随着生物力学在临床医学中的广泛应用，临床脊柱生物力学在深度和广度方面有了较大进展，为认识和掌握脊柱伤患的发生、发展、诊断及治疗方法的选择提供了新的理论依据。
（一）颈段脊柱脊髓损伤的生物力学
1.颈椎损伤类型与损伤外力的关系 颈椎承受屈曲外力可产生椎体前脱位、单纯楔形压缩性骨折、屈曲泪滴状骨折；也可表现为复合损伤，如椎体楔形变伴上位椎体的前脱位。当承受屈曲加旋转外力时，旋转以健侧为中心，致关节囊破裂、韧带和椎间盘损伤、急性髓核突出、关节突交锁等。颈椎承受伸展致伤外力，则可表现为伸展泪滴状骨折、伸展型骨折脱位、寰椎后弓骨折、枢椎椎弓根骨折。在伸展旋转复合外力作用下，暴力集中在颈椎中下部的关节突上，使侧块发生垂直骨折。在垂直暴力的作用下则可产生寰椎挤压分离骨折、椎体的暴裂性骨折及髓核突出等。颈椎损伤除与外力作用方式有关外，还与暴力大小有密切的关系。脊柱的运动并非单纯屈伸或旋转，而是三维的，其损伤过程亦不断变化，构成了颈椎损伤的多样性。
2.颈椎损伤与颈脊髓致伤之间的生物力学关系 颈脊髓损伤多因明显颈椎损伤所致，但亦可在无明显颈椎骨折脱位的情况下发生。有时颈椎损伤的严重性不能完全反映脊髓损伤的程度。颈段脊柱活动范围大，易损伤，尤其是下颈段更易合并颈脊髓损伤。脊髓由于撞击脱位的椎体、骨刺、脱出的髓核、内皱的黄韧带或后纵韧带，或骨折片急速移动，在相互移位的椎体或其他致压物作用下，脊髓除承受挤压外力，更重要的是由此所产生的剪力更为直接。通常认为，颈椎过伸性损伤引起脊髓中央损伤综合征，尤其是老年人更是如此。但颈椎屈曲性损伤亦可伴有颈脊髓中央损伤综合征。垂直压缩骨折（可伴屈曲或后伸性损伤）易引起脊髓前部损伤综合征及前中央动脉受损综合征。颈椎与颈脊髓损伤并非简单的一致，同样的脊柱骨折脱位可引起不同类型的脊髓损伤。椎管的原有状态，如颈椎退行性变、椎管狭窄及其他异常改变，对脊髓损伤的程度有明显的影响，相对较小的外力可引起较明显的脊髓损伤。在其他因素相同的情况下，肌肉松弛、醉酒及睡眠状态下发生外伤时，脊髓损伤的可能性小于肌肉保持收缩状态者。
3.颈脊髓损伤外力与临床表现的关系 颈脊髓损伤可分为完全性和不完全性，后者可表现为前脊髓损伤综合征、脊髓中央损伤综合征、脊髓半横贯性损伤（Brown-Sequard综合征）和后脊髓损伤综合征等。上述综合征可单独存在，亦可相互重叠。脊髓震荡是最轻而且在伤后能很快完全恢复的一种脊髓损伤。由于脊髓的横断面接近于椭圆形，外力从或前或后方向，尤其从后方作用于脊髓，不足以引起脊髓完全横断时，剪力趋向于集中在脊髓每半侧的中l／3区域，在椭圆体内最大剪力位于或接近其自然轴，该处的剪力相当于脊髓承受平均剪力的1.3～1.5倍。以脊髓中央裂为界，脊髓的两侧可承受相似的剪力。当损伤外力小，局部剪力亦小，从脊髓横断解剖面看，仅有部分脊髓的前角和痛、温觉交叉纤维受累，引起单一或数个节段的损害。如果致伤外力较大，剪力集中，使受累范围扩大，支配上肢的前角细胞和皮质脊髓束受累。接受上肢痛、温觉纤维进入脊髓后，上升几个节段交叉上行，并位于脊髓深部亦受累明显；而支配下肢运动及接受其痛、温觉的传导束则位于脊髓相对周边部分，脊髓后索受剪力较小，位置觉及振动觉保留，临床表现为脊髓中央损伤综合征。随着损伤外力进一步增大，承受剪力区域扩大，尤其是外力由前向后，则表现为前脊髓损伤综合征。如果损伤外力继续增大到足以使脊髓产生生理性横断，则所有脊髓功能丧失，形成完全性脊髓损伤。脊髓损伤过程中，扭转外力十分重要。伴有明显扭转损伤外力可累及脊髓的后索，但其与痛、温觉障碍不成比例。外力斜行作用于脊髓的一侧半并伴旋转即可引起脊髓半横贯性损伤。而脊髓震荡是由间接外力引起，脊髓功能的暂时丧失可能是吸收了致伤外力所致。
4.影响颈脊髓损伤后功能恢复的生物力学因素 脊髓损伤后功能是否恢复取决于多种因素，损伤外力的大小是最主要的决定性因素。脊髓不完全性损伤的功能恢复除取决于损伤外力大小外，还与因外力作用后脊髓所承受的各种压迫性因素有关，而这些压迫性因素多位于脊髓的前部，是妨碍脊髓功能恢复的主要机械性原因。脊髓受压迫的程度、时间与功能恢复间关系的研究表明，三者关系密切，随着压力增加和致压时间的延长，脊髓功能恢复的可能性减小。合并有明显脊髓损伤时，损伤椎节的稳定性对残留脊髓功能的转归有重要的影响，损伤椎节的异常运动可加重脊髓的损伤。
（二）翼状韧带损伤
翼状韧带的功能是在脊柱屈伸运动时起稳定作用，限制旋转和侧屈。单侧翼状韧带损伤导致寰枢关节中度的旋转性不稳。这种不稳的依据是颈1－2，旋转运动的运动范围增大，尤其是中性区明显增大；而弹性区改变不明显。双侧的翼状韧带损伤时，枕－颈1－颈2各项运动参数的改变值均大于单侧损伤。翼状韧带损伤后，对耦合现象也将产生影响，即损伤后侧屈和伸屈运动的耦合现象都将变得明显。
（三）横韧带损伤
横韧带是脊柱最厚、最坚强的韧带。它是寰椎最有力的稳定因素，将其固定在齿突周围。横韧带损伤的机制已在离体实验中加以描述。一般认为，只有加载于寰椎的强大的向前载荷才会造成弹性较差的横韧带断裂。横韧带断裂后，颈1可以向前脱位超过12mm。另外，横韧带损伤后，颈1－2的其他附属韧带由于相对较薄弱，很快被拉长，最终导致严重的临床后果。韧带的撕裂常常表现为一种“全或无”的现象，主要原因是它虽然坚强但缺乏弹性。受到损伤时，它一般不会部分或者逐渐撕裂，而且损伤后无修复能力。由于横韧带损伤将导致颈椎的极度不稳定，必须施行颈1－2融合手术。
（四）寰枢椎关节囊韧带损伤
颈1－2关节囊韧带损伤后将导致旋转运动时的运动范围轻度增大，而对侧屈和伸屈运动几乎不产生影响。大多数的运动范围增大主要是由于弹性区增大所致。关节囊韧带损伤是寰枢椎旋转性半脱位重要的损伤机制。
（五）颈椎类风湿关节炎
颈椎类风湿关节炎可以损害韧带，侵蚀关节面，破坏椎体，刺激形成炎性血管翳。所有这些病理变化将削弱并显著改变颅颈关节的正常运动功能，导致颈椎不稳，产生病理性运动模式。基底反折和寰枢椎半脱位是颈椎类风湿关节炎常见的典型病理表现，在一组伴有寰枢椎前半脱位和垂直脱位的类风湿关节炎患者中，有人发现旋转运动时正常的侧屈耦合运动明显减少。由于韧带和骨性结构的严重破坏，类风湿关节炎患者寰枢椎关节旋转运动的范围与正常人有显著差别，这些患者的旋转运动轨迹将会增大。
（六）颈椎病发生及发展的生物力学原理
1.颈椎病的好发部位与生物力学的关系。在颈椎仰伸状态下侧位X线摄片，可以显示出第2颈椎后缘之垂直线与第7颈椎后缘之垂直线，两者相交于颈4－5椎间隙，表明此处所承受的压力和扭曲力最大；但如果前屈时则最大的压力和扭曲力位于颈5－6椎间隙。由此可见，长期屈颈位工作者，由于颈5－6处于高压力与高扭曲力状态下，故最易也最先引起退变，尤其是椎体后缘及钩椎关节处，这与临床所见完全一致。
2.椎节制动后，生物力学关系也出现相应改变。颈4－5或颈5－6由于严重的退变，包括骨质增生、韧带钙化或者手术将其融合，仰伸时，其压力与扭曲力的最大承受部位则转移到颈4椎体或其上方，而屈位时则降至颈6－7水平，并随着病程的进度其力点也随之再改变。如椎间关节固定过多，则力点可升至颈2－3以上。这一现象也为治疗方法的选择提供了参考依据。
3.颈椎病的发生可视为正常生物力学平衡的破坏。脊髓在椎管内处于松弛与固定两者相互巧妙的平衡之中，不仅侧方有较宽畅的空隙，前后方亦留有相应的余地。如果颈椎退变（如骨赘）后使之超过了椎管原有的缓冲间隙，则可使这一生物力学平衡遭到破坏而出现症状，并随颈椎运动而变化，如屈颈位时颈脊髓前方的有效代偿间隙缩小，骨赘对脊髓的压迫加重。
4.椎动脉供血变异的生物力学基础。横突孔位于靠近颈椎矢状活动平面的近轴心处，因此，当颈椎屈伸活动时，椎动脉第二段不会受累。在侧弯和旋转运动时，如果处于正常状态，由于关节－横突角度的自控作用，不致引起同侧椎动脉受压和对侧拉长；而在增生不稳等情况下则失去这种自控作用，就可造成同侧椎动脉受压或对侧受拉而出现症状。
5.从生物力学角度选择治疗方法。颈椎病治疗方法多种多样，在选择或判定某种方法时，必须从生物力学的角度加以考虑。例如，牵引的力线、制动的范围、手术途径的选择、切骨范围的决定以及采用关节融合术，或是采用关节成形术等，以使治疗方法更为合理与完善。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
