传统的颈椎病概念主要关注颈椎椎体、椎间盘、关节突关节及韧带组织,对颈部肌肉、颈部肌肉的控制系统(运动感觉系统)未予重视,因此,颈部疾病的治疗手段受到很多制约,尤其在慢性颈痛的处理方面,由于缺乏理论上的支持,单纯使用牵引、电疗、止痛药物等治疗,疗效不甚满意。本章引入新的生物力学概念,试图从发病机制对颈部疾病的病理演变过程做一推测,并将一些在临床中行之有效的治疗手段介绍给读者。下面将简要介绍颈部的功能解剖、生物力学机制及其临床意义,并在此基础上,总结颈部疾病的发病机制。
一、颈部功能解剖、生物力学及其临床意义
颈椎活动范围、方向和变化程度在整个脊柱中是最大的,颈椎既是一种静力支持结构,也是一种能活动的动力结构。颈椎由各个功能单位连接集合而成,七个椎骨形成脊柱颈段的前凸部,每两个相邻的椎骨及其间的组织形成一个功能单位。功能单位的前部包括两个相邻的椎体和其间的椎间盘;后部包括两个椎弓、两个横突、一个居于后方正中的棘突和一对关节。横突和棘突是颈部肌肉的附着部。
(一)颈部的曲度与姿势
1.颈部曲度 颈椎曲线的重心与其下面的胸椎后凸曲线、腰椎的前凸曲线互相平衡。腰椎前凸是主要曲线,它影响着其上方的两条曲线,但腰椎前凸本身的曲度又受到骶骨倾角的很大影响。任何一条曲线曲度的变化都必须由其他两条曲线成比例的变化加以代偿,否则脊柱在矢状面上将失去平衡。胸椎曲线在矢状面上变化很小,因此,明显的变化必然发生在下腰部(腰椎前凸)和颈椎(前凸)曲线上。重心沿垂线经过外耳道、枢椎的齿突、第1胸椎和第12胸椎椎体、骶骨岬、髋关节中心的稍后方,在膝关节中心的前方下行,并在外踝的稍前方穿过跟骰关节。成年人的姿势受着遗传、疾病和习惯三个主要因素的影响。父母和祖父母的姿势传给子孙是影响姿势的家族遗传因素,脊柱侧弯导致姿势的异常是疾病影响姿势的例证,习惯因素较为隐蔽。长期固定不变而乏味的工作最容易引起颈部神经-肌肉紧张,常见不良的姿势为头部前移,加大颈椎后部韧带的负担。
2.颈椎的运动 颈椎大部分运动发生在上颈椎,即头颅到第3颈椎之间。伸展、屈曲、侧屈和旋转运动的大部分发生在枕骨和寰椎(第1颈椎)及寰椎和枢椎(第2颈椎)之间。枢椎以下的运动范围取决于韧带的松弛程度、椎间盘的扭曲性和可压缩性及肌肉筋膜组织的弹性。寰椎主要伴随枕骨而发生运动,而第7颈椎起胸椎的作用,因此,颈部的运动基本上依赖中间的五个椎骨。在枕骨和寰椎之间仅有前后方的屈伸运动,即在矢状面向上和向下的“点头”运动。屈曲为10°,伸展为25°。枕骨和寰椎的其他运动由于其关节面的对合方向而受到限制。当头颈侧屈和旋转时,枕骨寰椎作为一个整体而运动。在整个颈椎中,运动度最大的部位在寰椎和枢椎之间。在寰枢椎之间,从极左到极右可旋转90°。在颈部完全旋转的过程中,50%的旋转首先发生在第1和第2颈椎之间,此后才见有其他颈椎的旋转运动。在第2~7椎骨间均可以发生屈曲、伸展、侧屈和旋转运动。屈伸运动是上一椎骨在下一椎骨之上的“滑动”。屈曲时椎间盘的前部被压缩变窄,而后部增宽;伸展时则与之相反。颈部屈曲时椎间孔开大,伸展时变小。前屈时颈部椎管增长,伸展时缩短;屈曲时椎管后部的长度增长多于前方,而伸展时则与此相反。头部向左或向右旋转时也使椎管变得狭窄,但这并不是骨性狭窄,而是硬膜本身扭转引起的狭窄。头侧屈和转向的一侧椎间孔缩小,对侧的椎间孔开大。正常情况下,椎间孔缩小的程度不足以压迫其中的组织。也就是说,当颈部屈伸和旋转时,椎间孔留有适当的间隙。不正常的脊柱,椎骨相互接近或活动过大,则椎间孔可以缩窄,使其中的组织受到压迫。
其临床意义在于,屈曲时颈椎管变大,伸展时缩短。但老年人普遍有颈椎管的轻度狭窄,所以放风筝治疗颈椎病这一方法显然不适用于老年患者。
(二)颈部的肌肉与神经及其生物力学
1.颈部肌肉 颈部肌肉就其功能可分为两组,即屈伸头颅的肌肉和屈伸颈椎的肌肉。头屈肌主要为头短直肌和头长肌。头伸肌包括位于颅底和寰枢椎之间的四条短肌(头后小直肌、头后大直肌、头上斜肌、头下斜肌)和走行较长的肌肉(头夹肌、颈夹肌),它们在单侧收缩时为伸肌。其他许多肌肉是整个竖脊肌的延伸部分,作用于颈椎。颈部伸肌的主要肌体覆盖在寰枢椎部,说明此处是受力较大的部位。屈肌体积最大的部位集中在第4颈椎水平,表明这里是屈曲应力最大的受力部位。
2.颈神经 颈神经是一种混合性神经,由来自颈脊髓两侧的前根(腹根或称运动根)和后根(背根或称感觉根)联合而成。前根和后根在离开椎间孔之前合并为一条混合神经,混合神经在出椎间孔处分为前原支和后原支。每一对颈神经都以相应颈椎的顺序而命名,实际上组成神经根的神经纤维由脊髓发出的水平与相应的每个椎骨水平之间有一定的距离,即第7颈神经根离开脊髓的位置一般在第6颈椎体的位置。
第1、2颈神经主要为感觉神经,离开椎管之后,它们的绝大部分径路是在柔软的结缔组织,并主要是在肌肉之间。这些神经的感觉支配区是在头皮的后外侧。第3颈神经的分支与第1、2颈神经的分支构成枕大神经和枕小神经,其感觉范围向前延伸到前额眶上部,所以该神经在颅底受累时可以引起牵涉性疼痛,类似鼻窦疾病的表现。
颈部屈曲时,硬膜被拉紧,神经根随之变得紧张,位于椎间孔的最上部,与椎弓根下面相接触。颈在伸展位时,硬膜呈折曲或皱纹状外观,神经根也变得松弛,并在椎间孔内下降而脱离与上方椎弓根的接触。椎间孔的内壁是由椎体的外侧部和钩椎关节构成;外侧壁由关节突关节组成(关节突关节由上关节突、下关节突和关节囊组成)。混合神经在传出椎间孔之前,其运动与感觉部分仍保持分离。神经的运动根(腹根)紧贴钩椎关节,感觉根(背根)则靠近关节突及其关节囊。神经根损害的病理包括椎间隙腔隙的狭窄、椎间盘退变性改变、骨刺、关节突炎症及增生等。
在颈椎中部正常的椎管呈椭圆形,其前后径平均为14.7mm,成人颈部脊髓的最大前后径为10mm。椎管的前后径在屈颈时加大,伸颈时缩小。
其临床意义在于,由上述解剖可以推测,来自于关节突的增生更可能刺激感觉根,出现典型的根性刺激症状。而来自于钩椎关节增生及椎间盘突出的压迫,可能导致运动根的刺激,进而出现肌肉的痉挛性疼痛,临床表现为肩部、肩胛区、上臂等处的深在的不适感。
在正常情况下,神经根仅占据椎间孔的1/5~1/4,只有椎间孔发生狭窄、神经根本身发炎时,神经根的功能才发生障碍。头侧屈和转向的一侧椎间孔缩小,对侧的椎间孔开大。正常的脊柱,椎间孔缩小的程度不足以压迫其中的组织。神经根型颈椎病的很多患者出现上肢放射性疼痛时,采取头歪向患侧并前倾的体位可以减轻患侧上肢的放射性疼痛。在这种体位下,由于头部、颈部向患侧的上肢靠近,神经根得以松弛,但实际上在此体位椎间孔是缩窄的,会导致对神经根压迫的加重。在此体位下,症状能否缓解,取决于神经根松弛获得的益处是否大于椎间孔缩窄的弊端,临床上大部分患者可以通过此种体位缓解症状的事实,说明椎间孔具有足够大的空间抵消体位变化造成的椎间孔缩窄。
维持颈部在轻度屈曲位置对大多数患者是有利的,因为这种体位能使后部关节分离,并使椎间孔增大。挥鞭性损伤的患者通常喜欢过伸位置,因为在这一位置上,颈后部损伤的韧带与肌肉受到的应力较少。
3.交感神经系统 颈部交感神经系统有两个主要部分,即交感链和椎神经,颈脊髓没有中间侧角细胞,颈部的节前纤维起自胸髓的中间侧角细胞,并上行到颈神经节。所有的颈部交感神经支都是灰色无髓鞘的节后神经,它们起自交感神经节,并在神经节内同胸髓发出的上行白色节前纤维相突触。这些节后纤维向着三个方向走行:①节后神经通向脑神经、眼睛,头部的动脉、锁骨下动脉和心丛;②伴随前根并沿周围神经的前原支和后原支分布到其支配的部位;③一支经椎间孔回行,沿腹根与支配硬脊膜和椎管内韧带的脊膜返神经汇合。
颈部交感神经系统的第2部位为椎神经和椎丛。椎神经被认为沿椎动脉走行,位于横突的椎动脉孔内。椎动脉走行中的任一部位受到刺激时,都可能刺激椎神经。
4.上部的颈神经 对正常的颈部脊柱在静态和动态中的神经-肌肉-骨骼有了明确的概念,就容易对那些引起疼痛的、功能障碍的异常情况做出估计。
其临床意义在于,有血管舒缩性能的椎神经受到刺激可能出现三种类型的临床症状,称为Barre-Lieou综合征,包括头痛、眩晕、耳鸣、鼻功能失调、面部疼痛、面部潮红和咽部感觉异常。
二、颈部疼痛的主要组织及可能机制
(一)产生疼痛的组织
椎间盘对疼痛不敏感,髓核组织中未见有神经组织和神经末梢。后纵韧带是由脊膜返神经的纤维支配,压力作用到韧带上可引起颈痛。椎管和椎间孔内的神经根显然是一种疼痛敏感的组织。引起神经根疼痛的刺激可能发生在三个部位:①神经根硬膜鞘的神经纤维;②背根(感觉根);③运动根的感觉纤维。关节突关节的滑膜富有感觉神经和支配血管运动的交感神经。当这些滑膜的神经和血管受刺激、挤压或其他炎症累及时,能够产生显著和相当剧烈的疼痛,疼痛也以不同方式作用于肌肉。神经根受压可引起反射性肌肉痉挛,痉挛又导致疼痛。疼痛还可因肌肉缺血而产生。持续性肌肉收缩使代谢性产物聚集于肌肉组织内,并使肌肉的血液供应减少。代谢的最终产物具有刺激性,并在“颈紧张状态”的颈痛中起一定作用。强力的肌肉收缩与持续性收缩一样能使肌筋膜的骨膜附着处受到牵拉,对骨膜的牵拉性刺激引起局部疼痛和压痛。此外,被动地牵拉肌肉或使肌腹主动地收缩都可能产生疼痛。细小肌纤维的撕裂或肌肉内纤维成分的断裂可产生同样的后果。
(二)软组织疼痛的可能机制
广义的颈痛包括颈痛和自颈部产生的疼痛两种。产生疼痛的部位很多,而其机制各异。疼痛可以在颈部直接感觉到,或者是产生于颈部而在其他部位感觉到。疼痛常常不表现在它发生的部位。骨和皮肤引起的疼痛位于发病部位,而由躯体其他深部组织引起的疼痛,其疼痛部位常模糊不清,分布弥散并向远方牵涉。颈痛和头痛可发生于颈部肌肉,颈紧张状态和紧张性头痛是由于肌肉持续收缩所引起的。
肌肉紧张所致的疼痛机制有许多种。疼痛可以发生在肌肉附着的骨膜部位,因为大多数颈部肌肉的末端不是肌腱,而是借助于筋膜组织与骨膜融合附着在骨上。肌肉的牵拉作用会在骨膜上引起疼痛和压痛,持续性的肌肉收缩,如精神紧张或长时间处于不良姿势,都可以使肌肉止点部位受到持续性牵拉。肌肉的剧烈收缩或韧带受牵张,如意外损伤或头部急速活动,都能强烈牵拉肌肉附着部的骨膜,并使其受到刺激。无论是急剧的还是持续的牵拉收缩,都会使这些对疼痛敏感的组织产生局部疼痛或压痛。常见的局部压痛部位是在颅底枕骨的颈伸肌附着部,肌肉在枕部的附着点是枕上神经穿出和行走的部位,当此神经受到刺激时,能使疼痛传导并牵涉越过头顶或头皮侧方到达额部。当肌肉急剧或持续收缩时,疼痛和压痛发生在肌腹内,肌肉的强力收缩会导致肌肉内的小血管萎陷、肌肉纤维撕裂、肌肉内压增高,临床常见的挥鞭性损伤的发生机制与此有关。
颈椎的局部稳定肌功能下降,外层的运动肌代偿性紧张,持续的肌肉紧张导致肌肉内压增高,血管被压缩并阻断肌肉内的血循环,无氧代谢产生一系列的代谢产物,引起进一步的刺激,出现剧烈的疼痛。持续牵拉紧张的肌肉,可使疼痛减轻或消失。这是因为肌腱中的高尔基肌腱小体受到反射性抑制的缘故。由于高尔基肌腱小体被拉长产生中枢性反应,从而解除肌梭细胞的负荷,使肌肉纤维松弛。
头部突然或过度旋转可使一对或多对关节面的活动超过其正常范围,导致过度牵张关节囊并将韧带拉长。此时关节面之间失去其正常关系,头部侧屈及转向的那一侧两个关节发生嵌顿,而对侧关节面则互相分离。产生疼痛的原因包括:①关节囊被拉紧和撕裂;②滑膜受撞击而出现滑膜和关节囊肿胀;③关节突关节炎症,一侧椎间孔缩小,挤压椎间孔内的神经根和其他组织。
在进行椎间盘造影时,针头触及椎间盘前表面就能引起肩胛带部疼痛,因此,椎间盘的盘内破裂可能是颈椎病患者常见的肩胛区疼痛不适的原因。
椎间盘突出和关节突关节的炎症与增生导致椎间孔狭窄,神经后根的损害,前根较少受到损害。神经根受累引起的疼痛可分为神经源性和肌源性疼痛。神经根的感觉部分受刺激引起神经源性疼痛,腹侧运动神经根受刺激时则出现肌源性疼痛。试验证明,刺激背侧根时,可引起“闪电”或“电休克”样疼痛,在肢体远端最明显,疼痛范围与已知的皮节分布一致。刺激腹侧运动根时,疼痛在近侧的肩部、腋部和上臂,是深在性穿凿样不适感。这种痛感模糊不明,一般位于深部组织,如肌肉、肌腱和筋膜。
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