第二十三章挥鞭伤的损伤机制

挥鞭伤（whipla 众inj ? ) ，即颈推的过度屈伸性损伤，它是由于汽车乘员头部与躯干不协调的加速或减速过猛所致。多见于机动车相撞或高速行驶的汽车突然刹车，致使乘员受到惯性作用，而使头颈部遇受屈伸性的外力作用所造成的头颈部组织结构的损伤。机动车保护装置，如安全带的使用增加了挥鞭伤的发生率。以往认为本病是单纯的软组织损伤，但随着对挥鞭伤研究的日益深人，特别是卜叨Rl 的出现，对其发生、发展和病理变化等有了进一步的认识。为了了解汽车追尾所致的人体脊柱损伤的复杂性，有必要了解车祸过程中的作用机制‘力学原理）。在车祸所致患者头颈的过伸和过屈阶段，各种不同的作用力（压缩力、拉伸力和剪力）作用于脊柱组织，直接引起包括挥鞭伤在内的各种头颈部组织损伤。因此，有必要定义和讨论一些物理学术语，以便能够充分讨论所遇到的问题。像惯性、质量、速度、动量、力、能、加速度和摩擦等这类术语在讨论机动车车祸中经常遇到。

第一节基本的物理学定义

重量：由于地球的吸引作用而使物体受到的力叫做重力，或者叫做重量。
惯性：一切物体都具有保持原来的运动状态（匀速直线运动或静止）的性质，我们把物体的这一性质叫做物体的惯性。
速度：是位移的时间变化率。它是矢量，描述运动的快慢和方向。
加速度：指速度的时间变化率。加速度也是矢量，描述速度的大小、方向随时间变化的快慢。
力：是物体间的相互作用。物体受力后，其运动状态或形状发生变化，换言之，力是物体获得加速度或发生形变的原因。
动量（? t ? ) ：是物质运动的一种量度，也是物质的基本属性之一。质点的动量定义是其质量与速度的乘积。
能（阴elgy ) ：能量是一个系统对另一个系统作功的本领。
功：作用在质点上的力在位移方向的分量与质点位移大小的乘积，即力对质点所作的功。摩擦：两个相互接触的物体相对运动或有相对运动的趋势时，在接触面上产生的阻碍它们相对运动的作用力称为摩擦力。可以说，摩擦是产生靡擦力的过程或现象。
质点（Pa 州de ) ；具有一定质量，而形状、大小可以不考虑的物体，称为质点。

第二节车辆追尾时的力学原理

发生在颈椎的绝大多数挥鞭伤是由于汽车追尾所致，这种情况一般发生在停泊的汽车遇到突然的撞击。由于撞击使得受撞击汽车向前移动、转向和发生加速度改变等，由此在描述汽车作用的力学原理时出现一系列难题。如果发生连环撞车，后面的汽车被追尾后加速度地撞- 4 18 一

向前面的汽车，这时又会出现其他一些问题。二次撞击的结果都是相同的，即引起撞击车辆的迅速减速（图23 一1 ）。为了了解对患者颈部的各种作用力，有必要了解运动车辆对患者整个躯干的影响。汽车保险杠和挡泥板的扭弯使得能量守衡定律和动量守衡定律的应用更加困难。
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图”一1 绝大多数汽车追尾搜击都是一个抽击点（P 田）
然而，有时会发生连环邃击，本图介绍了三辆汽车连环兹击时的情况，第2 和第3 辆汽车是处于静止状态的。通常拥击的时间很短，从O ' l 至0 . 2 秒不等，为分析人体躯千的受力情况，必须对汽车撞击时的力学机制进行分析

如果保险杠和挡泥板没有严重受损（吸收了能量），那么撞击车辆的能量和动量被传递给受到撞击的车辆。这种车辆相撞被称之为“弹性撞击”。对弹性撞击现象可以根据动量守衡定律来讨论。在撞击过程中，与撞击力相比所有外部作用力微不足道，可以忽略，这样可假设动量守衡。追尾撞击的外部作用力可以通过轮胎与地面摩擦生热使其作用能量耗散。摩擦力与许多因素有关，如有无刹车、轮胎的类型、路面情况（沥青、砂石或水泥路面）、被撞车辆的重量（即所谓的正常力）和天气情况（干燥、潮湿和结冰）等。应当对交通部门的事故报告认真地了解以确定外部摩擦力是否应忽略（如干燥路面，车辆没有明显地打滑）或必须说明一些情况（如打滑35 英尺可以减少对撞击车辆的作用能量）。如果对某个车祸的分析可以忽略其外部摩擦力，那么可以应用动量守衡定律，即撞击前后所有物体总的动量保持不变。
为了举例动量守衡定律，可计算图23 一1 中的1 号撞击点的情况。假设下列数值适合于图23 一1 中所示的头两辆汽车：l 号汽车的重量为4 000 磅，2 号汽车的重量是3 000 磅，1 号汽车的速度为巧脚h （英里／每小时）, 2 号汽车为静止状态。那么，这个系统的动量可以计算为：
P , . 2 = Pl ＋几＝( 4 000 丫15 ) + ( 3 000Xo ）二60000 磅一娜h
（质量x 速度）
如果车祸为弹性撞击，1 号汽车在碰撞后完全停止。那么，撞击后2 号汽车产生的速度可以计算为：

p : ,
VZ 二宕；, 20 mph
1 ，几2
被撞击车辆所产生的加速度直接关系到车内乘员的受伤情况。

用汽车重量的乘方和汽车一419 一

速度的乘方来计算被撞车辆的加速度。例如，以上面图23 一1 中的1 号和2 号汽车各项数值为例，来计算2 号汽车的加速度：

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＿塑一则些一0 . 2 秒

, 100 nlph ／秒

（如果碰撞的时间为0 . 2 秒）
追尾碰撞的时间‘一般是小于1 秒。一些研究人员已经对追尾进行了详细的研究。文献报告对保险杠相撞的时间从0 . 1 秒到0 . 2 秒不等。图23 一2 例举了在这极短时间内对被撞车辆加速度的测量。大多数研究人员利用与汽车水平加速度和落体相关的各种重力进行研究。一个重力单位（19 ）大约是10m / s 或是每秒速度增加30 英尺。段ve , y 研究证实在撞击时间为0 . 2 秒时，以8 mPh 的速度追尾，可以使被撞击的汽车产生29 的加速度。white 和Pa 句曲至指出撞击时间为0 . 1 秒，以18 kll 八（lo . sm 户）速度追尾的碰撞可使被撞汽车产生59 的水平

加速度。这个59 的加速度可致使大约50 ％的乘员发生脑挫伤。

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时间汇毫秒

圈23 一21 号车对2 抽，抽击时间为0 . 2 秒

号车追尾扭击后．2 号车所产生加速度的作用时间圈．本圈发生条件是8 ．甲h 迫尾磁

第三节汽车撞毁的程度与加速度和颈部损伤没有必然的联系

对大多数的律师、法官、陪审员和医生来说，

容易对车祸所致乘员损伤的程度产生误解，即

午利或州闭程度与思者项伍的程度成正比，车辆毁损严重的表明患者的损伤也严重；车辆毁损较轻的，表明患者的伤情也不重。患者的损伤程度与车辆所遇受的作用力没有什么联系。举个例子：如果停放在混凝土路面上的汽车受到撞击，由于汽车被撞后不向前移动，那么车辆可能被严重损毁，而乘员可能没有什么问题。相反，如果是在冰面上，由于汽车被撞后可迅速产生加速度，那么被撞车辆没有太大的损坏，但乘员则有可能发生严重的损伤。根据加速度放大原理，驾驶员颈部和躯干所遇受的加速度要比其乘员大的多。

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午利或州闭程度与思者顶伤的程度成正比，

一、加速度放大原理

在了解汽车碰撞所致的颈部损伤之前，
一42 ( ）一
必须分析碰撞当时和过程中头颈部所遇受的各种

作用力。Mckenzie 于1 971 年对汽车乘员头和躯干加速度的变化率与汽车的加速度进行了研究。发现乘员头和躯干所遇受的加速度是汽车的2 一2 . 5 倍（图23 一3 ）。因此，由于患者的头和躯干所经受的加速度是汽车本身无法获得的，所以我们只能采用被称为加速度放大的原理来处理这类问题。这种加速度可以损害乘员头颈部的组织结构。

头加速度肩加速度

坐位（汽车）加速度

一车辆

巴一C 一O 一八日g 一匕4 今口〔 孟月‘

时间｛毫秒1

图23 一3 加速度的放大作用
本图所示乘员头和肩部所获得的加速度值要比被搜汽车大的多。如果追尾碰撞时的动t 转移足以使被恤汽车产生2 拐的加速度，那么乘员的肩部和头部分别产生49 和59 的加速度。这种独特的原理被称之为加速度的放大作用。因而可以解释粉起来很轻的追尾碰撞就可以造成严重的项推损伤。在颐推处于过伸位时，座位乖垫的弹资压缩、理前部肌肉反射和颐前部结构的颇外拉伸作用引发了乘员肩部和头部的加速度放大作用

如果没有车祸时的录像带，则无法计算出每个患者头部所遇受准确的加速度数值。然而有文献将车祸时患者的速度与对照组中的速度、动量和加速度做了比较。M 孔rti ～指出相同重量的两辆汽车以8 mph 的速度发生追尾碰撞时，被撞击的车辆产生29 的加速度，而乘员的头部则产生59 的加速度。M ? b 的结论是以15 mph 的速度发生碰撞时，被撞车辆可产生109 的加速度。White 和Panjabi 在1978 年指出：以10 . 8 mPh 的速度发生追尾碰撞时，乘员的头部可产生100 000 度／秒的加速度。由于g 是重力加速度，每秒9 . 8 米，因此，以10 ? 巧mph 的速度碰撞时必定引起患者颈部组织结构的严重损伤。另一方面，加纽c 朋b 认为追尾碰撞的加速度较大时，由乘员头部与躯干之间的相对加速度所导致的损伤程度取决于加速度的变化率。因此，需要了解头部相对于肩部的加速度。后面将要介绍以10 一15 哪h 的速度追尾撞击时，乘员头部相对肩部的加速度可达到1890
一些因素影响着头部相对车辆的加速度。这些因素是：乘员（驾驶员和乘客）的位置、座位

靠垫的硬度（软弹簧或硬弹簧）、弹性头垫相对颅骨质心的位置（上或下）、有无使用大腿和肩部安全带等。直到20 世纪60 年代后期研究人员才发现较硬的座位靠垫可减少追尾碰撞时对患

者产生加速度。
二、颈椎损伤的机制
一旦发生撞车．就有可能造成创伤。由于头部的惯性作用（头部趋于保持在静止时的躯体一421 一

姿势），在车辆产生向前加速度时，乘员的头部仍然停留在相对地面的位置上，结果导致颈椎的过伸性损伤（图23 一4 ）。造成汽车短缩的撞击力可产生一个垂直向上的分力，这种分力推举乘员的头部向上超过弹性头垫水平。如果弹性头垫的位置低于颅骨质心水平，那么即使有弹性头垫，也很难避免颈椎的过伸性损伤。正如头部与躯干的惯性不同一样，下领的惯性也与头部有差异。在颈椎处于过伸位时，头颅的上领骨部分与下领骨产生旋转性分离，患者出现猛然的张口动作。由此造成颖下领关节中的韧带和关节透明软骨的损伤。

一－‘卜

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A ．乘员在汽车追尾时的情况

日．由于惯性作用乘员躯干随着坐位产生向前的加速度由此导致乘员头部的牵张性后伸

图幻一4 颈帷的过伸阶段
当乘员的姐体随着汽车座椅做向前加速度时，乘员的头部落后于其躯干而向后仰。由于头颅的惯性作用使得颈部组织结构受到检度的牵拉，在汽车向前行进时，乘员的头部处于后仰体位。乘员的头部在座位靠垫之上或较低的弹性头垫上后神。实际上，颈椎所受的牵拉力比实际遇受的后伸力大得多

挥鞭伤的发生一般见于4 种情况：① 颈推的屈伸性损伤过程中，无乘员的头部被撞击弹回；② 颈椎的屈伸性损伤过程中，乘员的头部被撞击弹回；③ 静止或慢速行驶汽车的车尾被来自后方快速行驶的车辆碰撞，造成颈稚的过伸性损伤；④ 汽车向前冲撞，造成颈椎的过屈性损伤。汽车快速行驶时，乘员的身体也跟着行进。突然停车时，由于颈椎的活动度大，无依托的头部却因惯性作用而出现后仰和前屈动作。伴随挥鞭性动作所产生的剪力，可导致椎间结构的过度位移，造成头颈部组织结构的损伤。有人认为在挥鞭伤发生时，上4 个颈椎动作为皮鞭，下3 个颈椎为鞭柄，致使q 与几连接处的组织结构损伤。近来的研究表明，挥鞭伤可致头颈部广泛性的组织结构损伤，可发生脊髓水肿等病理性改变。研究表明：乘坐轻型汽车前排的妇女易发生挥鞭伤。
三、过伸性阶段

对碰撞过程中的作用机制进行细致的分析和研究有助于理解图23 一4A 和B 中所示的颈推过伸性损伤动作。由于座位与汽车相连，因而在汽车产生加速度时，座位也随之出现加速度。这种座位加速度可使座位靠垫的弹簧在乘员躯干与靠背之间受到压缩。简要地说，就是在弹簧完全被压缩之后，乘员的躯干随着汽车开始出现加速度。如果没有配置弹性头垫或弹性头垫的位置低于颅骨质心水平，那么颅骨不会产生加速度，由此造成头部的过伸。在挥鞭伤一422 一

的过伸性损伤过程中，颈前部的组织结构和椎间盘可受到损伤。以后还将详细讨论这种损伤。随着颈椎的过伸（图23 一4B ) ，座位靠垫弹簧受到压缩，颈前部组织结构受到极度的牵拉。作用于韧带和肌肉的张力激活位于这些组织结构内的牵拉感受器，使之发出冲动传至中枢神经系统，然后再返回肌肉。这样使得顶前部的肌肉紧急收缩，加之座位靠垫弹簧的压缩以及反射性地肌肉收缩，造成汽车乘员头颈部猛烈地过度前屈（图23 一SA 和B ）。

一一卜

A 在牵拉下．颈过度后伸的最后阶段

B ．由于鑫背弹簧的弹性和颈部的反射作用厮导致的颈过度屈曲

图刀一5 颈推的过屈阶段
在汽车做向前加速度过程中，靠背与乘员的躯干抵在一起，靠背弹黄受到压缩。乘员的头部受到牵拉力的作用而处于后伸位。突然的后伸牵拉引起颈部组织结构中的牵拉感受器兴奋，造成颈前部肌群的强刀收缩，加之靠背弹黄的作用使得乘员的头部做挥鞭样的前屈动作
四、过屈性阶段洲口口口尸自．. . ，、

研究证实，颈前部肌肉的反射性收缩、后伸位对颈椎的牵拉和靠背弹簧的压缩作用造成颈椎从后伸位向前屈位改变，从而压迫颈前部组织结构。从数学上讲，在颈前屈过程中，颈稚受到500 一600 磅压缩力的作用，此时，颈椎可被压缩i 英寸或更多。在这种颈椎的突然前屈过程中可损伤颈后部组织结构（软组织）、椎问盘和脊椎。以后还将对这种损伤范围做详细地讨论。在此阶段，乘员头部所获得的极快加速度可以达到以前v 伟it 。和Panjabi 所介绍的数值，即100 000 度／秒。与寰椎比较，因头颅质心的位置向前，使得头部的加速度更快（图23 一6 ）。
颈前部肌群利用图23 一6 所示的从头

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圈23 一6 相对斑椎的头颅杠杆臂

战骨的质心位于裹枕关节的前上方。图中从质心到枕像的距离

为R 。除了颈推的过屈性损伤外．这个杠杆臂可使头在颈椎上的前屈幅度增大。由于颈椎前屈增大，很容易损伤包括颅骨和大脑在内的组织结构的损伤
423 一

颅质心到相对寰椎的杠杆臂，使头部相对躯干的加速度增大。当颈部完全屈曲时，伴随头颅质心的杠杆臂造成头颅在寰椎之上过度旋转。这种作用在下枕部的巨大作用力会造成某些患者的肌肉、韧带和神经纤维的撕裂伤以及脊椎骨折。颈推前屈至极限，可发生下领抵止于胸部（胸骨）以及头颅在寰椎上过度旋转时；或头部撞在汽车内部结构上（如挡风玻璃、仪表板和方向盘等）。对头颅、大脑和下领的损伤时可使头部突然减速。在转动的头颅与稳定的躯干之间，下领在张口位上可被绞锁住。在头颅突然减速时，由于惯性作用可造成脑组织的挫伤。头部在车内碰撞有可能造成颅骨骨折。

第四节头部相对躯千的加速度

正如前面Mac 助b 所指出的，在追尾碰撞中所致的损伤是由于乘员头部相对于躯干产生

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的相对加速度所造成的。事实上，N 伍cnab 认为损伤的程度取决于加速度率。在挥鞭伤的过伸阶段，头部相对于躯干是负加速度，这是由于头的惯性作用以及靠背使躯干产生的向前加速度（图23 一7 ）。在过屈阶段，头部相对于躯干产生较大的正加速度，直至下须抵止于胸部。此时，头部的加速度突然减至零。应当指出的是头颈部经受了较小幅度的向后运动和头部向前运动，直至头部运动停止。研究证实，以10 一15 mph 速度所致的撞车可使乘员的头部相对于躯干产生一129 的加速度（过伸阶段）；而在过屈阶段可产生日189 的加速度。

时间（毫秒）

第五节过伸阶段

所致的损伤

圈23 一，加速度与时间的关系
本图是对图23 一2 和图23 一3 中头部相对躯干位t 补充。在以15m 比的速度迫尾碰搜时，本图所示的加速度高于图23 一2 和23 一3 上的加速度。注意图23 一2 和23 一3 上所示的加速度是相对于地面所说的，而本图所说的加速度是乘员头部相对于招干所说的，因而本图显示了挥鞭伤过程中过伸和过屈阶段实际的拉伸和压迫情况。上面所示的以15 Inph 追尾碰搜可使被撞汽车产生59 的加速度．而头部相对于胸廓则产生令人震惊的十189 和一229 加速度，这样造成头颈部的组织损伤

Mckenzie 对挥鞭伤进行研究后认为：颅骨的剧烈旋转和平移加速度不仅可造成大脑出血，而且还可造成眼和中耳的损伤。另一方面，在头颈的挥鞭过程中，作用在颈椎上的各种惯性可引起广泛性的脊柱组织结构的变形，造- 424 -

成颈前部和颈后部的韧带、神经根和椎间盘的损伤。正如前面所介绍的，在挥鞭动作的过伸阶段，其特征是颈前部的组织结构受到拉伸，而颈后部的组织结构受到压迫。
如果是在乘员毫无准备的情况下发生的车祸，则在颈部肌肉保护性反射之前，损伤力立即完全地作用在颈部韧带和椎间盘上。结果造成颈椎的过伸性损伤，此时，必须考虑到患者有无创伤性半脱位。在过伸当中，颈部肌肉可发生不同程度的损伤，从轻微的胸锁乳突肌撕裂到严重的颈长肌断裂。实验表明，无论损伤大小，只要有颈长肌撕裂，就会出现咽后部水肿，并常伴有颈交感神经丛损伤和食管出血。以猴子为实验动物进行的研究表明：在挥鞭伤中主要的损伤是前纵韧带撕裂和椎间盘与椎体分离。这种发生在猴子身上的椎间盘损伤无法用X 线检测到，甚至在数月后也没有阳性的X 线征象。这时因为挥鞭伤所致的椎体移位后又复位，以致X 线片检查多无异常。但手术时行椎间盘造影多有碘剂溢出，且发现有椎间盘与椎体分离。
通过以上分析和介绍，我们可以看出，如果经治医生只是将挥鞭伤患者诊断为颈部扭挫伤，那么诊断肯定是不正确的。
挥鞭伤患者可有各种各样怪异的临床表现，但这些征象常无法用X 线检测出来。然而如果选择适当，且照射部位准确，则可诊断出许多颈部损伤。1972 年W 王ckst ～和同事例举了颈部加速度所致的常见损伤，有：颈椎曲度消失、大脑和硬膜损伤、小关节扭伤、小关节的软骨下骨折、肌肉出血和断裂、颈脊髓和颈神经根出血以及前后纵韧带下出血等。动物实验表明，挥鞭伤可造成神经肌肉系统的震荡而削弱其功能。在头后伸抵止极限时，由于头颈部受到向前的加速度，在惯性的作用下致使颅后部的脑组织受到压迫，这可导致脑震荡。Whit 。和P 朋－jabi 通过研究推断，在追尾碰撞引起被撞汽车产生29 的加速度时，这有可能引起近50 ％的乘员发生脑履荡。脊柱推拿师应当重视这些研究报告，了解乘员的头部撞在前胸上突然停止下来时，也可发生脑震荡，脑组织受到前部颅骨的压迫。这种脑震荡是发生在创伤过程中的过屈性阶段。挥鞭伤后所致的慢性颈部疼痛，多为颈椎小关节损伤所致。

第六节过屈阶段所致的损伤

正像以前所介绍的，挥鞭伤可造成脑震荡和下领损伤。在过屈当中，颈前部组织结构受到压迫，而后部组织结构受到拉伸。在颈椎处于正常曲度的情况下，颈部肌群所受的作用力是平衡的。挥鞭伤过程中的过屈在力学上被称之为E 过盯（欧勒）屈曲。当组织结构突然受到超过所能承受的载荷力作用时，就会发生欧勒屈曲，即组织结构在形状上发生即刻改变。因此，大约有78 ％的挥鞭伤患者表现有颈推曲度消失。

已经证明颈前屈过程中颈前部组织结构可以受到压迫

公和Tl 节段的椎体压缩性骨折

，从而解释了挥鞭伤时发生在妹、

，一般多见于使用肩部和腿部安全带的乘员。一旦作用在颈

前部的压缩力使得椎间盘中的髓核突破椎体终板就会形成SnlorU 结节或造成椎间盘突出。

业已证明，过度前屈的作用是造成后部韧带结构，如后纵韧带、棘间韧带、小关节囊韧带和

黄韧带等的撕裂伤（扭伤）。同时也可在X 线片上观察到小关节脱位以及上下关节突的跨越

征或绞锁现象。另外，有时也会发现有钩状突、棘突或齿状突骨折。

为了检查追尾撞击对汽车乘员的颈部损伤情况，有必要对常见的颈椎损伤部位进行完整

的X 线拍摄检查。一套标准的挥鞭伤X 线片被称之为压训s 系列。

有人对这一套7 张X 线摄- 425 -

片进行了研究。物理检查和X 线片很难发现头颈部软组织的损伤情况。为了使挥鞭伤患者获得正确的治疗以及更好的汽车设计，就需要明确作用在汽车和人体结构上的各种巨大作用力。
挥鞭伤的诊断多根据受伤史、临床表现和影像学检查。其中影像学检查非常重要。ND 又I 检查有时可发现有硬膜外血肿或脊髓水肿等。动态X 线片或入旧R 工检查时可发现有韧带性不稳和淮间盘突出，但临床症状与入田R ［所见大多不符。神经电生理检查也可有异常。l 施床治疗较为棘手，症状较轻者可行颈围固定、牵引、理疗或体疗。对有大块椎间盘突出或节段性不稳，可行颈椎间盘切除术和融合术。早期行椎间盘切除或融合可减轻颈痛症状。对慢性小关节痛可采用阻滞病变上下两个节段的小关节来治疗。一般性挥鞭伤愈合较快，如果损伤累及椎间盘，则愈合较慢，且不能完全愈合，易残留有慢性颈痛。

参考文献