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(一)发病原因
腰椎小关节由上位椎体的下关节突与下位椎体的上关节突所组成。关节面被透明软骨覆盖，具有一小关节腔，其周围有关节囊包绕。关节囊松而薄，内层为滑膜，能分泌滑液，以利于关节的活动。
当腰椎受到过大的垂直负荷应力或是腰椎过分旋转的剪力作用时，小关节容易发生损伤性滑膜炎，导致关节面软骨营养不良，软骨表面变薄、出现裂隙，关节面不平整。软骨下的骨松质也会发生退行性改变，骨质变硬。关节囊在承受超负荷应力或剧烈旋转应力后可以撕裂，并形成纤维瘢痕化。当椎间盘退变，椎间隙变窄时，可致小关节囊松弛，直接造成小关节半脱位。
(二)发病机制
腰椎小关节的关节囊由纤维结构和滑膜两层组成。滑膜上有丰富的血管和神经。分布于小关节突的神经为脊神经后支，后支分为内、外侧支，两支又均有小的分支，形成一种很丰富的神经结构，即小关节感受器。当滑膜受到机械性或化学性刺激时，便产生明显的疼痛。腰段的关节面排列近似矢状面，前方有黄韧带加强，后方有部分棘间韧带加强，腰椎的旋转活动受到小关节突的限制。当腰椎小关节突遭到旋转暴力时，很容易发生损伤。脊柱屈曲50°～60°时，损伤主要发生在腰段。腰前屈时，小关节分离。腰后伸时，小关节会聚。椎体发生扭转时，小关节一侧合拢，另一侧张开。人到成年后，椎间盘、韧带等组织均发生不同程度的退行性改变，如果在没有充分准备的情况下，突然做脊柱旋转活动如腰部扭转、弯腰取物、扫地等均会因椎体及椎间组织在不稳定状态下承受较大的力，而使小关节咬合不良或错位。腰5的活动范围较大，容易发生小关节张开。当其张开时，小关节腔内的负压增加，关节囊滑膜被吸入、嵌夹，形成小关节滑膜嵌顿。
近来有人通过对腰椎后关节内“半月板样结构”的解剖和组织学研究，认为该结构可能是腰椎小关节滑膜嵌顿及小关节综合征的结构基础。该结构的神经末梢可能是一种伤害性感受器(nociceptive receptors)，当半月板样结构本身受到卡压刺激时，便会产生疼痛。