第二十五章颈部软组织的生物力学特性研究
第一节颈部软组织病变在颈椎病发病学中研究进展
颈椎病是世界性多发病。据文献报道，日本九大医院门诊统计中，颈椎病在骨科、神经科就诊率均占首位；北欧一个矿区的所有门诊成年病人中，患颈椎病者约占10 ％。我国尚缺乏确切统计资料。有人在住院干部中抽查，初步发现患病率在两个50 以上，即50 岁以上中老年50 ％以上患有颈椎病。虽然数据不尽相同，但可以肯定颈椎病的高发病率。有鉴于此，1984 年和1992 年由中华医学会外科、骨科及解放军医学杂志等联合举办了全国性颈椎病专题座谈会，来自多个学科的专家充分认识到颈椎病是跨学科的“边缘性疾病”，应给予其足够重视。通过交流，对颈椎病概念、解剖学基础、发病机制、患病率、分型、诊断标准、检查方法及评价、各种非手术疗法和手术疗法的适应证、治疗原则方面初步达成共识。认为颈椎病（? icals 详ndy - l 璐is ）是：颈椎椎间盘组织退行性改变及其继发病理改变累及其周围组织结构（神经根、椎动脉、脊髓、交感神经等）并出现相应临床表现者。退变是颈椎病发病学的一大特征。领推退变与颈椎病发病的关系，有资料报道，经调查35 一77 岁826 人，其中72 ％在X 线平片上有骨赘，然而患病率仅为7 % ，与陶氏统计的患病率1 . 7 ％一17 . 6 % ，平均7 . 3 ％相一致。X 线提示有退变征象但与颈椎病症状不全相关的特征，显示出颈推病的复杂性，也是目前对颈推病认识不一，疗法繁多，疗效有异的根源。
随着多学科对颈稚病的渗透和深人研究，对颈椎病的认识也在不断深人．追溯近年来对颈椎病的研究轨迹，本文着重从软组织角度来探讨其在颈椎病发病学中的意义，并发现年龄是前提条件，颈部软组织病变贯穿颈椎病发病始终，是产生临床多种症状的主导性病因，甚至可以把颈椎椎体的异常变化仅仅看作是软组织病变的结果，是占颈推病大部分病程中从属于软组织病变的附属表现。
一、颈部软组织在颈脊柱运动学中的认识
（一）脊柱结构的力学特点
脊柱是人体一条稳定的主轴，它必须协调着两个相矛盾的力学要求：坚固性和弹性，而此要求正是通过其帆组结构的形式来实现的。整条脊柱犹如船的桅榴竖立在骨盆上，上面顶着头颅，在肩部水平横架着帆衍般的肩押骨，诸多椎体依靠椎间盘架叠成竹节样结构，并由诸肌肉和韧带紧系着，成为脊柱的弹性基础。在维持着其坚固性的同时，有关肌肉也可改变各椎体的连系状态，相对于胸腰段脊柱而言，颈段脊柱具有更大的运动范围和灵活度。（二）脊柱稳定的两大支持结构
附丽于颈推的韧带具有充分的弹性，以保证颈部较大范围的运动要求；而位于两块椎体间盘中的髓核犹如圆球，使椎间盘更像一个万向关节，结合颈椎骨性结构特殊的解剖结构，颈椎由此获得了三维六自由度的运动幅度，两者与椎体构成了脊柱内源性稳定结构，提供脊柱的内一447 一
源性支持，以维持脊柱运动学的静力平衡。颈脊柱在完成各向运动时，时时处于“稳定”和“不稳定”中，当颈椎被稳定在一个静态或动态平衡的功能位，肌肉是维持其平衡、稳定的重要因素。颈部的叨余条肌肉构成了颈椎的外源性稳定结构，提供外源性稳定，以维持颈椎的动力平衡，其中颈后部肌群以等长收缩方式为主，可维持头颅的固定姿势。
（三）颈部肌群的运动学特点
颈项部的正常生理性活动，是以内；外源性稳定为前提的。由外源性稳定结构提供的动力平衡与内源性稳定结构产生的静力平衡之间是相互协调、互为补充的。剥去肌肉的颈段脊柱为一极不稳定的结构，我们在进行颈稚新鲜标本的离体实验中也发现了这一特点。在颈部肌肉中，与头颅的重力相抗衡的是颈后部肌群。项部诸肌分为四层，（深层、半棘肌层、夹肌与肩脾提肌、浅层），除深层肌肉外，绝大部分颈项肌为向下、后、内斜行，故收缩时产生伸展，同侧侧屈与旋转运动；单侧胸锁乳突肌收缩时产生一个三向的复合运动〔旋向对侧、同侧侧屈和伸展），扰如典型的先天性斜颈姿势。双侧胸锁乳突肌收缩时，可使颈段前凸加重。如果颈部强直或僵硬，双侧胸锁乳突肌收缩可产生颈段向胸段前屈及头前倾；椎前诸肌（颈最长肌、头前直肌、头外侧肌和斜角肌）双侧肌束对称收缩时，可产生颈前屈；单侧肌束收缩时，则使头颈屈曲并向同侧侧屈及旋转，在颈部静息时，又起着稳定颈椎的重要作用。头颈在胸椎上的屈曲运动由颈前肌肉完成，由于其与颈推有一定距离，又起着杠杆臂的作用，是较有力的头颈屈肌。【四）颈椎韧带的运动学特点
颈椎椎骨间相互连系的韧带数目繁多且强而有力，多数由胶原纤维组成，承担着颈脊柱的大部分张力载荷。在颈椎静息时，它们与椎骨和椎间盘共同组成内源性稳定结构，维持着颈椎的静力平衡，并与周围的肌肉互补协调。在颈椎运动时，伸展运动受前纵韧带张力所限；屈曲运动时，其受限因素为后纵韧带、黄韧带、关节囊韧带、项韧带等所产生的张力。其中黄韧带含弹性纤维百分比很高，弹性好，始终保持着恒定的张力。由于其与椎间盘活动中心有一定的距离，故黄韧带张力可使间盘内出现持续的“静止应力”或称“预应力”，亦即椎间盘内始终存在着一定的内压，有利于颈椎稳定，并建立内源性稳定。韧带的这种粘弹性特点，使得其能控制颈椎活动于生理范围之内，既允许充分活动又能保持姿位，并使维持姿势的能量消耗降至最低限度，同时，吸收能量以保护脊髓，不过，这些功能多随年龄增长而衰减。
由此可见，在颈段脊柱组织中，颈部的软组织（肌肉、韧带和椎间盘）与骨性结构颈椎体共同组成了一个整体结构，两者之间相辅相成，动静平衡，是完成颈椎各项活动的物质基础，同时，相对于骨性组织而言，软组织的力学特性又注定其易于劳损，退变的潜在可能性成为必然，而且将贯穿人之一生，其运动学的异常改变，在颈椎发病学中更具意义。
二、颈部软组织病变的临床意义
颈部软组织参与构成了颈椎运动的内外源性稳定结构，提供给颈推以动静力平衡。当颈部肌肉、韧带和椎间盘病变累及了颈椎椎周的神经和血管时，便会产生一系列相应的临床症状。而引起的病变无非是急性和慢性损伤。急性损伤不但直接损伤了颈部软组织，且可能损伤颈椎骨、神经、血管和脊髓，我们在此着重讨论颈部软组织慢性损伤在颈椎发病学中的意义，如此，可摒弃由颈椎椎骨本身病变所带来的影响。
（一）颈部肌群退变为前提
由于椎间盘具有各向异性特点，其结构有利于对抗压缩，但并不十分有利于对抗其他力- 448 -
量，如对于张力特别是扭力的耐受能力便不如压缩力。Farfan 认为扭转为推间盘损伤的主要原因，而造成扭转剪切应力的原因不外乎是引致颈椎运动的肌群力的变化，我们知道，维持颈椎动力平衡的肌肉力是保持姿势的必需条件，主动肌引发和进行活动，拮抗肌通常控制和调节活动，而肌群力变化的直接体现就是头颈姿势的改变，长期低头工作是引起颈肌慢性劳损最直接的病因，缘于伏案低头过久，使颈肌过劳．久之颈肌肌力减弱，破坏了动静力之间的平衡协调关系。并且，由于头颈在屈曲时，肛肉的拉力增强，以维持头部平衡，当颈部处于静力状态时（某种单一持久的固定姿势），持续性肌肉收缩会造成肌内压增高（肌肉等长收缩比等张收缩时的肌内压增高更为明显），此时，血管被压缩并阻断肌肉内的血循环。有研究证实，等长收缩时，所有颈部肌肉同时收缩，导致肌肉内的小血管萎缩，肌纤维断裂。无论肌紧张的原因是什么，恐惧、焦虑、精神紧张亦或是体位及职业所致的不良姿势，颈痛症状的原因多是缺血，因为大多数颈部肌肉末端不是肌健，而是借助于筋膜组织与骨膜融合附着于椎骨上，如处于不良姿势下，肌肉止点部始终受到持续性牵拉，形成了颈痛等临床症状的病理基础。
（二）颐椎间盘退变为荃础
人体在发育成熟后，组织退行性改变即已开始，并呈缓慢地进行状态，如有外因相加，退变可加速。在这一过程中，不可能肯定肌肉、韧带和推间盘等软组织退变孰先孰后，有的只是共同的递进性改变，或在某一阶段以某一组织为主，对此，大家看法不一。邵氏提出脊柱退行性变的“离心模式”，认为椎间盘的退行性改变较早，且进程较快，是导致继发性变化最多的部位；凯雷特也认为在产生颈痛、神经根病变或脊髓受压方面，颈推间盘退变无疑比急性颈椎间盘突出起更大的作用，而且年龄老化、日常生活负担、活动和体位变化、损伤以及情神紧张对椎间盘的结构和营养都有伤害作用。也有人认为，遗传性突变，儿童期感染和酶代谢更变，皆可造成异常椎间盘，临床上曾有10 岁以内发生椎间盘突出的报道，而这些变化都是加速催化椎间盘退变的因素。
正常情况下，分布于椎间盘的血管在20 岁以内即闭锁，此后它的营养靠吸收和渗透作用供给。重力、韧带的张力和肌肉的作用变化使椎间盘压缩和膨胀，形成“海绵样”吸液活动，当上述几种作用同时发生改变，则此活动也相应改变。还有研究表明，男性从n 一19 岁，女性从21 ? 29 岁，椎间盘退变就已开始了。椎间盘退变首先开始于纤维环内层纤维轻度撕裂，其后仗核渐次软化，原来坚实而有弹性的做核出现群裂现象，R 既f 通过实验证实，颈椎反复伸屈劳损可逐渐引起稚间盘纤维环有内向外的破裂。稚间盘退变有三：一是椎间盘退变时伴有脱水，盘内髓核内压减低，在重力、韧带张力和肌肉力作用下，相邻的椎骨互相靠近，椎间隙变窄；二是当椎间盘退变，髓核弹性相应减低，纤维环破裂后，在上述几种作用下，使纤维环和髓核基质压迫剥离后纵韧带，使之与椎体分离，而间盘的纤维环与髓核基质被挤进剥离的韧带和椎体间的空隙之内，形成“突出”，此后“突出物”逐渐变硬，成“硬突出”。随着进一步修复，突出物钙化形成骨刺；三是当椎何盘退变，间隙变窄时，其后外侧的钩椎关节互相接近，在经常受到刺激和磨损后，也是形成骨刺的部位。这些退变及增生性改变最终彼及受累椎管内和椎周的组织引发诸多症状，是临床上患者前来就诊的主要原因。椎间盘无论是修复性还是破坏性的继发表现，其部位或范围将确定临床病位，并提示发生临床症状的机制和临床体征与病理改变的关系。
（三）颈推韧带退变的条件
颈椎处于各种运动状态时，韧带可防止椎体运动过度，
以保护椎体的稳定性，这种“骨一韧一449 一
带复合体”是脊柱稳定的内在基础。如颈部仰伸时，前纵韧带所起作用较后纵韧带大，而后纵韧带对颈部屈曲活动的限制作用比前纵韧带大。综上述认识可知，椎间盘、肌肉和韧带等颈部软组织相对于椎体骨性组织而言，其特性注定其出现退变更容易、时机更早，而且是临床症状的主要体现者。
三、颈部软组织的研究进展
（一｝大体状况
颈椎病的多发及其对人们生活工作的影响之大，引起了临床与基础多学科的高度关往，就其发病机制已从传统的骨性学说到软组织成因说及骨性病变，软组织损伤互为因果说相互争鸣的局面。基于不同的认识角度，对颈段脊柱的运动学展开了较为深人的研究。目前关于颈椎生物力学的研究方法主要有离体研究、在体研究、数学模型和脊柱模型，实验手段大致有强度实验、疲劳实验和稳定实验。对于颈椎的运动学及椎周组织生物力学特性的广泛研究，得出了不少有益于临床且能提高对颈椎病认识的结果。纵观己进行的研究，着力于内源性稳定结构研究的多，立题于外源性稳定结构的少，究其原因，乃是受于条件限制，在活体上对稚骨及周围软组织的应力应变研究困难很大。目前普遍运用脊柱功能单位（FSLI ）的实验模型进行研究也是不得已而为之，使得至今尚无客观指标来反映颈项部肌肉在脊柱稳定性中所起的作用。（二）初步的研究和认识
对于韧带因退变致下颈椎不稳的机制研究，White 采用下颈椎FSU 按下列顺序依次切断其各组成部分：棘间、棘上韧带一黄韧带～关节囊韧带～小关节及上椎体后部结构一横突间韧带或是肌肉一后纵韧带～纤维环后半部一纤维环前半部～前纵韧带，分别予以加载，使FSIJ 屈曲或伸展，结果发现，切断所有后柱韧带可致屈曲不稳定，切除所有前柱韧带，可引起后伸不稳。由此注意到FSU 中非骨性组织― 韧带等软组织在颈椎发病学中所起的作用。从颈部的肌肉动力学分析中发现，以一5 肌肉力较弱，并处于颈曲弧顶，稳定性最差，因此在外伤、慢性损伤或肌肉痉挛所致平衡失调时，可发生下颈椎椎体失稳而致病。作为外源性平衡即动力平衡支柱的肌肉系统对颈椎的作用研究仍显欠缺。
针对颈部软组织，余氏通过动物颈部在体测量实验，认为颈部软组织异常必然导致颈椎节段不稳和颈椎生理弧度改变，使颈椎正常应力应变发生改变，导致骨质增生，严重时反过来又会刺激神经根或血管等组织，形成恶性循环，促使颈椎病发生。从近几年的研究进展看，对椎间盘研究得较为深人，赵定麟设计的家兔颈椎病模型就是针对椎间盘退变原因的。在离体实验中，有人将中下段颈椎的后部间盘及双侧小关节部分切除，来观察对颈椎抗扭转强度的影响，以及对颈椎稳定性的影响。虽说有了初步的结果，但毕竟与活体状态相差较远。而在体实验中最基本的问题是主动用力时神经因素的影响，由于中枢神经系统对外周肌肉的支配关系，活体肌肉的力一速度关系明显与离体实验不同，何况是动物实验，因此，从临床亦或是基础研究的角度看，同步开展无创伤性的在体状态下颈部软组织的病理变化及其对颈椎稳定性的影响．甚至致病机制的研究是非常必要的。
但是，关于活体状态下颈部软组织和韧带的功能、力学行为在很多方面还是未知数，在活体状态下，直接测量肌力或肌膛力，首先必须研究出一种方法：灿1 等在活体肌健力测量系统的设计中，研制了一只“s ' ’形不锈钢传感器，可初步完成活体肌腔力的测定；K 仪11 则运用Saln 拍ns 设计的扣形力传感器
