第九章脊柱韧带的变形
摘要机体受到异常载荷，如损伤和不正确姿势的影响时，可导致人体正常组织结构的领拐，由此造成机体的疼痛和功能障碍，因而脊柱的异常载荷与奋柱局部病变的病理学改变密切相关。因此脊柱的生物力学知识在脊柱病变的诊疗中显得尤为重要。近年来，有关推管、推间盘以及脊徒的生物力学研究日益增多，但是有关脊柱初带变形的生物力学研究甚少。临床上脊柱推拿疗法常利用一些按压体表的刺激手法，使机体的机械压力感受器兴奋，来治疗脊柱疾患，从而达到治疗的目的。因此，有关按压和牵引的生物力学研究引起脊柱推拿专业者的兴趣。脊柱韧带变形的研究内容逐新被世人所关注，因为脊柱推拿专业希望能了解并证明脊柱病变的确切病因和脊柱推拿手法的作用机制，进而对春柱病变采取正确的眷柱推拿手法。
几乎所有的医学院校的解剖学教材都将韧带组织描述成非常简单的组织结构。然而，事实上韧带的组织结构极其复杂，以此完成韧带的复杂生理功能。可以将韧带组织分为两大类：0 运动系统中的骨连结韧带；② 内脏器官的支持韧带。通常，韧带的命名是根据以下特点之一决定的：韧带在骨骼处的附着点、形态、功能、所连结的关节、连结关节的表面特征，或是相互结构间的关系来命名。大部分骨连接韧带呈条索状、片状或囊状结构。显微镜下观察显示，韧带是由单个纤维构成，纤维间相互平行延续，大量的纤维在一起聚合成为更大的纤维束。这些纤维束由众多的胶原和呈长细扁平状的成纤维细胞或纤维细胞紧密排列所构成。组织切片显示韧带为规则的、由波浪状细胞和基质所构成组织结构，组织学将其称之为“皱褶”的矩形结构（图9 一1 ）。这种呈皱褶状的组织结构在韧带拉伸和收缩时充当减压器的作用，与韧带的机械力学功能关系密切。然而，当皱褶被拉伸超过其生理限度时，将发生不可逆性损伤，此时，韧带的力学结构受到破坏。
骨连接韧带中大约2 乃的重量是水，剩下重量中的3 / 4 是胶原，其中90 ％以上的胶原组织为n 型胶原，nI 型胶原只占很小的比例。这些胶原纤维和纤维束被横向的链状胶原和弹性蛋白束缚在一起。尽管胶原的性质很稳定，但也会逐渐发生退变，可被其它组织所取代。除了弹性蛋白外，大约05 ％的韧带干重部分是葡糖胺聚糖（以前称为粘多糖）。葡糖胺聚糖可以与水分子结合，以维持韧带的粘弹特征（图9 一2 ）。
本章，我们将介绍和讨论脊柱韧带的解剖形态学及其生物力学特性。根据以往的文献报告．脊柱韧带主要有两个基本功能：① 机械力学作用；② 疼痛发生中的刺激神经作用。尽管脊柱韧带与脊柱的退行性变、脊柱不稳及脊背疼痛有关，但目前对其所知甚少。脊柱韧带的机械特征与体位姿势的变化有关。
第一节韧带总的力学特征
在讨论有关脊柱韧带的机械力学特征时，需要掌握和理解以下力学概念：应力、应变、弹性、粘性、可塑性、变形、刚度、疲劳、加压和松弛、迟滞现象等等。在第二章，已经介绍过变形、应力和应变的定义。简要地说，变形可以看作是大小和形状上发生的变化。应力则是表示作用在单位面积上的内在作用力；而应变是用来测量物体的变形，即物体在长度百分比上的变化或平面几何角度上的改变。虽然不同的韧带因其组成和附着点各不相同而具有各自不同的生物学特点，但在研究中通常使用的分析方法包括应力一应变曲线或者是载荷变形曲线（图9 一3 ）。从体外实验研究得知，图9 一3 表明韧带的变化具有非线性特点。这幅应力一应变曲线图的起始段开口向上，表明随着应变的增加，曲线的坡度也增大，而后曲线渐成直线。最后如图所示在韧带的力学结构破坏后，其应力一应变曲线的开口向下。韧带断裂或撕裂表明韧带已经损伤。韧带的基本生物学特性是它的粘弹性，而其粘弹性又取决于损伤时间和病史，韧带的这一生物学特性已可用数学模型来表达。所有韧带的机械力学特性均由以下3 点所决定：① 胶原纤维和弹性纤维的各种机械力学特性；② 胶原纤维与弹性纤维在韧带中的相对比例；③ 纤一208 一
维的走行。例如，在韧带变形达到6 ％一8 ％的时候．其胶原纤维的力学结构可发生破坏。而弹性纤维则可耐受最高达到200 ％的拉伸变形。但弹性纤维能耐受的应力仅为胶原纤维所能耐受应力的20 ％。同样，韧带的大小、形状以及载荷速度等都可影响到韧带的强度，这可以用在达到韧带力学结构损伤时的应力总和来表达。而韧带的弹性能力随年龄增加而减弱。
韧带的应力一应变线图或载荷一变形量曲线图（应力二载荷量J 作用部位的截面积）呈S 宇形。Frank 等将韧带的大体结构和微细结构变化与韧带的应力一应变的S 形应变曲线中的不同部分联系起来进行研究。在图9 一3 中的A 点到B 点之间，当韧带被逐渐拉伸时，越来越多的韧带纤维受到牵拉，而变得紧张。韧带中的纤维皱摺也被慢慢地拉伸变直，而以前较直的韧带纤维，此时在拉伸力的作用下，变的更直。由于韧带纤维皱摺变直的先后顺序不同，因而可出现韧带的应力一应变曲线的“S ' ’形起始段开口向上。随着更多的韧带纤维被拉伸紧张，韧带内应力逐渐增加到韧带纤维的满载荷量，也就是说，此时的韧带应力一应变（载荷变形）曲线成为直线形。这是图9 一3 中所示的点B 与点C 之间的一段直线。当显微镜下观察到韧带纤维开始撕裂时〔 此时，韧带纤维的力学结构受到破坏）, " S ' ，曲线升至最高点D 点。而后，当韧带纤维的力学结构受到完全破坏时，“应力一应变曲线的平均斜度与韧带材料的强度有关，其曲线的峰值所表示的是材料应力的指数。”韧带撕裂的部位随韧带的不同（如结构特点等）以及载荷量的差异而有所不同。
韧带于骨骼附着点处的组织结构较韧带本身要更加复杂和异源。骨骼韧带不是简单地通过Sha 柳y ’。纤维附着在骨骼之上。Sh 翻叮枪y ' s 纤维也叫夏皮纤维，是一种来自骨膜而包埋人骨膜板的纤维，亦称骨纤维、穿通性纤维。Sha 畔y ' s 纤维的带孔纤维只是整个韧带附着体的一小部分。大部分的骨骼韧带是逐渐穿过多层纤维软骨和钙化的纤维软骨后抵达并附着到骨骼组织当中的。韧带这种有组织的附着方式可防止因应力集中所造成的韧带纤维附着处软组织界面或骨界面被撕裂现象的发生。由于韧带纤维容易被撕裂拉断，将应力分散于较大面积上，可避免应力的集中，因而可有效地降低韧带损伤的发生率。有些附着纤维直接连接到骨膜上。应变率表达可阐明在快速载荷作用时，韧带中部纤维较其两端纤维容易被撕裂的原因。韧带在高载荷作用下会变得更加坚硬和有力。
当韧带在张力作用下达到一定长度时会出现应力松弛状态，一定时间后，韧带内的应力较作用初期明显地降低。同样，如果韧带被循环（反复）载荷至某一长度时，其最大应力值会明显地减少。
韧带引导着脊柱关节面的正常运动，使关节在其运动极限范围内活动，可防止关节的非生理性脱位。然而，韧带还有着其它的生理功能。韧带在活体内起到固定和稳定关节的作用，使关节面保持一定的压力并具有维持关节本体感受器的反馈作用。韧带的这些功能在关节的发育和生长过程中起着非常重要的作用，如对关节软骨的保护作用、控制关节液的分泌和中枢神经系统所需的关节位置的信息反馈等。由于脊柱韧带具有这些重要的生物力学性质和特殊解剖学特征，使得脊柱能够完成复杂的运动生理功能。
第二节脊柱韧带的解剖学
一、概述
在探讨脊柱颈、胸、腰各段韧带的特点之前，先要了解脊柱的一个重要概念，即脊柱的功能单位。脊柱的功能单位是由两个相邻的稚体、稚间盘和连接韧带所构成。通常1 个脊柱功能单位有7 条韧带附着：① 前纵韧带；② 后纵韧带；③ 黄韧带；④ 小关节囊韧带；⑤ 横突间韧带；⑥ 棘上韧带；⑦ 棘间韧带（图9 一4 ）。图9 一4 是一般解剖学教科书所描述的这些脊柱韧带的附着情况，但书中很少比较脊柱各段韧带间的差异。
自一般情况下，前纵韧带起自枕骨底部的寰枕
田9 一4 单个许柱功能单位中的韧带结构1 个脊柱功能单位是由相邻两个脊栓及其中间的推间盘和韧带所构成。一般认为人体脊柱韧带有左右的横突间韧带（ITL ）、小关节囊切带（FC ）和黄韧带（FL ）。所以在一个典型的脊住功能单位中，总共有10 条韧带结构：前纵韧带（A 毛L ｝、后纵韧带（PLL ）、左侧横突间韧带( ITIJ 、右侧横突间韧带（ITR ）、左侧黄韧带（LFI · ）、右侧黄韧带（1 · FR ）、左侧小关节囊韧带（R 二L ）、右侧小关节囊韧带（FCR ）、棘间韧带（IsL ｝和就上韧带（SSL ）。除个别研究人员外，绝大多数的研究人员在研究时都将这些韧带从附着点处切除
膜（bas1OCciput ）止于第1 或第2 髓骨体的前方，为全身最长的韧带，很坚韧。前纵韧带与椎间盘前缘连接紧密，在椎体前方的凹陷处相对厚一些，与椎体呈疏松相连。前纵韧带在颈椎处较厚，向下止于第1 能椎，其横断面逐渐减小。后纵韧带在颈椎处最宽，向下逐渐缩小。它在腰部很窄且呈扇形附着于腰椎间盘的后缘，整个韧带起于枕骨大孔止于孤骨，位于椎管内。在枢椎和枕骨之间，称为覆膜＜? b ? tectoria ）。后纵韧带的深层向外延伸与深部组织紧密结合，而在后纵韧带中央存在一个潜在性的菱形筋膜裂隙区。当椎间盘向后外侧突出或膨出时，椎间盘可向两侧的潜在性的菱形筋膜裂隙区突出或膨出，造成椎间盘突出症的病理解剖学基础。
黄韧带起于椎弓上缘的前面，止于上位椎弓的下缘。黄韧带向外与脊柱小关节囊韧带汇合，向后与棘间韧带汇合，在寰椎和枕骨之间的黄韧带又敏称为寰枕后膜。
双侧的横突间韧带连接上位脊椎横突的下部和下位横突的上部。胸段的横突间韧带最宽和最
厚，在腰段变窄，而在颈段常常缺如。- 210 一
棘间韧带附着于上位棘突的下缘和下位棘突的上缘。棘上韧带连结于整条脊柱的各棘突的尖部。人体的棘上韧带在颈段的中线处与项韧带汇合。
双侧的脊柱小关节囊韧带在椎弓根的后外侧包绕着小关节突的后部。
总的来说，由于以前对脊柱韧带的解剖学描述过于地简单，因而有可能误导读者。本章节对人体的脊柱韧带进行了细致地描述，并介绍在以往解剖学教科书中被忽略的细节。由于脊柱各段的结构和功能不尽相同，因此各段脊柱韧带的生物学特性有别于身体其它部位的韧带。二、上颈段脊柱韧带
从胚胎学可知，齿状突是由寰椎的椎体发育而成的。上部颈椎滑动关节的独特解剖学结构要求相应的韧带也要具有与之相配的组织结构。齿突尖韧带和翼状韧带由同一类细胞衍生而来，这类细胞通常发育成椎间盘的髓核和终板。寰椎十字韧带是由横向和纵向韧带和寰枢椎的附着韧带组成，形状象一个倒置的箭头。十字韧带位于后纵韧带（覆膜）的前方，附着于寰椎、枢椎及枕骨（图9 一5 ）。
对翼状韧带和十字韧带的寰枕横韧带组织学研究分析显示，这些韧带是主要是由胶原纤维组成。其组成纤维的方向与韧带的方向平行。在其边缘部还发现了少量的弹性纤维。然而，在横韧带胶原纤维的中间部分，其纤维经常是以30 度角相互交叉走行。但横韧带腹侧面近齿状突的部分是由纤维软骨组成。组织切片显示这些韧带的骨骼附着部有4 个不同的组织带。1970 年COO 拌，对此进行过较为深人的研究，并对此进行了描述。
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