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作者:陈伯华,陈博光

出版社:人民卫生出版社

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胸椎外科学

胸椎外科学试读:

前言

随着科学技术的不断发展,学科的分支也越来越细,在骨科领域中,脊柱外科、骨关节外科和创伤外科等的日益发展使骨科向各亚专业不断细分,目的是更好地提高诊断和治疗水平。当前,国内脊柱外科学中关于颈椎外科和腰椎外科的相关书籍不少,其中包括许多经典专著。胸椎疾患复杂、治疗难度大、手术风险高,成为众多基层骨科医生望而生畏的禁区,即使经验丰富的脊柱外科专科医生,面对复杂的胸椎疾病也难以泰然处之,然而,胸椎外科方面的书籍却并不多见。

2010年,台湾大学医院骨科部陈博光教授来青岛进行学术交流,我们共同提议编撰《胸椎外科学》。旨在为胸椎疾病的诊治提供一部专业的参考书籍。

本书的编委会由30多位脊柱外科知名专家、学者组成,以其坚实的理论基础和丰富的临床经验,对胸椎疾病的各个专题进行了系统阐述。本书内容包括胸椎外科相关的基本理论知识、基本操作、新术式以及诊断和治疗的最新进展,为我国脊柱外科医师和神经外科医师提供了一本内容丰富、实用性强的参考书。希望由此开阔读者的视野,使之成为大中华地区胸椎外科方面的专业书籍。

本书是中国大陆、香港和台湾骨科界,尤其是脊柱外科界精诚合作成果的体现,希望可以为中华民族骨科事业的发展做出新的贡献。

感谢著名的脊柱外科专家,广州中山大学附属一院李佛保教授为本书作序,青岛大学附属医院胡有谷教授为本书主审,使本书内容更为精确严谨。希望为大家献上一部可读、有用的专业书籍。由于水平有限,书中不足之处在所难免,恳请各位专家和读者,不吝赐教。陈伯华 陈博光2016年5月第一篇 概论第一章 胸椎的发育与解剖第一节 胸椎的胚胎发育

脊柱和椎间盘的胚胎发育经历了一个复杂的过程,经过脊索期、体节形成、脊椎及椎间盘的形成,以及以后椎体的骨化和椎间盘的发育各个阶段才完成。一、脊索期

胚盘发育第三周初,上胚层中轴线上的部分细胞增殖较快,增厚,称原条(primitive streak),其头端的细胞迅速增生形成膨大,称为原结(primitive node)。继而在原条的中线出现浅沟,原结的中心出现浅凹,分别称为原沟(primitive groove)和原凹(primitive pit)。增生的上胚层细胞持续向原条方向迁移,并经原条下陷迁入下胚层,逐渐置换了下胚层细胞,从而形成一层新细胞,称为内胚层。经原条迁移的另一部分上胚层细胞在上胚层与新形成的内胚层之间形成中胚层。原来的上胚层此时则改称外胚层。于原凹处向头侧增殖扩展的一群特殊细胞形成脊索突(notochordal process)以及脊索突头侧的脊索前板(prechordal plate)。部分脊索突细胞与内胚层细胞及卵黄囊融合,剩余的脊索突细胞自行排列形成扁平的脊索板(notochordal plate),其外侧缘向下卷曲并连接起来,形成真正的脊索(notochord)。脊索形成后逐渐向尾端延伸直至原条完全消失。脊索是一切脊椎动物的原始体轴支柱。而在人体发生中,脊索对神经管、体节等中轴结构的发生仍有着重要的诱导作用(图1-1-1)。图1-1-1 胚胎发育第2周末脊索断面二、体节的形成

受精后第19天左右,位于胚盘中轴线两侧的外胚层细胞增生,形成椭圆形的神经板,神经板两侧高起形成神经褶,而中央凹陷形成神经沟。神经沟闭合后形成神经管(neural tube),其头段将分化为脑,尾段将分化为脊髓。在神经沟闭合形成神经管时,神经板外侧缘的细胞增生,形成神经管背外侧的两条纵行细胞索,称为神经嵴(neural crest)。神经嵴将分化为周围神经系统,包括:脑神经节、脊神经节、交感节和副交感神经节及外周神经。与此同时中胚层亦发生分化。胚盘中轴线两侧的中胚层细胞增生、增厚形成轴旁中胚层,两侧边缘部分的中胚层仍较薄,称为侧中胚层(或称内胚层板),两者之间的中胚层组织称为间介中胚层(或称中间内胚层柱)。轴旁中胚层细胞局部增生并围绕中心放射状排列并于神经管两侧呈水平分节,故称为体节(somites)。胚胎第20天左右于颈区出现第一对体节,然后约至第五周末,人胚先后出现42~44对体节。体节中央有一腔隙,称为体节腔。体节腔的背外侧细胞分化成生皮肌节,腹内侧的细胞分化成生骨节。生皮肌节进一步分化成为外侧的生皮节和内侧的肌节。生骨节将分化为脊椎骨。生皮节将分化为真皮和皮下结缔组织。生肌节将分化为四肢和体壁上的骨骼肌(图1-1-2A、B)。图1-1-2 体节的形成与分化A:体节的形成横切面;B:体节分化形成生皮肌节、生骨肌节三、脊椎及椎间盘的形成

在胚胎发育的第4周,生骨节的细胞迁移到神经管和脊索的周围,形成一间充质柱。含有节间动脉的生骨节间隙将此间充质柱分割,使其仍保持其节段性起源的痕迹。继续发育后,每一个生骨节细胞团分裂为头、尾两部分。由于尾部的细胞接近节间动脉,所以接受营养多而致密化并向尾侧增殖。这些增殖的细胞穿越节间组织与下一生骨节头部细胞团合为一体而形成前软骨椎体。位于原生骨节细胞头、尾两部分之间的间充质不再增殖,填充在相邻的前软骨椎体之间,参与椎间盘的形成。由于原来的节间组织并入前软骨椎体中,所以前软骨椎体恰好位于原来体节间水平位置。前软骨椎体向背侧发展形成神经弓,向腹外侧发展为肋突结构,向内侧发展成为侧突的间充质原基(图1-1-3)。在胸椎,肋突分化成为肋骨。图1-1-3 生骨节的进一步分化

脊索被椎体包围的部分将完全消失,但在椎体间的部分却保留下来,亦有椎体内脊索细胞不断移位到前软骨椎体之间,所有这些脊索细胞将发生不同程度的黏液退变和增生,最终形成椎间盘的髓核部分。此时,脊索组织由未进行软骨化细胞的致密部包绕,由此形成椎间盘的纤维化。四、椎体的骨化

典型的椎骨骨化过程始于胚期,至出生后25岁时方结束。椎体腹、背侧的两个初级骨化中心很快融合,至胚胎期末共有3个初级骨化中心。第9周,软骨性椎体由于骨膜血管进入而产生前后切迹。血管进入软骨后并在腹、背侧形成血池,与椎体的前、后部形成骨化中心,被软骨间隔分开,而后者很快消失。最早的骨化中心出现在下胸椎与上部腰椎,并很快向头侧延伸。位于中央的椎体核发出星状毛细血管将周围软骨吸收。早期骨化中心在椎体前、后侧。骨化中心在生前22~25周达软骨椎体的前界,在生前18~22周达椎体的后界。但并不与椎体软骨期时的软骨化中心相应。

在胚胎第5~6个月,骨化中心扩大骨化后使椎体上下两缘为两个软骨盘,并显示朝向椎间盘方向的软骨内成骨。前后大的骨化管腔形成椎体血管的进入处。沿着椎体前、外侧周围又出现新的马蹄形软骨盘,即软骨环骨骺。在幼年时此为骨环骨骺的原基。这些软骨环是纤维环某些纤维的附着点。

椎体的骨化中心并不延伸到这个脊椎的骨性结构。椎体后外侧的骨化,是由神经弓的骨化中心进行的。因此在生后头几年,椎体部分的原发骨化中心发育成椎体,神经弓的原发骨化中心发育成椎弓。在出生时,脊椎骨有3个骨化初级骨化中心,分为椎体和左右两侧的神经弓部的骨化中心。椎体部分骨化中心发育成为椎体,其余两个发育成为椎弓(图1-1-4)。图1-1-4 三个初级骨化中心

神经弓的骨化约在第8周。首先出现在上颈椎。以后逐渐向脊柱下方扩展。1岁时腰椎两侧神经弓开始连合。随后颈、胸椎的神经弓亦发生类似的改变。颈椎的髓椎体连合,大约在3岁时与两侧的神经弓连合。在青春期以前,横突尖部一直是软骨状的。大约在16岁时,横突尖部、棘突尖部及椎体的上、下两面出现继发骨化中心(图1-1-5)。神经弓突起部的继发骨化中心,分别形成横突、关节突和棘突。在发生学上,每个横突分为一个肋骨部和一个外形上真正的横突。椎体部分的继发骨化中心是一个压力性骨骺,起到使椎体生长的作用。人类的压力性骨骺呈环状,它的中心部分为透明软骨并向后延伸到神经弓,这些骨骺形成椎体上下椎间盘中的软骨盘部分。软骨盘的外周为骺环,由于中心部软骨向后延伸到神经弓,故骺环在椎体前外周缘高而后缘平。图1-1-5 继发性骨化中心的位置

在椎体与神经弓部骨化过程中,在椎体内形成水平与垂直的骨小梁代替椎体中央呈放射状的骨小梁,在神经弓内主要在下部出现放射状排列的骨小梁。神经弓松质骨和椎体松质骨愈合,并且神经弓放射状骨小梁一部分延伸到椎体内,构成最大负荷状态的生物力学力线。五、椎间盘的发育

椎间盘的发育比较复杂。椎间盘由两个不同部分组成。在椎间盘中心区域由脊索细胞组成。随着椎体内脊索的闭合,脊索细胞从椎体迁移到椎间隙。此时椎间的脊索细胞逐渐增多。胚胎第18周的椎间盘脊索组织较胚胎第7.5周整个脊索组织为多。以后脊索组织黏液退变,至出生时遗留为髓核的主要来源。椎间盘的另一部分即周围部分,来自脊柱节段下端上部的细胞构成。这些细胞形成纤维环,并且在胚胎第10周,已分化为梭形的成纤维细胞。这些细胞排列在发育中的髓核周围,其中间部分连于上下软骨性椎体间。由于髓核向外扩张,纤维环向四周膨出。在胚胎第18周髓核继续增大,由于脊索细胞的增殖,纤维软骨性纤维环分化明显,并初步显示出分层结构。从纤维环的内层向中心生长,构成髓核的纤维性部分。在生后,这些纤维成分是髓核生长的主要来源。由此可见,髓核由两个起源:一是脊索组织;二是纤维环的内层。前者是生前髓核的主要来源。后者是后髓核的主要来源。这种髓核的双重来源,说明为何在成人的髓核和纤维环之间缺乏清晰的界限。纤维环最外侧与椎体或纵行韧带相连,而内层呈分层状。髓核在胎儿后期及婴儿时期生长很快,在髓核内有大量黏液间质,内有成簇、成束的脊索细胞组成。髓核的形态和在椎间盘中的位置因年龄而有所不同。在新生儿时髓核呈楔形;2岁时髓核位于椎间盘中央偏前,4~8岁时髓核又移位于中心,呈球状或椭圆形。此时脊索细胞消失,髓核逐渐成为一个软而细胞较少的纤维软骨。婴儿髓核呈胶冻状,易从椎间盘挤出,在较大的儿童,髓核被局限于椎间盘内而不易变形。

髓核的发育过程中,当脊索细胞消失后,髓核的生长主要靠纤维成分的增殖。在4岁时髓核的纤维成分明显并有软骨发育。

椎间盘的血液供应,在胚胎早期血管进入到椎间盘内。约在胚胎第3个月,血管行径与脊索平行。其他来自骨膜的血管也进入软骨,但不进入椎体骨化中央带。这些血管沿着椎体缘进入椎间盘,每隔一定距离朝髓核方向发出细支。这些呈放射状排列的血管,与椎体的生长骺盘呈现锯齿状外形有关。生长期儿童椎体亦可因而表现为凹陷状。沿着椎体边缘的血管科出现钙化带和骨化中心,后者在后期融合为骺环。出生后不久,椎间盘内的血管退变,至18~25岁大多数血管实际上已消失。椎体内的血管穿透软骨盘后与来自骨膜的血管形成吻合弓。血管穿透软骨盘所留下的空隙可使软骨盘软骨骨化。在血管完全退变时,这些软骨钙化环可由瘢痕组织或钙化所代替。

在2~7岁椎间盘发育较快,并且椎体开始出现双凹现象。但在卧床不起的病儿椎体生长慢,也不出现双凹现象,椎间隙几乎比正常窄一半。2岁前的横径生长较快,2岁后矢状径生长较快。椎间盘的生长速度无性别差异。

脊柱的胚胎发育和生长发育涉及一个复杂的过程,许多常见的异常情况与这些过程相关。此外,多个系统由一个前体分化生成,在胎儿时期一些早期缺陷或许可以有很多种临床表现。临床医生应该在掌握正常胚胎发育过程的同时,意识到先天性脊柱缺陷的共同表现。通过彻底的体格检查来鉴别在与其他系统畸形相关的情况来识别早期的脊柱缺陷。(安小春 岳 斌)第二节 胸椎的临床解剖一、胸椎

人体的胸椎共有12个。由前方的椎体和后方的板状椎弓组成。椎体是椎骨负重的主要部分,内部充满骨松质,表面的骨密质较薄。椎体后面与椎弓共同围成椎孔,各椎孔贯通,构成胸椎管。

胸椎具有以下特点:其两侧有肋凹;椎孔呈圆形,且面积较小;椎弓根短而细;关节突在额状面上,有利于旋转而不易发生脱位;棘突细长且向后下方彼此重叠成为叠瓦状;横突呈圆柱状,且前面有横突肋凹。T~T胸椎称为上胸椎,其中T其横径几乎是前后径的两倍;141T横径和前后径差别较小;T最小;T椎体呈典型的心形。因胸主动234脉在左侧的压迫,T~T胸椎的横切面左右不对称。T~T胸椎为14510中胸椎,其前后径逐渐增加,而横径变化不大。其棘突最长,最倾斜。胸椎的椎弓根越向下越厚。第11、12胸椎为胸腰段胸椎,为胸椎和腰椎的移行部,由于椎体活动度逐渐增大,椎间关节面由额状面向矢状面逐渐过渡。而且,此部为胸椎后凸向腰椎前凸过渡的部分,为生理负荷改变的部位,也是脊髓损伤的好发部位。(一)椎体

胸椎后缘较前缘高,胸椎椎体前缘与后缘高度的比值在T、T为120.95~0.97,至T、T胸椎逐渐下降至0.91,以后又逐渐回升至0.95,67T、T最低,约0.88。所以全体胸椎形成后凸。范力军通过测量正1112常人胸部侧位片后凸角得出随年龄增加自儿童组至长寿组上胸椎后凸角自7.96°增加至21.57°,下胸椎后凸角自4.98°增加至13.58°。胸椎后凸角度随年龄增大而增大,符合生理性改变。胸椎椎体由上而下因为负荷逐渐增加逐渐加大。椎体两侧上下有一半圆形肋凹,相邻椎体的上、下肋凹共同形成肋凹与肋骨小头形成关节。(二)椎弓根

胸椎椎弓根短而细,在椎弓根最窄处其横断面上宽下窄。常用椎弓根横径、矢状径和内倾角(e角)、下倾角(f角)描述椎弓根的形态(图1-2-1)。图1-2-1 椎弓根测量方法∠A为内倾角,∠B为下倾角

1.椎弓根的横径和矢状径

椎弓根横径是指椎弓根内外侧皮质外缘之间的最短距离,矢状径是指其上下皮质外缘之间的最短距离,而横径一般小于矢状径。国外Zindrick等诸多学者研究后认为最窄的椎弓根为第4或第5颈椎。而国内学者乔栓杰的测量结果提示颈椎椎弓根横径最宽的是T,为112.0mm,最窄者为T,为3.0mm。而胸椎椎弓根横径的平均值为45.9mm。T、T及T~T胸椎横径的平均值为7.2mm,大于T~T1291238胸椎横径的平均值4.7mm。国内学者杜心如等对椎弓根的内径进行测量后发现胸椎椎弓根内横径(5.4mm)小于腰椎内横径(13.0mm),胸椎内矢状径(12.3mm)大于腰椎内矢状径(9.4mm);其研究结果显示腰椎内纵径均大约4mm,而内横径小于4mm者占2.6%~30%不等(出现在T~L),最小者其内横径为2mm,故此部分不宜行椎114弓根螺钉固定。同时发现T~L椎弓根部分呈现肾形或泪滴形,其113矢状径大于横径,且椎弓根骨皮质的厚度自大至小依次为下部、上部、内侧、外侧。

生物力学研究结果提示,螺钉直径越粗抗拔出力量越强大,但直径过粗可致椎弓根皮质破裂从而使螺钉固定强度下降。所以,测量椎弓根横径及矢状径可以为如何选择合适直径的螺钉提供参考。Misenhimer等的研究结果显示,椎弓根螺钉占据椎弓根横径的80%就会发生椎弓根膨胀、变形或骨折。因此,在横径小于5mm的椎弓根上用临床上常用的5mm螺钉导致椎弓根穿破的可能性增大。

2.椎弓根角度的测量

椎弓根纵轴延长线与椎体正中矢状面之间的夹角称为e角,椎弓根纵轴延长线与椎体水平面之间的夹角称为f角。这两个角的测量对于临床正确置入椎弓根螺钉以及准确进行经椎弓根穿刺椎体成形术有重要意义。

梁道臣的研究结果提示男性的e角由T~T逐渐减小,T的e角177最小,由T~T又逐渐增大,T最大。女性胸椎e角由T~T逐渐7121216减小,然后由T~T逐渐增大,至T达到最大,T最小。男性f角612126在20°~25°之间变化,女性在19°~26°之间变化。男性及女性左右侧对比无显著差异,男女之间相比无显著差异。男性及女性椎弓根e角T~T、T~T两组间对比无显著差异,两组与T~T组对比无显1491258著差异。胸椎椎弓根f角男性及女性三组间对比无显著性差异。

e角和f角决定椎弓根螺钉的进钉方向。不恰当的e角和f角都会使螺钉穿破椎弓根或椎体损伤周围重要的组织结构,因此进钉方向对置入螺钉非常重要。其中,e角决定进钉方向时临床意义较大,下胸椎固定时螺钉e角不宜过大,否则易进入椎管。胸椎椎弓根进钉宜在上关节突下缘,距关节突关节中心偏外3mm,靠近横突基底部位,螺钉应向矢状线呈7°~10°,并向下倾斜10°~20°。

3.椎弓根长度的测量

椎弓根的长度指椎弓根后缘皮质中点沿椎弓根轴线到椎体前缘皮质的距离(图1-2-2)。史亚民等测量国人胸椎标本发现,椎弓根的长度从T~T逐渐增加,T~T基本相同(图1-2-3)。17712图1-2-2 胸椎椎弓根长度,即椎弓根后缘皮质到椎体前缘皮质的距离图1-2-3 胸椎椎弓根长度测量(x ± s)

生物力学研究表明,椎弓根螺钉越长,固定强度越大,但随着螺钉的增长,穿破椎体损伤血管及脏器的危险性也增大,而过短又使固定不够坚固。因此,选择合适的螺钉强度也很重要。临床实践中,椎弓根螺钉的深度一般以钉尖到达椎前皮质后方5~8mm为宜。(三)横突

胸椎横突粗短,呈圆柱状,伸向后外,除了最下2~3个胸椎体外,每一横突有一肋凹,与肋结节形成横肋关节。到目前为止对于胸椎横突的专门研究较少。崔新刚等对胸椎横突和腰椎横突的解剖形态学做出对比研究之后,认为胸椎横突长度较L横突长,厚度及高1、2度均大于除L以外的腰椎横突。5(四)关节突

胸椎的关节突接近冠状位,上关节突朝向后外,下关节突朝向前内,关节面与横截面约呈60°角(图1-2-4),与冠状面呈20°角。这种排列有利于胸椎的侧屈、旋转和少量屈伸运动,但受到肋骨框架的限制。胸椎上关节突呈薄板状,自椎弓根与椎板连接处发出,关节面平坦;下关节突位于椎板的前外侧面,呈卵圆形,略凹陷。胸椎的关节突正位于以椎体前侧为中心所作圆弧上,这种结构特点决定了胸椎的旋转运动(图1-2-5)。脊柱旋转运动主要发生在胸椎,额状位的关节突关节面有利于旋转,限制了胸椎的屈伸运动,不易发生脱位。伴随运动的有肋骨和胸骨。站立时,这种旋转运动同时伴有骨盆对下肢的旋转运动。坐位时可单独发生。图1-2-4 胸椎关节突与水平面的夹角图1-2-5 胸椎的关节突位于圆弧上

崔新刚等研究后发现,胸椎关节突关节对于胸椎椎弓根穿钉定位点是一良好的解剖定位标志。其通过测量及手术模拟发现在T~T110以上关节突外1/3点作为椎弓根入点,且T~T以25°角为最适内倾角,13T~T以15°为最适内倾角,T~T均以10°为最适尾倾角,5具尸410110体的T~T共100个椎弓根,全部穿钉成功。110(五)椎板

胸椎椎板短、宽、厚,且由上而下重叠。李志军等对脊柱骨标本椎板厚度进行了测量。结果发现胸椎椎板厚度T最薄,T最厚,T6121~T胸椎变化为6.8mm,厚度变化不明显。性别间T~T有极显著1219性差异(P小于0.01),T~T胸椎有显著性差异(P小于0.05)。1012

椎板是构成椎管后部主要结构,发育性、退变性椎板增厚均可致胸椎管狭窄,压迫脊髓和神经。(六)棘突

胸椎棘突细且长,向后下方倾斜,彼此重叠,呈叠瓦状排列。有学者研究后提出可通过胸椎棘突定位协助选择合适椎弓根螺钉置钉点。崔新刚等测量胸腰椎椎骨标本及正常人胸腰椎X线片与CT片后,以棘突上缘根部水平线与关节突关节中央垂线二者交点为基本定位点。T~T最佳进钉点位于此点上方5mm。1012(七)椎孔

胸椎椎孔大致呈圆形,较小,骨折时容易引起脊髓损伤。因T、1T胸椎容纳颈膨大,T、T胸椎容纳腰骶膨大,故此4个椎体椎孔21112较大,呈三角形。二、胸椎的血供

胸椎除直接或间接受相邻肋间动脉供应外,上2个胸椎尚接受甲状腺下动脉、锁骨下动脉、肋颈干或椎动脉发出的降支,其中尤其以来自甲状腺下动脉者最多。不同节段血管在相应椎体前、后面和椎弓根内、外面分为升、降支,供应相邻椎骨,每侧相邻升、降支相连呈纵吻合,左右同名支相连呈横吻合。

每个胸椎椎体的滋养动脉分为三群:二群分别由椎体左右前外侧进入,一群由椎体后面中央进入。在4个月胎儿,椎体每侧有5~6支滋养动脉,1~3岁幼儿减为3支。在上10个胸椎,由椎体后面进入的滋养动脉常为2支;下2个胸椎常为3~4支。三群动脉在椎体内呈放射状排列,并在松质骨内互相吻合。终动脉只在椎体发育中的终板软骨中出现,以后随椎体骨化,动脉支在松质骨内形成吻合,终动脉也随之消失。三、胸椎的关节(一)胸椎与肋骨关节

胸椎和肋骨形成肋椎关节或联结,包括肋头与椎体侧面的肋凹形成的肋头关节和肋结节关节面与胸椎横突肋凹所构成的肋横突关节。

1.肋头关节

在第1、11、12肋,肋头与其相对应的椎体的肋凹及椎间盘相关节,但在2~9肋骨不但与其相对应的椎体相关节,同时还与上一节的椎体相关节。

第2~9肋头的关节面呈楔形,覆盖一层纤维软骨,下部的关节面较大,两个关节面之间借一嵴隔开。在肋头嵴与椎间盘之间有肋头关节内韧带相连,将关节腔分为上下两部分,关节囊的前方有放射状的肋头辐射韧带。第1、11、12肋头的关节面仅与一个椎体相关节,呈圆形,无肋头嵴,也没有肋头关节内韧带。

2.肋横突关节

上7个肋骨的结节呈橄榄形,与相应的胸椎有一个光滑的关节面部分,而外侧有一个粗糙的部分。在上一椎骨横突下缘和下一肋颈嵴之间尚有肋横突韧带,向外与肋间内膜相续,在它的内缘与椎体之间围成肋横突孔,有肋间神经后支和肋间后动脉通过。在椎骨横突和下关节突的根部,有肋横突外侧韧带斜向外下方,止于肋结节的后面,呈现腱索状,向外与肋间外肌相接。两侧的肋头与肋横突关节需联合活动。(二)胸椎关节

胸椎的椎间盘较薄,仅为2~4mm,椎体的前后有长纵形的前、后纵韧带、棘间韧带及横突间韧带(图1-2-6)。图1-2-6 胸椎的韧带

胸椎的关节突呈冠状位,相邻关节突之间组成关节突关节。关节突位于一个圆形轨迹上,圆心位置靠近椎体的中心点,故相邻椎体之间可能产生旋转运动,但由于肋、肋软骨及胸骨与胸椎相连,使其活动范围受限,因而有利于保护胸腔内重要器官。胸椎关节突的关节面朝向前后,其横轴的倾斜度大于45°,较颈椎大,但较腰椎小。由于相邻胸椎之间上、下关节突为前后相互重叠,因此前后方向的暴力,一般不致使胸段脊椎脱位。四、胸椎椎管(一)胸椎椎管的形态特点

胸椎椎管除T~T和T胸椎部较大外,T~T胸椎椎管管腔一1312410致,也是最狭窄的部位。此段椎管在胸椎骨折脱位、椎管内占位性病变时,因管腔狭小,往往产生脊髓损伤或脊髓受压的症状、体征。

胸段椎间孔由胸椎的上、下椎弓根切迹围成,因上切迹浅,接近椎体上缘,而下切迹深且多位于椎体中、上1/3部位,所以椎间孔多位于上位椎体中、下部及下位椎间盘部位。椎间孔与椎体和椎间盘的这种对应关系对于寻找神经根具有定位意义(图1-2-7)。在上位胸椎椎弓根位置偏上,椎弓根上缘往往高于同序数椎体上缘,与其上位的椎间盘相平。在椎间孔内有相应节段的脊神经根穿出,在椎间孔外缘处脊神经节呈圆形膨大,所以在胸部脊神经节多位于椎间孔外,脊神经根在椎间孔的中上部自椎管内穿出,其伴行的根动脉、静脉多位于神经根下方。在椎间孔外,神经根与伴行动脉、静脉可平行伴行或缠绕走行。在胸段,可以通过肋间神经作为向导逆行追踪寻找椎间孔,进而显露椎弓根的上、下切迹。切除肋骨头后可显露出肋凹,其多位于椎弓根的前外侧部,可以作为寻找椎弓根的定位参考标志。椎弓根的内缘是椎管的外侧壁,故可以通过咬除椎弓根来显露硬膜及脊髓的侧方。这种入路对显露脊髓前侧方非常清楚,如果需要可以连续咬除上下椎弓根,显露更长的胸段脊髓及硬膜。图1-2-7 胸椎的椎间孔

胸椎椎管前臂由椎体后面及椎间盘组成,在其表面有后纵韧带覆盖,所以胸部椎间盘突出和后纵韧带钙化往往自前方压迫脊髓。椎管后壁由上、下关节突关节、黄韧带及椎弓板组成。胸椎是黄韧带骨化的好发部位,骨化的黄韧带自侧后方压迫脊髓,是造成椎管狭窄症的重要原因。(二)胸椎椎管内脊髓与椎体的对应关系

在上胸椎及T~T,胸髓比相应序数的椎体高1个节段。在T~145T相差2个节段;而在T~T则相差3个节段。这种对应关系在临床8912上常用,可判断脊髓损伤部位水平。例如T椎体骨折脱位时,脊髓损8伤平面应为T。10(安小春 岳 斌)第三节 正常的胸椎解剖学:胸椎矢状序列

脊椎是一个力学结构。椎骨关节相互之间通过一个复杂的杠杆系统(脊椎),支点(关节突关节和椎间盘),被动约束装置(韧带)和启动装置(肌肉)进行运动控制。有关脊柱解剖,正常的脊柱序列和脊柱生物力学的全面理解,对脊椎问题的临床分析和治疗的各个方面的认识是极其重要。

脊柱的三个基本功能是传输负载,运动,并保护重要的脊髓和马尾神经。脊柱的解剖结构以最佳方式提供这些功能。脊柱由7节颈椎,12节胸椎,5节腰椎,5节融合的骶椎,3~4节融合尾椎组成。当观察正面也称作冠状平面时,脊柱通常会呈直线并两侧对称。矢状面显示四个正常弯曲。这些弯曲为颈椎和腰椎的前凸及胸椎和尾椎的后凸。这些正常的解剖曲度构成脊柱力学结构的基础。增加脊柱的屈伸度和增强减震能力,同时在椎间关节的水平上保持足够的刚度和稳定性。一、发育、解剖和功能

在历史上,脊椎的形态是通过艺术来记录。早期艺术家们赞美脊椎的柔和曲线,描绘身体优美的体形,但往往是夸大的脊柱的缺陷变形。

脊柱的范围以骨盆后弓为基础一直向上延伸到作为支持和支点的颅骨区域。胸椎是胸部的一个不可分割的部分。腰椎和颈椎区域则相对独立。腰椎与胸椎和骨盆构成关节运动,而颈椎与颅骨和胸椎发生关节运动。由此可见胸椎的重要性。

在新生儿中,脊柱在矢状面上其整体长度有平缓的后凸曲度(图1-3-1)。该后凸曲度称为脊柱后凸。随着发育,婴儿获得他们头部运动控制的能力,并能保持他们的头直立。颈部的直立姿势导致在颈椎处产生继发弯曲前凸,称作脊柱前凸。四足动物的脊柱有这些相同的矢状曲度。当孩子开始直立坐位和行走,换句话说当孩子成为一个两足动物,脊椎发育第二个弯曲。这个弯曲即腰椎前凸。图1-3-1 新生儿全脊柱矢状序列曲度向后,呈脊柱后凸

胸椎和骶椎相对固定的矢状弯曲是主要的弯曲,源于在新生儿脊柱的姿势。椎体的楔形结构主要导致了胸椎和骶椎的后凸。另一方面,颈椎和腰椎的前凸是由继发弯曲导致。一般来说,颈椎和腰椎的前凸不是由于椎体的楔形变,而是由于相邻的椎骨彼此之间形成一定的角度。也就是说,椎间盘楔形变而不是椎体本身导致前凸。对于腰椎前凸来说,椎间盘前侧比后侧更高。如前所述,颈椎和腰椎区域是脊椎的关节运动区域,并且基于这种运动形式,整个脊柱各方位的运动成为可能。

一种学派认为这种脊柱矢状曲度的形式具有吸收能量的功能以防止伤害。交替变换前凸和后凸的曲度的确具有潜在吸收能量的功能,但是新生儿的脊柱后凸也有一个类似的潜在的吸收能量的功能。原始的新生儿脊柱后凸为胸、腹部的心肺和消化系统准备了大量的空间。在早期儿童发育,直立的头部位置和稳定的双足行走需要一个脊柱前凸。矢状面直立位脊柱更适合这些功能,但为骨盆带和胸廓的空间可能不足。脊柱后凸在胸和骨盆区域提供了足够的空间。在矢状面上变换脊柱曲度发育的原因,可能是允许重力通过维持姿势有效的偏离重心的肌肉的松弛,来引发脊柱的屈伸运动。所有这些假说都需要着重考虑,因为运动形式和功能是密切相关的。二、三维脊柱序列

正常的脊柱序列在冠状面和轴状面(也被称水平面)是很容易被定义的。在冠状面,除了一个非常小的胸椎右凸,脊柱一般是直的,这被认为继发于相邻的主动脉搏动造成的。铅垂线取自直立个体的正位X线片上,从齿状突的顶端垂直下来的一条线几乎能平分齿状突以下每一块椎骨。椎骨在铅垂线的偏移通常表示在冠状面脊柱侧弯畸形。在轴状面中,棘突直指向后方,椎体呈前凸形的。这种正常轴状面方向的偏移表示脊柱的旋转畸形。

在矢状面的正常序列是不如其他两个平面那样能简单描述。四种正常的矢状面曲线在不同个体间有显著的变化。Stagnara和同事们表明由于“正常”范围很大,不能以任何方法得出平均值,由此作为正常值。因为在脊柱矢状位椎体平面,脊柱序列可有正常的变异。本章的重点是关于胸椎相关的矢状面序列。三、脊柱序列术语

在描述脊柱正常矢状面序列之前,需要对描述脊柱形态的术语进行简单讨论。脊柱是一个三维结构。研究者和临床医师通过右手(90°)垂直坐标系统对三维结构进行描述和精确的交流(图1-3-2)。脊椎的位置可以通过在每个三维平面内参考点(通常称为起源点)来精确的描述位置的变化和夹角。因为在每个三维平面内都有2种位移(平移和成角),因此在垂直坐标系统中一共有6个自由度的运动。图1-3-2 脊柱运动与坐标系统的关系A:右手(90°)垂直坐标系统,铅垂线为Z轴(由S1上终板中心发出,作为起源点,)+Y轴垂直于Z轴指向左侧,+X轴既垂直于Y轴又垂直于Z轴指向前方。图示为人体处于解剖位置。各平面如下:矢状面为X和Z轴平面,冠状面为Y和Z轴平面,轴状面为X和Y轴平面。各种运动都与坐标系统的起源点有关。箭头所指为各个坐标轴的正方向。起源点为零点,与箭头方向所指相反,即为负方向。因此,直接向前位移为+X,向上为+Z,向左为+Y,向右为−Y,向下为−Z,向后为−X。旋转定义为坐标系中起源点沿坐标轴正方向旋转,顺时针方向旋转为+θ,逆时针方向旋转为−θ,因此,+θY相当于屈曲,+θX相当于向右侧弯,+θZ相当于向左旋转;B:表示坐标系中椎体6个自由度的旋转(围绕三个坐标轴的位移和旋转)

不同体系的坐标影响脊柱的几何形状(图1-3-3)。局部坐标系统局限在一个椎骨,通常用来描述椎骨精确的形状和大小。脊柱功能单元的生物力学测试(通常称运动节段)使用局部坐标系统。这种运动通常描相邻椎骨运动。区域性坐标系统通常描述脊柱的曲度或区域,通过每个曲度或区域末端的中心的垂直轴线(或Z轴线)来表示。脊柱坐标系统界定Z轴穿过整个脊柱从尾到头的椎骨中心。整体坐标系统是一个人整体的坐标系统,起点为脊柱底部位于S,Z轴为重力线。1此章中,矢状面排序可以用局部、区域、脊柱、整体坐标系统来描述。为了对三维脊柱外形术语进行详细描述,建议参考Stoke主编的“侧凸研究学会工作组关于三维脊柱畸形术语”。图1-3-3 脊柱坐标系

脊柱后凸和脊柱前凸,可按脊柱侧弯一样,通过侧凸研究学会推荐的Cobb法测量。Cobb角测量为画平行于上端椎上终板的与下端椎下终板的切线。这两条切线的垂线的夹角为Cobb角(图1-3-4)。使用局部坐标系测量胸椎(T)后凸和腰椎前凸(L~S)即为10~1211测量的实例。在椎体节段的Cobb角测量中,椎体和相邻椎体在矢状面上的成角是在局部坐标系中测量的实例。用矢状面C铅垂线和骶7骨铅垂线显示倾斜角测量,是使用整体坐标系测量的实例。图1-3-4 测量胸椎后凸的Cobb方法

在分析正常矢状面序列数据时,研究者必须注意在X线片中测量角度的固有误差。导致误差的因素包括测试者、身体摆放的位置、X线投射的位置、X线片上脊椎的清晰度、端椎的选择、切线的正确位置、画线的宽度和测量工具的使用。量角器在X线片上能测得的精确的角度约为1°。有报道用Cobb角方法测量脊柱侧弯是标准差为2.2°~3°。Stagnara和同事们在矢状面测量时,发现处于相同的位置进行多次重复的测量,结果可有几度范围的差异。Voutsinas和MacEwen报道用Cobb法测量胸椎和腰椎矢状位曲度时,发现源自观察者误差约为2°(SD ± 1°)。四、脊柱平衡:铅垂线

当头和躯干的重量直接作用在骨盆时,维持姿势和步态工作的肌肉效率最高。因此,当人体站立时,铅垂线经过脊柱顶点向下经过接近脊柱底部的中点。在冠状面上,铅垂线从齿状突向下非常接近S1的棘突(1cm之内)。矢状面上,铅垂线从齿状突向下经过颈椎后方,接近C椎体,经过胸椎前方,腰椎后方,最终接近S椎体。矢状面71曲度趋向于保持平衡,使头部、躯干和骨盆垂直排列。因为齿状突在X线片上常无法显示,因此铅垂线通常经过C椎体中央(图1-3-5)。7图1-3-5 骨测量平衡方法—矢状面C铅垂线7铅垂线通过C椎体中央向下接近S椎体后上角71

胸椎后凸和腰椎前凸的正常范围较广,这与不同个体中后凸和前凸曲度的大小存在关系。一般来讲,胸椎后凸和腰椎前凸彼此间呈比例的,即胸椎后凸越大,腰椎前凸越大,反之亦然。这种关系也不绝对,脊柱底端矢状位的方向与铅垂线角度可以改变腰椎的前凸,从而平衡胸椎的后凸。图1-3-6为Ashton-Miller和Skogland分析18例10~18岁(平均12岁)之间的青少年,得出在矢状面上距Z轴的正常显著性变化。图1-3-6 18例10~18岁青少年正常脊柱矢状面排列变化图示脊椎中心(单位厘米)平均值(实心菱形所示)和标准差(线条所示)。注意X轴和Z轴有不同的分值。X轴与垂线交点为0,即为矢状面铅垂线

正常的矢状位平衡(或中立矢状位平衡)其定义为C的铅垂线7经过S椎体后上角。矢状面正向失衡,在平背综合征中,矢状面C17铅垂线经过骶骨前方。相反的,矢状面负向失衡,即C铅垂线经过7骶骨后方。Jackson和McManus发现三分之二无症状成年人,C铅垂7线向下经过S椎体后上角2.5cm范围内。1五、胸腰椎交界处

胸腰椎交界处(T~L)是脊柱由一个相对固定的后凸的区域121向一个相对运动的、前凸区域过渡的部位。Bernhardt和Bridwell研究证实胸腰椎交界几乎是平直的(T~L平均1°后凸)。121六、正常胸椎后凸

正常胸椎后凸由于各种测量参数不同,通常为20°~40°。Stagnara和同事测量了100例年轻人(年龄范围20~29岁),报告正常最大后凸范围在30°~50°,平均37°。Bernhardt和Bridwell研究了大多数未成年人(年龄范围4~29岁,平均13岁)发现102例中正常后凸(T)范围,最小9°,最大102°。2/3被调查者平均后凸36°± 3~1210°。Jackson和McManus研究了100例成年志愿者(年龄20岁到63岁,平均39岁)发现T后凸范围22°~68°,平均42°。2/3志愿受试者1~12后凸角度33°~51°。Fon和同事们研究成年人,发现女性后凸角度比男性稍大,不同性别都随着年龄增加后凸稍增加,正常老年人后凸角度上限高达56°。

这些研究表明不同个体间正常后凸存在较宽的范围。虽然年龄和测量的节段使这些研究很难对比,但仍可得出一些共性的数据。不同个体间胸椎正常后凸值呈典型的钟形曲线。未成年和年轻人平均胸椎后凸(T~T)大约40°,肩胛骨和手臂阻挡了T在X线片上显影,1121因此,T~T的测量更一致。青少年和年轻人平均胸椎后凸(T~3123T)大约40°。由于在标准X线片上肩胛骨和上臂遮挡T,因此站位121T~T后凸。青少年和年轻人正常胸椎后凸大约从20°~50°。随着312年龄增长,正常后凸增加很少。胸椎后凸顶点通常在T~T之间。68

Bernhardt和Bridwell研究了节段(局部)后凸和区域后凸。他们发现胸椎后凸通常开始于T(平均每节段角度大约1°)到后凸顶1~2点之前,每节段向尾端逐渐增加。胸椎后凸顶点在T椎间盘,在6~7顶点附近平均每节段后凸角度为5°。为了实用的目的,发现顶点以下每节段后凸角度逐渐减少,直到胸腰椎交界处(图1-3-7)。图1-3-7 应用整体坐标系统,测量胸椎和腰椎平均每节段角度,得出平均骶骨倾斜角为45°

Hardacker和同事发现颈椎总的(区域)前凸与胸椎总的(区域)后凸密切相关。在胸椎后凸增加个体中,颈椎总的前凸也增加,反之亦然。他们发现在区域胸椎和腰椎矢状面曲度之间存在统计学差异相似关系,但是颈椎和腰椎区域则无。他们报道铅垂线经过齿状突向下经过C椎体中心前方平均约(17 ± 11)mm。7小结

成功的评价和处理脊柱畸形的必要先决条件需有对正常脊柱序列的全面认识。脊柱正常序列的范围很大,特别是有关脊柱矢状面序列的正常值范围亦很大。脊柱底部矢状面的解剖(髋、骨盆、骶骨)对其余脊柱矢状面曲度有关键决定作用。应当避免非正确地选择后凸和前凸正常值,并以此认为异常。正常的区域矢状面曲线能彼此平衡以维持头、躯干和骨盆直立。矢状位铅垂线是评价矢状面脊柱畸形的有用工具。理解矢状面骶骨-骨盆序列和脊柱其他区域的关系,以及适用的参数,有助于理解脊柱失稳后代偿变化。此见于退变或创伤的畸形,亦见于手术脊柱重建后的脊柱序列改变。(安小春 岳 斌)参考文献

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第二章 胸椎的生物力学基础第一节 胸椎的生物力学

脊柱是一个活动灵活且相对稳定的多弯曲结构,其前面观是平直对称的,侧面观则有4个生理弯曲:颈椎前凸、胸椎后凸、腰椎前凸、骶椎后凸,这是由于椎体和椎间盘的形态导致的。后凸主要是由于椎体前缘相对于椎体后缘的高度要低,而前凸则主要是由于椎间盘前高后低所致。当脊椎被拉伸后,这种前后高度的差异便导致了颈、腰椎的前凸相较于胸、骶的后凸较大的扁平率。脊柱的生理弯曲在生物力学上有着重要的意义,增强了脊柱的灵活性和吸收能量的能力。

脊柱是由基本的相似运动节段组成,每一个节段可以看作是一个独立的,叫做脊柱的功能单位(FSU),它是由两个相邻的椎体及连接椎体的椎间盘和韧带组成。相邻椎体是由一个三关节组成的复合关节连接的,后方的两个是关节突关节,前方的是椎间盘。这些关节和韧带适应脊柱基本生物力学,具有高度特异性。

脊柱的生理功能包括支持、运动及保护神经结构。椎体、椎间盘及前纵韧带、后纵韧带为脊柱提供主要的支持作用,并且吸收外界的作用力,椎体的复合关节则提供运动功能,而脊柱的整体构造则起到保护脊髓和神经的作用。躯干肌和韧带增加脊柱的稳定性并维持躯体的姿势。脊柱正常作用的发挥有赖于脊柱的结构,脊柱的稳定性及灵活性,还有肌肉的力量和耐力的共同作用。其中任何一个环节的破坏都可能导致脊柱疾患。

应用既定的工程原则,人们研究了正常和异常脊柱当中的各种组成部分。如今科学技术日益进步,比如影像技术,内固定材料,脊柱内固定器械的进步等,在这些新技术的辅助下,外科技术也进一步提升,与此同时,外科大夫也面临着越来越多与生物力学相关的数据资料。

1.脊柱的生物力学

生物力学是力学的一个分支,它主要研究刚体在不考虑外力影响下的运动。刚体在三维空间内的运动可以描述为在坐标系内向特定方向的平动和转动。平动是刚体沿着轴向直线方向,并总是平行于刚体方向的运动,而转动则是刚体围绕特定轴的旋转。直角坐标系或是笛卡尔坐标系经常应用于生物力学的分析。

在脊柱中,椎体可以在三个正交轴内平动或是转动,也就是有6个自由度。脊柱的运动通常是多向的。比如屈伸运动,椎体既有矢状面的旋转也有前后方向的平移。活动的范围和方向是由解剖结构决定的,比如韧带,小关节及椎间盘等的结构。因此,脊柱的运动可以认为是所有6个自由度内运动范围的综合。对脊柱运动的深入理解对脊柱病变的诊断和治疗是非常重要的。

2.胸椎的生物力学

胸椎由于其作为胸廓的一部分,因此,有其特有的一些生物力学

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