颈椎可进行前屈、后伸、左右侧屈和旋转运动。颈椎中立位时，上关节突朝后上方，下关节突朝前下方；屈曲时，上一颈椎的下关节突在下一颈椎的上关节突上方朝前滑动，椎间盘前窄后宽，也朝前滑动。颈椎侧屈及旋转时，凹侧下关节突向后滑动，凸侧上关节突向前滑动。颈椎分为两部分：上颈椎，指枕颈部、颈1和颈2；下颈椎，指颈3至颈7。上颈椎的枕颈和颈1－2节段表现为相同的屈曲伸展及左右侧弯运动，此两个节段的侧弯运动范围均较屈伸运动小。颈1－2的旋转运动明显大于枕颈关节，颈椎的旋转运动50%左右由颈1－2完成。颈1关节的肾形凹面和枕骨髁的肾形凸面限制了枕颈关节的旋转运动。颈1－2侧块矢状面略凹面定位使得其具有相对活动性。颈1－2后部缺乏坚韧的黄韧带，而由疏松易动的寰枕膜连结进一步增强其轴向运动能力。
上颈椎的平移运动小，枕颈间无显著的平移，颈1－2间有少量的矢状面平移。由于齿突吻合于寰椎中，正常齿突前面至寰椎前弓后面的位移是2～3mm。一般情况下成年人最大屈伸运动时其最大位移是2.5mm，儿童易于向前半脱位，最大位移是4.5mm。颈1－2侧向位移存有争议。在正常情况下，颈1－2旋转运动时齿突和侧块的位移可达到4mm。另外，多数学者观察到颈1在纵轴上的轴性旋转总伴有纵轴方向上的平移运动，认为这与该关节的双凸形状和齿突的方向有关。上颈椎的位移运动进一步说明其耦合特征。
齿突尖和枕骨大孔前缘的骨性接触可以限制枕颈关节的屈曲运动，覆膜限制其伸展运动，同时具有限制颈1－2关节的屈伸运动。枕颈间韧带限制枕颈关节的旋转运动，翼状韧带可控制旋转运动和侧弯运动，例如，左侧翼状韧带上部止于枕骨，下部止于寰椎，起到限制左侧侧弯运动的作用。上颈椎的骨结构亦具有限制上颈椎运动的作用。颈椎的运动范围见表1-1。
表1-1 颈椎伸曲、侧弯及旋转活动度（°）
屈伸运动主要发生于中段，颈5－6节段最大，这可能是颈5－6易发生颈椎病的因素之一，而下颈椎侧弯运动和旋转运动则很小，该处椎间盘的退变对运动范围影响不大。在下颈椎屈伸运动时，前后方向最大位移为2.7mm，平均值为2.0mm。对于下颈椎其他方向位移有待于研究。相对于上颈椎，下颈椎具有明显的耦合特征。侧弯时伴有明显的旋转运动。例如，左侧弯时，棘突转向右侧。有人测得颈2每3°侧弯伴有2°轴向旋转运动，颈7每7.5°侧弯运动伴有1°轴向旋转运动。从颈2到颈7侧弯运动导致的颈椎轴向旋转运动幅度逐渐减小。此耦合作用在颈椎损伤的诊断与治疗中具有重要意义，例如，屈伸暴力损伤时可产生轴向旋转和侧向损伤，严重时造成一侧关节突关节脱位。
椎间盘极大地限制了颈椎水平方向的位移。离体标本实验显示，无论椎骨前后侧解剖结构是否完整，完整椎间盘连结的椎节间未见明显异常活动。纤维环的强度和方向及其与椎体及软骨终板的坚韧附着，有力地限制了椎骨的水平方向位移，此对于脊柱生理稳定有非常重要的作用。其几何性结构和刚度亦确定了椎体的旋转运动。例如，较大的高度和较小的直径的椎间盘可允许较多的旋转运动。韧带影响颈椎的运动学。由于黄韧带的弹性特征，其在阻挡颈椎屈曲运动时具有显著的作用。项韧带跨越枕后隆凸和颈7棘突，其坚韧的纤维束带提供主要限制颈椎的过屈运动。小关节的关节囊可有效地限制屈曲运动，如切除颈5－6小关节的50%以上则可导致其极度不稳。小关节还具有限制椎体水平位移的作用。钩突在6～9岁开始发育，到18岁发育成熟，其可限制椎骨向后平移和侧弯运动。
颈椎的伸屈运动主要发生在枕寰关节，旋转运动主要在寰枢关节，占整个颈部旋转运动的一半。颈椎动力性摄片证实了伸屈时生物力学作用，屈曲时颈椎轻度后凸，枕骨大孔与颈7，椎体下缘几乎平行，伸展时颈椎过度前凸，椎间孔平面旋转＞100°，椎间隙减少，齿突与枕骨大孔前缘的距离增大。每个活动节段平均活动14.3°。颈部后伸是由半棘肌、多裂肌和头长肌共同收缩以及头半棘肌松弛来完成的。颈部前屈和左右侧屈主要是斜角肌的作用，如果两侧一同收缩，可发生前屈，如仅一侧收缩，则发生侧屈，在这个运动中，斜方肌起协助作用，斜角肌与胸锁乳突肌一起作用可使下部颈椎旋转。一侧夹肌、后斜角肌和对侧胸锁乳突肌协同收缩可使寰枢椎间产生旋转活动。从生物力学角度分析，颈椎屈伸活动可单独进行，而其侧屈与旋转却是相互关联并存的，有耦合现象，即在侧屈时必伴有旋转，反之亦然（图1-42～1-44）。
颈椎屈伸活动时，椎管大小随之发生变化，伸展时，颈椎椎管变窄、缩短，椎间孔减少25%，椎管横截面积减少11%～16%。椎管后壁长度从屈到伸由139mm减到98.5mm，椎管前壁长度变化较小，仅减少4.5mm（137.5mm减到133mm）。正常情况下为适应这一变化，脊髓可出现弹性收缩，而存在发育性狭窄和较大骨性突出物时，脊髓则会受到损害（图1-45）。
图1-42 一般颈椎关节活动范围示意图
（1）颈2－7伸屈每节约10°；（2）颈2－7旋转每节约9°
图1-43 寰枕关节活动范围示意图
（1）寰枕关节伸屈约13°；（2）寰枕关节侧向约8°
图1-44 寰枢关节活动范围示意图
（1）寰枢关节屈伸约10°；（2）寰枢关节侧向约45°
图1-45 颈椎伸屈状态下椎管长度的改变（单位：mm）
（1）前屈时椎管拉长；（2）仰伸时椎管缩短
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