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编号:10222448
下颈椎屈伸运动对椎间孔面积影响的实验研究
http://www.100md.com 《中国脊柱脊髓杂志》 1998年第5期
     作者:张正丰1 梅芳瑞1 周军海1

    单位:1 第三军医大学新桥医院骨科 400037 重庆市

    关键词:颈椎;脊柱生物力学;椎间孔

    中国脊柱脊髓杂志980506 摘要 目的:定量描述下颈椎屈伸运动时椎间孔面积变化。方法:对5具正常成人男性新鲜颈椎标本行动态X线45°斜位摄片,图象分析计算椎间孔面积。结果:屈曲时颈椎间孔面积增大,伸展时缩小。其中C3~4,C4~5变化最大。C3~4节段椎间孔面积与椎间角度呈直线关系,也可拟合为Logistic曲线。结论:屈曲时椎间孔面积增大对颈椎病变神经根刺激症状的诊断和治疗具有相应临床意义。

    Eeffect of cervical flexion-extension motion on the foramen area/ZHANG Zhengfeng MEI Fangrui ZHOU Junhai//Chinese Journal of Spine and Spinal Cord,1998,8(5):259~262
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    Abstract Objective:To measure variations on foraminal dimensions in different flexion-extension motion.Method:Five fresh frozen adult humen cadaver cervical spines were tested by 45° angle radiography in various flexion-extersion position. The foramen areas were measured using computerized imaging analysis.Result:It was showed that the foramen area was increased in flexion and decreased in extension,especially at C3~4 and C4~5 levels.The relationship between foraminal area and flexion-extension angles at C3~4 was presented as a staight line and Logsitic correlation.Conclusion:The foramen area was decreasing in extension which afford clinical significance on diagnosis and treatment of nerve root pain in cervical degeneritive disease.
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    Authors address Department of Orthopedics,Xinqiao Hospital,The Third Military Medical University,Chongqing,400037

    Key words Cervical spine Biomechnics Cervical foramina

    颈椎病神经根刺激症状常与椎间孔狭窄有关,临床上常用颈椎运动使椎间孔大小发生相应变化来诱导或减轻神经根刺激症状。本实验旨在研究颈椎屈伸运动时椎间孔面积的变化。

    1 材料与方法

    1.1 标本准备

    5具新鲜男性颈椎标本,年龄23~43岁,平均31岁。双层塑料袋密闭,-40°C冰箱保存。试验前室温自然解冻。经肉眼观察及X线摄片排除骨质破坏等病变。取C2~T1段,剔除肌肉组织,保留附件、韧带、小关节囊及椎间组织。两端用斯氏针矢状面正中穿过C2、T1椎体和棘突。牙托粉包埋构件两端,斯氏针两端露出。用固定架固定斯氏针,使之只能在矢状面发生屈伸运动,而不发生旋转和侧屈运动。固定架可使颈椎在某一屈伸位固定,以便X线摄片。
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    1.2 X线摄片

    自制角度方盘由标明角度的底板和旋转板组成。转动旋转板可在底板上读出旋转的角度。将某一运动位置的颈椎标本置于旋转板上,前方正对X线球管。于标本平行位置安放金属刻度标尺,以便计算X线片放大率。转动旋转板45°、90°、135°分别摄侧位、左右45°斜位X线片。每个标本于中立位、半屈位、全屈位、半伸位、全伸位分别摄上述位X线片。颈椎的全屈位由标本的棘间韧带完全紧张来确定,全伸位由前纵韧带完全紧张来确定,半屈半伸位由整个颈椎全屈全伸一半的角度来确定。

    1.3 图像分析计算椎间孔大小

    将左右45°斜位片在MAS-1分析系统(重庆大学研制)上作图像分析。此系统通过摄像机将X线片在显示器上显示,计算机系统计算被确定范围的面积。每次图像分析前依照X片上刻度尺测量X线片放大率,定标以消除放大率。测量每个标本每个运动位置的C2~3、C3~4、C4~5、C5~6和C6~7左右椎间孔的面积。
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    1.4 椎体间屈伸角度的测量

    将每个位置的X线侧位片按照Penning〔1〕法测量椎体间屈伸角度。

    1.5 统计学处理

    所得数据在SPLM软件包(第四军医大学编写)上作统计学处理。比较每孔中立位、全屈位和全伸位的椎间孔面积,并作SF检验。C3~4椎间孔面积与椎间角度作相关分析和曲线拟合。

    2 结果

    2.1 屈伸运动时椎间孔面积的变化

    C2~C7中立位、全屈位和全伸位各椎间孔的面积见表1。结果表明,中立位椎间孔面积随椎间序列增加而增加,C6~7最大,C2~3最小。每对椎间孔左右比较无显著性变化。各椎间孔面积在屈曲时增加,伸展时缩小。其中C3~4全伸时面积减少21.7%,C4~5全屈时面积增大
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    表1 C2~C7不同位置时椎间孔面积

    (±s) (mm2)

    中立位

    全屈位

    全伸位

    C2~3

    左

    右

    34.0±5.2

    34.0±4.4
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    41.7±6.5

    44.4±9.2

    27.7±5.2

    28.3±2.8

    C3~4

    左

    右

    36.4±3.8

    40.0±4.3

    43.1±4.6

    46.4±6.0

    28.5±4.5①②
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    31.4±4.7①②

    C4~5

    左

    右

    38.1±4.4

    39.3±6.6

    47.4±5.2

    48.2±5.6

    34.0±4.6

    33.2±4.2

    C5~6
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    左

    右

    41.4±6.7

    40.6±8.0

    52.0±4.8

    46.0±10.7

    34.7±8.9

    36.5±5.6

    C6~7

    左

    右

    41.5±7.6
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    42.6±5.6

    50.6±4.1

    47.1±3.1

    34.4±6.1

    38.3±5.6

    ①与中立位比较有显著性差异(P<0.05),②与全屈位比较有显著性差异(P<0.05)

    24.4%,与中立位比较有显著性差异(P<0.05)。C3~4、C4~5、C5~6的全屈位与全伸位比较,其面积变化也有显著性差异(P<0.05)。而C2~3、C6~7变化不显著。

    2.2 C3~4椎间孔面积与屈伸角度的关系
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    C3~4椎间孔面积与屈伸角度的变化如表2。结果表明椎间孔面积随屈曲角度增大而增大,随伸展角度增大而减少。作直线拟合,相关系数R>0.99,相关指数R2>0.98。得方程:Y=35.709+0.97X。曲线形状呈拉长“S”形。作Logistic曲线拟合,相关系数R>0.95,相关指数R2>0.90,得方程:

    Y=(44)/(1+0.1696e-0.2056x)

    表2 C3~4不同屈伸角度的椎间孔面积

    角度(度)

    -7.5

    -6.1

    -4.8
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    -2.3

    0

    2.1

    4.3

    5.9

    7.7

    面积(mm2)

    左

    右

    28.5

    31.4

    29.4

    32.1
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    32.2

    34.2

    33.3

    37.3

    34.6

    40.0

    37.4

    41.9

    39.9

    43.6

    42.3

    45.8

    43.1
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    46.4

    3 讨论

    3.1 方法学的评价

    颈椎间孔的测量方法较多,大致可分为直接测量和间接测量。最简单的直接测量工具是游标卡尺,可测量孔的横径和纵径。一般确定孔的纵径为上下椎弓根缘的连线,横径为钩椎关节和小关节相对点的最短连线。由于椎间孔是一个立体三维结构,这四点不在一个平面上,测量误差大,对保留有软组织的标本更难确定,故现已少用。贯穿探针(pentetrating probe)插入椎间孔可直接较准确地测出孔的横径和纵径。虽然这种方法难以直接计算孔的面积,但其方法简单可靠,被广泛应用〔2〕。类似此方法的还有矽模探针、钝模探针等。为了测量椎间孔内的结构,如神经根在椎间孔的位置和所占面积的比例,常通过标本切片染色后测量。最简单的间接测量是X线45°斜位摄片,已广泛用于临床对椎间孔狭窄程度的估计。由于患者体位难以精确,准确率较小。CT测量可以在椎间孔任何一个截面测量孔的面积和径线,也已被用于临床和实验研究。CT切面要求必须与矢状面成45°角度〔3〕,标本切面的解剖定位难以一致。立体三维CT可以克服以上缺点,它通过图像的三维重建,得出孔的立体图像,并可通过任意一个面观察椎间孔。作者采用X线45°斜位片测量椎间孔面积。离体颈椎标本容易被固定于某一特定的屈伸运动位置,且能保证不伴有侧屈和旋转。每一标本X线摄片位置、条件统一,安放刻度尺计算放大率。在MAS-1图像分析系统测量其面积。此方法简便,可比性强,所得结果与采用标本切片基本一致〔4〕
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    颈椎运动测量方法很多,如X线摄片、X线电影、CT扫描、立体光学、光电测量等。其中最早使用,也最简单又有效的是X线摄片,至今仍被广泛用于临床和实验研究。X线片测量椎间屈伸运动角度的方法常见有两种,即Penning法和Buetti-Bauml法〔1〕。两种方法比较,Penning法较简单可靠。Panjabi等〔5〕认为X线测量的误差受X线质量、手动迭加和X线标定的影响。本文采用离体颈椎标本X线摄片,不但容易控制颈椎的运动位置和投照角度,也容易控制投照条件。采用Penning法测量,结果可靠。

    3.2 动态下椎间孔变化的特点

    颈椎椎间孔面积在屈曲时增大,伸展时缩小。Yoo等〔2〕通过贯穿探针方法测量屈伸状态下C5、C6和C7椎间孔直径的变化。结果发现,当整个颈椎屈曲20°或30°时,其直径分别增大10%和13%。伸展20°或30°时,其直径分别缩小8%和10%。我们发现,屈伸时C3~4、C4~5、C5~6椎间孔面积变化最明显。全屈位时,其面积分别增加16%、22.6%和13.3%,全伸位时面积分别减少21%、15%和10%。这与该三个节段运动范围大有关。Holmes等〔6〕报道下位颈椎屈伸运动范围最大的是C4~5。本实验也获得相似的结果。但其椎间孔面积的变化并不及C3~4显著。其原因可能与颈椎屈伸运动方式有关。颈椎屈伸运动的实质是关节面在矢状面上引导的运动,其方式表现为椎体矢状面上的转动和平移,即瞬间运动中心的变化。颈椎屈伸运动角度仅表示椎体的转动,椎间孔大小与椎间盘的高度和屈伸角度有关,也可能与椎体平移有关。故C3~4椎间孔面积较C4~5变化大。由于很难确定颈椎生理全屈全伸位,离体标本常采用加载重量来确定〔7〕。本实验用前纵韧带和棘间韧带的紧张度来确定,有一定的误差。但作者旨在研究椎间孔大小与椎间角度的关系,不强求全屈位及全伸位位置的精确度。
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    颈椎屈曲或伸展程度越大,其椎间孔面积变化也越大。本文发现面积与角度并不呈单纯直线趋势,而是略呈拉长"S"形的Logistic曲线。颈椎屈伸运动过程中,瞬时运动中心的变化影响椎间角度和椎体的前移,可能由此影响椎间孔面积,使越靠近全屈全伸位的位置,其椎间孔面积变化相对减少。

    3.3 颈椎间孔动态变化的临床意义

    颈椎间孔动态变化提示了椎间孔面积和形态并非稳定不变,在一定条件下可导致椎间孔扩大和缩小。颈椎屈曲时椎管及椎间孔扩大,伸展时二者均缩小。过屈过伸位变化更为明显〔2〕。正常人体的颈椎运动,包括过屈过伸运动时,并不发生脊髓和神经根压迫。当椎间盘突出、椎间隙变窄,上关节突下滑时,可导致椎间孔缩小及狭窄,进一步会引起神经根症状。椎间孔狭窄为一相对概念。临床发现神经根性症状有时并不与椎间孔狭窄程度一致,许多作者认为根性痛症状的程度与神经根局部炎症的程度一致。神经根由于没有神经外膜,受到刺激后反应明显,尤其与椎间盘突出髓核组织刺激有关。故认为根性症状是一种炎症的结果〔8〕,而不仅是单纯的机械压迫。
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    临床上常用颈椎运动来诊断或减轻神经根刺激症状,这是由于颈椎运动可以改变椎间孔的面积和神经根在椎间孔的位置。当椎间孔已有狭窄,颈椎伸展时椎间孔面积进一步减少,引起或加重神经根症状。故有作者认为颈椎病应于稍屈位牵引,从理论上讲过屈位椎间孔面积增大,椎管矢状径也增大,可以减轻根性刺激症状。但过屈位是一种非生理性体位。如合并有椎管狭窄的脊髓型颈椎病,持久和反复过屈,神经根被拉紧,同时脊髓牵拉向椎管前方移动,硬脊膜张力增加,也会引起或加重脊髓和神经根症状〔9〕。我们认为,颈椎正常伸屈运动时,由于神经根的弹性和缓冲间隙,不易发生神经根症状。在退变的颈椎,神经根已受压时,反复非生理性运动将会引起或加重神经根刺激症状。

    4 参考文献

    1 Penning L.Normal movements of the cervical spine.Am J Roentgenol,1980,130:317.
, 百拇医药
    2 Yoo JU,Zou DW,Edwards WT.Effect of cervical motion on the neuroforaminal dimensions of human cervical spine.Spine,1992,17(10):1131.

    3 Daniels DL.CT of the cervical neural foramen.Radiology,1983,149:212.

    4 Pech P,Daniels DL,Williams AL,et al.The cervical neural foramen:Correlation of microtomy and CT anatomy.Radiology,1985,155:143.

    5 Dvorak J,Panjabi MM,Grob D,et al.Clinical validation of functional flexion/extension radiographs of the cervical spine.Spine,1993,18(4):120.
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    6 Holmes A,Wang C,Han ZH,et al.The range and nature of flexion-extension motion in the cervical spine.Spine,1994,19(22):2505.

    7 朱青安,原林,钟世镇,等.中下部颈椎的三维运动.中国临床解剖学,1992,10(4):300.

    8 Garfin SR,Rydevir BL,Brown RA,et al.Compressive neurophathy of spinal nerve roots:A mechanical or biological problem? Spine,1991,16:162.

    9 贾连顺,陈德玉,沈强,等.关于颈椎椎管矢状径动态变化的研究.解放军医学杂志,1988,13(6):425. 收稿日期:1997-10-20, 百拇医药(张正丰1 梅芳瑞1 周军海1)