隨著生物力學(xué)在臨床醫(yī)學(xué)中的廣泛應(yīng)用，臨床脊柱生物力學(xué)在深度和廣度方面有了較大進(jìn)展，為認(rèn)識和掌握脊柱傷患的發(fā)生、發(fā)展、診斷及治療方法的選擇提供了新的理論依據(jù)。

（一）頸段脊柱脊髓損傷的生物力學(xué)

1.頸椎損傷類型與損傷外力的關(guān)系　頸椎承受屈曲外力可產(chǎn)生椎體前脫位、單純楔形壓縮性骨折、屈曲淚滴狀骨折；也可表現(xiàn)為復(fù)合損傷，如椎體楔形變伴上位椎體的前脫位。當(dāng)承受屈曲加旋轉(zhuǎn)外力時，旋轉(zhuǎn)以健側(cè)為中心，致關(guān)節(jié)囊破裂、韌帶和椎間盤損傷、急性髓核突出、關(guān)節(jié)突交鎖等。頸椎承受伸展致傷外力，則可表現(xiàn)為伸展淚滴狀骨折、伸展型骨折脫位、寰椎后弓骨折、樞椎椎弓根骨折。在伸展旋轉(zhuǎn)復(fù)合外力作用下，暴力集中在頸椎中下部的關(guān)節(jié)突上，使側(cè)塊發(fā)生垂直骨折。在垂直暴力的作用下則可產(chǎn)生寰椎擠壓分離骨折、椎體的暴裂性骨折及髓核突出等。頸椎損傷除與外力作用方式有關(guān)外，還與暴力大小有密切的關(guān)系。脊柱的運動并非單純屈伸或旋轉(zhuǎn)，而是三維的，其損傷過程亦不斷變化，構(gòu)成了頸椎損傷的多樣性。

2.頸椎損傷與頸脊髓致傷之間的生物力學(xué)關(guān)系　頸脊髓損傷多因明顯頸椎損傷所致，但亦可在無明顯頸椎骨折脫位的情況下發(fā)生。有時頸椎損傷的嚴(yán)重性不能完全反映脊髓損傷的程度。頸段脊柱活動范圍大，易損傷，尤其是下頸段更易合并頸脊髓損傷。脊髓由于撞擊脫位的椎體、骨刺、脫出的髓核、內(nèi)皺的黃韌帶或后縱韌帶，或骨折片急速移動，在相互移位的椎體或其他致壓物作用下，脊髓除承受擠壓外力，更重要的是由此所產(chǎn)生的剪力更為直接。通常認(rèn)為，頸椎過伸性損傷引起脊髓中央損傷綜合征，尤其是老年人更是如此。但頸椎屈曲性損傷亦可伴有頸脊髓中央損傷綜合征。垂直壓縮骨折（可伴屈曲或后伸性損傷）易引起脊髓前部損傷綜合征及前中央動脈受損綜合征。頸椎與頸脊髓損傷并非簡單的一致，同樣的脊柱骨折脫位可引起不同類型的脊髓損傷。椎管的原有狀態(tài)，如頸椎退行性變、椎管狹窄及其他異常改變，對脊髓損傷的程度有明顯的影響，相對較小的外力可引起較明顯的脊髓損傷。在其他因素相同的情況下，肌肉松弛、醉酒及睡眠狀態(tài)下發(fā)生外傷時，脊髓損傷的可能性小于肌肉保持收縮狀態(tài)者。

3.頸脊髓損傷外力與臨床表現(xiàn)的關(guān)系　頸脊髓損傷可分為完全性和不完全性，后者可表現(xiàn)為前脊髓損傷綜合征、脊髓中央損傷綜合征、脊髓半橫貫性損傷（Brown-Sequard綜合征）和后脊髓損傷綜合征等。上述綜合征可單獨存在，亦可相互重疊。脊髓震蕩是最輕而且在傷后能很快完全恢復(fù)的一種脊髓損傷。由于脊髓的橫斷面接近于橢圓形，外力從或前或后方向，尤其從后方作用于脊髓，不足以引起脊髓完全橫斷時，剪力趨向于集中在脊髓每半側(cè)的中l(wèi)／3區(qū)域，在橢圓體內(nèi)最大剪力位于或接近其自然軸，該處的剪力相當(dāng)于脊髓承受平均剪力的1.3～1.5倍。以脊髓中央裂為界，脊髓的兩側(cè)可承受相似的剪力。當(dāng)損傷外力小，局部剪力亦小，從脊髓橫斷解剖面看，僅有部分脊髓的前角和痛、溫覺交叉纖維受累，引起單一或數(shù)個節(jié)段的損害。如果致傷外力較大，剪力集中，使受累范圍擴(kuò)大，支配上肢的前角細(xì)胞和皮質(zhì)脊髓束受累。接受上肢痛、溫覺纖維進(jìn)入脊髓后，上升幾個節(jié)段交叉上行，并位于脊髓深部亦受累明顯；而支配下肢運動及接受其痛、溫覺的傳導(dǎo)束則位于脊髓相對周邊部分，脊髓后索受剪力較小，位置覺及振動覺保留，臨床表現(xiàn)為脊髓中央損傷綜合征。隨著損傷外力進(jìn)一步增大，承受剪力區(qū)域擴(kuò)大，尤其是外力由前向后，則表現(xiàn)為前脊髓損傷綜合征。如果損傷外力繼續(xù)增大到足以使脊髓產(chǎn)生生理性橫斷，則所有脊髓功能喪失，形成完全性脊髓損傷。脊髓損傷過程中，扭轉(zhuǎn)外力十分重要。伴有明顯扭轉(zhuǎn)損傷外力可累及脊髓的后索，但其與痛、溫覺障礙不成比例。外力斜行作用于脊髓的一側(cè)半并伴旋轉(zhuǎn)即可引起脊髓半橫貫性損傷。而脊髓震蕩是由間接外力引起，脊髓功能的暫時喪失可能是吸收了致傷外力所致。

4.影響頸脊髓損傷后功能恢復(fù)的生物力學(xué)因素　脊髓損傷后功能是否恢復(fù)取決于多種因素，損傷外力的大小是最主要的決定性因素。脊髓不完全性損傷的功能恢復(fù)除取決于損傷外力大小外，還與因外力作用后脊髓所承受的各種壓迫性因素有關(guān)，而這些壓迫性因素多位于脊髓的前部，是妨礙脊髓功能恢復(fù)的主要機(jī)械性原因。脊髓受壓迫的程度、時間與功能恢復(fù)間關(guān)系的研究表明，三者關(guān)系密切，隨著壓力增加和致壓時間的延長，脊髓功能恢復(fù)的可能性減小。合并有明顯脊髓損傷時，損傷椎節(jié)的穩(wěn)定性對殘留脊髓功能的轉(zhuǎn)歸有重要的影響，損傷椎節(jié)的異常運動可加重脊髓的損傷。

（二）翼狀韌帶損傷

翼狀韌帶的功能是在脊柱屈伸運動時起穩(wěn)定作用，限制旋轉(zhuǎn)和側(cè)屈。單側(cè)翼狀韌帶損傷導(dǎo)致寰樞關(guān)節(jié)中度的旋轉(zhuǎn)性不穩(wěn)。這種不穩(wěn)的依據(jù)是頸1－2，旋轉(zhuǎn)運動的運動范圍增大，尤其是中性區(qū)明顯增大；而彈性區(qū)改變不明顯。雙側(cè)的翼狀韌帶損傷時，枕－頸1－頸2各項運動參數(shù)的改變值均大于單側(cè)損傷。翼狀韌帶損傷后，對耦合現(xiàn)象也將產(chǎn)生影響，即損傷后側(cè)屈和伸屈運動的耦合現(xiàn)象都將變得明顯。

（三）橫韌帶損傷

橫韌帶是脊柱最厚、最堅強的韌帶。它是寰椎最有力的穩(wěn)定因素，將其固定在齒突周圍。橫韌帶損傷的機(jī)制已在離體實驗中加以描述。一般認(rèn)為，只有加載于寰椎的強大的向前載荷才會造成彈性較差的橫韌帶斷裂。橫韌帶斷裂后，頸1可以向前脫位超過12mm。另外，橫韌帶損傷后，頸1－2的其他附屬韌帶由于相對較薄弱，很快被拉長，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的臨床后果。韌帶的撕裂常常表現(xiàn)為一種“全或無”的現(xiàn)象，主要原因是它雖然堅強但缺乏彈性。受到損傷時，它一般不會部分或者逐漸撕裂，而且損傷后無修復(fù)能力。由于橫韌帶損傷將導(dǎo)致頸椎的極度不穩(wěn)定，必須施行頸1－2融合手術(shù)。

（四）寰樞椎關(guān)節(jié)囊韌帶損傷

頸1－2關(guān)節(jié)囊韌帶損傷后將導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)運動時的運動范圍輕度增大，而對側(cè)屈和伸屈運動幾乎不產(chǎn)生影響。大多數(shù)的運動范圍增大主要是由于彈性區(qū)增大所致。關(guān)節(jié)囊韌帶損傷是寰樞椎旋轉(zhuǎn)性半脫位重要的損傷機(jī)制。

（五）頸椎類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎

頸椎類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎可以損害韌帶，侵蝕關(guān)節(jié)面，破壞椎體，刺激形成炎性血管翳。所有這些病理變化將削弱并顯著改變顱頸關(guān)節(jié)的正常運動功能，導(dǎo)致頸椎不穩(wěn)，產(chǎn)生病理性運動模式?；追凑酆湾緲凶蛋朊撐皇穷i椎類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎常見的典型病理表現(xiàn)，在一組伴有寰樞椎前半脫位和垂直脫位的類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者中，有人發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動時正常的側(cè)屈耦合運動明顯減少。由于韌帶和骨性結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞，類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者寰樞椎關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)運動的范圍與正常人有顯著差別，這些患者的旋轉(zhuǎn)運動軌跡將會增大。

（六）頸椎病發(fā)生及發(fā)展的生物力學(xué)原理

1.頸椎病的好發(fā)部位與生物力學(xué)的關(guān)系。在頸椎仰伸狀態(tài)下側(cè)位X線攝片，可以顯示出第2頸椎后緣之垂直線與第7頸椎后緣之垂直線，兩者相交于頸4－5椎間隙，表明此處所承受的壓力和扭曲力最大；但如果前屈時則最大的壓力和扭曲力位于頸5－6椎間隙。由此可見，長期屈頸位工作者，由于頸5－6處于高壓力與高扭曲力狀態(tài)下，故最易也最先引起退變，尤其是椎體后緣及鉤椎關(guān)節(jié)處，這與臨床所見完全一致。

2.椎節(jié)制動后，生物力學(xué)關(guān)系也出現(xiàn)相應(yīng)改變。頸4－5或頸5－6由于嚴(yán)重的退變，包括骨質(zhì)增生、韌帶鈣化或者手術(shù)將其融合，仰伸時，其壓力與扭曲力的最大承受部位則轉(zhuǎn)移到頸4椎體或其上方，而屈位時則降至頸6－7水平，并隨著病程的進(jìn)度其力點也隨之再改變。如椎間關(guān)節(jié)固定過多，則力點可升至頸2－3以上。這一現(xiàn)象也為治療方法的選擇提供了參考依據(jù)。

3.頸椎病的發(fā)生可視為正常生物力學(xué)平衡的破壞。脊髓在椎管內(nèi)處于松弛與固定兩者相互巧妙的平衡之中，不僅側(cè)方有較寬暢的空隙，前后方亦留有相應(yīng)的余地。如果頸椎退變（如骨贅）后使之超過了椎管原有的緩沖間隙，則可使這一生物力學(xué)平衡遭到破壞而出現(xiàn)癥狀，并隨頸椎運動而變化，如屈頸位時頸脊髓前方的有效代償間隙縮小，骨贅對脊髓的壓迫加重。

4.椎動脈供血變異的生物力學(xué)基礎(chǔ)。橫突孔位于靠近頸椎矢狀活動平面的近軸心處，因此，當(dāng)頸椎屈伸活動時，椎動脈第二段不會受累。在側(cè)彎和旋轉(zhuǎn)運動時，如果處于正常狀態(tài)，由于關(guān)節(jié)－橫突角度的自控作用，不致引起同側(cè)椎動脈受壓和對側(cè)拉長；而在增生不穩(wěn)等情況下則失去這種自控作用，就可造成同側(cè)椎動脈受壓或?qū)?cè)受拉而出現(xiàn)癥狀。

5.從生物力學(xué)角度選擇治療方法。頸椎病治療方法多種多樣，在選擇或判定某種方法時，必須從生物力學(xué)的角度加以考慮。例如，牽引的力線、制動的范圍、手術(shù)途徑的選擇、切骨范圍的決定以及采用關(guān)節(jié)融合術(shù)，或是采用關(guān)節(jié)成形術(shù)等，以使治療方法更為合理與完善。