病因学
神经管缺陷来源于基因因素与环境因素间的复杂相互作用。[24]叶酸的有效预防以及特定种族和民族中神经管缺陷的高发生率得到了印证。例如在美国，与其他族裔人群相比，西班牙裔移民夫妇孕期发生神经管缺陷的风险增加了3倍。[25]相比之下，美国出生的西班牙裔夫妇孕期发生无脑畸形的风险仅仅增加了2倍，而脊柱裂发生风险与非西班牙裔族群相似。[26]育有脊柱裂患儿，既往有神经管缺陷妊娠或本身为女性脊柱裂患者，其再次妊娠娩出脊柱裂患儿的风险是一般人群的30倍。[3][27]此外，对于兄弟姐妹罹患脊柱裂的儿童，罹患神经管缺陷的风险是一般人群的两倍。[28]
第18号染色体三倍体、13号染色体三倍体、22号染色体长臂缺失综合征（又被称为颚心面综合征）为并发于神经管缺陷染色体的异常表现。[3][27]其他已知危险因素包括母体肥胖、母体糖尿病、产前暴露于某些药物，如丙戊酸、卡马西平、异维甲酸及甲氨蝶呤。[29][30]即便母体营养状态得到调整，低社会经济地位亦可成为导致神经管缺陷的危险因素。[31]此外，母体体核温度于孕期开始3个月内升高2°F或2℃(缘于蒸汽浴或热水浴导致发热)被证实可增加神经管缺陷风险。[32]
临床最为重要的减少脊柱裂发生的一个保护性因素为母体摄入叶酸。维生素缺乏与神经管缺陷之间的相关性于 1976 年被首次发现。[33]后续研究发现补充叶酸可减少既往孕育脊柱裂患儿的家庭再次孕育脊柱裂患儿的风险。[34][35]叶酸强化项目的观察性研究表明叶酸可降低神经管缺陷的发病率。[12]据估计，若母体叶酸摄入根据公共健康建议达到最佳化条件下，神经管缺陷可减少50%~70%。[17]母体维生素B12摄入不足与神经管缺陷风险增加相关。[36]
神经管缺陷被认为源于叶酸参与的代谢通路中代谢四氢叶酸及5-甲基四氢叶酸的酶发生异常所致。[24]叶酸依赖代谢通路参与一碳单位转移，为核苷酸合成和甲基化及高胱氨酸向甲硫氨酸的再甲基化所必需。目前研究对象包括几种叶酸受体基因，包括依赖维生素B12的编码叶酸受体、5,10-亚甲基四氢叶酸酯还原酶、甲硫氨酸合酶、甲硫氨酸合酶还原酶的基因。对参与叶酸高胱氨酸代谢的基因亦进行了说明。[24][37]
虽然目前叶酸受体基因受到了极大的关注，针对影响母体危险因素，如肥胖及糖尿病等备选基因的研究是令人鼓舞的。3种与葡萄糖代谢及肥胖相关的基因被证实与脊柱裂易感性增加存在关联。[38]脊柱裂的基因学基础为多因素的及具有异质性的。
病理生理学
导致神经管缺陷的畸形发生于胚胎形成时期，常不晚于受精后第26天。中枢神经系统通过两种不同的途径形成。第一种是原始神经胚胎形成，指神经盘内陷入神经管，并随后形成胎脑及脊髓。第二种神经胚胎形成指低位脊髓形成，生成腰段及骶段。神经盘开始第一次卷曲融合形成神经管（受精后第17~ 23天），上述过程一旦被中断可引起最为严重的神经管缺陷-颅脊柱裂。延髓神经孔闭合发生于受精后第23~ 26天，该胚胎发肓阶段若被打断可引起无脑畸形。骶神经孔闭合发生于受精后第26~30天，该过程若被打断可引起脊髓脊膜膨出。[3]
与引起局限性脊柱病理性改变的闭合型神经管缺陷不同，脊柱裂及其他开放型的神经管缺陷可随神经发育进展，并可上溯至胚胎形成阶段，可累及包括脑在内的神经系统的全部组成部分。例如，就脑积水而言，位于脊柱的开放性病变可使脊髓内压力低于颅内压，导致后脑疝出及小脑扁桃体下疝畸形，并进一步改变脑脊液流体学，最终造成脑积水。[39]另一种理论认为，由于中胚层发育不完全影响神经管闭合及中枢神经系统压力导致脊柱闭合不全，脊柱裂为胎儿进展性脑积水的表现。[40]位于胎脑端脑及导水管的神经上皮或室管膜发生剥蚀被证实先于小脑扁桃体下疝畸形及脑积水发生。由于剥蚀区域无法重建细胞功能，有假说认为发生脑室系统的细胞排列异常引起永久性脑病理性改变。最后，弥散张量成像证实儿童病例中连接脊髓的传导束白质发育异常，这可以解释常并发于脑积水的特异性学习障碍、执行功能障碍、注意缺陷。[41]与脊髓脊膜膨出相关的脑异常包括胼胝体发育不全、脑叶发育不全、多小脑回、灰质异位和颅内囊肿以及脂肪瘤。
分类
脊髓神经管缺陷[1][2][3]
开放性脊柱裂（无皮肤覆盖）
脊髓脊膜膨出：脊膜及脊髓均膨出。
[Figure caption and citation for the preceding image starts]: 脊髓脊膜膨出新生儿图片由Greg Liptak提供并经允许后使用 [Citation ends].
[Figure caption and citation for the preceding image starts]: 脊髓脊膜膨出图片由Greg Liptak提供并经允许后使用 [Citation ends].并发脑积水及Ⅱ型小脑扁桃体下疝畸形。脊髓裂：脊膜及脊髓成分疝出。特征性表现为扁平、盘状组织混乱的神经组织团块。
脊膜膨出：脊膜而非脊髓成份疝出。
[Figure caption and citation for the preceding image starts]: 脊膜膨出图片由Zulma Tovar-Spinoza提供并经允许后使用 [Citation ends].
闭合型脊柱裂（被皮肤覆盖）
并发背部可见的异常表现，如非对称性胶质褶皱或凹陷、血管瘤、被毛斑块或其他皮肤表现的脊柱裂。上述病变亦被称为隐匿型脊柱闭合不全。
[Figure caption and citation for the preceding image starts]: 脊髓磁共振成像检查显示脊髓栓系图片由Nienke P. Dosa提供并经允许后使用 [Citation ends].
[Figure caption and citation for the preceding image starts]: 脊髓脊膜囊肿图片由Zulma Tovar-Spinoza提供并经允许后使用 [Citation ends].脊髓囊状膨出：发生于脊髓中央管的多发连续性囊状病变，并发泄殖腔外翻。
脂性脊髓脊膜膨出、脂性脑膜膨出、脂性脊髓囊肿状膨出：并发脂肪瘤的闭合型病变。
先天性脊髓栓系：脊髓低位末端经异常结构连接于脊柱或皮下组织。常并发低位圆锥（低于L2~3间隙）
脂肪终丝末端：位于脊髓末端的脂肪瘤。
终丝增厚：于脊髓末端增厚。
脊髓纵裂：位于脊柱内的纤维条、骨、或软骨，常并发脊柱分裂。
脊髓空洞症：脊髓中央管扩张。可引起脊柱侧凸、上肢乏力、麻木，并发脊髓栓系及分流异常。
皮肤窦道：连接椎管及皮肤的通道。
隐匿型脊柱裂（经皮肤覆盖，背侧可无可见异常表现）
仅有脊柱融合缺陷而不累及脊柱，无显著临床表现。于人群中10%~15%个体经影像学检查偶然发现。
脑神经管缺陷[1][2][3]
无脑畸形：全部或部分脑及颅盖骨缺如。多数无脑畸形胎儿自然流产，少数存活至婴儿期。
枕骨裂脑露畸形：枕部神经管异常或不完全闭合，导致脊部及躯干翻转，终生不愈。
脑膨出：颅盖骨缺陷并发脑膨出，常发生于枕部。枕部脑膨出并发智力障碍、脑积水、痉挛状态及癫痫发作。位于额部的脑膨出病例预后相对较好。
颅部脑膜膨出：颅盖骨缺陷伴脑膜膨出。
脑及脊髓神经管缺陷[1][2][3]
颅脊柱裂：伴发脊柱连续性骨性缺陷的无脑畸形，终生不愈。
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