脊柱

脊柱——也被称为脊椎或脊梁骨——是脊椎动物身体的主要结构组成部分，它提供了灵活性、支撑和防御。脊柱由沿着背部轴线线性排列的独立椎骨组成，是使脊椎动物区别于其他生物的独特解剖特征。

演变

在数亿年的时间里，脊柱经历了一个迷人的演化过程，其特点是发生了一系列关键事件，塑造了脊椎动物解剖结构的复杂性和多样性。从早期水生生物的简单起源，到陆生脊椎动物的精细化和多样化，脊柱经历了巨大的演化变化。这些变化反映了脊椎动物在不同环境中面临的适应性问题。

• 脊柱的起源：最早的脊索动物是生活在 5 亿多年前寒武纪时期的原始海洋生物。这些生物是脊柱进化史的源头。脊索，一种柔韧的杆状结构，为这些早期脊索动物的身体背部提供了支撑和稳定性。最终将发展成复杂脊椎动物骨骼的脊索，充当了脊柱的先驱。脊索最终钙化并分裂，导致在无颌鱼类的祖先中出现了第一批真正的椎骨。
• 向矿化骨骼的转变：从软骨到矿化骨骼的转变是脊柱发展过程中的一个重要转折点。早期脊椎动物的原始椎骨主要由软骨组成，这提供了有限的灵活性和结构支撑。无颌鱼（agnathans）就是这些动物的例子。但随着矿化骨骼的形成，脊椎动物能够创造出更坚固、更具弹性的骨骼，能够承受更高的机械应力。这种转变使得脊椎动物在形态和生理上的多样化成为可能，使它们能够占据更广泛的生态位。
• 椎骨结构的演化发展：脊柱在其演化过程中经历了许多结构上的变化，这些变化提供了增强的支撑、灵活性和活动能力。关节化椎骨的出现，它提供了更广阔的运动范围，并有助于从水生运动到陆生运动的过渡，是其中一项发明。早期脊椎动物的椎骨是未分化的、简单的，但随着时间的推移，它们变得越来越专业化，并适应了特定的功能。例如，骶椎融合形成了一个僵硬的结构，支撑着骨盆带和后肢，而颈椎则演化为支撑头部并提供更多颈部运动。
• 适应陆生运动：早期脊椎动物在从水生环境向陆地环境的转变过程中面临许多挑战，例如需要承受重力并快速在陆地上移动。为了应对这些挑战，脊椎动物获得了多种解剖学上的适应，包括脊柱的变化。出现更坚固、更能承受重量的脊柱，以及更大的椎骨和更强的椎间关节，是其中一项适应。脊椎动物通过发展出特化的肢体结构，如具有能够支撑重量和提供推进力的指和关节的肢体，更有效地在陆地上行走、奔跑和跳跃。
• 椎骨形状的多样化：随着脊椎动物适应不同的生态位和多样化，脊柱的形状也随之改变，以适应各种栖息地和生活方式。包括鱼类和鲸类在内的水生脊椎动物的脊柱保持相对灵活和延长，这使得它们能够有效地游泳和操纵。另一方面，包括哺乳动物和爬行动物在内的陆地动物则演化出更分节、更僵硬的脊柱，以提供更好的稳定性和支撑，以便行走和保持直立。此外，对于适应了特定栖息地的脊椎动物，如飞行的鸟类和穴居的哺乳动物，出现了适合其特定运动方式和行为的某些脊柱特征。
• 演化中的权衡与限制：尽管脊柱的结构复杂性不断演化以满足脊椎动物生命的多样化需求，但它也带来了权衡和限制。例如，陆生脊椎动物演化出僵硬的脊柱，在行走和奔跑时提供了更好的稳定性和支撑，但这也限制了它们在特定情况下的灵活性和移动能力。与此类似，长颈鹿的长脖子和蛇的柔韧脊柱等特化脊柱结构虽然带来了进食和运动的优势，但它们也带来了生物力学的限制和脆弱性。
• 现存脊椎动物的演化适应：脊柱反映了脊椎动物在不同栖息地和生活方式中的适应性辐射和生态成功，在现存的脊椎动物谱系中表现出惊人的多样性和特化。脊椎动物演化出了令人惊叹的各种椎骨结构，每一种都适应其独特的生态功能和进化历史。这些结构包括长颈鹿的长颈、海豚的流线型身体以及鸟类的强壮翅膀。通过研究脊柱的进化历史，科学家们可以学到很多关于进化生物学原理和脊椎动物适应机制的知识。

脊柱的结构

脊柱由一系列线性排列的独立椎骨组成，对于维持姿势、传递应力以及保护脊髓至关重要。脊柱由构成脊柱的多个椎骨组成。每个椎骨由多个独特的部分组成，例如

椎体（Centrum）：椎体是椎骨的前部厚圆柱形部分。作为脊柱的主要承重部分，它为脊柱提供支撑和稳定性。堆叠的椎体之间由椎间盘隔开，椎间盘起到减震器的作用，并允许脊柱的灵活性和活动性。

神经弓：神经弓是一个骨环，从椎体背侧延伸，形成保护脊髓的封闭结构。它主要由两部分组成：椎弓根，连接椎体和椎板；以及椎板，从背侧延伸并汇合形成棘突。

棘突：棘突是从神经弓背侧延伸的骨突起，它作为连接韧带和肌肉的附着点，这些韧带和肌肉参与脊柱的稳定和运动。棘突的大小和形状取决于椎骨的位置和功能。

横突：这些骨突起从神经弓侧向发出，作为连接韧带和肌肉的附着点，这些韧带和肌肉负责脊柱的侧屈和旋转。不同脊柱区域和物种的横突在大小和形态上各不相同。

关节突是成对的骨突起，它们与相邻的椎骨形成关节，产生椎间关节，从而为脊柱提供灵活性和活动范围。关节突的上位和下位关节面与相邻椎骨上的同源关节面相互作用，形成滑膜关节。

颈部区域由七个颈椎（C1-C7）组成。颈椎的特点是尺寸小，椎孔呈三角形，棘突分叉（劈裂）。颈部区域允许屈伸、侧屈和旋转等运动，它支撑和移动头部和颈部。

脊柱由多个独立区域组成，每个区域都有独特的物理特征和功能。这些区域包括：

胸部区域：胸部区域由十二个胸椎（T1-T12）组成，位于胸部。胸椎的特点是尺寸增大，椎孔呈圆形，棘突长而向下突出。胸部区域作为肋骨的附着点，并为包括心脏和肺在内的胸部器官提供支撑和保护。

腰部区域：腰部区域由五个腰椎（L1-L5）组成，位于下背部。腰椎的特点是椎孔呈三角形，棘突短而粗，椎体巨大。腰部区域作为主要的姿势和躯干运动肌肉的附着点，为下背部和骨盆提供支撑和稳定性。

骶骨区域：骶骨区域由五个融合的骶骨（S1-S5）组成，位于骨盆。骶骨的特点是大而三角形的形状，缺乏独立的棘突。骶骨区域支撑和稳定骨盆带和下肢，并形成骨盆腔的后壁。

尾骨区域：尾骨区域由三到五个融合的尾骨组成，也称为尾骨或尾骨。负责支撑和稳定盆底的肌肉和韧带附着在尾骨区域。

脊柱的功能

脊柱由一系列线性排列的独立椎骨组成，对于支撑姿势、传递力量和实现运动至关重要。

支撑：为身体提供结构支撑是脊柱的主要功能之一。头部、躯干和上肢的重量通过脊柱均匀分布，脊柱作为一种既灵活又坚固的结构。大部分身体重量由椎体支撑，椎体构成了脊柱的大部分。它们还为脊柱提供刚性和稳定性。此外，位于相邻椎体之间的椎间盘起到减震器的作用，并有助于分散压力，降低脊柱损伤的可能性。

脊髓保护：脊髓是中枢神经系统的基本组成部分，负责将运动和感觉冲动从大脑传递到身体其他部位。脊柱是脊柱的另一个重要功能。脊柱在椎管内包裹并围绕着脊髓，充当屏障，防止外部压力或损伤。棘突、神经弓和椎体等脊柱的骨性结构共同作用，保护脆弱的脊髓免受撞击、挤压和其他机械应力的影响。椎间韧带和椎间盘也提供额外的支撑和缓冲，这有助于维持神经组织和脊髓的完整性。

活动性：脊柱对于身体的运动和活动能力至关重要。脊柱通过其各个椎骨的协同作用，实现屈伸、侧屈和旋转等运动。自由运动的能力对于进行行走、奔跑、弯腰和扭转等日常活动，以及进行体力劳动、体育运动和锻炼所需的更复杂的运动是必不可少的。由于椎骨的设计和排列中的互锁关节和连接，提供了平稳且受控的脊柱运动，脊椎动物能够适应不断变化的环境并成功地在环境中导航。

姿势：脊柱在维持良好姿势方面起着至关重要的作用。为了拥有良好的姿势，头部、肩膀和骨盆应在臀部和脚部上方保持平衡，脊柱应保持其自然的弯曲。为了防止肌肉、韧带和关节受到过度劳损或压力，脊柱对于维持和分散身体的重量至关重要。适当的椎骨排列和强壮、灵活的脊柱肌肉共同影响最佳姿势和脊柱健康。另一方面，不良姿势可能导致肌肉骨骼问题，如脊柱畸形、颈部疼痛和背部疼痛，这强调了保持脊柱平衡和健康的重要性。

减震：脊柱不仅支撑和保护身体，还充当减震器，减轻外部撞击的力，降低脊柱损伤的可能性。构成相邻椎体之间椎间盘的缓冲垫吸收并释放行走、奔跑、跳跃和举重产生的压力。这些椎间盘由一个坚韧的外层（称为纤维环）包裹着一个凝胶状中心（称为髓核）。髓核和纤维环协同作用，为脊柱提供弹性和韧性，使其能够承受日常运动和活动的压力。

辅助呼吸：通过为参与呼吸的肌肉提供附着点，脊柱也促进了呼吸。脊柱的胸部区域（包括脊柱的上部和中部）与胸腔以及胸部和腹部肌肉紧密相关。隔膜、肋间肌和腹肌等肌肉连接到脊柱和肋骨，使胸腔在吸气和呼气时能够扩张和收缩。肺部吸入氧气和身体呼出二氧化碳是由胸腔容积的变化引起的，这通过肋骨和脊柱的协同运动得以促进。

力的传递：此外，脊柱充当肢体之间传递力的通道。脊柱传递由肌肉收缩、运动和外部载荷产生的力，使身体能够协同移动并保持稳定。椎骨的排列及其相互连接，以及脊柱韧带和肌肉的强度和完整性，有效地分散了这些力，并降低了脊柱受伤或劳损的可能性。这种力的传递对于维持平衡、协调和整体功能能力在脊椎动物中至关重要。

脊柱损伤

脊柱损伤，有时也称为椎柱损伤，可能严重影响个人的活动能力、感觉和整体生活质量。脊柱是一个复杂的结构，由多个椎骨、韧带、肌肉和椎间盘组成。这些组件协同工作以支撑和保护脊髓并实现运动。然而，由于其暴露的位置和对外部刺激的易感性，脊柱容易遭受各种创伤、退行性疾病和病理过程。

1. 骨折：骨折是最常见的脊柱损伤类型之一。它们可能由肿瘤、骨质疏松症、创伤或其他潜在疾病引起。脊柱的每个部分，包括颈部、胸部、腰部和骶骨区域，都易发生骨折，这些骨折可能由压缩、爆裂或剪切引起。压缩性骨折在胸部和腰部区域非常常见，通常与骨质疏松症或创伤有关。当椎体受压或高度降低时，就会发生压缩性骨折。

爆裂性骨折由高能创伤引起，例如从高处坠落或机动车事故，其特征是椎体碎裂成多个碎片。剪切性骨折可能发生在颈部或腰部区域，并与过伸或过屈损伤有关。剪切性骨折涉及椎体与其相邻椎骨的移位或分离。

根据损伤的程度和位置，椎骨骨折可能引起各种症状，例如背部疼痛、畸形、身高缩短、神经异常以及站立或行走困难。除了保守治疗，如支架、物理治疗、疼痛管理和休息外，在骨折导致不稳定、畸形或神经损伤的情况下，可能需要手术干预。

2. 脊柱脱位：脊柱脱位是指关节突或椎体异常移位或分离。这可能导致不稳定，并可能损害脊髓或神经根。脱位可能影响脊柱的一个或多个节段，并可能由创伤、退行性改变或先天性异常引起。创伤性脱位可能导致严重的韧带损伤、脊柱不稳定和神经功能障碍。它们通常与高能损伤有关，例如汽车事故或运动损伤。相反，退行性脱位可能随着时间的推移而缓慢发生，这是由于脊柱的老化变化，如关节突关节病或脊柱滑脱。

脊柱脱位可能引起疼痛、僵硬、受累肌肉无力、该区域刺痛、麻木或感觉丧失。严重的脊髓或神经根压迫可能导致神经功能障碍，如膀胱或肠道功能障碍、瘫痪或其他问题。脱位的复位、脊柱稳定以及相关损伤的管理是脊柱脱位的典型治疗方法。为了矫正椎体、减压神经系统并恢复脊柱稳定性，可能需要手术。

3. 脊髓损伤：脊髓损伤（SCI）是最严重且有时致命的脊柱损伤形式之一，可能导致受害者永久残疾，并影响感觉、运动和自主神经功能。车祸、坠落、运动损伤或暴力犯罪等创伤性事件可能导致脊髓损伤。非创伤性原因，如感染、肿瘤或退行性疾病，也可能导致脊髓损伤。脊髓损伤的严重程度和范围取决于脊髓损伤的程度和范围、伴随损伤的存在以及医疗干预的及时性和有效性等因素。

根据损伤水平以下的运动和感觉功能保留的程度，脊髓损伤可分为完全性或不完全性。完全性脊髓损伤会导致损伤部位以下完全丧失运动和感觉功能，通常伴有严重的神经功能障碍，如瘫痪以及对肠道和膀胱的控制丧失。相反，不完全性脊髓损伤，其程度和范围可能因脊髓损伤的位置和严重程度而异，导致损伤水平以下感觉和/或运动功能的保留部分。

脊髓损伤可能导致呼吸受损、自主神经反射异常、肠道或膀胱功能障碍、瘫痪、感觉丧失、肌肉无力以及僵硬。为了最大化功能恢复和生活质量，脊髓损伤的管理通常包括脊柱稳定、防止进一步神经损伤和康复。手术减压、脊柱融合、物理治疗、辅助技术以及控制副作用的药物可能都是治疗方法。

4. 退行性脊柱疾病：尽管在老年人中更常见，但退行性脊柱疾病可以影响所有年龄段的人，并且是脊柱损伤的重要原因。与年龄相关的磨损、重复性压力、遗传、肥胖、不良姿势和其他潜在问题都可能导致脊柱的退行性改变。退行性椎间盘疾病、椎管狭窄、骨关节炎和脊柱滑脱是常见的退行性脊柱疾病，可能导致疼痛、僵硬、活动受限和神经症状。

退行性椎间盘疾病的特征是椎间盘的退化和弹性丧失，可能导致椎间盘突出、膨出或椎间盘高度降低。当椎管或椎间孔变窄时，脊髓或神经根受到压迫，导致疼痛、麻木、无力或行走困难等症状。这种情况称为椎管狭窄。脊柱骨关节炎，也称为脊柱关节突关节炎，其特征是关节突和周围结构的退化，导致疼痛、僵硬和炎症。脊柱滑脱是一种椎骨相对于另一个椎骨向前滑动的状况，可能压迫邻近的神经组织并导致不稳定。

退行性脊柱疾病的保守治疗方法可能包括休息、物理治疗、锻炼、药物和注射以改善功能和控制症状。在症状严重或顽固的情况下，可能需要手术干预，例如减压、融合或椎间盘置换术，以稳定脊柱并缓解神经结构的压力。