脊椎支撐系統: 椎間盤(intervertebral disc)

脊椎的靈活度主要歸功於椎間盤，椎間盤的特性、大小、形狀以及椎間韌帶的限制都會影響脊椎的靈活度。

以下為您整理的脊椎椎間盤結構、功能與活動度的詳細資訊：

椎間盤的構造

髓核 (Nucleus Pulposus)：

• 位於椎間盤的中央，是 充滿液體的部位。
• 主要成分為 膠體凝膠，富含 能結合水份的葡萄糖胺聚醣，並隨機嵌入 膠原纖維。
• 除了 下腰椎節段，髓核通常位於椎間盤的 中心位置。

纖維環 (Annulus Fibrosus)：

• 包圍髓核，由 一系列彈性纖維 構成。

軟骨終板 (Cartilaginous End-plates)：

• 位於椎間盤的 上下方，是 軟骨板。
• 纖維環 牢固地錨定於此。
• 連接到 椎體的表面。

椎間盤的功能

均勻分配重量：椎間盤的結構有助於在運動過程中更均勻地分配重量到相鄰的椎體。

提供脊椎靈活度：椎間盤使脊椎能夠在多個方向上運動：

• 沿脊椎縱軸的平移運動 (由於椎間盤的可壓縮性)。
• 繞垂直軸的旋轉運動。
• 前後彎曲。
• 側向彎曲。

脊椎的彎曲：

• 頸椎: 椎間盤主要負責頸椎前凸。
• 腰椎: 椎間盤對腰椎前凸的影響較小，腰椎前凸主要是由楔形的椎體造成的。
• 胸椎: 後凸幾乎完全由椎體的形狀決定，椎間盤影響較小。

椎間盤與避震

• 椎間盤在一定程度上可以作為垂直壓縮載荷下的避震器。
• 脊椎的避震功能主要與其彎曲、具有彈性的柱狀結構有關，脊椎並非剛性的棒狀結構。

椎體與椎間盤的交互關係

椎體間的連接：每個相鄰的椎體都通過椎間盤連接產生關節聯合。但 枕骨和寰椎之間，以及 寰椎和樞椎之間 沒有椎間盤。

椎間盤與營養：椎間盤 無血管，依賴 軟骨終板 與 血管化的椎體 進行 液體交換 來獲取營養。

椎間盤高度的比例：

• 在年輕人中，椎間盤「空間」佔總脊柱高度的 20% 到 33%。
• 椎間盤高度與相應椎體高度的比例，部分決定了特定區域的運動範圍。
• 靈活度與 椎間盤垂直高度的平方 成正比，與 椎體水平直徑的平方 成反比。

不同區域的活動度：

• 腰椎：腰椎區域 椎間盤高度較高，椎間活動度較大。
• 胸椎：腰椎的靈活度低於胸椎區域(因為腰椎水平直徑較大)。
• 頸椎：頸椎的活動度最大。

髓核（Nucleus Pulposus）

髓核作為椎間盤的一部分，扮演著吸收和分布壓力的關鍵角色，但其功能會受到年齡和損傷的影響。

髓核的功能和結構：

• 水分含量與膨脹能力：髓核在頸椎和腰椎中的相對大小和其吸水膨脹的能力最大，這使其非常適合於抵抗和重新分布脊椎內的壓縮力。
• 位置：髓核在纖維環內偏向後緣，這種偏心位置有助於其功能表現。

髓核的營養與水分交換：

• 血管供應：髓核本身無血管，依靠通過軟骨終板與血管化的椎體之間的流體交換來獲取營養。
• 流體吸收：在減少負重的情況下（例如睡眠時），髓核對流體的吸收能力最大，這就是為什麼人在早上起床時比一天結束時高出1/4到3/4英寸的原因。

流體位移：

• 日間活動：白天活動時，椎間盤的流體會被壓出以完成營養循環。
• 體態影響：特定的體態，如園藝時前屈的姿勢或由於下背部受傷導致的側向位移，可能會導致正常的腰椎前凸（lordosis）丟失。

生化變化與衰老：

• 生化特性的變化：隨著損傷和年齡的增長，髓核的黏多醣凝膠在生化特性上會發生變化，導致其水分綁定能力下降。
• 衰老和退化：椎間盤老化或退化時，更容易失去水分，因為它的彈性降低了，這降低了其儲存能量和分布壓力的能力，使其抵抗負載的能力下降。

纖維環（Annulus Fibrosus）

纖維環是椎間盤的一部分，具有重要的結構和功能作用，包括承受各種物理負荷和提供神經感受。纖維環的健康直接影響脊椎的穩定性和疼痛狀況，了解其結構和功能對於治療脊椎疾病至關重要。

纖維環的結構：

• 纖維排列：纖維環由纖維軟骨組成，內含的膠原纖維束以交叉形式排列，這種特殊的排列方式使其能承受高度的彎曲和扭轉負荷。
• 纖維連接：纖維的一層與相鄰層的纖維方向相反，外層纖維與脊柱前、後縱韌帶融合，並通過夏貝氏纖維（Sharpey′s fibers）在上下方與椎體邊緣連接。

功能與影響：

• 負重與移動：纖維環包圍著髓核，髓核為每個椎體三個運動平面的運動支點。
• 承受張力：纖維環的主要功能之一是承受張力，不論是來自壓縮髓核的水平擴展、脊柱的扭轉應力，還是脊柱彎曲時椎體凸側的分離力。

血管與神經供應：

• 神經血管鞘：纖維環外覆有一層被稱為神經血管鞘的結構，該區域具有神經和血管供應。
• 感覺神經供應：來自脊椎神經的神經支配已被實證，這對於纖維環的病變部位可能含有更豐富的神經組織，這在臨床上對於脊椎疼痛患者可能具有重要意義。

臨床應用：

• 病理變化：在椎間盤疾病中，纖維環可能出現撕裂和修復，此時會有新的神經組織生長進入，形成顆粒組織，這可能與慢性脊椎疼痛相關。
• 手術觀察：手術移除的椎間盤組織中報告發現了複雜的神經末梢和自由神經末梢。

椎間盤壓力

椎間盤的結構與功能：

• 健康的椎間盤髓核在靜止狀態下具有正向壓力，當脊椎承受負載時，壓力會增加。這個壓力約為終板（end-plate）平均受壓的 1.5 倍。
• 髓核的不可壓縮性和椎間盤的「預載」狀態形成一個自我矯正系統，可以使脊椎在受力後恢復到「中立」位置。
• 纖維環的抗張強度和彈性對於維持這個自我矯正系統至關重要。

椎間盤在不同受力情況下的壓力變化：

• 軸向壓縮：椎間盤壓力增加，纖維環會產生張力並向外膨出，類似於輪胎充氣。
• 屈曲、伸展和側彎：髓核的形狀會發生變化或在纖維環允許的範圍內移動，但體積保持不變。
• 旋轉：壓縮力會增加椎間盤內的壓力並縮小關節間隙。纖維環會根據旋轉方向而繃緊或鬆弛。扭轉力會使後外側纖維環區域承受集中應力，這是椎間盤突出的常見部位。

椎間盤的自我矯正機制：

健康的髓核具有流體特性，壓力均勻分佈在內層纖維環上。

• 當脊椎向前彎曲（屈曲）時，重量前移會增加椎間盤前部的壓力，導致前部纖維環向後膨出，髓核向後移動，將垂直壓縮力轉移為向後作用於後部纖維環的水平力。
• 後部纖維環通常在中立位置略微向後膨出，由於椎體間距離增加，纖維環趨於伸直。然而，髓核對後部纖維環的壓力也傾向於維持這種後部膨出，從而使椎體恢復到中立位置（即自我矯正機制）。

椎間盤病理變化的影響：

椎間盤的平衡狀態發生變化可能導致相關組織的病理變化，反之，病理組織變化也會改變平衡狀態，形成惡性循環。

例如:

• 纖維環的弱化會降低其抵抗髓核水平力的能力，進而導致纖維環進一步弱化。
• 椎體的骨質疏鬆會降低其承受垂直反作用力的能力，導致椎間盤物質侵蝕到椎體內，即所謂的真空現象。

椎間孔（INTERVERTEBRAL FORAMINA）

椎間孔是節段性脊神經穿出，以及血管和神經分支進入以供應椎管的骨骼和軟組織的孔道。

椎間孔的邊界：

• 椎間孔的上、下邊界分別是相鄰椎骨的椎弓根（pedicles）。
• 前方是椎間盤的背面，覆蓋著後縱韌帶（posterior longitudinal ligament）
• 後方則是關節突關節囊（capsule of the articular facet）和黃韌帶（ligamentum flavum）。

椎間孔內的結構：

• 脊神經由此穿出，血管和神經分支由此進入，供應椎管的骨骼和軟組織。
• 竇椎神經（sinuvertebral nerve）重新進入椎間孔，支配後縱韌帶。

椎間孔狹窄壓迫神經根的可能原因：

• 骨刺（Spur formation）：椎間孔內的骨刺可能會減少可用空間，並對穿過椎間孔的脊神經或重新進入椎間孔的結構（如竇椎神經）產生壓迫。
• 椎間盤變窄：椎間盤變窄導致椎弓根相互靠近。
• 關節突關節的肥大性退行性關節炎變化。
• 黃韌帶增厚。
• 椎間孔韌帶（transforaminal ligaments）：腰椎區域常見的椎間孔韌帶是堅韌的膠原組織束，從神經弓的不同部位向前延伸至相同或相鄰的椎體。

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資料來源: Management of common musculoskeletal disorders