的关键因素之一。这就要求脊柱外科医师郡必须了充分理解和掌握颈椎的生物力学原理，包括正常生理条件下和载荷状态下的运动学、载荷状态下的生物力学，病变、损伤以及减压、融合和内固定手术对颈椎生物力学稳定性的影响。

第一节 基本概念

掌握与颈椎损伤有关的生物力学基本概念，有助于聊解颈椎损伤的机制，对患者做出准确评估和治疗，有效地预防这类损伤的发生；提醒临床医生发现可疑的损伤；有利于从影像学检查结果，更好地进行鉴别诊断。与颈椎损伤有关的生物力学概念有：

1载荷的大小 载荷的大小是造成颈椎即刻稳定性丧失和疲劳性失败的重要因素。即刻稳定性丧失是由一次载荷周期造成的；疲劳性失败是由多次载荷周期引起结构破裂不断积聚而产生。在合理的日i间内引起的疲劳损伤的最低载荷就称为疲劳极限。疲劳曲线可记录疲劳过程，载荷积累可导致疲劳性失败。超过疲劳极限的载荷越多，引起失败的载荷周期越小。
Ⅱ 2载荷率 载荷率的改变是影响损伤类型和其严重程度的主要因素，黏弹性又决定了载荷率的大小。所谓黏弹性是指物体对载荷率或变形敏感的时间依赖性，主要表现为蠕变和松弛。蠕变系指在一段时间内在载荷持续作用下所导致的持续变形，也就是变形的程度因时间而变化。松弛则为材料受载荷后变形到达一定程度时应力或载荷随时间而减低。骨、韧带、肌腱和骨骼肌具有黏弹性。黏弹性行为的应力一应变曲线依赖于载荷率。载荷率越大，应力应变曲线越陡。反映载荷率增加的应力ˉ应变lIll线在骨、韧带k肌腱和骨骼肌是各不相同的。在颈椎，剁l向的压缩载荷率增加单节段椎体骨折的可能性，而作用于颈椎分散载荷导致多节段椎骨与韧带损伤。交通事故中对头前方吸能材料的撞击增加了脊柱受载荷的时间，有效地减低了载荷率，使瞬间撞击力减小，但并不减小转移到颈部的总能量。在一些情况下，头、颈部的偏转可使载荷分散至肩部或胸部。但吸能材料有控制颅骨受撞击的特性，防止颅骨偏离载荷力线。如头或脊柱功能单位的姿势被固定，虽然使其结构破坏的能量增高，但与非区定标本相比，其损伤程度也增加。
3，位移 在载荷不变情况下，移位越多，引起的颈椎损伤越重。限制躯干运动对预防损伤有重要意义，在汽车座位上头垫和安今带的使用明显减少了严重颈椎损伤的发生率。运动平面与其轴线垂线的交点就是物体的瞬间旋转轴线，不同的瞬间旋转轴线引起不同的损伤类型。McLain等研究发现，以l椎体前方为旋转轴，后方软组织破坏早于纤维环的破坏，而不造成骨折。相反，C10lYel1等用椎体中部中央为旋转轴，在属曲运动时标本的稳定性破坏，椎间盘损害，但没有椎体楔形骨折。
4载荷的方向 载荷方向在损伤机制中起重要作用，在单平面分析或多平面分析中发现，大部分颈椎损伤是由同一平面上的暴力引起，但在同一平面上的载荷与运动不能充分解释颈椎损伤发生的多样性。脊柱运动方式分为两种：旋转运动（角度运动）和平移运动（线性运动）。两种运动都可用三维坐标系来表示，具有6个自由度（图3一1）。在临床上，通常以沿x轴的旋转运动代表脊柱的伸屈运动；沿y轴的旋转运动代表轴性旋转；沿z轴旋转代表侧屈运动，而在临床上看到11CJ平移运动通常是椎间关节的前后脱位、侧方剪切移位和垂直脱位及压缩变形。

5载荷点 研究发现，作用于颅项后方的垂直暴力引起过伸性骨折，作用于颅顶前方可引起屈曲性损伤。载荷点在前后方向上较小范围内（lcm）的变化可产生的骨折有很大的差别。当载荷作用于标ffi（；C））＇（fig1t，.b＇H姑标济的损伤程度最低；当作用于标本几何中心前方lcm时，造成后方结构严重损伤和属山性不稳；如当载荷作用于标本几何中心后方lcm日刂，造成前方结构的严重损伤和伸展性不稳◇

由于头、颈部的偏转，非轴向载荷中的部分可分散作用于肩部，而不是头、颈部。
6功能单位 脊柱由相似的基本运动单位构成，此单位可独立进行研究，有时称为脊柱功能单位（functional spinal unlt，FSU）。FSU由相邻两节椎骨和连接此椎骨的椎间盘和韧带构成。两节椎骨由后方的关节突关节和前方的椎间盘关节连接，并包括相应的前、后纵韧带和推弓间韧带，此关节和韧带高度特异化以适应脊柱基本生物力学功能。FSU是能够显示与整个脊柱相似的生物力学特性的最小功能单位，但和在人体内的状态有一定的差别。脊柱的生物力学研究和所获得的参数，大多数是以FSU为基础。
7头与脊柱姿势 在对人和牛脊柱标本研究中发现，头和颈椎的姿势与载荷条件可造成颈椎在遭受撞击后产生前属、扭转和后伸活动。轴向中心施加载荷后突然变形就会发生扭转，当颈椎弧度变直或与轴向载荷存在线性关系J，l易于发生扭转。这与颈椎在弯曲状态时明显不同，弯曲时在载荷作用下可明显造成前凸或后凸，而不发生扭转。根据载荷作用点与作用方向的不同，脊柱发生不同的反应，如扭转或弯曲。
头部前屈，消除颈椎的正常前凸时，在轴向载荷作用下可产生的轴向变形最小，理论上减小了周围肌肉、韧带分散载荷的作用。当颈椎弧度变直时，大量的载荷能量被脊柱吸收，苜到其发生扭转，其吸收的能量迅速地向周围软组织分散。在屈曲或伸展位时，发生骨折的载荷较中立位时小得多。许多研究表明，弧度变直的颈椎可承载和抵挡的轴向载荷最高。临床上，多数损伤发生在跳水者进入水池底部时，头呈前屈位，在与池底撞击时发生颈椎压缩或爆裂骨折，椎小关节脱位。相反，如跳水者头部呈后伸位时，导致面部损伤，也有同时合并严重颈椎损伤的报告，但发生率较低。
8脊柱运动的耦合（共轭）现象 尽管脊柱的运动方式种类较多，但它们之间存在着某些特殊的关联，称为耦合现象。耦合现象是指同时发生在同一轴上flCJ平移和旋转活动，或指在一个轴上的旋转或平移必然同时伴有另一轴的旋转或平移运动的现象，例如脊柱的侧属必然伴有脊柱的旋转（H 3ˉ2）。IE常时脊柱在各方向上的运动均有其固定的耦合运动。一般来说，耦合的继发运动范围要小于原发运动，但有时也可大于原发运动。病理情况下，耦合运动的方式和运动量将

会发生一系列改变。
9损伤部位脊柱的解剖和结构特性 当载荷作用时，颈椎frfC剖和结构的特性可明显影响骨折的类型。
随年龄增加，骨的矿物质含量呈线性下降，男、女之间的下降率是不一样的，但在相同的年龄，女性的矿物质含量比男性少。少量骨组织的丢失很大程度上影响了骨的强度，使骨强度下降，如骨组织减少25％，椎体强度可减少50％。保持骨矿物质含量可预防骨质疏松性骨折的发生，尽管在颈椎中不常发生。在衰老与软组织特性变化之间的关系己有大量的研究。由于衰老，软组织退变，使其强度变弱，低能量的创伤就可引起损伤。在脊柱上，黄韧带在细胞水平的改变是细胞减少，弹性纤维碎片增多。生物力学方面，老年人的黄韧带弹性模量降低∫，张力也降低，容易折屈和缩短，突人椎管发生脊髓压迫。黄韧带变性产生的脊髓压迫现象已经引起临床医学的高度重视。在退变条件下，椎间盘变性，弹性降低，逐渐丧失吸收能量和分布应力的能力，抗载荷、扭曲能力的降低，容易发生纤维环破裂和髓核脱出。
10生物力学柔性实验 关于颈椎生物力学的大多数信息都可以从柔性实验中获得。柔性实验利用尸体标本巾两个或两个以上的推体节段，去除肌肉组织，而不损伤韧带及骨骼结构。将扭转负荷、线性负荷或者混合负荷加载于被测试的脊柱节段，测量脊柱运动的各项数值。在一次柔性测试中，可以同时获得几项生物力学指标。分析载荷ˉ形变反应曲线可以获得各种生物力学参数，例如刚度（stiffness）、柔度（fiexibility）、运动范围（l＇ange of m。tion，ROM），旋转（10tation），平移（tlanslation）、中性区

（netltlal z。ne），弹性区（ela：tic zone）、旋转轴（axes of10tation）。所有这些参数在脊柱的不同节段都各不相同，其中某些参数可以比较敏感地反映山脊柱的稳定程度。到目前为止，这利∫柔性实验研究还只能在尸体标本上进行，但从这种离体的柔性试验中测得的各项参数可以反映各种关节和韧带结构对脊柱运动的影响。
11 颈椎的载荷一形变反应 从柔性实验中获得的载荷｜形变曲线表现了颈椎运动的独特方式。分析载荷ˉ形变曲线可以获得脊柱的刚度、柔度、运动范围（ROM）、中性区（NZ）、弹性区（EZ）等各种重要参数。
柔度是一定载荷下脊柱形变的总量，用于表示脊柱的柔韧性，可以用载荷ˉ形变曲线中斜率的倒数表示。刚度正好与柔度相反，它表示脊柱抵抗形变的能力。运动范围（ROM）的定义是最大载荷作用时脊柱位置与中立位之间运动节段的位移末小，即为中性区（NZ）和弹性区（EZ）之和。所谓中立位（即休息位）指的是脊柱在关节所承受的应力最小，肌肉维持空间体位时所用力量最小的一种状态。在图表中，中立位应位于两侧中性区的中点。中性区（NZ〉是ROM中的一点，此时脊柱韧带最为松弛，以较小的力量即可产生较大的椎体活动，反映在载荷一形变曲线上，是载荷为零的一段。J单性区（EZ）是载荷。形变曲线巾最陡的一段，位于ROM的边缘，此处韧带变得紧张，硬度增加，对任何进一步的运动都将作出抵抗。弹性系数可在弹性区内测得。在生理状态下，将B0M分为NZ和EZ两个部分似乎没什么价值，但是，这些指数在脊柱损伤和不稳时将变得较为敏感。病理条件下，EZ和NZ容易鉴别，因此，这些术语对于判断脊柱的稳定性有着重要意义。

第二节 颈椎运动学不g临床不稳症

一、颈椎运动学
l 根据功能和解剖特点。颈椎可分为￣L颈椎（枕一寰ˉ枢复合体）与下颈椎（颈2～7〉两部分。
（一）枕ˉ寰ˉ枢复合体
该复合体是人类中轴骨骼系统中最复杂的关节，为颅骨与典型1｛I间关节之间的转移部分，其生物力学上也有独特的特点。
1活动幅度 枕寰和寰枢关节均有屈伸运动，其中枕寰的平均屈伸范围约为lj.q°，寰枢约为10°。两者结合使枕一寰一枢复合体的总屈伸范围为23 4°。
多数人认为轴性旋转只发生在寰枢关节，枕骨关节而在矢状而上拱起而与寰椎的环状关节面相嵌合，从而阻止了旋转动作。临床￣L利用枕寰关节没有轴性旋转这一特点，通过拍摄标准的颅骨侧位片即可获得真正的寰椎侧位像，并以此来判定枕寰之间或寰枢之间有无关系异常。但Wolth（1980年）却认为枕寰之间具有平均3.22°的轴性旋转。
与枕寰关节相反，寰枢问的轴性旋转范围相当大，这同样可用关节面的几何形状来解释。其旋转活动的代表值为旬°，相当于颈椎全部轴性旋转度的40％～50％，其余的50％～60％由下颈段提｛jt。寰枢间的巨大旋转度给临床带来不少问题。当头部扭转时，对侧寰椎相对于枢椎前移，而可能导致其间的椎动脉拉伸、狭窄。扭转30°日司刈狈刂椎动脉首先受累，至45°n寸同侧椎动脉也开始扭曲，当双侧血流均受影响时，将诱发后颅凹血流减少的征象，这利Ⅱ清况可见子体操、颈部牵引和推拿时。
对枕一寰一枢复合体的侧屈活动幅度争论较大，一般认为枕寰为7.8°，而寰枢关节无侧屈活动。研究发现颈部作侧属动作时，寰枢之间将发生旋转，旋转到一定程度后又出现两者之间的侧向平移。因而认为在枕一寰一枢复合体中，寰椎还具有半月板样作用。
枕ˉ寰ˉ枢复合体之间的平移活动很小。枕寰间
￥移为Uˇl lll】ll∶超过ltttttt者为病理性。寰枢之间的前后平移较大，成人为2 5mm∶儿童为4mm，一般认为大于3mtn者需考虑横韧带断裂。至于寰枢的侧向平移，多数人认为只

有在做侧属和轴性旋转时才会发生，大于4mm者可视为异常。
2共轭特征 共轭现象是指同时发生在同一轴上的平移和旋转活动，或指在一个轴⊥的旋转或平移必然同时伴有另一轴的旋转或平移运动的现象，例如脊柱的侧属必然伴有脊柱的旋转。正常时脊柱在各方向上的运动均有其固定的共轭运动。病理情况下，共轭运动的方式和运动量均可能发生改变。一般认为寰枢关节有显著的共轭现象，多数学者观察到寰椎在纵轴上的轴性旋转总伴有纵轴方向上的平移，认为这与该关节的双凸形状和齿突的方向有关。
3瞬间旋转轴 远在1个世纪以前，Henke即确定枕寰关节在矢状面上活动的瞬时旋转轴（JAR）位于齿突顶端以上2～3cm处。由于枕寰关节的轴性旋转很小或不存在，因此也就不存在该活动的IAR问题。
对于寰枢关节，矢状面屈伸运动的IΛR位于齿突的中1／3处，而轴性旋转的IAR位于枢稚的中部。
（二）下颈椎
颈2～7在解剖学和运动学上与枕ˉ寰ˉ枢复合体有明显不同。
I 颈97三维活动幅度（表3一1）
fi3·1 颈椎伸屈、侧弯及旋转活动度

年龄对活动度的影响相当大，有人认为即使在青年人中也是如此。研究发现年龄与活动度里反比，年龄增大，活动度减小。单独一个间隙狭窄对下颈椎的总体活动影响不大，只有多个间隙均狭窄时才会影响活动度。
下颈椎屈伸活动主要是竹：中段，颈5一6活动度最大，特别是在欠状面上。侧屈与旋转活动则是愈往

下愈小。II，＾⒖和颈67在半屈ˉ中立ˉ半伸范围内的活动度明显大于颈3一4和颈4～5，而这一活动范围恰好在日常生活中使用最多，这或许可为颈5～6与颈“～7退行性改变发生最早、最重提供一个解释。
根据下颈椎活动幅度可刈颈椎稳定性作出评定。下颈椎前后方向上的平移上限，直接测量为2 7mln，放射学测量为3，5mm。因此，如在侧位Ⅹ线中测量到下颈椎前后方向的椎间平移大于3 5mm，即可认为该段颈椎失稳。White等采用牵伸试验来测量轴性位移，牵引力为1／3体重时如椎间隙增加1 ？mm以上者为阳性。但在牵引中应严密观察神经症状，以免发生意外。
2共轭特征 在下颈椎，侧属时棘突转向凸侧，例如作头向左的侧属活动时，棘突必然同日1转向右侧。这种共轭现象对了解颈椎小关节脱位有重要意义。当外伤暴力导致关节超越正常活动范围时，即生理性侧屈与轴性旋转的共轭活动幅度被超越时，将使一侧小关节突过分移向尾侧，另一侧小关节突过分移向头侧并致单侧小关节脱位。详细分析与了解这一过程，对整复单侧小关节脱位很有帮助。不同平面侧屈时所伴随的轴性旋转角度如下：颈2每侧屈3°，伴有2°旋转；颈7每侧屈1.5°，伴1°轴性旋转。从颈2到颈7，伴随侧属的轴性旋转度越来越小，这与小关节面的倾斜度自上而下逐渐增加有关。
3瞬时旋转轴 虽有不少研究报道，但由于所用方法不同等原因，结果很不一致，可能的位置包括下一邻稚的椎体、椎体＋：；I：＼、椎间盘以及髓核。有人认为各活动节段的TAR不在同一相应部位，颈2在冠状面上活动的IAR位手下一邻椎椎体的后下部分，然后自上而下JAR有向前向上移动的趋势，颈°的TAR位于下一邻椎椎体的前上部分。
二、上颈帷不稳定
寰枕关节和寰枢关节的稳定性取决于解剖结构的完整性。评价不稳定首先应仔细的回顾患者的主诉和病史。高质量的颈椎放射学检查包括侧位X线片、开口齿突位置摄像、侧位过伸过屈位和（或）CT扫描和重建对确定临床不稳定是十分必要的。
评价上颈椎不稳定各种放射学标准已经明确（表3ˉ2）。上颈椎不稳定的情况包括枕颈脱位、颅底凹陷以及寰枕关节和寰枢关节的旋转和前后位不稳定。

表3·2 枕骨。寰榷·枢椎不稳定标准

＞8° 枕骨一寰椎向一侧轴向旋转
＞11nm 枕骨一寰推前后移位
＞？mln 寰析1.一枢椎过牵（总向右和向左）＞45° 寰椎一枢推向一侧勾＂向旋转
＞4lnn1 寰椎。枢摊前寰齿问Ⅱ巨
＜13ln111 寰椎。枢椎后寰齿间距

寰枕脱位包括轴向、向前或向后脱位。确定寰枕关节脱位通常测量齿突ˉ颅穴（枕骨大孔前缘中心点）间距和Polvel比率。正常情况下齿突尖到颅穴的距离在成人小于5mm，儿童小于10mm。如果增加提示可能存在轴向脱位。Powel比率是：颅穴到寰椎后弓的距离除以颅后点到寰推前弓的距离（图3一3）。PolYel比率是用来确定寰枕关节有无前后肥位，比值大于l.0提示前脱位，如果除外后脱位的情况，比值小于l.0是正常的，比值最小达到0.7包可以是正常的；同时在病理情况下，齿突或寰椎前弓骨折和枕骨大孔先天性狭窄比值也可小于l.0。其他诊断不稳定的标准包括在伸屈位片上齿突尖到顾穴的前后移劫超过1 0mm，CT图像上向一侧旋转超i；J8°等＾

颅底凹陷表示垂直或压缩不稳定，颅底凹陷最常出现在风湿性关节炎患者，但也常出现在转移性肿瘤和创伤，众多的颅底骨性标志被作为测量颅底凹陷的参考线（图3一4），由于顾底有很多的骨性阴影，确定有无颅底凹陷需要行上颈椎侧位断层X线检查或CT扫描图像重建。
寰枢椎不稳定包括前后位和旋转不稳定，AADI成人超过3mm，儿童超过4mm提示限制前移位的结构损伤，后寰齿间距小于13mm也代表前方向的不稳定。后移位是少见的，但齿突骨折和先天性畸形可引起，也可为寰椎前弓缺陷或者齿突被肿瘤或感染破坏引起。
寰枢椎旋转脱位可能是单侧向前、单侧向后或单侧联合向前或向后，寰椎旋转以及缺乏解剖学限制决定了旋转脱位的类型，单侧向前或向后的寰枢椎脱位，旋转轴总是在围绕以对侧关节突关节为巾心轴的旋转。
前脱位比后脱位更常见，这通常是关节炎或感染削弱或破坏了横韧带和关节囊的结果，后脱位通常是齿突先天性或获得性缺陷的结果。单侧向前和后脱位出现时一侧侧块向前或向后移动，由于关节囊韧带双侧破坏，齿突成为旋转轴。如果齿突、覆膜和横韧带完好关节仍能保持稳定。
三、下颈椎不稳定
下颈椎不稳定多是由创伤、退变、获得性或手术后引起。了解解剖在脊柱功能单元中的地位，对理解下颈椎不稳定是关键的。
评价颈椎创伤需要知道创伤机制和详细的神经系统检查，对患者有屈出损伤的病史，同时影像学显示棘突间距增宽、关节突关节半脱位、椎体压缩性骨折和失去正常的前屈，就可确定存在下颈椎不稳定。White和Panjabi为了诊断中、下颈椎不稳定提出了一个带评分系统（表3¨3）。在诊断不稳定时综合了解剖学、放射学、神经学和生理学标准，该标准不是判定患者是否需要手术，而是对不稳定者给予适当的治疗，直到颈椎稳定。
退变性和手术后不稳出现的过程很慢，除了急性颈椎创伤，症状一般较轻「Fl，m性关节炎侵蚀关节突并且损害关节囊和支持韧带，可导致典型的脱位；切除椎板和关节突能导致椎板切除术后前屈畸

形，并可导致脊髓受压；川中瘤浸润椎体引起的病理性骨折，也可导致前属畸形和脊髓或神经根损伤。然而，明白解剖结构和基本的病程，能帮助临床上正确鉴别有不稳症状的患者，并给予恰当的治疗。
表3·3 中、下颈椎临床不稳定标准

前结构破坏或无功能
后纬构破坏或无功能
仲展试验阳性
放射学标准
A属曲伸展位X线片
l矢状面前后移位＞3 51nlll或20％
2矢状而旋转＞20°
或
B x线丿十测量
1矢状面前后移位＞3 Slnlll或2070
2相刘矢状面成角＞II°
椎间盘异常狭窄
椎管狭窄
l矢状径（13lnll］
2 Pav10v比值＜0.8
脊髓损伤
神经根损伤
预期负重时存在危险

第三节 颈椎损伤B勺生物力学
一、上 颈 椎
1 枕骨骨折 Adelson禾口Montcsano报告6例

枕骨髁骨折，并刈枕骨骨折进行了分类。分为三类：I型，枕骨髁撞击性骨折；Ⅱ型，枕骨髁骨折伴颅底骨折；Ⅲ型，枕骨髁撕裂性骨折。 I型、Ⅱ型损伤机制为压缩所致，Ⅲ型是前后方移动，轴向旋转和侧方弯曲及复合暴力所致。I型、Ⅱ型是稳定的，Ⅲ型由于翼状韧带附着处枕骨髁撕裂性骨折，而翼状韧带对维持枕骨ˉ寰椎复合体的稳定性非常重要，故认为是不稳定的。
2寰枕脱位 儿童多见，因儿童寰枕连接处较成人更加不稳，易于受损伤。另外，高速行进的车辆肇事和高处坠落伤是成人寰枕脱位的常见原因。头面部遭受突然的撞击，而颈部与躯干的惯性继续向前，可能在枕骨和寰稚连接处造成剪切作用，导致寰枕关节脱位。临床上寰枕前脱位不多见，可能因暴力骤停后肌肉猛烈收缩而复位，致临床上Ⅹ线片查不出。
3寰椎骨折 寰椎椎弓骨折被认为是轴向压缩或过伸性损伤致寰椎后弓垂直方向上的压缩所致。枕骨髁与枢椎棘突挤压可引起寰椎后弓骨折。在颈l颈a的标本上施加轴向载荷可造成寰椎后弓骨折。头后仲时，枢椎侧块充当损伤部位的支点，使寰椎后弓向尾侧分离。因寰椎后弓为最细的部位，其两侧有椎动脉通过而起固定作用，因而其惯性最小，更易于损伤。
4. Jeffelson骨折 典型的Jeffelson骨折是寰椎前、后弓双骨折，很少见。由于暴力作用的大小、方向和损伤瞬间伤者头颈部的姿势不同，造成了寰椎骨折的多样性。自上而下脚传导暴力已经被公认为是造成寰椎骨折的重要原因。当暴力作用到头顶后，通过枕骨两髁分别向后到达寰推两侧块的关节面。由于枢椎两侧块作为＇｀体纵轴对抗这种冲击暴力，致使寰推介于两外力之间，就可能导致寰椎前后弓与其侧块连接处的薄弱带发生骨折。Jeffelson骨折合并齿突骨折少见，Adels。n报道一组32例齿突Ⅱ型（齿突底部）骨折仅1例寰椎骨折。合并横韧带断裂则更少见，而寰椎无骨折的单纯横韧带断裂者较多。
5寰椎横韧带断裂 横韧带附着于寰椎两侧侧块前方，并与其前弓共同构成骨纤维结构，包绕并限制齿突过度活动，保持寰枢椎稳定。横韧带损伤是一种严重损伤，可在损伤时发生寰椎前移，常伴有脊髓损伤，严重者会立即致命。损伤机制通常是头颅部遭受突然属山作用所致。研究表明，头部过度属曲时，头部的动能主要集中在横韧带上，齿突恰好

在其中央，形成一种切割外力，迕成横韧带断裂。另÷种损伤机制，见于寰椎爆裂性骨折，L。，垂直暴力作用，使寰椎侧块和椎弓骨折段分离移位造成横韧带撕裂。
6寰枢关节脱位 寰枢关节脱位是上颈椎最常见的严重损伤，若未及时治疗，其脱位程度常进行性加重，导致脊髓高位受压而危及生命。由于潜在危险性大，应积极治疗。
头部旋转运动的50％发生在寰枢关节，它不但运动灵活，且周田有许i多韧带连接枕骨、寰椎、枢椎及其他颈椎。头部过度属山时，头部的动能主要集中在横韧带上，齿突恰好在其中央，形成一种切割外力，造成横韧带断裂。另一种损伤机制，见于寰椎爆裂性骨折，即垂直暴力作用，使寰椎侧块和推弓骨折段分离移位造成横韧带撕裂。横韧带附着于寰椎侧块前方，并与其前弓共同构成骨纤维结构，包绕并限制齿突过度活动，保持寰、枢椎稳定。当横韧带损伤或断裂时即可出现寰一枢关节的脱位或半脱位。这是一种严重损伤，常伴有脊髓损伤，严重者会立即致命。 ｜

7寰枢旋转脱位与固定 是以特发性斜颈，头颈部僵直与旋转受限为临床表现，以齿突与寰椎侧块相对应关系变化为X线特征的一种病变，常由于临床上忽视而被误诊。本病的发生机制有多种学说，其巾以感染和创伤学说为多数学者接受。上呼吸道感染可发生寰枢关节充血性脱位导致所联系的韧带自其附着处撕脱，并造成脱位。从创伤角度看，弓⒈起齿突骨折及寰、枢椎损伤而致寰枢关节脱位已经众所周知，但最多的是轻微创伤，并不引起＇骨性损伤，而致寰椎横韧带、翼状韧带撕裂，形成寰枢关节不槔。不管是创伤，还是感染，关节囊有滑液渗出、肿胀和肌肉痉挛，长时间不能恢复正常解剖关系。导致韧带和关节囊在异常位置上发生孪缩就形成了旋转脱位与固定。
8齿突骨折 齿突骨折在成人的颈椎损伤中占10％～15％，尽管儿童颈椎损伤并不常见，但齿突骨折所占比例却相当高。Λ△hoff在生物力学实验H日，分别对寰枢关节施加过屈、过仲及水平剪切等载荷，结果均未造成齿突骨折。因此，他认为前后方向的外力主要引起韧带结构的破坏或Jeffelsoil骨折，而不引起齿突骨折。研究还表明，引起齿突骨折不同类烈的载荷量由小到大依次为：水平剪切加轴向压缩、来自侧前方或后方与矢状面呈45°的打击及与矢状而i呈垂直的侧方打击。因此提出水平剪切与轴向压缩力n饣共同作用是造成齿突骨折的主要机｀邹°Mouladin在实验中加载寰枢稚侧弯造成齿突骨折，认为寰椎侧块撞击所产生的剪切力可能起重要作用。枢椎侧块骨折的损伤机制与寰推推弓骨折基本坏目似，垂直压缩和侧方属曲为其主要暴力方式。Claig和Hodgson描述了9例单侧枢稚侧块骨折，其中？.例伴有齿突骨折，骨折发生在冠状面或矢状面上，可伴有侧块前外侧方的压缩。寰枢椎中立位时，来自侧方的暴力作用下引起矢状面骨折。寰枢椎旋转位∏1，来自侧方的暴力作用下引起冠状而骨折。
9枢椎椎弓骨折（I］angman骨折） 枢椎椎弓骨折（FJang］Dan骨折）后，两骨折段分离，椎体可发生脱位，故又称之为“创伤性枢椎滑脱”。枢椎作为整个枕颈复合体与下位颈椎的连接部，在脊柱的生物力学功能方面有很重要的意义。其中柱较为薄弱，上关节突靠前，下关节突靠后，两关节突之间为ˉ狭窄的骨质结构，称为峡部，其间又有一椎动脉孔穿过，在解剖上属于一个薄弱点。从生物力学观点看，一个轴向的压力从上到下呈漏斗状，到枢推平面合为一条力线，通过峡部。一个伸展力量作用于齿突产生一个集中点，迫使它在矢状面上绕X轴旋转，这个力依靠两个力平衡：一边是张力，作用于前纵韧带、椎间盘和后纵韧带；另一边是压力，作用于颈2～3的小关节突关节。这两个相等和相对的力产生了一个平衡点，位于枢椎上、下关节突之间的峡部是解剖上的薄弱处，当应力超出其极限时，将导致骨折。
主要的损伤机制有：①超伸展外力是枢椎椎弓骨折的一个主要损伤机制。②绞刑中使用颏下绳结的机制。已经有大量研究证实这种损伤，称为Hangman骨折，骨折发生在侧块最前面的部分或进入椎弓根，伴有前纵韧带、椎间盘和后纵韧带的断裂。其损伤机制是过仲加上突然和猛烈的牵拉暴力，造成颅、颈分离，即枢椎椎体和颅寰结构作为一个整体向上分离，后方的枢椎后结构与颈3的连接仍完整，常造成脊髓断裂并立员u死亡。③在车祸或跳水事故中，损伤机制为过仲和轴向压缩暴力。过仲是由于身体前冲，前额撞击在倾斜的车窗玻璃或游泳池底所致。④屈曲损伤可能1｛ Hangman骨折的原因，但这种情况很少。
实际L，枢椎椎亭胃拼其损伤的各种外力组合依据涉及的具体暴力矢量而定，包括暴力的大小、方向、作用点及作用时间。总的来说，暴力到达时脊柱各结构的位置，特殊患者其脊柱结构的独特的力学

特征都决定了特别的损伤、破坏的结构部位和移位程度。当观察到创伤性枢稚前脱位时，X轴的弯曲是致伤暴力的主要部位，而最可能涉及的机制是过伸性暴力。
二、中、下颈帷
l单侧关节突关节脱位 单侧关节突关节脱位是较为常见的颈椎损伤，通常是由于屈曲和旋转暴力协同作用造成某一侧关节突关节脱位或交锁。其损伤与屈曲性损伤相似，只是在头顶部撞击地面或重物打击头顶部时，使颈部属曲并伴一侧旋转。当屈曲与旋转外力同时作用于颈椎时，以椎间盘偏后为轴心，一侧的上颈椎下关节突向后旋转，而另一侧下关节突向前方滑动，并越过共下位颈椎的上关节突至其前方，形成“交锁”现象。
2双侧关节突关节脱位 多见于高处跌落头顶部撞击地面，或重物直接打击，致枕部受到属曲性暴力作用。也发生在乘坐高速行驶的车辆骤然刹车，头颈部因惯性作用而猛烈属曲等暴力形式。当头颈部承受屈曲暴力时，颈椎活动单位的支点位于椎间盘中央偏后部。由于小关节突关节平面平坦，且与水平面呈45°交角，骤然屈曲的外力，引起上位颈椎的下关节突将关节囊撕裂而向后上方翘起。随着外力的惯性与头颅的重力作用，使已移位的下关节突继续向前滑动移位，整个上位椎体也随着前移。作用力消失后，因颈部肌肉收缩作用呈弹性固定。如果上、下关节突关节相互依托，形成顶对顶，即为“栖息”状态；如果上位椎体的下关节突越过了下位推体的上关节突，形成了小关节突关节背对背的形态，即所谓的“交锁”状态。
3颈椎压缩性骨折 当垂直外力作用下，上、下颈椎的终板相互挤压，致受压缩力大的椎体前部皮质变薄，随之受累椎体的前缘骨松质也同时被压缩变窄，椎体垂直高度将减小。除椎体受压骨折外，后结构1lcJ小关节也可能发生骨折。由于脊柱后结构承受张应力，后韧带复合也常发生撕裂。如果压缩骨折的椎体仅限于椎体前部，则椎管形态不会发生改变，脊髓也极少受到损伤；若合并秆L间盘损伤并向椎管方向突出。则导致脊髓受压。
4颈椎爆裂性骨折 高处重物坠落打击或人体从高处跌落头顶部撞击地面是颈椎爆裂性骨折常见的原因。颈椎中立位时，突然受到来自垂直方向的暴力打击，外力通常白头顶部传递到枕寰部和下颈椎，可造成寰椎爆裂性骨折。暴力自上而下，垂直

通过椎间盘达椎体，也可能导致下颈椎椎体爆裂性骨折。骨折片自椎体中央向四周分离移位，前、后纵韧带同时破裂。
5棘突骨折 以颈6.？和胸〗棘突骨折多见，该骨折常见于铲土I和矿工，故又称为“铲土工”·骨＇折。其损伤是由于颈椎过屈所致。当头顶部被重物打击或引起颈椎猛烈属｜山H｛，在力作用点之下的棘突和肌肉发生强烈的对抗牵拉，目u可造成棘突撕脱骨折。当人处于挥动铁铲时，突然、猛烈的用力，使肩部肌肉剧烈收缩并与斜方肌形成不协同的收缩，引起棘突骨折。骨折多为一个棘突，有时为两个棘突。
6挥鞭样损伤 大多见于高速行驶的车辆急刹车或撞车时。由于惯性作用，颜面部等部位遭受来自前方的撞击而使头颈部向后过度仰仲，瞬间头颈部又向前属，易使前纵韧带断裂，脊髓嵌夹于突然前凸内陷的黄i列带与前方·Pt±管壁或后突的椎间盘之中，这种对冲性压力，最后集中到脊髓中央管处，以致脊髓出血和水肿。许多模拟挥鞭样损伤的实验研究发现，最常见的损伤是椎间盘撕裂和前纵韧带损伤，其发生率为90％。l＇ay10r对105具尸体脊柱进行矢状面解剖发现，其中60例的死因是致命的头部和胸部创伤。在过仲性损伤中，96％的死者中见到椎间盘的破坏。他将椎间盘的损伤分为三型：I型，椎间盘前缘和软骨板的线性裂口，裂口从软骨板浅层开始延伸至纤维环的浅层，前纵韧带完整。MRI检查可发现在”加权像上的、与椎体终板平行的高信号。Ⅱ型，椎间盘挫仰和突出？Ⅲ型，椎间盘与纤维环交接处部分或完全撕裂，常见于儿童。在严重损伤中，可有前、后纵韧带中一个或两个同时损伤、脊柱不稳和脊髓损伤，其他损伤还包括小关节、脊神经根和推动脉的损伤。Joisson通过对因头颈部外伤而死亡的尸体冷冻标本的研究发现，尽管受伤的部位不同，但均有颈椎损伤，常见的结构损伤是小关节、钩椎关节和椎间盘。
三、颈髓损伤的生物力学
l颈椎损伤与颈髓致伤之间的生物力学关系颈髓损伤多因明显颈椎损伤所致，但亦可在无明显颈椎骨折脱位可见的情况下发生。有时颈椎损伤的严重性不能完全反映脊髓损伤的程度。颈段脊柱活动范围大，易损伤，尤其是下颈段更易合并颈髓损伤◇脊髓由于撞击脱位的椎体、骨刺、脱出的髓核、内皱的黄韧带或后纵韧带而发生损伤。在骨折片、

相互移位的椎体或其他致压物作用下，脊髓除承受挤压外力，更重要的是由此所产生的剪力更为直接，通常认为颈椎过仲性损伤引起脊髓中央损伤综合征，尤其是老年人更是如此。但颈椎属曲性损伤亦可伴有颈髓中央损伤综合征。垂直压缩骨折（可伴屈曲或后仰性损伤）易引起脊髓前部损伤综合征及前中央动脉受损综合征。颈椎与颈脊髓损伤并非简单的一致，同样的脊柱骨折脱位可引起不同的脊髓损伤类型。椎管的原有状态，如颈椎退行性变、推管狭窄及其他异常改变，对脊髓损伤的程度有明显的影响，相对较小的外力可引起较明显的脊髓损伤。
2颈髓损伤外力与临床表现的关系 颈髓损伤可分为完全性和不完全性，后者可表现为前脊髓损伤综合征、脊髓中央损伤综合征、脊髓半横贯性损伤（BI。1yn￣s。quald综合征）和后脊髓损伤综合征等。上述综合征可单独存在，亦可相互重叠。脊髓震荡是最轻臣在伤后能很快完全恢复的一种脊髓损伤。由于脊髓的横断面接近于椭圆形，外力从前或后方向，尤其从后方作用于脊髓，不足以引起脊髓完全横断81，剪力趋向于集中在脊髓每侧半的中1／3区域，在椭圆体内最大剪力位子或接近其自然轴，该处的剪力相当于脊髓承受平均剪力fi｛J 1：3～l.5倍。以脊髓中央裂为界，脊髓的两侧半承受相似的剪力。当损伤外力小，局部剪力亦小。从脊髓横断解剖面看，仅有部分脊髓的前角和痛温觉交叉纤维受累，引起单一或数个节段的损害。如果损伤外力较大，剪力集中使受累范围扩大，支HE上肢的前角细胞和皮质脊髓束受累。接受上肢痛温觉纤维进入脊髓后，上升九个节段交叉上行，并位于脊髓深部亦受累明显。而支配下肢运动及接受其痛温觉的传导束则位手脊髓相对周边部分，脊髓后索受剪力较小，位置觉及震动觉保留，表现为临床上的脊髓中央损伤综合征。随着损伤外力进一步增大，承受剪力区域扩大，尤其是外力由前向后，则表现为前脊髓损伤综合征。如果损.伤外力继续增大到足以使脊髓产生生理性横断，所有脊髓功能丧失，形成临床上的完全性脊髓损伤。
脊髓损伤过程中，扭转外力十分重要。伴有明显扭转损伤外力可累及脊髓的后索，但其与痛温觉障碍不成比例。外力斜行作用于脊髓的一侧半并伴旋转即可引起脊髓半横贯性损伤。而脊髓震荡是由间接外力引起，脊髓功能的暂时丧失可能是吸收了致伤外力所致。
3影响颈髓损伤后功能恢复的生物力学因素‘脊髓损伤后功能是否恢复取决于多种因素，损伤外力的大小是最主要的决定性因素。脊髓不完全性损伤的功能恢复除取决于损伤外力大小外，还与因外力作用后脊髓所承受的各种压迫性因素有关，而这些压迫性因素多位于脊髓的前部，是妨碍脊髓功能恢复的主要机械性原因。脊髓的压迫程度、时间与功能恢复间关系的研究表明，三者关系密切，随着压力增加和致压时间的延长，脊髓功能恢复的可能性减小。合并有明显脊髓损伤时，损伤稚节的稳定性对残留脊髓功能的转归有重要的影响，损伤椎节的异常运动可加重脊髓的损伤。
第四节 颈椎非急性损
伤的生物力学
除外急性创伤，颈椎还会遭受各种各样病理改变的影响。如退行性改变、炎症紊乱、肿瘤生长以及医源性损伤可能导致颈部疼痛、不稳、变形及最终的神经组织受压等非急性损伤。颈椎的退行性改变是受累结构对摩擦和撕裂持续影响的解剖适应，其通过骨赘形成和椎间盘高度降低与神经组织拥有的活动性、空间交换来获得稳定。慢性系统性自身免疫反应造成的炎症性紊乱导致特征性解剖改变波及到全身。风湿性关节炎是影响颈椎最常见的炎症性疾病。滑膜炎症和释放的溶骨因子导致颈椎的生物力学性能变化造成不稳。颈椎肿瘤通过质量效应或骨破坏影响颈椎的功能。颈椎肿瘤切除或者保守治疗例如放射治疗后也可造成颈椎不稳。在日常活动的复杂的应力和载荷下，颈椎不稳将导致变形，稳定依赖于对抗载荷的骨、韧带、肌肉和椎间盘的性质。
一、不稳与非急）性损伤
颈椎的慢性紊乱能够影响活动性和稳定性。正
常颈椎的运动学数据来自体内和体外研究。体内研究数据能够帮助区分健康的个体和患有颈椎紊乱的
患者，但体内数据转换到体外试验通常是比较困难
的，例如一些不清楚的力矩和不同作者定义不同的
中立位。相反体外形⒈究数据已经用来解释在不同平
面的运动范围以及建立临床不稳标准。h1010ne）和
Panjabi等提供了在颈椎运动学和刚度方面的体外¨鎏遢‰皿＆[e-mail]等发现最大的屈
曲角度（12.3°）位于C，≈C，，然而最大的伸展角度
（20 2°）位于C，～C〗。在轴向载荷下，最大的旋转
（56.7°）在C，～C，。在侧属力矩下，平均活动度为

？.9°，在节段问无明显差异。
在静态放射线片￣口艮容易识别出颈椎的急性不稳。参考体内、外运动学研究数据，可以在动力位片上发现颈椎的慢性不稳。上颈椎被韧带牢牢附着，根据其形态很容易建立放射学标准。寰椎齿突问前面的距离（AADI）应小于3mm。齿突向上的移动可以用McGlegol线来评估。齿突尖的移动超过4 51nm表示枕骨的