脊椎骨是身體的中軸骨骼是支撐人體直立的重要骨性結構，之前我們在活動度與穩定度的文章中有提過這兩者是相互依存的，請參考：能動能靜，相互依存的穩定度與活動度。從關節的角度來說，沒有一個關節是絕對活動或是絕對穩定的，關節本身都需要具備一定程度的活動度與穩定度。脊椎扮演著保護脊髓這個中樞神經系統的一個角色，同時也負責支撐與連結上下肢的功能。因此脊椎的穩定性是很常被討論的。在談論關於脊椎穩定的諸多理論中，Panjabi 這位下背痛大師的理論算是最著名的。今天就透過這篇文章向大家介紹一下一些他的概念以及一些關於脊椎的小知識。
基礎解剖學 Basic Anatomy
脊椎方面特別容易產生疼痛的大概就屬頸椎與腰椎，然而這不代表問題的產生就來自這兩個地方，根據關節相鄰假說，相鄰關節之間彼此是會互相影響的。所以頸椎或腰椎這兩個相對穩定的關節出現問題，有可能是從缺乏活動度的胸椎所導致。在這邊的解剖學我們以腰椎為主，雖然整個脊椎自上而下分為 7 節頸椎、12 節胸椎、5 節腰椎、5 節薦椎與 4 節尾椎（在成人身上薦椎與尾椎基本上就已經融合了），各自具有一些特別的屬性，但大概念上不會有太大的差異。
脊椎的功能單位 Functional Spinal Unit
一般而言我們會將上下兩節的脊椎 Vertebral body、中間的椎間盤 Intervertebral disc 與相鄰的小面關節 Facet 稱為脊椎的功能單位。透過這個功能單位產生脊椎的屈曲、伸展與旋轉。從下面這張圖也可以看出最主要負責支撐的是脊椎的椎體本身。
Figure from Internet
前柱、中柱、後柱 Denis Classification of Spinal Column
Denis 又將脊椎分為三個不同的柱體部分（Column），分別是前中後三大部分。藉由這三大部分共同組成脊椎的穩定結構，然而這只是骨性結構或非收縮性的結構所帶來的效益。
Figure from Internet, orthobullet
Anterior Column 前柱 前縱韌帶 Anterior longitudinal ligament 與前 2/3 的脊椎體
Middle Column 中柱 後 1/3 的脊椎體以及後縱韌帶 Posterior longitudinal ligament
Posterior Column 後柱 所有位於中柱以後的結構，包含骨性結構（椎根 pedicles、椎板 Lamina、小面關節 Facet 、橫凸 Transverse process、棘凸 Spinous process等等）與後側韌帶複合體 Posterior ligamental complex（棘上韌帶 Supraspinous ligament, 棘間靭帶 Interspinous ligament、關節囊 Capsule 與黃韌帶 Ligamentum flavum 等等）
Figure from Internet
而在 Denis 的這個分類系統中，也有提到不同種類的脊椎骨折。一般來說超過兩個以上的 Column 受傷，特別是相鄰的部位受傷很容易造成不穩定。而三個 Column 當中，中柱的受傷是要特別注意的，單純的 Posterior column 受傷是不足以造成顯著的不穩定。
事實上脊椎的穩定性或分類也不單純只有 Denis 這樣的分類方式，今天的主角 Panjabi 也有提到將脊椎分為前後兩個部分，並且根據其他的一些指標來判斷臨床上脊椎的不穩定。前測結構包含了後縱韌帶 Posterior longitudinal ligament 與前前測的所有結構。透過下面的表若分數大於 5 分則代表有臨床意義上的腰椎不穩定。
Figure from Panjabi, 2013, Ref (4)
三大子系統 Three Subsystems
從這邊開始就是要講述 Panjabi 的這個脊椎穩定模型。這個穩定性構築的概念其實可以通用到身體所有的部位。脊椎的穩定性來自三大系統：被動子系統、主動子系統與控制子系統。
被動子系統 Passive component
這個系統泛指所有無法收縮的結構，除了我們的骨性結構以外還包括了韌帶。被動子系統在我們終端關節角度的穩定性中扮演很重要的腳色。前面我們所提到的基礎解剖學主要是在探討這方面的問題。事實上，單純考量骨頭本身的強度的話，在 L5 和 S1 之間所能夠維持的重量大約只有 9 公斤，但實際承受的重量卻遠大於此，剩下的穩定支撐性就來自於下面的主動子系統。
主動子系統 Active component
主動的子系統就是所有收縮性的組織，有就是我們的肌肉與肌腱。而這些結構又可以往下做分類，常見的分類法有：
動作肌與穩定肌 Mobiliser and Stabiliser
淺層肌肉與深層肌肉 Superficial and Deep Muscles
廣泛肌群與小肌群 Global and Local Muscles
透過主動子系統的介入，可以和被動子系統相輔相成，提供脊椎一個完整的穩定性。從下面那張圖我們可以看到，怎樣會是一個很穩定的球呢？A 圖的支撐桿子也就是脊椎本體的被動結構是正常的，B 圖相對來講有較強的穩定結構，所以都不至於會產生凹折，但是在 C 圖就可以看到相當不穩定，雖然有好的柔韌性，但是感覺一副要斷要斷的，這可能是骨性結構受傷之後的結果。如果要改變這個狀態，其中一個方式就是訓練肌肉，也就是 D 圖中的那一條條的纜線固定。這個纜線怎麼拉，是不是左右兩邊同時出力，也會影響到整體的穩定性，而這個重責大任就是由下面的控制系統來執行。這邊的主動子系統在多數的文獻中都會以核心來做一個闡釋，關於核心請參考：什麼都練核心，那什麼是核心肌群？。
Figure from Panjabi, 2013, Ref (4)
控制子系統 Control component
肌肉的動作是需要神經進行支配，而控制的子系統就是指我們的神經系統。神經系統可以分為中樞神經與周邊神經，也可以由訊息的輸入與輸出分為感覺神經與運動神經。神經的控制需要有良好的訊號輸入，配合中樞系統好的動作控制，再由周邊運動神經進行訊息的輸出達到好的控制。只要這些環節中有一個地方出錯，就會大大影響到整體的控制能力。
脊椎穩定功能性模型
當人體在執行動作時，身體中的一些機械受器會感知位置與負荷，因而有了對於穩定的需求。當這個訊號藉由神經系統傳入肌肉時，就會產生力量的輸出，力量輸出這些受器會去監控力量的產生是否合宜，太多或太少都會進行調整。上述所提到的一些受器可能從在於韌帶或是肌腱上的機械受器，所以從這個角度來說，這些富含受器的結構也是控制系統的一環。
脊椎失能模型
當有受傷或是退化的狀況產生時，被動的穩定性和主動的穩定性都可能下降，原因來自於這些的傷害，而這個時候為了達到原有的穩定性，神經系統會出來調控，強化原本剩有的這些穩定結構的能力。然而這樣的做法如果超出這些結構的負荷，則可能加速退化的產生與不正常的幾受施力導致後續的失能與疼痛。
從上面就可以看出，這是一個動態調整的過程，被動系統的缺失可以由主動系統透過控制系統來進行代償。而主動系統的缺失例如肌力的下降也可以透過被動系統的一些適應性改變來彌補，例如骨刺的生成就會降低整體的活動度，變相也是增加被動結構的穩定性。
在 2013 年也有學者將穩定度和活動度同時納入 Panjabi 的這個模型當中，代表著這三個子系統同時都負有穩定性與活動性。Dr. M 個人蠻喜歡這樣的延伸，因為脊椎之所以要分節，就是希望能夠做出節與節之間的動作，所以不只應該有好的穩定度，也需要有好的活動度。
Figure from Hoffman et al., 2013, Ref (3)
中立區間 Neutral Zone
中立區間是 Panjabi Model 中的另外一個特色，意指在中立位置 Neutral position 附近的一個區域，在這個區域內受到的阻力是非常小的。
名詞解釋
首先先介紹一些基本的名詞解釋，讓大家比較了解 Neutral zone 的概念與應用。
中立位置 Neutral position Panjabi 中立位置指的是脊椎內在壓力最小且維持該姿勢所需的肌肉力量最少的位置。
活動角度 Range of Motion ROM ROM 的定義是從中立位置 Neutral position 起算，脊椎之間的生理性活動範圍。
彈性區間 Elastic zone 彈性區間是指超出了 Neutral zone 到末端 ROM 的這個角度範圍，在這個範圍內的阻力是非常大的，而且會越來越大（儘管改變的角度小，但增加的阻力越來越大）。
Figure from Panjabi, 1992, Ref (2)
讓我們用另一個圖像化的方式來理解 Neutral zone 的意義，用一個碗或杯子來做比喻可能會比較了解。下圖左是一個類似高腳杯的結構，Neutral zone 是非常窄的，旁邊的杯壁很高，所以這顆球的滾動範圍很小，因為只有杯底一點點的區間是阻力很小的。然而下圖右邊的碗就可以很明顯看到 Neutral zone 很大，所以球就很容易些出去。一但超出了我們生理性的 ROM 就容易會有疼痛或受傷產生。
Figure from Panjabi, 2003, Ref (4)
Neutral Zone 和傷害的關聯性與應用
在 Panjabi 的文獻中有提到一般而言傷害的產生會造成 Neutral zone 變大，因為 Neutral zone 的決定是沒有考量到主動收縮性結構，所以當組織產生傷害，被動結構受傷的時候就可能造成這樣的影響。
Figure from Panjabi, 1992, Ref (2)
Neutral zone 相對於 ROM 可能更適合作為受傷後的指標，在某些傷害的狀況下可能只有 Neutral zone 的改變而沒有 ROM 的改變，對於兩者都改變的傷害來說，Neutral zone 的改變比 ROM 更加明顯。Neutral zone 變大會造成什麼結果呢？下圖 A 是正常狀況下，我們的 Neutral zone 在無痛區間的範圍內，也就是說超出 Neutral zone 後阻力的迅速提升可以相當程度的避免疼痛的產生。然而在下圖 B 中可以看到 Neutral zone 已經比 Pain free zone 來得大，也代表脊椎很容易一不小心就觸碰到疼痛的邊界而產生症狀。
Figure from Panjabi, 2003, Ref (4)
那如果已經發生改變了那怎麼辦呢？上圖 C 使用的方式就是手術進行固定，也就是所謂的 Fusion，直接透過外在的方式進行固定，當然另一種方式就是透過骨刺的生成來達到穩定性的強化但同時也可能喪失了活動度。那還有沒有別的解法呢？當然有，就必須要從我們的主動子系統下手。
Neutral Zone 與肌肉
上面其實我們已經有提到可以透過訓練主動系統與控制系統的協調來提供被動系統缺失的穩定度。而在 Panjabi 的研究中也發現你的 Muscle 的能力越好， Neutral zone 的 size 也會越小。Panjabi 認為 Neutral zone 的組成一樣有被動與主動的成份，雖說研究只能做出被動的部分，但他認為主動的結構，透過肌肉本身的張力影響 Neutral zone 的方式應該和被動差不多。
Figure from Panjabi, 1992, Ref (2)
但就算靜態時肌肉本身的張力佔據比較小的因素，我們也可以想成即便 Neutral zone 沒有發生改變，但是透過肌肉的協助，我們可以有意識或是經過訓練後無意識的去控制肌肉達成穩定性的需求。如同下面那個圖一樣，在球的四周圍附著上肌肉的彈簧，加強他的穩定性，讓這個球不至於會很容易掉出這個碗。
Figure from Panjabi, 2003, Ref (4)
訓練上的應用
看到這邊應該對於我們在處理不穩定相關問題時會一在強調訓練的原因了吧！已經受損的結構若無法直接修補，那可以透過訓練肌肉與神經的控制達到一樣的效果。而很重要的一點是骨性結構的傷害很可能伴隨有主動系統與控制系統的缺失，因為韌帶與肌腱中都含有一些機械受器，可以傳遞一些本體感覺相關的訓後。再者，純粹的骨性結構損傷不常見，或多或少都會伴隨相鄰組織的問題。
受傷後不需要開刀
並非所有的傷害都需要開刀，例如椎間盤的突出或是輕度的滑脫等，第一線的治療方式都是採用保守治療。或許影像學上不會看到顯著差異，但是透過訓練可以強化主動與控制系統，同樣可以滿足穩定度的需求。
開刀後復健
如果單靠訓練無法改善或是臨床上有顯著的不穩定時，就必須要考慮開刀，例如已經達到三級以上的滑脫。但開刀也不能完全解決結構的問題，所以仍舊需要透過訓練來彌補。
開刀後不復健
不要認為開刀後就一勞永逸，因為其他結構有很大的機率有功能上的缺失，如果只開刀不復健是無法提供良好的穩定性。單純開刀也很難進行 100% 的修補，所以不論開刀與否，復健訓練都很重要。
總結
透過介紹 Panjabi 對於脊椎穩定的理論，希望可以讓大家更了解穩定度與活動度之間的關係，以及穩定度的組成不僅僅只是結構的問題。在處理上要特別小心，不要以為結構完整了就沒事了，裡面可能潛藏很多的問題。中立區間的概念也是非常重要的，巨觀角度下的關節活動度沒有異常，不代表中立區間沒有擴大，擴大的中立區間是更容易產生後續的傷害。而無論手術與否，復健訓練都是必要的。
Dr. M 我們下次見！
References
1. Panjabi MM. The stabilizing system of the spine. Part I. Function, dysfunction, adaptation, and enhancement. Journal of spinal disorders. 1992;5:383-.
2. Panjabi MM. The stabilizing system of the spine. Part II. Neutral zone and instability hypothesis. Journal of spinal disorders. 1992;5:390-.
3. Hoffman J, Gabel P. Expanding Panjabi’s stability model to express movement: A theoretical model. Medical hypotheses. 2013;80(6):692-7.
4. Panjabi MM. Clinical spinal instability and low back pain. Journal of electromyography and kinesiology. 2003;13(4):371-9.
