脊髓栓系综合征(TCS)是由多种原因引起的，脊髓、神经被非弹性结构固定，在生长发育过程中圆锥被固定在低位，导致脊髓、神经损伤，并由此产生一些列神经功能障碍的综合征。而圆锥位置正常的TCS为隐匿性TCS。TCS的病因包括基因和染色体的异常、胚胎发育的异常、后天原因等。
一些作者通过动物实验和人类染色体与基因的研究表明，TCS与某些基因和染色体的变异有关。但是关于TCS的染色体和基因的研究并不多，而这些研究中大部分是病例报道，HLXB9基因突变的患者多伴有椎体和肛门的畸形，有60.87%HLXB9基因突变的患者被诊断为TCS，而这些患者中只有17.39%的TCS患者没有神经管缺损(NTD)。
Bassuk等人通过对4个家族的研究发现许多TCS患者都存在基因学的基础:22q11.2缺失可能会导致初级神经胚形成障碍，一些22q11.2上的TBX1基因发生错意突变的22q缺失综合征患者合并有TCS，说明TBX1基因可能是TCS相关基因，许多22q缺失综合征的儿童会出现严重的步态异常、便秘、小便失禁或者行走迟缓等神经损伤表现，而22q11.2缺失可以表现为不完全的外显率和多样的表现度，所以确认为22q11.2缺失的患者出现轻微的神经损伤表现的主要原因可能合并有TCS。21三体的母亲所生的孩子合并有神经管缺损的风险更大，21三体综合征的患者如果有TCS神经损伤的表现应该考虑TCS的可能。环状22号染色体、13q32三体、8三体和NF1也可能是导致TCS的异常变异，所以对于任何染色体异常的患者都应考虑是否合并有TCS。说明一些由于基因或染色体异常引起的TCS可能存在遗传性。
胚胎发育的异常
脊髓和椎管分别由胚胎时期的外胚层和中胚层发育而来，妊娠第18～28d开始外胚层增生形成神经板，并逐渐闭合形成神经管，第11周时骨性椎管闭合，第12周时脊髓延伸于整个椎管，其尾端和椎管末端相平，但在生长发育的过程中椎体生长发育的速度，即椎管增长的速度比脊髓增长的速度要快，由于头端是固定的，故逐渐出现脊髓向头侧“上移”的现象，一般圆锥上升开始于妊娠后第43～48周，每个月大约上移半个椎体水平，第4个月脊髓已达到骶椎以上，第5个月位于腰椎下端，第6个月脊髓圆锥到达L4、5椎体水平，25～33周时脊髓圆锥位于L1～3水平，出生时圆锥位于L1、2水平，但脊髓位于L2、3水平以上也认为是正常的，出生后脊髓继续移向头端，98%足月儿和非足月儿出生后1周圆锥达到L2水平，出生后1～6个月脊髓圆锥末端逐渐达到成人水平，即T12～L1椎体下缘水平(大约5%的成年人的圆锥位于L2水平)，一般上下不超过25px的范围。
如果在初级神经胚形成时有间充质细胞进入神经管的尾端或者在二级神经胚形成时有尾端细胞团块进入后神经孔，都会造成脊柱裂或者皮毛窦。脊髓圆锥尾部的细胞团退化与软脊膜共同形成终丝(成人终丝直径一般不超过2mm)，附着于第1～2尾骨膜背侧，终丝有固定脊髓的作用，从尾椎至S2水平长约5～200px的终丝位于硬膜囊下端，称为外终丝；S2水平以上长约375px的终丝位于硬膜囊内，成为内终丝。正常柔软纤细的终丝和齿状韧带对牵拉具有一定的缓冲作用，允许脊髓在生长发育过程中逐渐上移，但如果终丝变短增粗后，这种缓冲作用就减弱甚至消失了，当脊髓神经长期被过度牵拉，其血流、代谢和电生理功能等方面发生改变，进而出现一系列的TCS神经功能损害的临床表现。发育异常导致的TCS的病因包括脊柱发育畸形、椎管闭合不全、椎管内脂肪瘤、皮样囊肿、脊髓脊膜膨出、脂肪性脊髓脊膜膨出、脊髓发育畸形等。
氧化损伤机制
20世纪80年代到90年代的一些学者通过动物实验发现，缺氧、脊髓血供障碍、脊髓圆锥受到牵拉后还原型细胞色素α1，α3增加，即脊髓末端线粒体代谢率有所降低，而且脊髓圆锥的电位也随之降低或消失。其张力越大、作用时间越长，还原型细胞色素α1，α3水平越高，脊髓圆锥电位越低，即脊髓圆锥氧化代谢水平越低，而且其血流也会降低，神经损害也越严重，在脊髓受到牵拉后，其线粒体的氧化代谢功能下降，进而导致感觉和运动神经功能的损害。成人TCS多存在诱因，例如妊娠、分娩(保持长时间的截石位)、髋关节过度屈曲、长时间保持坐位或者体力劳动等都会导致脊髓受到牵拉，或者低位圆锥合并腰椎间盘突出症、椎管狭窄症、外伤或滑脱等疾病，也可以导致TCS临床症状的出现。
Yamada等人总结成年TCS患者的临床资料发现，可以将TCS的病因分为内因和外因:其中内因包括氧化代谢损伤以及结构异常，比如纤维组织与终丝粘连等，并认为氧化损伤越严重则患者的临床表现越严重，栓系松解术的预后越不佳；外部诱因包括外力或外伤等情况下突然拉伸脊髓，高频高强度的压迫脊髓，对活动受限的脊柱进行反复屈曲伸展运动，18岁之后快速生长的脊柱长期拉伸脊髓等。低位脊髓的患者在上述诱因的作用下便可以导致栓系症状迟发性发作。
隐匿性TCS的病因
一些TCS患者的圆锥处于正常的位置，这些患者为隐匿性TCS，其病因主要是终丝纤维化而失去弹性，正常有弹性的终丝在受到牵拉时有一定的线性延伸作用，脊柱尤其是腰椎在屈曲或伸展等运动时，终丝的弹性允许圆锥和终丝之间连接部分的适应这些活动，但如果腰骶部的病变改变了正常组织的组成成分和终丝的位置，终丝丧失了弹性，便会成为限制脊髓圆锥运动的“锚”，即形成栓系，最终导致神经功能的损伤。
而一部分患者虽然终丝外观正常，但终丝中存在浓密的胶原纤维，在显微镜下还可以看到脂肪细胞、透明样变性以及部分毛细血管扩张；另一部分患者的终丝外观是增粗的，其胶原纤维更加浓密，而且有大量的脂肪细胞浸润，透明样变性和扩张的毛细血管及中央管也更多。
以前认为终丝是没有功能的结构，但这种观念随着对TCS的研究而有所改变，20世纪初，学者通过动物实验和大体标本的解剖和染色证实终丝中含有神经元细胞、神经胶质前体细胞、神经胶质细胞、少突胶质细胞和由室管膜细胞排列的中央管结构，也有学者通过动物实验证实近端终丝中也是有灰质、白质、中央管等脊髓中的结构的。
对人类大体标本和胎儿的圆锥和终丝的研究发现，终丝除了含有结缔组织外，也含有室管膜细胞，该细胞拥有嗜酸性细胞质以及散在包含染色质的细胞核，同时也在人类的近端终丝中发现了神经细胞和神经干细胞、以及狭窄的灰质和白质。说明终丝的结构具有复杂性，并不是简单的纤维性胚胎发育的残留物，中远段的终丝也同样拥有复杂的三维结构，由5～20μm纵行的粗的1型胶原纤维组成，纤维之间存在3～10μm的由3型胶原纤维组成的横行间隔，起到连接作用，胶原纤维中含有大量的定向纵行弹性纤维，可见毛细血管，但罕有脂肪细胞。
终丝的这种弹性结构可以减少因脊柱生长、腰椎剧烈运动或外伤、分娩、腰椎椎管内病变等对脊髓的牵拉力，如果终丝增粗、弹性减弱或者远端脂肪变等使得终丝的弹性减弱或消失，则即使圆锥处于正常的位置，也会增加脊髓和神经的张力最终导致TCS。终丝有固定脊髓的作用，在机体活动尤其是腰部屈曲时，腰椎前凸减小，腰椎被拉直，脊髓会被向头端拉伸，但正常情况下由于有终丝固定脊髓，故脊髓向头端运动的幅度是有限的而且不会造成牵拉损伤；但如果终丝被切断，腰椎屈曲运动时没有限制脊髓向头端运动的结构，会大大增加脊髓向头端的运动，可能造成神经根的牵拉损伤。所以对于隐匿性TCS患者单纯切除终丝其预后并不理想，对于此类患者仍需要对脊髓和神经都进行减压才能得到理想的治疗效果。
其他
母亲妊娠早期病毒感染、叶酸缺乏、终丝发育异常、终丝增粗变短、终丝紧张、脊髓纵裂、脊髓脊膜膨出、椎管内畸胎瘤、椎管内脂肪瘤、OSD、脊柱侧弯或后凸等引起的TCS为原发性TCS；而修补MMC或其他椎管内手术术后、神经损伤、脊髓与硬膜囊或瘢痕组织粘连等引起的TCS为继发性TCS。由于术后的瘢痕组织通常会与脊髓、神经粘连，瘢痕收缩牵拉脊髓和神经，并导致损伤，最终导致TCS的发生。
