2.1  神经根和神经根通道的解剖  正常神经根断面呈圆形或椭圆形，在进椎间孔前，神经根的前、后根分别走行，后根先进入脊神经节，前根单独走行，在远侧进入脊神经节，运动神经纤维和感觉神经纤维联合形成脊神经。脊神经根的营养有两种途径，即神经根内微血管和脑脊液的渗透。其内源性血管主要位于浅表，由两个独立的血管网所构成，一个是来自于脊髓冠状动脉的近侧根动脉(下行动脉)，另一个是来自位于椎间孔处的远侧根动脉(上行动脉) [1] 。在两个根血管的吻合区域，即硬脊膜根袖的基部，存在着所谓根血管血流分界区[2] 。神经根血流与周围神经血流的另一显著差异是神经根缺乏与周围组织结构的血管沟通。神经根的营养供应依靠神经根微血管和脑脊液的双重作用。研究表明，脑脊液对神经根营养的供应约占58%，神经根血管约占35%；而周围神经的血管供应则约占95%[3] 。因此，神经根的营养血供与周围神经相比更容易受影响。 神经根通道一般指从硬膜囊的神经根硬膜袖突出点至椎间管外口，又称神经根管，包括侧隐窝和椎间管。侧隐窝由椎弓侧翼围成，仅有骨性边界，椎弓根上、下缘标志其上、下界。前侧为椎体，后侧为上关节突基部及关节突间部，外侧为椎弓根。整个侧隐窝为骨性通道，较少受退变再塑形的影响。若椎间盘突出范围较大，或应力异常致韧带增厚、关节突再塑形、骨赘形成，则造成侧隐窝狭窄压迫神经根。椎间管为神经根管的末段或最外侧段。椎间管前壁主要为上、下椎体后缘及椎间盘, 后壁为上关节突，上、下壁均为椎弓根切迹，以椎弓根为参照，其内、外侧缘为椎间管内口及外口，两口间为管长，因此椎间管属三维结构。构成椎间管的骨性或软组织结构发生病变时，易引起神经根压迫。 2.2  神经根生物力学特性   正常情况，神经复合体(神经根、神经节和脊神经)内纤维组织少于28%，神经节区域少于20%，脊神经内少于15%[4] 。神经根与周围神经明显不同，神经根缺少周围神经所具有的明显的鞘膜构成的神经束膜和神经外膜，神经根的轴突由薄的根鞘(神经内膜)和脑脊液所包绕[5] 。神经根内胶原数量比周围神经低5倍，神经根轴突无周围神经轴突所具有的抗牵伸作用的丰塔纳条纹[6] 。动物实验研究发现神经根的强度仅为外周神经的10%，刚度为外周神经的20%[7-8] 。因此，神经根较周围神经存在明显的生物力学危险因素。 生物力学研究了大鼠神经根的应力应变曲线，证明在较小的负荷下神经根发生形变且不出现神经功能异常。当应力增加后，超出神经根弹性限度而发生损伤。其所承担的最大负荷与神经根直径呈现正相关[9-11] 。Kwan等[12]报道了人神经根拉伸强度为(0.17±0.59) MPa，牵拉速度为0.17 mm/s时，极限应变为(15.0±3.5)%。Sunderland和Bradley[13]报道人S3神经根在牵拉速度为1.27 mm/s时，最大的张应力为3.9-29.4 MPa。但是引起神经根性疼痛和功能异常的牵拉程度和牵拉速度方面的研究尚鲜有报道。在静态和动态牵拉条件下评价大鼠腰骶神经根的生物力学特性，发现神经根具有黏弹性材料特性。其黏材料特性与牵拉速度有关，在较高的牵拉速度下表现更高的张应力。在大鼠L5神经背根的体内研究中发现，牵拉速度分别为0.01 mm/s和15 mm/s，设定牵拉程度为10%，10%-20%，20%，静态牵拉发生传导功能丧失的牵拉程度为16%，动态牵拉发生传导功能丧失的牵拉程度为9%。同时，还发现了牵拉程度与轴突损伤的线性关系[10-11,14] 。 2.3  椎管内容物的运动  脊柱前屈时可以使椎管变长而后伸则会使椎管变短。在成人这种椎管长度的变化可以达到7 cm。同时，神经根也会随脊柱运动发生位移，如当脊柱前屈时，腰骶神经根会离开椎间孔向椎管内移动；脊柱后伸时，腰骶神经根会向椎管外方向移动。但是Breig和Marions[15]研究却认为硬脊膜包绕神经根和马尾神经在椎间孔和骶管部位通过纤维与骨性结构牢固连接，所以脊柱运动时，椎管内神经组织主要通过被动变形而不是滑动来适应椎管变化。他们还发现了当脊椎最大程度前屈时会使神经组织超过其生理范围，发现横切面直径变小。当脊椎最大程度后伸时，硬脊膜和神经组织松弛，横切面面积会有一定程度的增加。因此推断神经轴突也会由于脊髓和神经根的变形发生紧张和松弛。单纯颈椎的运动也会引起硬脊膜和整个神经束的紧张和松弛。颈椎前屈时，拉力会一直传导至马尾和腰骶部神经根。 2.4  突出间盘对神经根的影响   Breig和Marions利用影像学技术研究了突出间盘对神经根的机械作用。当颈椎处于极度屈曲和后伸的位置对间盘突出患者腰椎进行脊髓造影发现：在颈椎屈曲和后伸时，牵拉部位在突出间盘和神经根与骨性结构连接的位置之间，其他位置未观察到神经根变形。尽管在颈椎后伸时，神经根会变得松弛，但是在间盘突出的位置和椎间孔之间却没有发现这种现象。神经根的鞘膜是由硬脊膜延续而来，并在椎间孔内通过纤维和韧带连接于骨性结构[16] 。当间盘突出后，神经根和神经根外的硬脊膜同时发生变形。牵拉的方向基本都是从头侧向尾侧的。当颈椎前屈时，神经根变紧张所以更容易病理性牵拉；而当后伸时，虽然神经根在一定程度变松弛但是由于局部病变的存在，所以牵涉的神经根还是会保持一定的拉力[15] 。   突出间盘牵拉硬脊膜后造成间盘附近神经根正常的解剖形态发生变化，同时这种牵拉还会引起神经根神经功能的损伤。其实大部分的腰椎间盘突出并不是真正意义上的压迫(同时有神经根管狭窄除外)。压迫和牵拉对神经根的作用并不相同。压迫神经根引起的是神经根一定角度的单一压迫作用，而突出间盘引起神经根的轴向牵拉并且使神经根另一表面的面积增加。病理牵拉会引起局部神经刺激、炎症和纤维形成从而增加神经根与硬膜的连接以限制神经根的弹性程度。这就说明了间盘突出造成神经损伤的机械作用机制可能主要是由于牵拉造成的而不是普遍认为的机械压迫。 除了机械作用，暴露于神经根髓核组织的化学物质和炎症因子也是引起坐骨神经痛和根性刺激的重要原因[17-18] 。McCarran，Olmarker和Chen分别用不同的动物模型证明了突出间盘组织对神经根的影响[19-21] 。Chen等[19]报道了磷脂酶A2对大鼠神经根的作用，当磷脂酶A2作用于神经根后能够引起神经脱髓鞘，从而导致神经根的机械敏感性增高。同时研究还观察到炎症发生部位钠离子通道密度增加。这种离子通道的变化能够引起神经的异常放电与引起坐骨神经痛有关。 2.5  暴力牵拉作用对神经根的影响  暴力牵拉是引起神经功能损伤的主要原因之一。直接暴力或由外周神经传导的暴力都会导致神经根的撕裂和断裂。其中最常见的是臂丛神经损伤和腰骶丛神经损伤。 大部分的臂丛损伤是由于肩部或颈部的暴力引起[22-25] 。臂丛神经是由第5-8颈神经前支和第1胸神经前支的大部分组成，经斜角肌间隙走出，行于锁骨下动脉后上方，经锁骨后方进入腋窝。臂丛的支分布于胸上肢肌，上肢带肌、背浅部肌(斜方肌除外)以及臂，前臂、手的肌、关节、骨和皮肤。组成臂丛的神经根先合成上、中、下三个干，每个干在锁骨上方或后方又分为前、后两股，由上、中干的前股合成外侧束，下干前股自成内侧束，三干后股汇合成后束。臂丛前、后根呈丝状结构附着于颈胸部相应脊髓节段的前外侧沟和后外侧沟，其前后根直径平均不到3 mm。 由于前后根处无纤维支持结构是臂丛神经中组织结构最薄弱的地方。当受到牵拉暴力臂丛神经从椎间孔中拉出来时，牵拉作用向神经近端传导将前后根从脊髓上拉出，从而造成臂丛根性撕脱伤。臂丛前根较后根细，因此前根易受到损伤。一旦后根受损可以推测前根也一定受到损伤。臂丛根性撕脱伤除了与神经根本身直径大小有关外，还与其保护因素密切相关。临床研究发现臂丛C 5、6神经根较C 7、8及T1神经根不易形成根性撕脱。其解剖学基础主要包括：①臂丛C 5、6神经根外膜与“上半椎韧带”结合紧密，对C 5、6神经根起到起悬吊支持作用；而C 7、8和T1神经根在穿椎间孔时没有此韧带的支持。②穿出椎间孔时C 5、6神经根与前、中斜角肌起点处腱性组织交织；C7神经根只与起于第7颈椎横突后支的中斜角肌腱性组织相连，C8和T1神经根周围无横突分支及横突间孔，亦无致密结缔组织与其相连。③钩突-椎动脉-脊神经复合体的薄层纤维筋膜鞘样结构将椎动脉、椎静脉及其后的C 5、6神经根包裹在一起，对C 5、6神经根起支持保护作用。C 5、6神经根在椎间孔处有上述结构的支持保护，因此C 5、6神经根不易产生根性撕脱。即使产生根性撕脱也往往合并节后损伤。因为即使暴力在椎间孔外受到抵抗而造成其节后损伤，暴力过大再传至椎间孔内脊髓才能产生根性撕脱即节前损伤。通过皮肤轴突反射可以鉴别节前性椎管内损伤抑或节后性椎管外损伤[23,26] 。 腰骶丛损伤通常是高速交通事故、高处坠落等致骨盆骨折、骨盆环破裂，尤其后环断裂移位引起[27] 。腰骶丛由腰丛和骶丛组成。腰丛来源于L 1-3神经根前支、一部分T12和一部分L4，位于腰大肌深面、腰椎横突前方。骶丛来源于L 4-5 、S 1-3神经根前支，一部分S4前支，其中L 4、5神经根组成腰骶干。腰骶神经根管包括侧隐管和由其向前外下方延伸的椎间管两部分。神经根管内宽外窄、前后略扁，愈向下愈长，L5神经的通道几乎为L1神经的2倍。神经根发出后斜向前下外方走行，从L1-S1神经根与硬膜囊夹角逐渐减小(由40°降到22°)。因此神经根在椎间管内的长度越向下越大。也就是说越向下神经根在神经根管内受牵拉影响越大。侧隐管的外界是椎弓根，后壁是上关节突、椎板和黄韧带外侧部分，前方由上下椎体的后外侧部及相邻椎间盘共同构成。侧隐窝矢状面直径自L1-S1逐渐变小, 由于下腰部的腰椎弓根较粗短、关节突呈冠状位、椎管的横轻较大、管腔演变为三叶草等因素，使侧隐窝的横径变深。腰骶椎间孔亦称椎间管，是神经根管的末段和最外侧段。上下为椎弓根，底部从上到下为上位椎体的后下缘、椎间盘、下位椎体的后上缘，顶部由黄韧带构成，黄韧带后面是关节突关节。椎弓根下壁内缘前后走行的嵴线为椎间孔和侧隐窝的分界线，椎间孔既有骨性管壁又有软组织结构，纵径较横径大。椎间孔的管径自L1-S1逐渐减小，管道逐渐变长。椎间孔内有动、静脉和神经根通过，椎间孔面积与神经根面积相比，悬殊较大，似有较大活动空间。但实际上椎间管内、外口均为钥匙形，有效空间较小，同时椎间孔内存在有纤维隔，将神经根固定在一个比较狭小的通道(骨纤维管)，又因为下腰部组成坐骨神经的脊神经较上腰部组成股神经的脊神经粗得多(约3 mm)，再加上动、静脉的通过，使有效空间更小，神经根缓冲余地更少，如在此部位有退行性变而有骨赘形成，则管道进一步狭窄使神经根易受牵拉损伤的影响。正常时腰骶丛在骨盆内的活动度极小，而腰骶丛损伤的机制常为骨盆后环骨折移位或合并关节脱位所造成的牵拉伤，少数为压迫性损伤[28] 。这与臂丛神经损伤的机制大体相同。 2.6  神经根牵拉的外周机制和中枢机制  在椎间孔处，硬脊膜包绕背根神经节和脊神经，所以硬脊膜可以把四周的应力转换为中心应力传导给神经根。牵拉发生时，椎间孔处的纤维和韧带向四周牵拉硬脊膜以防止发生进一步的位移，从而导致整个系统(脊髓、神经根)向外移动。这种运动的结果也使对侧的神经根受到牵拉。但是由于整个系统的移动一定程度减弱了对神根的牵拉作用。牵拉暴力引起神经根周围的组织发生位移和变形从而累及神经根。当神经根受到暴力牵拉作用超过其弹性范围就会引起结构的变化。神经根与外周神经相比缺少了神经外膜和束膜的保护，所以更容易受到牵拉的损伤。目前为大家广泛接受的牵拉损伤机制包括了外周机制和中枢机制[29] 。   外周损伤机制：当拉力达到一定程度，神经根发生位移，引起神经根损伤。这种损伤和多种因素相关如程度、方向、时间、以及拉力产生的位置。牵拉发生时，最早出现脊神经周围的纤维连接撕裂，然后引起神经根向椎间孔的位移并嵌于椎间孔。从而神经根也受到一定的牵拉负荷，尽管脊髓的侧移可以缓解一部分神经根的位移，但是牵拉负荷还是可以使神经根撕裂。过去认为牵拉首先造成的是神经根和脊髓的移行区的损伤，但是研究发现移行区的损伤并不常见，更多的是神经根本身的撕裂。同时，由于脊神经前根较背根细小而更容易出现损伤。需要提出的是尽管神经组织的位移(包括神经根)会引起组织撕裂，并不是所有的损伤都会引起神经功能丧失。 中枢损伤机制：神经根损伤的中枢机制与脊髓在椎管内的运动有关。脊柱或四肢运动，会引起脊髓在椎管内的位移从而使神经根受牵拉。研究证明正常情况下，颈神经根可以在椎管内位移几个毫米。这就说明了神经根在椎管内的位移范围很小，以及神经根可以承受的牵拉负荷的范围也很小。由于神经根远端有结缔组织的保护，与近端相比，远端对牵拉负荷的耐受性要强一些。所以当牵拉发生时，神经根与脊髓的移行区和神经根本身更容易受到损伤。 2.7  神经根损伤的病理机制  神经发生牵拉或压迫损伤后，损伤部位以及附近发现神经内膜下白蛋白渗出，神经轴突间发现有白蛋白聚集。正常生理条件下，白蛋白不能透过神经内血管膜。但是损伤后，神经内的结缔组织(外膜、内膜、束膜)局部出现巨细胞的聚集，巨细胞产生和转运组胺等化学介质增加膜对血清白蛋白的通透性。神经根和背根神经节由于没有淋巴系统，所以局部不会有巨细胞出现[30] 。因此神经根损伤后内膜下血清蛋白如何出现便成为一个问题。同时渗出蛋白也无法通过淋巴系统清除也变得困难，最终的结局是由局部炎症细胞浸润而发生纤维化。纤维化对损伤部位的神经根形成潜在的不可逆转的刺激，也使神经根的生物力学特性发生变化，使其更容易受到机械外力的刺激。同时纤维化后，神经内血管系统变化使其更容易产生缺血性损伤。出现的这些变化可能与神经根损伤局部轴突死亡和轴浆运输破坏有密切关系[31] 。   另外一个关于神经根损伤的病理机制与受体系统有关。神经根内分布感觉神经受体。当神经内压力变化、化学刺激、缺血或机械变形会刺激伤害性受体导致疼痛通路异常放电。牵拉和压迫损伤会引起神经内缺血从而引起损伤和继发损伤[31] 。正常生理环境下，神经髓鞘起绝缘作用可以防止动作电位扩布到周围组织。当损伤发生后，这种屏蔽作用会暂时或永久消失，从而动作电位会引起周围神经纤维的异常激活[32] 。这时神经对刺激的阈值就会比正常减低，产生感觉异常。 2.8  轴突损伤机制  神经根直接或间接损伤都会使神经轴突造成损伤[33-34] 。轴突损伤可分为原发性损伤和继发性损伤[35-36] 。原发性损伤指损伤发生后引起轴突水肿或破裂，机械牵拉作用于神经根后会引起轴突撕裂导致轴突回缩和内容物外流。继发性轴突损伤是指损伤发生后引起的渐进性或迟发性轴突损伤，如轴突细胞骨架变化。细胞骨架改变是由于细胞水解蛋白的释放，离子功能和线粒体功能失调引起的[37-41] 。牵拉会引起钠离子通道异常开放，引起轴突内钙离子浓度增高，其原因[42] ：①钙离子通过开放的钠离子通道进入轴突内。②钠离子膜电位改变引起轴突去极化导致钙离子电压门控通道激活。③钠离子内流引起钠钙离子交换活动增加。轴突内钙离子浓度增高会引起一系列细胞损伤，如磷脂酶、蛋白激酶激活，线粒体和细胞骨架破坏，激活第二信使系统[37-38,43] 。钙蛋白酶(Calpain)是一种钙离子依赖性非溶酶体。当细胞内钙离子增高时会引起钙蛋白酶的激活[44] 。损伤发生后15-30 min，钙离子介导的收缩-水解作用(spectrin proteolysis，CMSP)就开始发生[38] 。钙离子蛋白破坏轴突内收缩蛋白(连接膜与细胞骨架的重要蛋白)，同时破坏细胞内的微管亚单位[44] (tubulin, microtubule associated proteins，MAP-MAP2和neurofilaments)。因此钙离子浓度增高与轴突内细胞骨架破坏密切相关并导致神经轴突损伤[41-43] 。继发性轴突损伤导致细胞骨架破坏从而引起轴浆运输系统损伤。研究报道损伤发生几个小时内，由于细胞骨架的破坏发现顺行性轴浆运输破坏[41,43] 。损伤几小时后，才发现了轴突水肿。这些病理变化导致了局部破裂和连续性中断。"