解剖图谱 | 脊柱

来源;医学解剖

脊柱是人体躯干的中轴骨，借韧带、关节及椎间盘连接而成。脊柱上端承托颅骨，下联髋骨，中附肋骨，并作为胸廓、腹腔和盆腔的后壁。脊柱具有脊柱内部自上而下形成一条纵行的脊管，内有脊髓。起着支持头颅和构成支持胸、腹、盆腔脏器的骨干，同时也是上、下肢的支持者，并有负重、运动、缓震、平衡身体、支持躯干、保护内脏、保护脊髓和进行运动的功能。

脊柱的发育是由中胚层的生骨节细胞围绕脊髓和脊索形成的。人类幼年时椎骨共有33块（颈椎7块，胸椎12块，腰椎5块，骶椎5块，尾椎4块）。随年龄增长5块骶椎合成一块骶骨， 4块尾椎合成一块尾骨。成人人体的正常脊柱是由26个椎骨、23个椎间盘，31对脊神经和很多方向不一、活动范围各异的小关节及许多坚强的韧带所组成。除第１、２颈椎和骶、尾椎外，其余椎骨的形态结构基本相似，由１个椎体、２个椎弓根、２个椎板、２个横突、２对关节突和１个棘突组成。此外，椎体的前、后部和棘突上分别有纵贯脊柱全长的韧带把每个脊柱骨牢固的连结在一起。

从前面观，椎体由上而下逐渐增大，第2骶椎最宽，以适应生理机能的需要；但在骶骨底部，由于体重沿骨盆传至下肢，故骶部自上而下逐渐变小。侧面观，成人脊柱有四个生理性自然弯曲，即颈、胸、腰、骶曲。生理弯曲的出现，增强了脊柱的弹性和支持能力。

颈椎棘突短而分叉，近水平位。胸椎棘突细长，斜后下方。腰椎棘突呈板状水平向后。

脊柱各部椎骨关节面的方向和椎间盘的大小、厚度与该段脊柱运动方向及活动范围有关。正常脊柱可前屈九十度、侧屈三十度、旋转三十度。脊柱运动的基础是椎间盘和后关节。这些结构的任何部分受损，均可导致临床症状与体征。

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评估成人脊柱平衡与否，这几项参数是标准（上）

理想的脊柱立线被定义为骨盆同躯干间协调的平衡，这种平衡可以通过最小的能量消耗使人体“重力轴”处于生理性平衡位置[1]。

人类是双足站立动物，发生椎间盘的自然性退行性病变，脊柱矢状位失平衡被认为是一种常见的临床问题，ADSD被称为成人退行性脊柱畸形（adult degenerative spinal deformity，ADSD）。准确的成人脊柱平衡评估标准有以下几项参数：骨盆参数、脊柱参数和脊柱失状位整体平衡参数。

脊柱整体平衡概念的核心为：骶骨作为脊柱的基石，是属于脊柱能动且相连的一部分，Jean Dubousset称为骨盆椎体。骶骨通过骶髂关节（SIJS）是骨盆环的一部分。骶髂关节是具有微动的双向活动关节，其包含一个同骨盆一起构成的功能单位和通过髋臼同股骨头的协动单位。一般认为骶骨同髋臼的相对位置在成人一生中都保持稳定，但这种关系会因创伤、手术和年龄增长改变[12]。

有效的髋部和骨盆平衡对于保障脊柱和骨盆肌肉立线尤为关键，这种平衡能有效的维持椎体序列，对于保持站姿非常重要。脊柱平衡的概念于20世纪80年代提出，其本身并不仅是为了增加对正常脊柱的退变理解而生，而是为了加深对术后医源性脊柱畸形的理解[11,13]。

尽管许多解剖学家（如法国的Delmas）描述了骶骨解剖学上的变异性，但是仅During等[14]在1986年证实了骨盆解剖形态学的变异影响了骨盆朝向和脊柱形态。During等提出，脊柱骨盆复合体轮廓决定了骨盆形态和位置的角度。姿势的异常使腰部压力集中进而导致下腰痛。

这一概念在当时显得非常先进，当时甚至连“脊柱矢状位平衡”还未被提出。Roussouly[15]的前凸分型便由During的圆弧系统演变而来。Duval-Beaupère[16]等阐述了骨盆形态评估法，该方法定义了PI角是骶骨和髋关节之间的一种功能和解剖学关系。

这种存在于髋关节—骨盆和脊柱之间的关系，可以通过三个角度在数学和影像学方法上证明，这三个角度统称为骨盆参数。

PI是描述S1终板和髋臼之间的关系的主要角度，同时为发育成熟骨盆的形态学角度。

PI角由以下两条线构成：①骶骨上终板中点的垂线；②双侧股骨轴连线中点同骶骨上终板中点之间的连线（也可以为双侧股骨头连线中点同骶骨上终板中点之间的连线）（图5-1）。

图5-1

图5-1 A.Duval-Beaupère所提出的骨盆几何参数，包括骨盆入射角（PI）、骨盆倾斜角（PT）、骶骨倾斜角（SS）；B.通过KEOPS软件进行脊柱矢状位重建

越来越多的证据表明，因为骶髂关节解剖结构的改变，PI会随着年龄增加逐渐增大[17,18]。解剖学家还未通过PI角来描述骨盆形状的变异。无症状人群中研究发现，PI角的范围为35°～85°，极值为20°和95°[15]。

这种大范围变异的形态学意义是什么呢？当PI角小于45°时，骶骨终板正好在股骨头上方，骶骨相对长，此时骶骨终板水平投影距离髂嵴非常近。当PI角较大时，骶骨显得较短，好像部分骶骨丢失且相对于股骨头位置更靠后，骶骨上终板投影离髂嵴很远。

有学说认为，拥有小PI角的骨盆被认为是窄小的骨盆，相反拥有大PI角的骨盆更宽大，但是现在并不能确认该观点是否正确。还有学者认为，髂骨倾斜方向存在变异，即小PI角髂骨方向更水平，大PI角髂骨方向更倾斜。在双足动物的进化过程中需要考虑这一假设，比如大猩猩的骨盆相对于人类来讲就更水平。另一方面，现代人的骨盆中，髂骨变异程度较小，然而PI角主要由骶骨形态影响。

目前的争论主要是PI角是否在女性当中更大或者不受性别影响。同样PI角是否存在地区和种族差异性也没有定论[19,20]。

医师在测量PI角时可能遇到很多困难。骶骨终板及前后边界通常容易分辨，但是因为传统的成像设备很难将双侧股骨头对齐，所以股骨头中点经常容易混淆：

①股骨头垂直移动（图5-2）。这是由于X线束的倾斜度与下肢长度的差异造成的。此时引用双侧股骨头连线中点线测量PI角是可以的。

图5-2

图5-2 因为双下肢不等长导致股骨头股骨头垂直立线偏移，对PI的测量几乎没有影响

②股骨头水平移动（图5-3）。此时测量无法进行，其影响脊柱矢状位平衡分析。这是因为骨盆水平旋转，此时的X线不是真实的侧位片，且如果骨盆旋转较大，测量得到的PI角会受到影响，这样的影像便不能采纳。

图5-3

图5-3 因骨盆旋转导致股骨头水平立线偏移，会导致PI测量结果误差较大

应用EOS系统进行脊柱平衡分析时，除了双下肢不等长以外每个节段的水平光线都可以使双侧股骨头完美重叠。但是骨盆水平旋转仍然可能存在，如果旋转程度超过了双侧股骨头的半径，PI角将无法测量。有时辨认骶骨终板可能存在困难。在严重的发育不良性腰椎滑脱中，骶骨终板并不平整，其轮廓类似穹窿形，这种情况PI角是无法测量的。

有一些L5/S1关节发育异常，当L5骶化时，L5/S1退变间盘可作为测量PI的参照物；当S1腰化时，S1上终板可作为参照物（图5-4）；有时实在无法分辨时，脊柱的大致形态对于选择椎间盘用于测量PI角会有所帮助。无论在何种情况下，如果骶骨上终板无法辨认，则PI角无法测量。

图5-4

图5-4 腰骶处异常 A.S1和S2椎间盘退变，通过S1上终板辨认PI；B.L5骶化，通过S1上终板测量PI

骨盆在股骨头上方可以做矢状位的旋转，所以骶骨平台的朝向和骨盆旋转存在确切关系，可以通过构成PI角的PT角和SS角来进行评估（图5-5）。骨盆在失状位空间上可以微动，通过背部肌肉以最小的能量消耗来保持直立的姿势。

图5-5

图5-5髋部的运动范围和位置同骨盆的方向和倾斜角度有关 A.骨盆于中立位时，髋部活动处于极度屈曲（黄色示）和极度伸展（绿色示）范围间；B.骨盆后倾会导致髋部后伸度减少

为了获得一个最低耗能的脊柱矢状面平衡，髋部和骶骨的位置可以从一个较水平的位置改变为一个更垂直的位置。

PT角表示的是骨盆围绕股骨头旋转的位置，其由以下两条线成角构成，即双侧股骨头连线中点和骶骨上终板中点的连线，同股骨头中点的垂线之间的夹角。

PT角平均值为13°±6°[20]。Schwab[21]对ADSD的分型认为PT角的正常范围≤20°。因为PI角的变异非常大，所以对于脊柱矢状位平衡代偿机制的分析并不应绝对依赖于PT角，单纯通过PT角判断脊柱是否平衡是不可行的。

如果一个人PT角为20°，PI角为70°，这个人可能是正常的；但是如果一个人PT角是20°但PI角是45°，则这个人可能已经处于一种代偿姿势。相反，当PT角<5°意味着因为过度的腰椎前凸导致骨盆过度前倾。根据以往，当骶骨上终板中点位于中垂线时（PT=0°），各种参数及数值的分析应该在全脊柱范围考虑。如果骨盆后旋，则PT角增加；如果骨盆前旋，则PT角减小。

PT角同髋部活动密不可分，当人处于站立位即股骨干垂直于地面时，PT角的测量是为了明确平衡骨盆脊柱系统时髋关节的位置。

如果此时平衡需要更大的PT角，则髋关节伸展（hipext ension，HE），髋关节位置可能向后移。此时，股骨长轴必须倾斜以满足膝关节屈曲要求，此时PT角也不再表述髋关节的位置变化，而是股骨干倾斜和髋关节伸展的结果。

Mangione和Sénégas曾描述过股骨近端角（proximal femor alangle，PFA），其为股骨干轴线和垂线之间夹角。当膝关节屈曲角度同PT角相适应时，则PT=PFA+HE（图5-6）。

图5-6

图5-6 当骨盆倾斜角（PT）增加，髋部会过度后伸，膝关节屈曲会增加PT

当术后PT角增加时，PFA减少直到PT=HE，此时膝关节代偿自然消失。因为骶骨终板的中点是按规定选取的，所以PT角对于定位髋关节无实际意义。而且很难去定义髋关节何时处于中立位置，故同样很难去定义理想的PT角和中立位PT角。

根据脊柱矢状位平衡需求，SS是一个会随着时间变化的位置角度。SS角由骶骨上终板线同水平线夹角构成。SS角直接影响了L5的方向和全脊柱的方向。SS角与骨盆和腰椎前凸角度（lumbar lordosis，LL）有直接关联。

正常情况下，SS角以正的递增值向前倾斜，病理情况下，SS角甚至可以为0°；SS角为负数时通常意味着出现了异常病例情况，但是在坐位时，SS角也可以成负值。

曾几何时，测量和报道颈椎前凸角度（cervical lordosis，CL）、胸椎后凸角度（thoracic kyphosis，TK）和腰椎前凸角度（lumbar lordosis，LL）的方法层出不穷。

早先，这些测量方法单纯由形态学研究发展而来，各种各样的角度和测量方法通过各种模糊的临床术语描述，提供了大量重复的信息[23]。此外，以人口为基础的标准化研究具有年龄和种族差异的内在问题随着一个有重大意义的多中心数据库和公认的标准化测量技术产生，确切的测量参数受到了广泛的认可[24,25]。

许多哺乳动物在胸段和腰段具有很长范围的后凸形态。人类有腰椎前凸状态则是适应双足行走的结果。从胚胎学讲，正常人类脊柱拥有1个主要弯曲（胸弯）和2个次要弯曲（颈弯和腰弯）。胸弯被命名为主弯是因为它是胚胎时期最早发育出来的，而颈弯和腰弯在出生时并没有，伴随着神经肌肉的发育，颈弯在出生后3个月出现而腰弯在出生1年后出现。

希波克拉底是第一个将人类脊柱分为腰椎前凸、胸椎后凸和颈椎前凸状态的人。他为脊柱的每个解剖节段规定了一个确切的弯曲方向，T12/L1至L5/S1向前 T1至T12/L1向后、C1/C7向前。现在临床中，应用长范围的X线摄影，这种解剖学分段法仍然广泛应用。

许多学者认为腰椎前凸形态是L1上终板同L5下终板之间的夹角，但是近年来L1上终板同S1上终板之间夹角作为腰椎前凸角度获得了广泛的认同。而在胸椎范围，因为上胸椎不易于辨认，胸椎后凸的经典测量节段为T5/T12。

不同于经典的解剖学脊柱分段法，现在很多功能性脊柱分段法认为方向相同的连续脊柱节段的可以定义为一个弯曲，如脊柱前凸表现为所有参与伸展的连续椎体形成的一个功能分段，脊柱后凸则为所有参与弯曲椎体的功能分段。

这种功能分段可以应用Cobb法进行真正的脊柱矢状位测量。功能性腰椎前凸形态的表达以及构成已经被研究而且通过多种几何方式表达，即圆弧[26]和1/4的椭圆[27]。椭圆构面在实际应用中非常复杂[1]。

Berthonnaud等[26]以数学方法构建了一个脊柱功能分段模型（前凸弯曲数学模型），其通过Cobb法定义前凸角度为骶骨终板同前凸形态变后凸形态的拐点处之间的弯曲，而非根据解剖学标记定义弯曲。

根据这个模型[26,27]，腰椎前凸角度被以顶椎为顶点分为上下两个正切圆弧。下弧由骶骨上终板线和通过顶点的水平线形成；上弧是通过顶点的水平线和通过拐点的切线的垂线所确定的角度。一个特殊的几何特性是下弧角度一定和SS角相等。

这种功能分段同样可在胸椎应用。脊柱前凸区域与后凸区域之间的关系是上凸区域与后凸区域之间的一种平等关系（图5-9）。

图5-9

图5-9 根据Berthonnaud等的脊柱分段 CC.颈椎弯曲；SS.骶骨倾斜；TC.胸椎弯曲

由于LL在解剖学和功能上的定义可能存在混淆，所以建议LL描述为T12/L1间隙同骶骨上终板之间的弯曲，而骶骨上终板同拐点之间的弯曲作为脊柱远端前凸（distal spinal lordosis，DSL）（图5-10）。在第一种情况下，定义LL只需要一个角度；第二种情况下，需要一个角度和椎体数量去测量角度（图5-10）。

图5-10

图5-10对比传统腰椎前凸定义和新的脊柱远端前凸角（DSL）

注意前凸弧的长度，黄线为S1上终板，绿线为L1上终板，红色弧线表示DSL。图示的2种情况下，2个DSL存在显著的生物力学差异（左图DSL较小，右侧较大）

在脊柱颈胸段也同样可以用弯曲顶点进行分段：胸椎后凸则定义为在两个拐点之间的弯曲，颈椎前凸定义为从C3至近端拐点之间的弯曲。因为成像技术（数字影响或EOS系统）已经能清晰的辨认T1椎体，T1椎体上终板的方向便有了更重要的意义。T1倾斜角即为T1上终板同水平线之间的夹角，其对理解颈椎弯曲方向有着重要的意义。

在功能性脊柱分段中，胸椎后凸形态与远端脊柱前凸形态相互影响。首先当胸椎后凸累及椎体长度增加时，远端脊柱前凸形态减小，反之亦然；其次角度方面，胸椎后凸的下弧角等于远端脊柱前凸的上弧角。

由此也引起了一个治疗方面问题，即在手术过程中，当远端腰椎前凸的长度和角度都因上弧角的延长被医源性增大时，胸椎后凸角度也会增加进而引起近端交界性后凸（proximal junctional kyphosis，PJK）。（未完待续）

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翻译：韩超凡　周立金

校对：刘玉增　海　涌

来源：《脊柱矢状位平衡》

主译：海　涌　李　利　李危石　郑召民

主审：邱　勇　吕国华

脊柱的结构与功能——从根本切入方能百战百胜

脊柱区的分界

上界：枕外隆凸和上项线

下界：尾骨尖

外侧界 : 斜方肌前缘、三角肌后缘上份、腋后襞与胸壁交界处、腋后线、髂嵴后份、髂后上棘至尾骨尖的连线。

脊柱作为人体的主要支撑构件，结构复杂：由可以单个活动的脊椎骨及固定的骶尾骨组成，从第 2颈椎下一直到第12 胸椎及第1 骶骨之间均有椎间盘，周围还有很多大小不一长短不等的韧带和肌肉等软组织，全体构成一个杆状支柱。主要功能是保护脊髓，并将头部和躯干重力及运动载荷传递给骨盆。

脊柱周围的韧带

椎体之间: 前方有寰枕前膜、寰枢前膜和前纵韧带，后方有翼状韧带、齿突尖韧带、十字韧带、覆膜和后纵韧带。

椎弓之间：寰枕后膜和寰枢后韧带、黄韧带。

棘突之间：棘间韧带、棘上韧带和项韧带。

横突之间：横突间韧带。

脊柱区的胸腰筋膜

支撑作用：以前大多数人认为，增加的腹内压和胸腰筋膜的张力产生使躯干伸展的力量，对提物过程中的脊柱提供保护作用，但新的研究却不这么认为。胸腰筋膜对脊柱的伸展作用很小，尸体研究发现胸腰筋膜所产生的张力并未使两棘突的距离变小。腹内压和胸腰筋膜对控制躯干的屈曲无显著作用。可能会通过减少节段间运动来稳定脊柱，而不是产生运动。

椎间盘的微观结

椎间盘基质主要由胶原纤维组成，胶原纤维和少量弹力纤维嵌入到蛋白多糖/水凝胶中。此外，椎间盘基质中还含有软骨细胞和成纤维细胞，具有支持和修复作用。椎间盘的细胞含量较低，仅占椎间盘组织的1%-5%。纤维环和髓核均由这些成分构成，但各成分的含量不同。

活动的锥体互相形成关节可在三个平面上活动。脊柱的稳定性由韧带椎间盘肌肉共同协同来维持，保证机体、头、躯干和骨盆间充分的生理活动综合起来。

脊柱具有三大力学功能，支撑功能，运动功能，保护脊髓功能。支撑功能赋予了脊柱主要承受压应力作用，人体脊柱大约每天三分之二的时间处于直立状态骨组织在长期的压应力作用下，将发生骨组织的吸收和改型。脊柱是一个力学结构，要发挥其正常的力学功能保持其具有最优的力学功能必须保持脊柱处在最优的力学环境状态下工作。

Frytte`s Laws费氏定律：

三个法则总结：

法则1：当脊椎处在中立位时，如果侧向弯曲到一边，脊椎同时会水平向相反的一侧旋转。在这种情况，如果多个椎骨位置失准并且不能通过弯曲或者拉伸的方式回归中立位，躯体会产生功能障碍。此现象涉及的椎骨展现出了侧向弯曲和旋转的一些耦合关系。当脊椎处于中立位，侧向弯曲力施加于一组特定的椎骨上导致整组椎骨向相反的反向旋转：产生凸性的一边。这种情况下极度的功能障碍类似脊椎侧弯的现象。

法则2：当脊椎被弯曲或者延长时（不处于中立位），如果侧向弯曲到一边，脊椎同时会水平向相同的一侧旋转。脊椎若是处于躯体功能障碍状态，如果只有一个椎骨跑偏并且在弯曲或者拉伸的情况下会恶化时，法则2阐述的现象就会发生。处于这种功能障碍状态，脊椎会同时像一个方向旋转或弯曲。

法则3：当某一平面上进行了运动，它会改变（减少）脊椎在另外两平面的运动。法则3通过说明当在一个平面上发生功能障碍，它将影响其他平面的运动这样的原理总共了前两个法则。

运动节段：脊柱功能单位，前部包括相邻的椎体和其间的椎间盘；后部为椎间关节（关节突关节），不同部位的关节突关节面的方向有很大差异，决定了椎间关节的活动度。

不同椎体在运动中展现的角度也有所不同。

相应的在其结构上

人生来长出的第一个弯曲“后凸"（受精卵时就成C型，出生就有，最重要，“C"字型，胸椎）

第二个弯曲:“前凸"（颈椎，2-6个月出现）

第三个弯曲:“前凸"（腰椎，出现步行时）

结构和功能结合决定生长形状：

躯干前部产生主要作用力（重力：Load）

后凸:主要用来承重（将来自上、下的力分散为水平方向，同时提供弹性）

前凸:主要用来抗阻（下图中的R）

前方承重，后方运动：基本所有的下腰背痛的原因都是来自于下图结构的承担出错。

正常脊椎，脊髓、脊膜和神经根可以很好地适应脊椎运动、姿势和压力的变化。由于硬脊膜在头侧和尾侧附着于骨性结构，因此，骨性椎管的任何变化，神经轴形成或位置都会发生相应的改变，重力也会影响神经轴。

脊椎在人体运动中呈现下列几种形态

中立位是完全屈曲和伸展之间的正中位置，并需要考虑脊柱的弯曲情况。中立位时神经轴在椎管内处于松弛状态，血管和血管周围间隙通畅，血液 、淋巴和脑脊液可充分流动。

当脊柱向前屈曲时，椎管长度增加，而且椎管后缘延长比前缘更大。大量的尸体研究证明颈髓和腰髓分别延长28mm，但胸椎仅可延长3mm。屈曲时，脊柱、椎管纵向延长，神经轴的轴向张力增加。矢状面关节活动度最大的部位张力也最大，在颈椎，，硬脊膜张力最大的节段位于C5-6；腰椎，硬脊膜张力在L5-S1达到30%。在L1-2仅为15%。

伸展时，脊柱的垂直高度会缩短多达38mm，椎管的前后径会缩小。在腰椎部有向内膨出的椎间盘，黄韧带也可能向前膨隆进入椎管，进一步减少了椎管的容积。神经轴的张力减少。

侧屈时会导致凸侧椎管的延长和凹侧椎管的缩短。凸侧的硬脊膜被拉长，凹侧形成横向折叠。

旋转时脊柱长度没有明显的改变。在颈椎旋转侧的背侧根拉伸紧张，前侧根松弛，而另一侧的结果则相反。

下面说一下我们比较关心的颈椎和腰椎在生活中常见的现象吧

低头族：由于现今的生活方式，大家都离不开看手机，越来越多的低头族患上颈椎病。若长时间保持颈椎不动，颈周肌肉容易出现疲劳甚至劳损。颈椎弯曲60度时，承受压力会达到45斤。

相关肌肉肌张力变化：肌张力增加：胸大肌、胸小肌、背阔肌、肩胛提肌、上斜方肌、胸锁乳突肌、斜角肌。

肌张力减弱：菱形肌、斜方肌中下束、前锯肌、肩外旋的肩袖肌群、深层的颈屈肌。

弯腰提物与半蹲提物：弯腰提物主要在膝关节微屈状态下，利用髋关节和下背部的伸展动作完成的。此时，在躯干和下背部之间产生很长的外力臂，重量越大，需要的躯干和下背部的伸肌力量越大，椎间盘受到的影响就越大，易出现下腰背痛和椎间盘损伤。

半蹲提物被认为是最安全的方法。其利用股四头肌和髋伸肌的力量，腰椎区域可以保持伸直或微屈，对下背部产生的压力较小，避免下腰背部损伤。

不同椎间盘压力大小及椎间盘高度损失与恢复图

当然脊柱部分的知识远不于此，今天先分享到这里，附上电子书《脊柱功能解剖学》，供有兴趣的同仁查阅学习。

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