胸腰段及腰椎功能解剖

胸腰段及腰椎的功能解剖特点符合其主要的功能：承重和运动功能。与颈、胸段脊柱不同，其椎管保护的内容包括脊髓、圆锥及马尾神经。脊柱的生理弧度（颈前凸、胸后凸、腰前凸、骶后凸）对维持脊柱的运动功能及稳定性，增加脊柱的柔顺性和缓冲对脊柱的负载具有重要作用。胸腰段脊柱位于胸椎生理性后凸及腰椎生理性前凸之间，故胸腰段的椎体前缘高度小于后缘，而L4、L5位于腰前凸和骶后凸之间，椎体前缘高度大于后缘，从而形成了生理性的腰前凸，而生理性前凸的存在有利于减轻腰椎的负载（表6-27）。胸腰椎及腰椎的椎体自上而下承受的体重压力逐渐增加，椎体横截面积也逐渐增加，而按单位横截面积的压强并无明显差别。胸腰椎后部由椎节的椎弓、椎板、横突和棘突构成，其间借助关节、韧带和肌肉等连接。胸腰段及腰椎周围附有强有力的肌肉，对维持胸腰段及腰椎脊柱的运动功能及稳定性具有重要作用。研究显示，仅跨越1～2个运动节段的短肌（intrinsic muscle）或称为局部稳定肌（local muscle）较对跨越多个运动节段的长肌（extrinsic muscle）或称为整体运动肌（global muscle）对维持脊柱节段的稳定性更加重要。胸腰椎及腰椎相关的韧带包括前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘间韧带、棘上韧带等并通过强韧肥厚的髂腰韧带将腰段脊柱与髂骨相连接。胸腰椎及腰椎的关节突关节面的方向在下腰段、腰骶部呈近似冠状位，在胸腰段近似矢状位。在椎旁肌肉的辅助下，脊椎及韧带构成功能单位，完成胸腰段及腰段脊柱的支持、运动和保护脊髓的重要功能。胸腰段及腰段脊柱的结构特点使其具有较大的屈伸活动范围，其平均单节段屈伸范围是12°～17°，而旋转活动范围因小关节突面的方向特点较小（表6-28）。同时，腹压的存在对减少腰椎的承载及增加腰椎的稳定性有一定的作用，腹压大约可以对抗平衡1／10的腰段伸肌的后伸力矩并减少腰椎的负载。因此，在康复训练中不仅要重视背部长肌的肌力训练也应重视短肌的肌力训练和腹肌的训练。从运动功能角度，胸腰段及腰椎功能单位的连接由椎间关节复合结构及后方的关节突复合结构构成的三关节复合体（three-joint complex）组成（图6-43）。

图6-43　三关节复合体

表6-27　胸腰段脊椎及腰椎椎体前、后缘高度之比

表6-28　胸腰段及腰椎的平均活动度（单位：角度）

1．椎间关节复合结构 椎间关节复合结构是由相邻的胸腰椎椎体及中间的间盘与相关的韧带组成，构成Holdsworth两柱理论中的前柱或Dennis三柱理论的前中柱。在腰椎，椎间关节复合结构是主要的负载结构。腰椎椎体为人体脊椎中最大的椎节，在横切层上呈肾形。椎体内为松质骨，外层为一薄层密质骨，椎体前外侧分布诸多滋养孔。椎体上下面较平坦，前缘较后缘略凹陷。不同椎体承受负荷所占体重的百分比均不相同，由L1～L5分别为50%、53%、56%、58%和60%。椎体的强度随年龄的增长而减弱。椎体骨皮质与骨松质承受压缩负荷的比例与年龄有关：40岁以前分别为45%和55%，40岁以后则达到65%和35%。骨松质在被破坏前可压缩9．5%，而皮质骨仅有2%，这说明骨皮质在压缩负荷作用下更容易发生骨折。椎体在40岁之前可承受约8 000N的压缩负荷，40-60岁时降低至40岁前的55%，60岁以后则进一步降低到40岁前的45%，当椎体因压缩而破坏时，终板总是首当其冲。腰椎椎间盘允许适当的矢状面和冠状面旋转运动，限制位移运动。根据Nachemson的研究，椎间盘内压约相当于该平面所承受负荷的1．5倍，而在椎间盘内压产生的同时，纤维环的纤维也产生张力以及切向力与其对抗。由于人体直立时的重心力线位于胸腰椎前方，在L3水平约为腰前凸的顶点。如在该水平重力线距间盘中心为5cm，而该水平以上的体重为30kg（约为300N）可形成前屈的力矩（15N·m）。实验研究显示腹腔压力的存在可减少前屈力矩，假设腹压减少前屈力矩的1／2后，前屈力矩则为7．5N·m。腰椎后部伸肌的力臂短（如为4cm），其维持平衡的伸肌的后伸收缩力则需达到约190N。在此情况下（即腹压存在），L3水平脊椎的负载约340N，如完全无腹压，则为680N。当人体处于不同体位及完成不同动作时，因前方重力臂的改变、腹压的改变（坐位时腹肌放松，腹压下降）可造成前屈力矩及维持平衡所需要的后伸力矩明显增加，而使脊柱负载及相应椎间盘内压力发生改变（图6-44）。腰椎的前凸程度尚受到骨盆倾斜度的影响，坐位时骨盆向后旋转，腰前凸减少，从而造成前屈力臂及力矩的增加，维持平衡使背肌活动加强。所以长时间坐位可导致腰椎负载增加及腰肌劳损。Anderson等研究坐位时腰部后支撑4cm可使腰前凸恢复至立位状态，从而减轻腰椎及腰肌的负载。如人体前屈负重，前屈重力及前屈力臂均明显增加，而由于后方后伸力臂不变，平衡所需的后伸肌力则大大增加。此时腰椎的负载可达6 000～8 000N，而腹内压可明显减少腰椎的负荷。生物力学研究发现，腰椎活动节段在压缩负荷作用下所得的负荷-变形曲线呈“S”形，这提示椎间盘在低负荷时主要提供脊柱的柔韧性，并随负荷增加而加大刚度，当高负荷时则提供脊柱的稳定性，加大负荷直至超过极限时，最先发生破坏的是椎体。

图6-44　不同体位时L3间盘所承受的负载

2．关节突复合结构 腰椎的关节突与颈椎和胸椎明显不同。上关节突自椎弓根后上方发出，扩大并斜向后外方，关节面凹向后内侧；下关节突由椎板下外方发出，凸隆，伸向前外方，与上关节突关节面相对应并构成关节突关节，在腰椎不同节段关节突关节所处位置和形态不完全一致，L1～L2关节突关节间隙处于矢状面，上关节突形成前（内）-后（外）环状结构包绕着大部分下关节突，有相当的稳定性。腰椎关节突关节间隙自上而下逐渐形似冠状位，L5最为典型。关节突关节具有完整滑膜、关节囊组织。关节突关节的生物力学功能主要是承受压缩、拉伸、剪切、扭转等不同类型的负荷，并在此基础上提供一定范围的生理活动。关节突关节所承受的压缩负荷占腰椎总负荷的18%。研究证实，当关节突关节被切除后，腰椎活动节段所承受的极限压缩负荷有明显的减低。另外还有人证明关节突关节在动态条件下也承受压缩负荷。关节突关节的承受比例因姿势不同而异，当腰椎处于最大后伸位时可达到33%，而最大前屈位时降至零。当腰椎承受剪切负荷时，关节突关节约承受了总负荷的1／3，其余2／3则由椎间盘承受。

两侧关节突关节位置、大小和形态并非完全对称。两侧关节突关节间隙与矢状轴交角也可不同，造成两侧关节突关节在运动时应力不对称。腰椎关节突关节的不对称也可引起腰背疼痛。Farfan和Sullivan观察了78名腰椎间盘突出症患者，其中有76人存在关节突关节不对称即一侧关节面方向偏冠状位而另一侧偏矢状位。他们还注意到这些患者中有94．7%的椎间盘突出发生于关节面方向偏冠状位的那一侧，认为关节突关节对腰椎轴向旋转活动的限制作用可保护椎间盘免受损伤，而关节突关节的不对称使冠状位的关节面受到较大的剪力，因而该侧椎间盘纤维环容易被撕裂。椎间关节复合结构及后方的关节突复合结构构成的三关节复合体，椎间盘的退变或损伤多同时伴有关节突的退变，进而引起三关节复合体的不稳定，这也是造成下腰痛的重要原因。

3．胸腰段及腰椎的临床不稳定 在人体直立活动时，胸腰段和腰椎是运动过程中主要承重节段。在椎间盘退化和椎间隙高度减少的情况下，可造成相应节段的前、后纵韧带等韧带结构及纤维环松弛，形成慢性不稳定。在外伤情况下，可因脊椎或韧带的损伤造成急性不稳定。White和Panjibi根据两柱理论提出了胸腰段及腰椎临床不稳定的评价标准（表6-29和表6-30）。Dennis根据其三柱理论认为两柱以上的损伤均为不稳定，并强调中柱在维持脊柱稳定中的作用。但是肌肉及其他结构（腹压等）在维持脊柱稳定性中具有的重要作用不能被忽视。因此，在康复训练中应重视相关肌肉的训练。

表6-29　胸腰椎脊柱不稳定诊断表

表6-30　腰椎脊柱不稳定诊断表

（表6-29和表6-30均引自：White AA，Panjibi MM：Clinical Biomechanics of the Spine．4th ed，Philadelphia，JB Lippincott，1990）