(一)發病原因
確切病因尚不清楚，可分為先天發育異常性和繼發性脊髓空洞症兩類，後者罕見。
1.先天性脊髓神經管閉鎖不全：本病常伴有脊柱裂、頸肋、脊柱側彎、環枕部畸形等其它先天性異常支持這一看法。
2.脊髓血液循環異常引起脊髓缺血、壞死、軟化, 形成空洞。
3.機械因素：因先天性因素致第四腦室出口梗阻，腦脊液從第四腦室流向蛛網膜下腔受阻，腦脊液搏動波向下衝擊脊髓中央管，致使中央管擴大，並衝破中央管壁形成空洞。
4.其他，如脊髓腫瘤囊性變、損傷性脊髓病、放射性脊髓病、脊髓梗死軟化、脊髓內出血、壞死性脊髓炎等。
(二)發病機製
1.先天性病因 大體有四種學說：
(1)Gardner的流體力學理論：1958年開始，Gardner報道了大量Chiari Ⅰ型畸形伴脊髓空洞症的病例，他推測由於枕大孔區的梗阻(先天畸形或蛛網膜炎等)，使腦脊液不能從四腦室流出，腦脊液在脈絡膜叢動脈源性搏動的作用下，就會不斷衝擊脊髓中央管，使其擴大，並破壞中央管周圍的灰質，形成空洞。手術中也發現四腦室與中央管是交通的;部分病人腦室造影時，可觀察到造影劑經四腦室進入中央管;經皮膚穿刺向空洞內注入空氣，氣體也可溢入四腦室;而且空洞內液體蛋白含量低，與腦脊液相似。但也有不同意見：部分病人在造影、手術及屍檢中未發現四腦室與中央管的交通;腰穿注入造影劑雖不流入四腦室，但空洞可顯影;部分空洞與中央管分離，並且是多房的。有的學者計算了脈絡叢動脈源性搏動的壓力，發現壓力很小，不可能造成空洞。另外此學說無法解釋延髓空洞症的產生。
(2)Williams的顱內與椎管內壓力分離學說：1969年以來，Williams進行了一係列研究，對腦室、空洞及蛛網膜下腔做了壓力測定。認為人在咳嗽，打噴嚏及用力時，可引起顱內及椎管內靜脈壓上升，使腦脊髓蛛網膜下腔的壓力隨之升高，此時正常人是通過腦脊液在蛛網膜下腔的往返流動來平衡的。而有小腦扁桃體輕度下疝的病人，由於腦脊液循環障礙，就出現了壓力的不平衡。Williams發現在咳嗽初期，腰部蛛網膜下腔的壓力高於基底池，以後則相反。由此他推測小腦扁桃體可能有活瓣作用，當脊髓蛛網膜下腔壓力升高時，腦脊液可上推下疝的扁桃體而流入顱內;隨著脊髓蛛網膜下腔壓力的下降，小腦扁桃體再度下疝，使腦脊液不能回流，造成顱內壓增高，促使腦脊液從四腦室向中央管灌注，這是顱內與脊髓、中央管與脊髓外產生的壓力差，Williams稱為腦脊液壓力分離。這個壓力差反複間斷地作用很多年，就可以形成交通性脊髓空洞症。通過空洞穿刺及動物實驗也發現空洞內壓力高的特點。部分病人在咳嗽用力時，也有症狀加重的臨床報道。脊髓空洞症病人中央管與空洞的交通不是一直開放的，由於枕大孔處組織反複受壓及其他原因，可以關閉。由此在空洞的進展上提出了腦脊液衝擊理論，在枕大孔明顯受壓的病人，當咳嗽等用力時，脊髓蛛網膜下腔的壓力突然升高，由於不能向顱內傳遞，就向脊髓內空洞傳遞，因空洞的開口被關閉或有活瓣作用，空洞內液體不能流入顱內，就向上麵中央管旁的灰質衝擊，久而久之，空洞逐漸向上擴展，並在脊髓空洞的基礎上形成延髓空洞。由此說明延髓空洞不可能單獨存在，此點與臨床觀察相符。
(3)腦脊液脊髓實質的滲透學說：1972年Ball在脊髓空洞症的屍檢中發現脊髓實質內血管周圍間隙的明顯增寬，他在空洞內注入墨汁可沿血管周圍間隙擴散，並在局部形成一些小池，特別是脊髓背側白質明顯。由此推測由於枕大孔區畸形，靜脈壓及脊髓蛛網膜下腔壓力反複一過性的升高，長期作用於脊髓，使血管周間隙逐漸擴大，腦脊液由此滲入而形成空洞。1979年Aboulker提出神經軸突組織是能透過水的，腦脊液可沿神經組織向脊髓內滲透。臨床上也有報道術中確實證實四腦室與中央管無交通的病人，在延遲腦脊液造影像上空洞可顯影，而且部分空洞遠離中央管，多偏在靠近脊髓表麵最近的後角部分等。
(4)循環障礙學說：Netsky在脊髓空洞症病人屍檢中發現髓內有血管異常，特別是後角明顯。他推測隨著年齡的增長，異常血管周圍可發生循環障礙而導致空洞。脊髓對腦脊液的灌注或衝擊的損害有保護性機製，膠質纖維增生，這些纖維會影響脊髓實質的血液供應，缺血可能是空洞產生及進展的原因之一。脊髓實質(主要在後角)先天性異常並不是發病的惟一因素。脊髓後角先天異常，加之枕大孔區畸形及靜脈壓等因素，使腦脊液很容易從先天異常側的脊髓後根侵入，在局部形成空洞，隨著空洞的擴展可與中央管交通，繼之中央管逐漸擴大，最後可與四腦室相通。
2.後天性病因 多由脊髓腫瘤、蛛網膜炎及外傷等因素引起。外傷可使脊髓中心部壞死，造成滲出液及破壞產物的積聚，使滲透壓升高，液體瀦留，由於髓內壓力升高，可破壞周圍組織，使空洞逐漸擴大。動物實驗中發現，在切斷的脊髓斷端附近出現一些微小囊腫，由此可推測這些囊腫的破裂、彙合可能是空洞形成的原因。對於蛛網膜炎後的脊髓空洞症，主要由於缺血及靜脈栓塞造成。脊髓腫瘤引起的脊髓空洞症主要與腫瘤細胞分泌蛋白性液體有關。
脊髓空洞症發病機製複雜，枕大孔區畸形或梗阻是導致空洞形成的重要因素之一。由於每個人的病因、體質及機體代償能力的不同，空洞的形成和發展也各不相同，所以應根據臨床特點及病期的不同，進行不同病因探討及綜合分析。
脊髓空洞症多發生於頸段及上胸段的中央管附近，靠近一側後角，形成管狀空洞，可延續多個脊髓節段，並不一定與中央管相通。在脊髓橫斷麵上，可見空洞腔占據了大部分的髓質，前角背側也可受累，前後連合結構常被破壞。隨著空洞腔的進一步發展，後角也可受累、甚至包括後索的腹側。空洞可局限於脊髓的一側，也可占據兩側。空洞形狀不一，在脊髓同一平麵有可能存在多個空洞腔，它們可相互隔開，也可互相聯通。此症有的與延髓空洞同時存在。空洞向上有延至腦橋與中腦者。腰段以下空洞症較少見。少數情況於脊髓末端見有小的空洞，並且與脊柱裂共存。
脊髓受壓變性常是空洞擴大之必然結果。空洞部位脊髓呈梭形膨隆，顏色變淡，軟膜血管減少。空洞可位於中央或偏於一側，或偏於前或後，使脊髓灰質、側索、後索受壓變性。空洞之壁光滑，為增生的膠質及趨於變性的神經纖維，顏色變白，周圍的神經纖維呈現水腫。晚期脊髓空洞巨大者，脊髓組織菲薄，可造成椎管腔的梗阻。
依照病理狀況，脊髓空洞症可分為兩種類型：一類為交通性脊髓空洞症，即脊髓空洞與第四腦室、蛛網膜下腔腦脊液相交通，常合並小腦扁桃體下疝Ⅰ型與Ⅱ型畸形。它可能係生長發育過程中的某些異常因素的作用所致，例如脊髓中央管可能在較高的腦脊液壓力的作用下，液體不斷滲漏入周圍神經組織，使之發生持續性擴張而形成本病;另一類為非交通性脊髓空洞症，空洞與腦脊液循環通路不相交通。它的形成與髓內腫瘤、外傷性截癱和一些變性疾病有一定關係。
