脊髓位于椎管內(nèi)，其表面有軟脊膜包裹并借齒狀韌帶懸于充滿腦脊液的蛛網(wǎng)膜下隙中。脊髓上連延髓，下有終絲固定，兩側(cè)有神經(jīng)根附著，其生物力學(xué)也有特殊性。

1.頸椎運(yùn)動與脊髓形態(tài)的關(guān)系　脊柱生理性伸屈和側(cè)彎時(shí)，骨性椎管的長度隨之改變。頸、胸、腰椎管在屈位時(shí)伸長，而伸位時(shí)縮短。屈位與中立位比較，椎管中線的長度增加，椎管前壁的長度也稍有增加，而椎管后壁增加最多。伸位時(shí)椎管前壁、中線和后壁均縮短，但椎管后壁短縮最明顯。尤其在頸椎，這種變化更為明顯，伸屈位椎管后壁竟相差40mm，達(dá)椎管全長的40%。椎管長度的變化總是伴有脊髓的相應(yīng)變化，脊髓的折疊與展開機(jī)制可滿足脊柱從伸到屈位所需長度的70%～75%，其余的25%～30%，即生理活動的極限部分則由脊髓組織本身的彈性變形來完成。脊髓長度改變的同時(shí)伴有其截面積的變化，其截面在伸位時(shí)增大，屈位時(shí)變小。頸椎由全屈轉(zhuǎn)為全伸位時(shí)，脊髓截面從接近圓形變?yōu)闄E圓形。屈頭頸時(shí)可伴脊髓被牽拉延長，以頸3－6脊髓節(jié)段最明顯，平均可延長原長度的10.6%。隨頭顱屈曲度增加，脊髓在矢狀位向后移動所需力量也明顯增大。

2.脊髓本身的延伸性　脊髓無軟脊膜包裹時(shí)其特性猶如半流體性黏聚體，而包裹軟脊膜的脊髓為一具有特殊力學(xué)特性的結(jié)構(gòu)，它和腦組織一樣具有可測量的彈性。脊髓本身屬于低彈性模量，而其連同軟脊膜及齒狀韌帶則具有較大的彈性模量。新鮮尸體脊髓的研究表明，當(dāng)去除其周圍的神經(jīng)根、齒狀韌帶，將帶有軟脊膜的脊髓向上端垂直懸吊起來時(shí)，其長度可因自身重量延長10%，但此時(shí)如試圖使其進(jìn)一步變形，則突然出現(xiàn)非彈性阻力。即脊髓的載荷－長度曲線有明顯不同的兩個(gè)階段：初始階段，很小的載荷［0.01mol／L（N）］，即可產(chǎn)生大的變形；第二階段，相對較大的載荷只產(chǎn)生較小的變形，其破壞載荷高達(dá)20～30mol／L（N），脊髓受壓時(shí)，開始很小的力即可形成明顯的縮短變形，其后彈性阻力增加，直到塌陷。與拉應(yīng)力不同點(diǎn)是前后兩期之間無明顯突變。脊髓的這種力學(xué)特性與其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和組織學(xué)特征是分不開的。初始階段的伸縮性是脊髓具有手風(fēng)琴樣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所形成，脊髓可在很小的外力作用下折疊或展開，而第二階段代表了脊髓的組織學(xué)特點(diǎn)，此時(shí)脊髓的展開或折疊已達(dá)極限，由脊髓內(nèi)承受張應(yīng)力。橫斷的脊髓可部分回縮，說明脊髓本身具有內(nèi)在的張力。脊髓的載荷－應(yīng)變曲線的初始部分代表了脊髓的彈性區(qū)域，去除載荷后，脊髓可借其彈性恢復(fù)原狀，長度增加與載荷成比例。脊髓的載荷－長度曲線的非線性區(qū)域的前部是非線性彈性區(qū)，即去除載荷后，脊髓不能完全恢復(fù)其原有狀態(tài)。載荷進(jìn)一步增大，去除載荷后，脊髓則呈不可逆的變形，長度亦明顯增大。

3.脊髓周圍軟組織的保護(hù)作用　脊髓借齒狀韌帶懸掛于硬膜囊內(nèi)，齒狀韌帶對脊髓具有支持和限定作用。脊柱在完全屈位時(shí)，脊髓、齒狀韌帶和神經(jīng)根均處于生理牽張狀態(tài)。由于齒狀韌帶向下傾斜，韌帶上的張力對脊髓的軸線可分解為兩個(gè)分力。軸向分力與脊髓所承受的張力相平衡而有助于減少脊髓的受拉，成對的橫向分力則相互平衡保持脊髓位于椎管的中線處。齒狀韌帶和神經(jīng)根及腦脊液均具有最大限度的防止脊髓與骨性椎管的碰撞和減震作用。

齒狀韌帶具有一定彈性，其載荷－長度曲線可分為兩部分。載荷較小時(shí)，延長相對較明顯；而載荷達(dá)一定程度后，其相對延長較少直到斷裂。軟脊膜包裹脊髓使其具有固定的解剖形態(tài)，軟脊膜的載荷－長度曲線則與齒狀韌帶相反，加載小時(shí)長度變化亦小，加載增大到一定程度則可迅速延長。硬脊膜彈性模量較大，而且可依部位不同有所差異，頸段硬脊膜彈性模量小于腰段，硬脊膜斷裂應(yīng)力約每平方毫米18mol／L（N），相當(dāng)于拉伸原長度的34%。屈頸時(shí)伴硬脊膜囊長度的變化，其在頸2－5最明顯，硬脊膜囊后壁長度增加10%～15%。腦脊液和椎管內(nèi)的有效間隙亦隨之增加和減少。硬脊膜外脂肪通過緩沖和吸收外力對脊髓具有保護(hù)作用（圖1-46）。

圖1-46　頸椎伸屈時(shí)椎管內(nèi)有效間隙的改變
（1）前屈時(shí)，椎管內(nèi)有效間隙增加；（2）后伸時(shí)，椎管內(nèi)有效間隙縮小

4.脊髓的生物力學(xué)　脊髓受骨性椎管及其周圍軟組織的保護(hù)和支持。無軟脊膜包裹的脊髓如半流體性黏聚體，包裹軟脊膜的脊髓則具有特殊的力學(xué)特性。脊髓本身彈性模量較低，當(dāng)其連同軟脊膜及齒狀韌帶時(shí)彈性模量明顯增大。脊髓本身的重量可使其長度拉長10%，超過這個(gè)限度則突然出現(xiàn)非彈性阻力，并導(dǎo)致脊髓變形或斷裂。脊髓的載荷－長度曲線有明顯不同的兩個(gè)階段：初始階段很小的載荷（＜0.01mol／L（N））即可產(chǎn)生明顯的變形，第二階段則相對大的載荷只產(chǎn)生較小的變形，其破壞載荷高達(dá)20～30mol／L（N）。脊髓受壓時(shí)，開始很小的力即可形成明顯的壓縮變形，其后脊髓的彈性阻力增加，直到脊髓被壓塌陷。脊髓的兩個(gè)階段之間無明顯突變，這種力學(xué)特性與其結(jié)構(gòu)及組織學(xué)特點(diǎn)有關(guān)。脊髓本身具有明顯的內(nèi)在張力。頸椎生理性伸屈和側(cè)彎時(shí)，骨性椎管的長度隨之改變，椎管長度的改變又總是伴有脊髓的相應(yīng)改變。脊髓的折疊與展開功能足以滿足從脊柱完全伸直到完全屈曲所需要的70%～75%的長度變化，其余的25%～30%由脊髓組織本身的彈性變形來完成。脊髓長度改變的同時(shí)伴有其截面積的變化，頸椎由全屈到全伸時(shí)，脊髓截面積由小到大，從接近圓形變?yōu)闄E圓形。