颈椎运动学

颈椎运动学
一、运动范围
颈椎作为一个柔性的负载结构，其运动形式是多种多样的。

由于在颈椎运动过程中，椎骨内部的变化对颈椎整体运动的影响很小，因此在分析颈椎运动时，一般把椎骨看作刚体，即在外力作用下各质点间的距离保持不变，而把椎间盘、韧带看成可以伸缩的变形体。

预椎有3个运动轴(即冠状轴、矢状轴、垂直轴)和6个运动自由度，即3个角位移和3个线位移。

3个线位移包括沿冠状轴方向的左右平移、沿矢状轴方向的前后平移以及沿垂直轴方向的压缩拉伸位移，3个角位移就是围绕3个运动轴的旋转，可分为屈伸运动、侧屈运动、旋转运动及环转运动。

颈椎具有三维空间6个自由度的运动现为两椎骨间的角度改变和位移。

即在冠状面 (X轴)上发生前屈和后伸运动，在矢状面(Y轴)上发生左右侧屈运动和在额状面(Z轴)发生左右旋转运动。

颈椎的运动范围是指节段间的角度变化和节段间的位移。

整个颈椎的运动是各节段运动的总和。

颈椎各节段呈同步运动，但运动的方向和程度却因节段运动水平不同而各异。

由于运动的复杂性，加之测试方法和手段的不同，各节段的运动幅度及其运动方式，文献报道也不相同。

就运动范围和幅度而言，大部分运动发生在上位颈椎，即头颅到C2之间，包括寰枕关节(C1~C1)和寰枢关节(C1~C2).C0~C1有前后方的屈伸运动，据报道其范围差异较大，为8度- 50度其运动方式表现为矢状面的向上和向下的“点头”运动。

而弯曲则是其余颈椎的作用。

其侧屈范围为5. 5度-40度。

在颈椎中，运动范围最大者位于Cl一CZ。

其屈伸范围为100 ^- 300 , C，的下关节面略呈平坦，而C，的上关节面呈凸面，故C1~ C2的屈伸呈“摇椅”状运动。

Cl ~ C2侧屈范围较小，为7度左右。

尤显突出的是C1~ C2的旋转运动，据报道其范围为14. 5度一47度，占整个颈椎旋转的50%以上。

其瞬时旋转中心位于齿状突的中心。

即C的轴位旋转产生C，侧块相对齿状突的移动。

同时在C1 ~ C2旋转时可以不发生侧屈运动，而下位颈椎旋转显示出颈椎同方向的侧屈。

有研究发现，当一侧翼状韧带被切断后，轴位旋转在双侧都有显著增加。

提示双侧翼状韧带必须保护完整，才能限制其轴位旋转。

如果一侧翼状韧带损伤，对侧韧带功能亦丧失。

翼状韧带限制C1一C2过度轴位旋转，从而保护脊椎和椎动脉免遭扭断性损害。

C2~C7各椎体间均可发生屈伸、侧屈和旋转运动。

屈伸活动大部分发生在C4一C5和C5一C6节段，其范围为15度左右。

此处颈椎静态曲度最大，同时是应力集中的部位。

颈椎屈曲性损伤与骨质增生常发生于这两个节段。

下位颈椎的侧屈运动范围较小，各个节段一般未超过7度，下位颈椎旋转功能主要位于C3~ C4，其旋转幅度也较接近，为6. 7度~ 7. 4。

由于C3上关节突的前端能与CZ侧突相碰而发生骨性绞锁，使C2- C3旋转受到机械性限制。

C2的侧突为椎动脉孔的外侧缘。

这种机械性绞锁可防止其过度地旋转，从而对椎动脉和位于神经沟内的神经起着保护作用。

目前大多数学者认为，颈椎运
动以运动范围(range ofmotion , ROM)来表示。

临床上测量颈椎运动范围可以得到前曲后伸、左右侧屈和左右旋转的大致范围。

由于很难确定脊柱的中立位，这种表示方法不能达到精确程度。

有学者通过离体脊柱运动的分析，将颈椎的运动范围分为中性区(NZ)和弹性区(EZ )两部分。

中性区代表从最大载荷卸至零载荷的脊柱位置与中性区之间的脊柱运动范围，弹性区代表从零载荷至最大载荷的脊柱运动范围。

这种运动范围的表示方法，在脊柱生物力学，特别是对脊柱稳定性的影响，各种内固定器械对脊柱稳定作用的研究中得到了广泛的应用。

二、耦合运动
耦合运动(coupling motion)是指脊柱运动同时发生于2个或3个轴的运动。

表现在不同方向移位运动之间，.不同旋转运动之间以及移位运动与旋转运动之间的藕合。

通常将与外载荷方向相同的运动称为主运动(mainmotion )。

而将其他方向的运动称为主运动的藕合运动(coupled rnatian )。

例如当脊柱随轴向旋转，脊柱的轴向旋转运动称为主运动，而伴随的前屈或后伸以及侧屈运动称为藕合旋转运动。

藕合运动的实质是关节突的引导活动。

下位颈椎的侧屈和旋转不能单独发生。

侧屈总要引起旋转。

而旋转必导致侧屈。

C0~C1有与头部运动方向相反的约40的轴向旋转。

C1 ~ C2可被看作1个球窝关节，为一强大的藕合模式，C1轴位旋转必然同时伴有垂直位移，而且为C1 ~ C2前屈后伸过程。

同时也有轴位旋转。

近年来，学者在研究正常人群颈椎屈伸运动试验中，提出1个新参数，即位移/旋转比值。

对诊断局部不稳定有一定的参考价值。

正常Cl1 ~ C2在屈伸过程中，其前后位移/旋转比值分别为0. 28士0. 09 , 0. 11士0. 11。

在颈椎不稳定时其比值明显增大。

瞬时运动中心(mstantanemous center ofrnation)是指不动点存在于即刻时间内。

由椎体的某一节段(连接)在邻近节段上旋转所产生的点。

椎体围绕该不动点旋转。

它是平面运动的独有特性，综合旋转角度可对平面运动做精确的描述，具有理论上及临床实用价值。

正常状态下，Co '" Ci瞬时旋转中心位于枕骨孔前壁。

C1~C2瞬时旋转中心位于齿状突中心，屈伸活动瞬时运动中心局限于十字韧带的附近，该韧带的作用是防止C，过度地向前移位。

下位颈椎在矢状水平运动时，瞬时运动中心一般位于下一椎体的前部，而且随标本加载点位置变化而有所移动。

颈椎屈伸和侧屈运动的瞬时运动中心可用Renleux即刻中心测试方法来分析;颈椎的即刻中心可因病理变化而变位，如椎间盘变性或韧带损伤。

在这种情况下，关节面活动不是真正的滑移，而是当屈伸时，关节突的错开和撞击。

三、颈椎运动的动态变化
屈曲时椎间盘的前部被压缩而变窄，髓核后移，后部增宽，伸展时则与之相反。

有学者采用新鲜尸体标本测量，发现颈椎中立位时，椎间盘前高大于后高，并以C4 ~C5、C5~C6。

和C6~C7明显，符合正常生理条件下所构成的颈椎生理前凸弧度。

颈椎伸展时前高增大变小，屈曲时则相反。

两者均以C5~C6、C6~C7、和C4~C5最明显。

三种位置的椎间盘深度略有变化。

屈曲时椎间盘向后稍有膨出，其深度略有增加。

但其深度的变化无显著意义。

有学者采用甲醛固定标本椎管灌
蜡，发现椎间盘水平均见有纤维环向后膨出，形成椎管前方压迹:圣页后伸时压迹增深。

亦有学者认为，如果椎间盘正常，无论颈前屈或后身伸，椎管前壁光滑无突出。

但当椎间盘有退变时，则于颈后伸时有纤维环膨出。

屈曲时，颈椎矢状径增大，伸展时缩小其中以C5 ~C6 、C 6 ~C7和C4一C5最明显。

有学者用在体双机X线连续摄影术发现C1~C2旋转时，该节段椎管面积减少50%。

人体颈椎椎管并非单纯性骨性结构。

椎间盘、后纵韧带、血管和黄韧带等组织构成有一定弹性的管状结构。

硬脊膜囊的矢状径在某种意义上反映了椎管的矢径。

与骨性椎管相同，屈曲时，颈硬膜囊矢径增大，伸展时相反，尤其以C4 ~ C5 、C5~C6和C6~C7变化明显。

颈后伸时黄韧带被挤压于椎板间，折叠突向椎管内，与前方后突的纤维环相对，对脊髓形成钳夹。

后伸时硬脊膜亦折叠内突，其部位与黄韧带一致，当颈椎发生过伸性损伤时，由于以上原因，即使X线摄片未见明显颈椎骨折脱位，临床仍表现有脊髓压迫征象。

椎间孔大小与椎间盘高度和颈椎曲度(即运动)有关。

屈曲时椎间孔面积增大，伸屈时面积缩小。

有学者指出，椎间盘高度变窄，将导致颈椎后凸，椎间孔面积增大。

有学者在尸体上测量椎间孔，指出颈椎伸展20%或30”时其面积分别减少10%和13%。

在颈椎前路植骨手术中，常用支柱状骨状撑开椎间隙以扩大椎间孔，但撑开的最佳高度和角度，尚未见文献报道。

而在颈椎显微手术中，切除推间盘后不植骨，置颈椎于前屈位以增大椎间孔面积。

但长期如此，将导致颈椎不稳定。

脊髓在颈椎屈伸运动中并不升降，仅出现褶皱和展开现象。

颈后伸时，脊髓短缩变粗并向前方移动。

当颈椎过屈或过伸时，脊髓出现弹性缩短或展开，不会引起伤害性变形。

当椎管原有发育性狭窄、明显退变伴有椎体边缘骨赘以及椎间盘突出物存在时，颈椎遭受过伸外力作用或持续性过伸位置，将可能导致急性或慢性脊髓病。

这种损伤的机制是由于黄韧带在颈椎过伸时缩短变粗并折人椎管压迫脊髓，椎间盘向椎管方向膨出，使矢状径进一步变小。

同时椎管容量减少，脊髓相对横截面积增大，脊盆缓冲作用消失，导致脊髓损伤。

全屈位时脊膜脊髓承受的压力最大，而自然伸仰位最小，全伸位次之。

各颈椎位置随致压深度增加，同样旋转角度引起颈脊膜脊髓前部承受的压力增大。

颈椎运动时，神经根在椎管内并不活动，但在硬脊膜被拉紧或褶皱时，神经根随之变得紧张或松弛。

颈部中立位尤其是颈部屈曲时，神经根在张力范围内被拉紧，位于椎间孔最上部，并与椎弓根下面相接触。

展时，硬膜呈折屈或皱纹状外观弛，并垂直于脊髓，并存榷问}f颈部伸神经根变得松和对椎弓的接触。

椎动脉被椎动脉孔保护，但C1~C2茸沥息椎管只有1.5cm_怖铸时卞要是C1~C2的运动，椎动脉被C2~C3。

的旋转范围小带动移向前方或后方。

对椎动脉也有保护作用。