说明
1. 译自Baker GA, Cizik AM, Bransford RJ, et al.Risk Factors for Unintended Durotomy During Spine Surgery: a Multivariate Analysis.Spine J,2012,12(2):121-6.》》》》》》》》？？？？？？？
> Figure 2: Axial Vertebra Anatomy >
腰椎的解剖结构非常相似，figure
2是L3椎体的CT横断面重建图像，非常具有代表性。 >
横突（＃2）和articular pillars位于椎弓根与椎板的交界处，articular
pillars由上关节突（＃3）和下关节突（隐藏在＃3下方）制成。 >
关节突关节连接相邻椎体并限制旋转和前移（向前滑动），这反过来保护椎间盘免受损伤。
> L2（＃4）下关节突
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Figure 2.5: Sagittal Motion Segment Anatomy
关节突关节zygapophysial joints (facet joints or Z-joints)
神经孔(Neural foramen)是一个非常重要的结构，因为它容纳exiting nerve root和精细的背根神经节（dorsal root ganglion,DRG）,背根神经节包含传入感觉神经元的细胞体。有时，由于解剖学的变化，DRG可以在神经孔外部或内部。
神经孔压缩或变窄，可能通过其任何一个方向上bony walls的关节炎增厚(arthritic thickening)（如spondylosis, bone spur formation, or hypertrophic bone formation）或特殊类型的椎间盘突出（foraminal disc herniation），可能导致慢性疼痛(称为外侧狭窄lateral stenosis)。 > Spondylosis is the degeneration of the spinal column from any cause.
硬膜囊thecal sac (dural sac)从脊髓圆锥(conus medullaris)延伸至S2水平。马尾(cauda equina)的中心是由神经胶质细胞和室管膜细胞组成的细长丝状结构，从脊髓圆锥向下延伸，在S2水平穿透硬膜囊(thecal sac)，最终止于尾骨(coccyx)，并与尾骨的结缔组织混合在一起。
应该注意的是，SI关节(sacroiliac joints)是真正的diarthrodial关节，其受神经支配。它可能成为慢性疼痛的根源，虽然不经常发生。
Diarthrodial joint: The most common and movable type of joint which is characterized by the presence of a layer of 纤维软骨(fibrocartilage) or 透明软骨(hyaline cartilage) that lines the opposing bony surfaces, as well as a lubricating synovial fluid within the synovial cavity.
motion segment是脊柱的功能单位，由两个相邻的椎体和夹在中间的椎间盘组成。motion segment由许多肌肉、韧带以及椎间盘固定到一起。
虽然上述内容的重点是腰椎的解剖结构，但胸椎和颈椎的结构和生物力学也和腰椎基本相同。因此，上述内容中大部分也可能适用于胸椎和颈椎。
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Figure 3: The Intervertebral Disc
腰椎的五个椎间盘为纤维软骨结构(fibrocartilaginous)，其在成年人中大约为2英寸高(1英寸=2.54cm)。 (figure 3)
与胸椎和颈椎的椎间盘相比，腰椎的椎间盘更高更宽，但更容易受伤。这是因为在巨大的轴向负荷(great axial load)下，腰椎间盘的活动范围也较大。（重力产生的向下的力）。
尽管胸椎椎间盘也承受很大的轴向载荷，但相连的肋骨会分散很大一部分负荷，并限制胸椎的运动范围。
和胸椎和颈椎的椎间盘一样，腰椎间盘也有一个独特的解剖学特点：几乎完全无血管（没有血液供应），因此依靠原始手段（简单扩散）来滋养和清除废物。这种不良的血供是导致慢性腰痛的多种原因的起源。
椎间盘中有三个主要的解剖区域： * gelatinous nucleus pulposus (髓核nucleus) * fibrous annulus (纤维环annulus) * cartilaginous vertebral endplates (终板endplates).
> Figure 4: The Nucleus Pulposus
髓核呈凝胶状gelatinous（Jell-O
like），通常位于椎间盘的中心并被纤维环和终板包绕。(Figure 4) 
一个经典的类比将椎间盘当作汽车的轮胎：纤维环和终板是坚韧的轮胎面，髓核是轮胎中间的空气，不断试图逃脱。
髓核主要产生两种类型的分子，这些分子产生细胞核的物质：蛋白多糖（65％）和II型胶原（17％）
髓核的蛋白多糖特别重要，就像小海绵一样，对水有很高的亲和力，并且在健康的髓核中，含水量达到惊人的80％。 (figure 4) 正如我们将在后续学习到的那样，正常的脊柱生物力学需要这种高含水量。
不幸的是，随着人类年龄的增长，许多髓核细胞（和纤维环细胞）因椎间盘血供不足而死亡：逐渐饿死和/或被杀死(髓核酸度增加)。
随着血液供应的减少，髓核更多地依赖于无氧糖酵解产生能量（就像所有细胞一样，它们需要ATP发挥作用），无氧糖酵解的最终产物是乳酸。
正如退行性椎间盘疾病（degenerative disc disease,DDD），椎间盘蛋白多糖的下降使得椎间盘开始退变，这可能导致有症状的纤维环撕裂symptomatic annular tears，突出herniations，塌陷collapse和慢性椎间盘源性疼痛。
髓核的主要功能包括向下方椎体传递轴向载荷，并作为所有躯干运动的椎管内支点
(pivot-point) 。 
这些功能高度依赖于纤维环和终板的完整性。
当轴向载荷压缩髓核时，纤维环和终板必须能够抵抗或遏制髓核的变形趋势（压扁或逸出其界限）。
当功能正常时，髓核就是所谓的封闭式液压系统(closed hydraulic system)一个很好的例子。因为髓核的水分被限制在一定范围内（被纤维环和髓核），对于轴向载荷，髓核无法进一步压缩，反过来又将这些力向下传递到下方的椎体并建立pivot-point。(figure 5) > Figure 5是这个封闭式液压系统的概念图。我们用一个小人代表髓核，试图抵抗轴向负荷的形变（向各个方向向外的红色箭头）;
然而，终究会被不可移动的纤维环和终板所阻挡。因此，髓核不能扩张，允许轴向载荷向下传递到下方的椎体。
纤维环The Annulus Fibrosus
虽然不像髓核一样富含水分，但纤维环仍具有65％的含水量，因为其某一种细胞会产生蛋白多糖(proteoglycans)，就像髓核一样。事实上，纤维环的干重含有20％的蛋白多糖。 纤维环有两种类型的细胞：产生蛋白多糖的软骨细胞(chondrocytes)和主要产生I型胶原蛋白(type I collagen)的软骨细胞(fibroblasts)。正是由于I型胶原蛋白（20种类型中最坚韧的），纤维环比髓核坚韧得多。
纤维环由10-20个胶原蛋白带组成，称为lamellae，以分层的方式围绕髓核(figure
6) 。
每个lamellae都有一定的grain。换句话说，构成每个lamella的胶原蛋白的纤维(threads of collagen)都在相同的方向上。为了增加强度，每个相邻的lamella，其grain沿相反的方向走行。
不幸的是，许多lamellae有间隙缺陷(gap defects)，不能完全包绕椎间盘，这反过来又产生了一个弱点。尤其对于纤维环的后部(posterior annulus)而言，此处的强度是最重要的。
这些间隙缺陷可能是后环很容易产生可能疼痛的纤维环撕裂(annular tears)和椎间盘突出的原因之一。如前所述，纤维环的主要功能是限制 髓核在轴向载荷下的形变，从而形成闭合液压系统和躯干活动的center pivot-point system。
椎体终板
终板是非常薄（仅1mm）的透明软骨层，由蛋白多糖，胶原蛋白和水构成。
由于与髓核和纤维环在生物力学上的相似性，终板实际上被认为是椎间盘的一部分而不是椎体的一部分。除了椎间盘的外周部分，髓核和纤维环非常牢固地附着在终板上，难以分离。
然而，椎体的终板和软骨下骨subchondral bone（也称为bony
endplate）之间的连接并不牢固。事实上，研究表明，腰椎遭受相当轻微的创伤也会导致终板与椎体分离。终板的主要功能是充当半透膜(semi-permeable
membrane)，其允许营养物和代谢产物从椎体的毛细血管扩散到椎间盘中，并允许代谢废物扩散出去。它还可以防止较大的分子，如最重要的蛋白多糖，扩散出纤维环和髓核。
从figure 7中可能已经注意到，分子的这种运动对于椎间盘的存活是绝对必要的。除了周边血管，椎间盘组织本身完全没有营养血管。
因此，髓核的细胞和纤维环的内三分之二完全依赖于分子进出终板（基于梯度相关的简单扩散）。如上所述，精明的读者可能想知道毛细血管如何通过通常不可渗透的骨膜扩散。在正常情况下，实际上不会发生扩散。然而，椎体的软骨下骨具有称为骨髓腔(marrow
cavities)的特殊通道，其实际上允许扩散 (figure 7 & 8)。 
因此，只要这些通道是开放的，椎间盘细胞就可以获得所需的氧气、葡萄糖，硫(sulfur)和其他营养物质，并且具有排除废物的途径。
退行性椎间盘疾病（DDD）的原因之一是因subchondral bone spondylosis (arthritis)骨髓腔变窄或闭合，而这又使椎间盘细胞死亡。
尽管有许多尝试维持或逆转DDD（通过干细胞治疗，PRP注射等），但这些治疗方法的远期疗效是值得怀疑的，因为DDD的主要原因之一是骨髓腔的关闭，这种现象目前是不可逆转的。 > PRP, platelet-rich plasma: The use of platelet-rich plasma (PRP), a portion of the patient's own blood having a platelet concentration above baseline, to promote healing of injured tendons, ligaments, muscles, and joints, can be applied to various musculoskeletal problems.
腰椎神经根
进入和离开腰椎的神经非常重要，因为它们能够控制躯干和下肢的运动功能、感觉功能（触觉、振动觉，痛温觉）和自主功能（控制血管扩张和出汗）。
当一个或多个这些神经受伤时，患者可能会出现疼痛，运动（肌肉）功能丧失，感觉（皮肤）功能丧失，甚至膀胱/肠道功能丧失等症状（一种非常严重的情况叫马尾综合症cauda equina syndrome）。
有时神经根的交感成分可能会受伤，这可能会导致一种非常奇怪的情况，称为慢性局部疼痛综合征（chronic
regional pain syndrome, CRPS）（正式名称为reflex sympathetic dystrophy
or RSD），可能导致下肢红肿、触觉敏感和发汗。 
为了解慢性腰痛和腿疼的不同原因，我们需要研究三种主要的神经类型：spinal nerves脊神经，腰神经根和窦椎神经sinuvertebral nerves。
脊神经Spinal Nerves
脊神经由dorsal and ventral nerve root汇聚而成，并且不再像exiting nerve
root一样浸泡在脑脊液中。脊神经失去了硬脊膜的保护，因为硬脊膜转变成神经束膜perineurium，继续覆盖所有的外周神经。
(Figure 10) 
像绝大多数周围神经一样，脊神经也被称为混合神经，因为它包含感觉（传入）和运动（传出）神经纤维。（它也包含自主神经纤维）
从神经孔出来后，脊神经几乎立即分成（分裂）两个部分：dorsal ramus和ventral ramus。dorsal ramus为腰背部和臀部的肌肉和皮肤提供感觉和运动功能，以及SI关节和关节突关节的感觉功能。ventral ramus为下肢肌肉和皮肤提供运动和感觉功能(Figure 10)。
腰丛和腰骶从的ventral rami形成下肢重要的坐骨神经，股神经和闭孔神经。
此外，ventral rami发出一个小分支，有助于形成sinuvertebral nerve（传递来自椎间盘后部疼痛信号的神经），发出另一个分支（gray ramus communicans/灰交通支），将其连接到交感干上的自主神经系统(autonomic nervous system)。dorsal ramus也有一个重要的分支，medial branch of the dorsal ramus，使关节突关节具有感受疼痛的能力。medial branch是慢性关节突关节相关下腰痛治疗干预的靶点 (Figure14)。
腰神经根Lumbar Nerve Roots
在大约T12椎体水平，腰神经从脊髓两侧出现并在硬膜囊内向下走行，在相应的椎间孔处离开脊柱 (figure 10 & 11) 。腰神经起源于脊髓末端的脊髓圆锥conus medullaris，其最远端通常终止于L1/L2椎间盘水平。
实际上，有四个腰神经根在每个椎间盘水平离开：左右背根(dorsal root)（带有感觉信号）和左右腹根(ventral root)（带有运动信号）(figure 10)。
当神经根接近它们离开的椎间孔时，它们在相同序号的椎体正中水平从硬膜囊发出（S1是不同的，其在L5椎体正中水平处发出）。
例如，L4神经根在L4椎体正中水平从硬膜囊发出，绕过椎弓根后，通过L4椎间孔离开脊柱。
当神经根从硬膜囊中发出时，神经根不会穿破硬膜囊。相反，神经根带着骶囊(thecal sac)的保护性硬脊膜，与脑脊液一起穿出椎间孔。硬脊膜的这种保护性延伸称为dural sleeve(figure 10)。此外，值得注意的是，每个dural sleeve中都有两个腰神经根，即dorsal lumbar root and ventral lumbar root。
然而，临床医生甚至脊柱外科医生几乎从未做出这种解剖学上正确的区分，只是将它们称为exiting or traversing nerve root。
The Exiting And Traversing Nerve Roots
在每个椎间盘水平，有四个脆弱的神经根：左右exiting root和左右traversing nerve root。
The exiting nerve root在发出后，根据其穿过的椎体、椎间盘和椎间孔的序号命名。例如，the left L4 exiting nerve root从
L4椎体正中水平的thecal sac发出，藏在左侧L4椎弓根下方，经过L4椎间盘的左后外侧，并穿过左侧腰4椎间孔成为left L4 spinal nerve(figure 12)。
在L4椎间盘水平，也有毗邻的left L5 traversing nerve
root（位于椎管的外侧隐窝lateral recess），但它仍然在thecal sac内。 
S1神经根是这个规则的一个例外。因为它通常比其他腰椎神经根更早地脱离thecal sac（more cephalad）。并且当它通过L5椎间盘时已经处于神经根形式。我相信这使得S1神经根特别容易受伤。
不相信我？从L5椎间盘的典型T1加权轴向MRI图像上，可以很容易地证明该规则的例外情况。在figure
13中，可以清楚地看到S1神经根（黄色箭头）位于thecal sac（粉红色星）之外。
为什么这些东西很重要？ 因为椎间盘突出可以压迫和刺激traversing nerve root，the exiting nerve root，或上述两者。这一切都取决于椎间盘突出的位置和大小。
Nerves Of The Disc
Did you know that the disc is wired for pain? 令人惊讶的是，尽管拥有压倒性的科学证据，但很少有医生知道甚至关心这一重要事实。
在本节中，我们将详细讨论疼痛信号如何能够从椎间盘发出并最终到达大脑的感觉皮层：大脑中将这些疼痛信号转化为疼痛感的地方。
了解这些疼痛信号的确切通路非常重要，因为如果我们知道这一点，那么我们就可以针对这条通路进行靶向治疗（注射糖皮质激素）甚至摧毁它（消融），以缓解慢性腰痛。
虽然这些疼痛信号产生的原因超过了我们的学习范围，但我会说纤维环撕裂(annular
tears)是常见的因素。 
椎间盘的每个区域由不同的神经（pain
highway）支配（供应），这在身体其他部位是不会发生的奇怪现象。
后侧和后外侧椎间盘受sinuvertebral nerve支配，外侧椎间盘受gray ramus communicans（自主神经系统的交感神经）支配，椎间盘前方由交感神经干或交感神经节的交感神经分支支配(figure 14)。
另一个奇怪的事实是，正常纤维环只有外三分之一（大概为3毫米深）受神经支配且能够传递疼痛。
纤维环的内三分之二和整个髓核完全无血管和无神经。