脊椎のアナトモ・生体力学的特徴

脊柱は解剖学的（生体力学的）側面と機能的側面から考慮する必要があります。

解剖学的に、脊椎は32個、時には33個の個々の椎骨から構成され、それらは椎間板（椎間板間結合）と関節（椎間関節）によって互いに連結されています。脊椎の安定性、すなわち堅固さは、椎体（前縦靭帯と後縦靭帯）と椎間関節包を連結する強力な靭帯装置、椎弓を連結する靭帯（扁平靭帯）、棘突起を連結する靭帯（棘突起上靭帯と棘突起内靭帯）によって確保されています。

生体力学的観点から見ると、脊椎は個々のリンクからなる運動連鎖のようなものです。各椎骨は隣接する椎骨と3つの点で連結しています。

後ろ側では2つの椎間関節、前側では椎体（椎間板を介して）によって。

関節突起間の接続が真の関節を構成します。

椎骨は上下に並んで 2 つの柱を形成します。前側の柱は椎体から構成され、後側の柱は弓と椎間関節から形成されます。

脊椎の可動性、弾力性、回復力、大きな負荷に耐える能力は、ある程度、脊椎を形成する脊椎のすべての構造と密接な解剖学的および機能的関係にある椎間板によって提供されます。

椎間板は、脊椎の「運動の魂」として、バイオメカニクスにおいて重要な役割を果たしています（Franceschilli, 1947）。複雑な解剖学的構造を持つ椎間板は、以下の機能を果たします。

• 椎骨の癒合、
• 脊柱の可動性を確保する、
• 椎体を継続的な外傷から保護する（衝撃吸収の役割）。

注意！椎間板の機能を弱める病理学的プロセスは、脊椎の生体力学を乱します。脊椎の機能も損なわれます。

このレベルの 1 つの椎間板、対応する関節および靭帯装置を備えた 2 つの隣接する椎骨で構成される解剖学的複合体は、椎体運動セグメント (VMS) と呼ばれます。

椎間板は、隣接する椎体の終板、髄核、および線維輪（線維輪）にしっかりとフィットする 2 枚の硝子板で構成されています。

脊索背部の残余物である髄核には以下のものが含まれます。

• 間質物質コンドリン;
• 少数の軟骨細胞と絡み合ったコラーゲン繊維が一種のカプセルを形成し、弾力性を与えます。

注意！髄核の中央には空洞があり、その容積は通常1～1.5 cm ³です。

椎間板の線維輪は、さまざまな方向に絡み合った密な結合組織束で構成されています。

線維輪の中心束は緩やかに位置し、徐々に核の被膜へと移行する一方、末梢束は互いに近接し、骨の縁に埋め込まれている。線維輪の後方半円は、特に腰椎と頸椎において、前方半円よりも弱い。椎間板は隣接する椎体よりもやや幅が広いため、椎間板の外側部と前方部は骨組織からわずかに突出している。

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]

脊椎靭帯

前縦靭帯は骨膜であり、椎体としっかりと癒合し、椎間板上を自由に通過します。

一方、脊柱管の前壁の形成に関与する後縦靭帯は、椎体表面に自由に張り巡らされ、椎間板と癒合しています。この靭帯は頸椎と胸椎ではよく発達していますが、腰椎部では狭い帯状に縮小し、その周囲に隙間が見られることがよくあります。前縦靭帯とは異なり、腰椎部では非常に発達が乏しく、椎間板脱出が最も多くみられる部位です。

黄靭帯（計23本）は、C椎骨からS椎骨にかけて、分節的に位置している。これらの靭帯は脊柱管内に突出し、脊柱管の直径を狭める働きをしている。腰椎部で最も発達しているため、病的な肥大を呈する馬の尾の圧迫現象が観察される。

これらの靭帯の機械的な役割は異なり、脊柱の静力学と運動学の観点から特に重要です。

• 頸椎と腰椎の弯曲を維持し、脊柱傍筋の働きを強化します。
• 椎体の動きの方向を決定し、その動きの振幅は椎間板によって制御されます。
• 脊髄は、プレート間の空間を閉じることで直接的に保護され、また、弾性構造によって間接的に保護されます。弾性構造により、体幹が伸びている間、これらの靭帯は完全に伸びた状態を保ちます（ただし、靭帯が収縮すると、そのひだによって脊髄が圧迫されます）。
• これらは傍脊柱筋とともに、体幹を腹屈から垂直位置まで動かすのに役立ちます。
• 髄核に抑制効果があり、椎間板間圧力により、隣接する2つの椎体を離す傾向があります。

隣接する椎骨の弓状突起と突起の接続は、黄色靭帯だけでなく、棘間靭帯、棘上靭帯、横間靭帯によっても行われます。

椎骨は、椎間板と縦靭帯に加えて、異なる部位に特徴を持つ関節突起によって形成された2つの椎間関節によって連結されています。これらの突起は、神経根が排出される椎間孔を制限しています。

脊髄の線維輪、後縦靭帯、骨膜、関節包、血管、膜の外側部分は、交感神経と体性神経からなる洞椎骨神経（n. sinuvertebralis）によって神経支配されています。成人の椎間板への栄養は、硝子板を介した拡散によって行われます。

列挙した解剖学的特徴と比較解剖学のデータから、椎間板を半関節（Schmorl、1932）とみなすことができ、滑液を含む髄核（Vinogradova TP、1951）は関節腔に例えられ、硝子軟骨で覆われた椎骨の終板は関節の端に例えられ、線維輪は関節包と靭帯装置と考えられる。

椎間板は典型的な静水圧システムです。液体は実質的に非圧縮性であるため、椎間板核に作用する圧力はあらゆる方向に均一に変換されます。線維輪は、その繊維の張力によって椎間板核を保持し、エネルギーの大部分を吸収します。椎間板の弾性特性により、走行、歩行、ジャンプなどの際に脊椎、脊髄、脳に伝達される衝撃や脳震盪は大幅に緩和されます。

体幹の膨圧は大きく変動します。負荷が減少すると膨圧は増加し、逆に減少すると膨圧は減少します。体幹への圧迫が大きいことは、数時間水平姿勢をとった後、椎間板がまっすぐになり、背骨が2cm以上伸びるという事実から判断できます。また、人間の身長の差は1日で4cmに達することもあることが知られています。

脊椎のさまざまな部分の椎体は、それぞれ独特の解剖学的および機能的特徴を持っています。

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

頸椎

支持の機能的役割に応じて、椎体の大きさは頸椎から腰椎にかけて徐々に大きくなり、S椎で最大の大きさに達します。

• 頸椎は、下にあるものとは異なり、比較的低く、楕円形の体を持っています。
• 頸椎体は、全長にわたって椎間板によって互いに隔てられていない。半月状または鉤状突起（鉤状突起）と呼ばれるこれらの椎体の上側外側縁は、上にある椎体の下側外側角と接合し、いわゆるルシュカ関節、またはトロランドの用語によれば鉤状突起関節を形成している。鉤状突起と上部椎骨の椎間面との間には、2～4mmの鉤状突起間隙がある。
• 椎間板鉤関節面は関節軟骨で覆われ、関節の外側は関節包で囲まれている。この領域では、椎間板外側表面の線維輪の垂直繊維が分岐し、開口部と平行に束状に走行する。しかし、椎間板はこの関節に直接接しておらず、椎間板鉤裂に近づくにつれて徐々に消失していく。
• 頸椎の解剖学的特徴は、横突起の基部に開口部があり、そこを頸椎椎骨が通過することです。
• 椎間孔C5 _、 C6 _、 C7は三角形_{をしています}。断面における孔の軸は斜面を通ります。そのため、孔が狭まり、椎間板の成長によって根が圧迫される条件が生まれます。
• 頸椎の棘突起（C7を除く_）が分割され、下降します。
• 関節突起は比較的短く、前額面と水平面の間に傾斜した位置にあり、これにより、かなりの量の屈曲・伸展運動といくらか制限された側方傾斜が決定されます。
• 回転運動は、歯突起がC1椎骨の関節面と円筒状に関節しているため、主に上部頸椎によって行われます。
• _C7棘突起は最大限に突出しており、容易に触知できる。
• 頸椎は、あらゆる種類の動き（屈曲・伸展、左右への屈曲、回旋）とその最大量によって特徴付けられます。
• 第 1 および第 2 頸椎根は環椎後頭関節および環椎軸関節の後ろから現れ、これらの領域には椎間板はありません。
• 頸部では、椎間板の厚さは対応する椎骨の高さの 1/4 です。

頸椎は腰椎に比べて強度が低く、可動性も高いため、一般的に受けるストレスは少ないです。しかし、頸椎椎間板1cm2あたりの負荷は^{、腰椎1cm2あたり}の負荷と同等、あるいはそれ以上です（Mathiash）。その結果、頸椎の変性疾患は腰椎と同様に多く見られます。

R. Galli ら (1995) は、靭帯装置が椎体間の可動性をほとんど提供しないことを示しました。隣接する椎骨の水平方向の変位は 3 ～ 5 mm を超えることはなく、角度の傾斜は 11° です。

隣接する椎体間の距離が 3 ～ 5 mm 以上ある場合、および椎体間の角度が 11 度を超えて増加する場合、PDS の不安定性が予測されます。

[ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ]

胸椎

胸部では脊椎の可動域が比較的狭く、椎骨は頸椎よりも高く厚くなっています。胸椎の第₅胸椎から第 12 胸椎までは、横方向のサイズが徐々に大きくなり、上部腰椎のサイズに近づきます。胸部の椎間板は腰椎や頸部よりも小さく、椎間板の厚さは対応する椎骨の高さの 1/3 です。胸部の椎間孔は頸部よりも狭く、脊柱管も腰椎よりも狭くなっています。胸根に多数の交感神経線維が存在するため、胸部神経根症の特有の栄養性着色が生じるだけでなく、内臓痛やジスキネジアの発生も引き起こす可能性があります。胸椎は比較的大きく、端が肥厚しており、横突起はやや後方に傾斜し、棘突起は下方に急傾斜しています。肋骨の結節は横突起の肥厚した自由端の前面に接し、真の肋横関節を形成しています。また、椎間板の高さで肋骨頭と椎体側面の間に別の関節が形成されます。

これらの関節は強固な靭帯によって強化されています。脊椎が回転すると、肋骨と横突起を持つ椎体側面が脊椎に追従し、一体となって垂直軸を中心に回転します。

胸椎には2つの顕著な特徴があります。

• 頸椎と腰椎の前弯とは対照的に正常な後弯曲。
• 各椎骨は一対の肋骨によって連結されています。

胸椎の安定性と可動性

主な安定要素は、a) 肋骨骨格、b) 椎間板、c) 線維輪、d) 靭帯 (前縦靭帯と後縦靭帯、橈骨靭帯、肋横靭帯、横靭帯間、黄色靭帯、棘間靭帯と棘上靭帯) です。

靭帯装置を備えた肋骨は十分な安定性を提供し、同時に動作（屈曲 - 伸展、側方屈曲および回転）中の可動性を制限します。

注意！胸部を動かすときは、回転の制限が最も少なくなります。

椎間板は、繊維輪とともにクッションの役割に加え、安定化機能も果たします。この部分の椎間板は頸椎部や腰椎部よりも小さいため、椎体間の可動性が最小限に抑えられます。

靭帯装置の状態によって胸椎の安定性が決まります。

多くの著者 (Heldsworth、Denis、Jcham、Taylor など) が 3 点安定性の理論を実証しています。

重要な役割は後部複合体にあります。その完全性は安定性にとって不可欠な条件であり、後部および中部支持構造の損傷は臨床的な不安定性として現れます。

関節包は安定させる重要な要素であり、関節の構造も構造の完全性を保証します。

関節は前額面に沿って配置されているため、屈曲・伸展および側方屈曲が制限されます。そのため、胸部における関節の亜脱臼や脱臼は極めて稀です。

注意！最も不安定な領域は、比較的安定した胸部と可動性の高い腰部のため、Th10-L1 ゾーンです。

Lumbosacral spine

上部の重量を支える腰椎では、

• 椎体が最も幅広く、横突起と関節突起は巨大である。
• 腰椎の前面は矢状方向にわずかに凹んでおり、L椎体は前方が後方よりもわずかに高くなっており、これが解剖学的に腰椎前弯の形成を規定しています。前弯すると、荷重軸は後方に移動します。これにより、体の垂直軸を中心とした回旋運動が容易になります。
• 腰椎横突起は通常、前方に位置します。腰椎横突起の腹側部分は、対応する腰肋骨の未発達な残存物であるため、肋突起（processus costarii vertebrae lumbalis）と呼ばれます。肋突起の基部には、より小さな副突起（processus accessorius）があります。
• 腰椎の関節突起が顕著に突出しており、その関節面は矢状面に対して斜めに位置している。
• 棘突起は肥厚し、ほぼ水平に後方に向いています。左右の各上位関節突起の後外側縁には、小さな円錐状の乳頭突起があります。
• 腰椎部の椎間孔は非常に広い。しかし、脊椎の変形、変性、静的障害などの症状がある場合、この部位に神経根性疼痛症候群が最も多く現れる。
• 腰椎椎間板は、最大負荷に応じて最大の高さ（体高の 1/3）を持ちます。
• 椎間板の突出や脱出が最も頻繁に発生する部位は、最も負荷のかかる部分、つまり L4_とLsの間_、およびやや頻度は低いが C と S1 の間です。
• 髄核は、椎間板の後方3分の1と中央3分の1の境界に位置しています。この領域の線維輪は前方で著しく厚く、密な前縦靭帯によって支えられています。前縦靭帯は腰部で最も強く発達しています。後方では、線維輪は薄く、薄く発達の遅れた後縦靭帯によって脊柱管から隔てられています。後縦靭帯は椎体よりも椎間板にしっかりと接続されています。この靭帯は疎な結合組織によって椎体に接続されており、静脈叢が埋め込まれているため、脊柱管腔への突出や脱出の形成にさらなる条件が生まれます。

脊柱の特徴の 1 つは、矢状面に位置する 4 つのいわゆる生理学的湾曲の存在です。

• _{頸椎前弯は、すべての頸椎と上部胸椎によって形成され、最大の凸状部はC5}と_C6のレベルにあります。
• _{胸椎後弯症；最大陥凹はTh6} - Th7_レベルにある；
• 最後の胸椎とすべての腰椎によって形成される腰椎前弯。最も大きな弯曲は体幹L4の高さに位置_する。
• 仙尾骨後弯症。

脊椎の機能障害の主な種類は、生理的湾曲の平滑化のタイプ、または湾曲の増大（後弯）のタイプによって発生します。脊椎は単一の軸状器官であり、解剖学的に異なる部位への区分は条件付きであるため、例えば頸椎の過前弯は腰椎の前弯の平滑化とは無関係であり、その逆も同様です。

現在、脊椎の変化による平滑化および過前弯の変異体における機能障害の主なタイプが体系化されています。

1. 脊椎の生理的曲線が滑らかになると、患者の強制的な姿勢（屈曲位）を特徴とする屈曲型の機能障害が発生し、次のような症状が含まれます。

• 頭関節領域を含む頸椎の運動節の可動性制限。
• 下斜頭症候群。
• 深頸屈筋および胸鎖乳突筋の病変;
• 前斜角筋症候群;
• 肩甲骨部症候群（肩甲挙筋症候群）
• 前胸壁症候群;
• 場合によっては肩甲上腕関節周囲炎症候群
• 場合によっては、肘外側上顆症候群が発生することがあります。
• 第 1 肋骨の可動性が制限され、場合によっては I-IV 肋骨、鎖骨関節の可動性も制限される。
• 腰椎前弯扁平化症候群;
• 脊椎傍筋症候群。

腰椎および下部胸椎の運動節の可動性制限：腰椎では屈曲、下部胸椎では伸展：

• 仙腸関節の可動域制限;
• 内転筋症候群;
• 腸腰筋症候群。

2. 脊椎の生理的湾曲が増加すると、伸展型の機能障害が発現します。これは、患者の背筋が伸びた「誇らしげな」歩行と、臨床症状の発現時に腰椎および頸椎の伸展が制限されることを特徴とするものです。具体的には、以下の症状が含まれます。

• 中部頸椎および頸胸椎の運動節の可動性制限。
• 首伸筋の頸痛;
• 場合によっては、肘内上顆症候群が発生することがあります。
• 胸椎の運動節の可動性が制限される。
• 腰椎過前弯症候群;
• 腰椎の運動節の伸展制限：L1-L2およびL2 L3 _、場合によっては_L3 - _L4。
• ハムストリング症候群;
• 股関節外転筋症候群;
• 梨状筋症候群;
• 尾骨痛症候群。

このように、正常な生理学的条件下であっても能動的な運動の対称性が崩れると、脊椎の形状に変化が生じます。生理学的湾曲により、脊柱は同じ厚さのコンクリート柱の18倍の軸方向荷重に耐えることができます。これは、湾曲が存在することで荷重が脊椎全体に均等に分散されるためです。

脊椎には、固定された部分である仙骨と、わずかに可動性のある尾骨も含まれます。

仙骨と第 5 腰椎は脊椎全体の基礎であり、その上にあるすべての部分を支え、最大の負荷を受けます。

脊椎の形成とその生理的および病理的な曲線の発達は、腰椎の第 IV および第 V と仙骨の位置、つまり脊椎の仙骨とその上にある部分との関係によって大きく影響されます。

通常、仙骨は体の垂直軸に対して30°の角度をなしています。骨盤が著しく傾くと、バランスを保つために腰椎前弯が起こります。

[ 14 ], [ 15 ], [ 16 ], [ 17 ]