腰椎小关节的生物力学

腰椎小关节的生物力学 卷 期第 , 第, 医用生 物 力学 》 ,( , ， , , , ,, … … … 一 佣, 献避 文 臻 弓腰 椎小关节的 生物 力学 王子平 ? — — 一 综 述 侯筱魁 戴 克 戎 审校 , 搴 ,, , , 、 上 ( 海 南 汇县 周 浦 医 院 骨科 ) 上 ( 海 第, 医科 大 学 附 属 第九 人 民 医 院骨 科 ) 长期 以来 ，人 们习惯 以后纵韧带为 界，将腰 椎分为前 、后 两部 份，分别称为前柱和 后 柱 。在力 学 上，前 柱 主要 起脊柱的支持和吸 收各 种冲击力 的作用 ，而后 柱控 制 运 动 的 类 “ , ,，,; ,提 出脊柱的 。型 。近年来, , , ,,, 三柱 ,” 概念【 ， 即将脊柱的前半帮 份，再分 为 前柱 和中柱 ，后柱仍为椎问小关节 、黄 韧带 、棘 上 、棘 阃 韧带 复合 结构。 以往学者较多 集 中于椎问盘 的力学研 究 ，对后柱复合结 构的重要意义 到近年 来方有较多 。本文对 国内 外文献 中关 于腰 椎小关节 的生物力学研究 作一 简单介绍 。 正 常 状 态 下腰 椎 小 关 节 负荷 的特 点 过 去认为腰椎小芜节 主要是控 制活动节段 的运动 ，只 。近年来 的 ,, , , ?，研 究表 明，小关 节的承有一较小 的承载 功能 载功能 比较复 杂， 报告也很不一 致。, ,, ,, 测得小关 节 将 , , ,, 承担全都 轴向负荷 的, ,，, , , 〔 推 论小 关节 承受 作用 于脊柱总 的 轴 向 负 荷 的 ,,, ,, ,，, , ,, 的观察与,,, 的结 果比较一致，并认为脊柱 处于超伸展位 时，小 关 节 的 负 荷增大 。 , , , , , , 〔 在 , 具 没有骨 科疾病 的正常标本 中，取, 个,,〕 , 腰椎 活动节段进 行力学 测 试 ， 。 。当椎 间盘 正常时，在 屈曲, 、, 、后 伸, 和 ,, 用 ,, , —,, 。 。种休 位下 ， , ,,压力 和, , , , 剪切力 (, , ,, , , , , , , ,,, ，并 发 现 后 进行 加载 ，测得小关节 的平 均压力分别为, , 、 ( , 、 (, 、 (, ( , ,) ,,,” 岫 (, 共 个伸 度 数 增 加 ，小 关 节 的 压 力 也 随 之 增 加 , ,, 〔 对 正 常 的 , 工 和 ,, , , 活动 节 段 , 。 ，分别 给予 , , , 、, , , , 个 等级的轴向负荷 (标本 ，在 中立位 和后 伸位 ( , ) , 、, , , 、, ,,, , 小关 节的负荷无论在 中立 位 或伸展 位均大于 , 一 ,测量发现 , , ,, ，并且 当轴向负荷 增 大 , 或 (, 括 时 ， 小 关 节 承 担 的 负 荷 占轴 向 负荷 的 百分 比 反 而 减 少 ， 不 论 在 — , 一 , 动节 段 ，在 中立位 当 轴向负荷增 大时 ，小 关节的接触 面积亦增大 ，而伸展位 则相反 ，轴 向 负 荷 增 大，小关 节接触面积减小 (因此小关节最大 压力平均值 ，伸展 位大 于 中立 位，并且 随着辅 向负荷的增加而增大 第 ,期 腰椎 小 关节 生 物 力 学 , ，， 上 述 研 究 说 明 ， 腰 椎 小 关 节 负 荷 的 大 小 ， 与 活 动节 段 的 乎 面 、轴 向 载 荷 的大 小 以及 林 位 密切相关， 因而不难理解各个作 者报 告小 关节载 荷 占轴 同负荷 百分 比相差悬殊 的原 囡 。, , 小, 一 和 , 一 , 关节负荷 的明显不甸 ，可能 与脊 椎解剖学排列 、几何学变化 、以及 小 关 节 解 剖 关 系 的差 异 有 关 。还 必须 指 出 上 述 研 究 是 在体 外 尸体 标本 上 进 行 的 ， 在人 体 内 还 要 考虑腰椎 结构中椎间盘纤 维环 、黄 韧带、小 关节囊 、藕上及棘 问韧带 等软组 织应变的复杂 , 】 影 响〔 ” 。在腰椎小关节负荷的研究 中， 负荷 占轴 向负荷的 百 更有 实 际意义 的不是 小关: (, , ,,, ， 这 一 压 力 分 比 ，而 是 小 关 节 的 压 力 。 资 料 表 明在 伸 展位 小 关 节 压 力 可 达 ,, , , ，大小可 与髋 关节相 比较 ，小关节压力 的增 加可 能是关节退行性 变化 的重要 因素。至于当轴 向 负 荷 增 大 时 ， 最 大 接 触 面 积 反 而 减小 ， 可 能 是 由 于椎 休 处 于 平 衡位 置 时 ， 小 关 节 接 触面 积最大 ，当负荷 增大 时，上位 椎体 对下位椎体 的位置 发生改变 ，而 导致小 关节 表面位置 的 变 化 ，从 而 形 成 新 的接 触 面 积 、新 的最 大 压 力 和 新 的 压力 分 布 医 ， 这些 作 用 通 过 小 关 节 表 】 面不规 则的形 状而 放大 ? 。 扭转 、 屈伸 、侧 弯 时 小关 节 运 动 学 ,, , ,, 认为腰椎 阃的轴向 扭转是榷 间盘突 出的 一个可 能 原 因。为 了弄清腰 椎 扭 , ,和 , ,“ 了腰椎 活动节段 三 维 有 限 元 模 转时 ，椎间软组织 和小 关节 的作用 ，, , ,〔 , 小关节 完整时，施加 的扭力 矩 , ,, ,通过小关节 传送 ，并且 角位移较 小，型 ，当 — , , , 扭转时旋转轴心 后移 ， 维环 应力 的作用 。当上位椎 体按顺时针 方向小关节有 减轻椎 间盘后部纤 扭转时 ，只是从下 椎体 到上椎体顺 时针 走向的纤维处于张力 下，抗扭转的环状 纤维只 , 有, ， 纤维环 应力 在外 层侧 面边缘最高 ，这 样在没有小关节骨折时 ，扭转运动 一旦 有椎 间盘纤维环 破裂 ，应该是侧 方最易受损 ，这 与临床显然不 符，因此在无小关节损 伤时，扭 转未必是椎间盘 突 出的原 后部 结构上 的韧带可能 在抗 扭 转 因。至于小 关节损 伤后， 附着在脊椎 中起更 大的作用 。 ,; , ,, , 〔 ， 通过数学设计及 计算 方法研究腰椎 小关节 的作用和软组 织应 变的 关 系 。 认 为对 抗侧方剪力 负荷 所致位移 的主要结构，第 一是腰椎 间盘纤维环 的应变 ，其 扶是 椎问 小关节 的作用， 对抗前方剪力负荷 主要是椎 间盘纤维环和 小关节囊的应变，对抗 后方剪力 负荷是椎 问小 关节 、椎 间盘纤维环 的应 变 以及起作用较 小 的小关节 囊的应 变 脊椎后部 的 韧 带和椎间盘 有限制屈曲 、位 移 的作用 ，前 纵韧带 、小关 节囊和椎 间盘 纤维 对 抗 过 伸 运 动，小关节对 侧方弯 曲运 动有 阻碍、而 小关节囊 、横突 间韧带和 间盘 纤维环等均 有限 制作 ,, , 用 ，对抗扭 转移位 主要是小关节 和椎 简盘 纤维环的应变 ，这和, , 的研究一 致 。 ,, ,, 。 【 利用新 鲜尸体 标本对腰椎 间孔的运动进行 了详细 的测量分析 。 附 图 中 , 垂 为椎 河孔高度 ( 直最大距 离)，, 为 矢 状 径 ， 即上 位椎 体 后 下 方 外 侧 缘 和下 椎 体小 关 节 突 前 外侧缘之间 的最 小距 离 。首先 在 中立 位测得, 然后 测得在不 同运 动状 、, 、求 出面积 ,， ，, — , 、 态下的 , 、,和 面 积 , ，其 面 积 变 化用 ,,的百 分 比 来 表 示 。公 式 , : , ,— , ×, , , 亩 , ,(一 ,, 之间，,, 表示椎回’内无神经根， ,是神经根占有椎间孔的百分比的分子数，设 ,,, , 孔 , , 表示椎间孔 耳 ,, 内全部被神 据， 选帮 ,， 神经根占 经根占 根瑁临床解剖， ,, ,即 确椎阀孔 , ,, 医 用 生 物 力 学 第,卷 ， , 、 ， ， 、 图 稚 间孔 测量 参 数 示 意 目 ( , 的 , , 为 合 理 ，结 果 表 明 ， 退 行 性 变 时椎 间 孔 相对 较 大 ， 屈 曲位 最 大 ， 屈 伸运 动椎 ， , 较 无 且 可 、, 孔变化 最大，旋转时变化 最少 。确 退行性变 的椎 间 孔小 ，左 右侧 弯时椎 间孔变化最少 。在 一 , , 伸展 位 不 论 有 无 退 行 性 变 ，椎 闻 孔 面 积 均 可 减 少 , ，这 种 减 少对 有 退 行性 变 者 影 响 很 , 一 , , ,, ,(, 大 。, , , ,〔 测 得 中 立 位 椎 间 孔平 均 面 积 ， 无 退 行 性 变 为 , , 一 ，有 退 行 性 变 一 ,, ， , , , , (, ,, 若 神 经 根 占据 椎 问 孔 的 面 积 为 , , ，则 中立位 前 者 椎 间 孔 神 经 根 周 围 间 隙 为 一 一 (, , ， ,,, ， , , (,, 后 者 为 , (,,, 若 伸 展 位 椎 闻孔 面 积 缩 小均 以, 计 算 ， 则 无 退 行 性 变 伸 展 , , , ， ,, ，后 者 即使 能 容 纳 神 经 位 椎 间 孔 神 经 根 周 围间 隙 为 ,,, 有退 行性 变 者 则 为 , (,,。 , ， ， 根 ，但 安 全 范 围 也很 小 ，如 同 时 存 在 椎 间 盘 突 出 ，则 加 剧 椎 间 孔 的狭 窄程 度 ，进 一 步 加 重 对 神经 根 的刺激 和压迫 ，引起各种临床症状 ，同时也说 明腰椎有退行性变 患者，后伸时经 常 出现或加 重神经放 射痛体 病 理 状 态 下 小 关 节 力 学 变 化 , ,,。 ～ , ,, 〔 还对征 。 腰椎 间隙狭窄时 ，腰椎小关节 负荷特点进 行研究 。分别对椎 间 隙 狭 窄 , , , , , 和 , , 时小关节 的平均压力 进行 了测试 ，结果显 示随着椎 间盘高度 的下 降，小关 节 的压力 明显 增大 ，可导致小关 节的损伤 。从临床上也 发现小关节 的骨关节炎 和 椎 休 前 后 ,, 〔 , , 缘骨质 增生有 。, , , 通过 ,, ,检查 椎间盘退行性 变，并 以 , ,对 小 明显 的联系 关 节 , , , , 骨 关 节 炎进 行 扫 描 ， , ,个 椎 间 盘有 ,,个 有 退行 性 变 ，, ,个 小 关 节 有 , 对 骨关 节 炎 ， 蜘 而 小关节骨关节 炎 的所确腰椎 间盘 ，除, 外均有退行性变 。其 中 ,, , , 例 线平片发现有椎 间 盘 退 行 性 变 ， 但 无 小 关 节 骨 关 节 炎 。因 此 认 为 椎 问 盘 退 行 性 变 是 发 生 在 小 关 节 骨 关 节 炎 , ,,的 之前 (小关 节病是 由于小美节负 荷增加力 学改 变引 起的继发的病理变化，这 与 , ,, 研 究结果一 致 。 ,,, , ,, 〔 将左侧腰 椎小关节切除后 ，对 右 侧小关节的负荷和压力进行 了测 量，发 现 — 。 , , 和 —, 活动节段，不论 是 中立位还是 伸展 位，剩下的右侧的小关节负荷 占轴 向负 荷 的百分比均 明显下降 ，小关节 的接 触面积亦有 明显 减少，小关 节平均压力为伸展 位大子 中立位 。其 原因可能 为左侧小关节切 除 后 负 荷 丧失 ，平衡 改变 ，上 位椎 体确一种对下位 椎体 的游离倾 向，于 是剩下的另一侧小关节真正接 触面 积减少， 虽然 承担负荷的百分 比减 小，但 最大压力 增大 临床上当一侧 小 关 节 病 损 时，另一侧小 关节 易发生遇行性 变 ，也 第 ,期 腰 椎 小 关 节 生 物 力 学 , , 说鹳是小关节 的压力而 不是 负荷是促进小关节退 行行性 变的 因素 。 , 戴力杨【 通过腰椎后部结构 切除对腰椎 稳定性 影响的实验研究 指出，后瓿结 构 在 对 抗剪力方面起重要 作用，作椎板减 压时应尽量保 留 小 关 节 ， 以 避 免 造 成 脊 柱 不 稳 。 ,,, 〔】 , , 滑 ,, ,, ” 随访 , 例椎管腔狭 窄椎 板减压术 后的病人 ，, 例 出现滑脱 。退行性脊椎( 脱 术后滑移 的危险性 增高 ，但不 影响治疗效果，而 后天性 椎管 狭窄 ，手 术后 出现滑移时 ，往 往 效果 欠 佳 。 参 考 竞 献 ， , , , , , , ( , , , , , ， , , (,, , , ( , , , , , , , , , ( , ,, , ,, , , , , , , ， , (,, , ,( ,,, , ,, , , ,, (? , ,,, ,,(, (, ; , , , , , , , ( , , , , , ( , , , , , , ,, , ,, ), , , , , , ( , ;, , ,,, , , , , , , , ,，, ( (,, , ,, , , ( ,;, , , ; , , ,,, , , ? ? , ,, , ,, ,( , ,,, ( ;, , ,, , , , , , , , ( , ,, , , , , , , , , ( ,, ,, ; , , , , , , , , ,( (,, , , ,， , ( , , , , , , , ,, , , ; , , , , , , ,,， , , , ,, , ， , , , , ( (, ’ , , , , ( , , ( , , , , , ,,) , , ， , , , , ,, , , ( , ,, , , , ( ,, , ( (,, , , ,,， , , , ,, , , , , , ,, , ) 工 , ， , ( ,, , , ,, , , , , ,, , , , ， , , ,, , , , , , ( , ( , , , , , ,, ( , , ,, , ,,, , , , , , , , , ( ,, , , , ,， , , , , , ; , , , , ,( , ? , , , ,, ( , ,,,,, ,, , ,?, ,， , ( , ( ,, ;, , ,， ,, , , , ,, , , , , , ,, 诅 , ,， , , , ( ,, , , ,,( ,姐 , , , , , , , , , , , ( , ,, , , , , , , ,, , ,， , ， , , ( ,, , , , ,( , , , , , , , , ,, , , ,( , , , ,,( , ,, ,, , ,, , ,， , , , , ( ,, , ,， ,, , ; , , , , ,, , ( , ， ,,, , , , , , .