脊柱退变的生物力学课件

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1、脊柱退行性疾病的生物力学脊柱基本力学概念弯曲指一个结构不直接在受力点支撑载荷时产生的形变。弯曲凸面的纤维受到张力而延长，凹面的纤维受到压力而缩短。偏心–轴向负荷中心-弯曲中心-弯曲压缩作用力使物质纤维聚集在一起。脊柱压缩负荷主要集中在椎间盘，它的作用类似于减震器。蠕变无负荷–承载开始时–承载1小时后物体在持续负荷下发生的逐渐的永久形变。力－可改变物体的静息状态或运动形式，脊柱在正常状态下同时手多个力的作用，力的单位为牛顿或磅。载荷－用来描述力的施加及物体的运动。在研究脊柱生物力学时，载荷是一个模糊的概念，尽管如此，

2、载荷被广泛用于描述压力、旋转力、张力和剪力。载荷的单位是牛顿及千克。力矩－一对大小相等而方向平行相反的力，相距一定距离，作用于同一个物体，结果产生扭力。单位为牛顿米（或英尺磅）离偶和力矩的概念相同。长时负荷所致形变-负荷减少但形变保留弛张－指作用于一个物体的外力解除后，物体恢复到早期的平衡状态。剪力－平行于所作用物体表面的力。剪力可引起半脱位。张力－使物体拉长或使物体纤维扯断的力。扭转－一对作用于物体长轴的旋转力（扭力），彼此平行但方向相反。脊柱的作用包括：保护脊髓、神经根、以及胸、腹部的内脏器官。提供屈伸运动功能

3、。脊柱是一种可屈性的多节段结构体。它可以在六种自由度上允许较大范围的运动，这些运动包括：屈曲（FLEXION即向前弯曲)、伸展（EXTENSION即向后弯曲）、左右侧屈及左右旋转。在日常生活中这些运动往往是复合性的。例如，弯腰从地面上捡起一只铅笔的动作就是屈曲、侧弯和旋转运动的组合。作为支持和平衡结构维持身体的直立。脊柱是头颅、肩部和胸廓的轴向承载体。然后上部躯体的重量再通过骶骨和骨盆分布到两个下肢。脊柱起到在冠状和矢状面上维持身体重力平衡的作用。通过这种作用可减少椎旁肌肉的工作量，消除肌肉疲劳和背部疼痛。图示六个

4、自由度上的运动为了完成上述功能，脊柱既要坚强又要柔韧（灵活）脊柱通过下列特性实现对轴向负荷力（身体重量）的承载：在矢状面上的前凸与后凸。从C1至骶骨，脊椎体积逐渐增大。椎体是脊柱的承重结构，从C1至骶骨每一脊椎的承重量依次递增。椎间盘的大小亦相应增加，在腰椎部位达到最厚、最大。改变矢状面上后凸和前凸的曲度。多个运动节段。运动节段是脊柱的功能单位。运动是依靠椎间盘和两个关节突关节而实现的。通过多个运动节段的协同作用，脊柱可在六个自由度上完成较大范围的活动。运动节段（黑线内所示）是脊柱的功能单位。脊柱运动依靠椎间盘和关

5、节突关节而实现。重力线在冠状面上，正常脊柱位于背部的中央。脊柱垂直，保持上部躯体在骨盆之上呈居中位。在矢状面上，脊柱位于胸腹腔脏器的后方。为了代偿这种偏后的位置，脊柱形成前凸和后凸曲线。这些弯曲有助于维持脊柱在矢状面上的平衡。从侧面观，身体的重力线走行于耳廓和股骨头之间。该线穿过颈椎中部、胸椎前方，然后再通过腰椎中部止于股骨头。脊柱各节段在轴向面上的位置脊柱的四个弯曲与其四个节段相对应。脊柱轴向位置的节段包括颈段、胸段、腰段和骶尾段（一般被称做骶段）。颈段(CERVICAL)：颈椎支撑头颅。颈椎中央部邻近重力线，占

6、居颈部的后1/3。胸段(THORACIC)：胸椎弯曲位于胸腔的后1/4，为前方的纵隔、心脏和大血管，以及双肺留出空间。腰段(LUMBAR)：腰椎承载上部躯体（头、颈、肩及胸廓）的重量。腰椎位于腹腔后半部近中央处。骶段(SACRUM)：骶椎向后翘起，为盆腔器官（膀胱、生殖系统、直肠）留出空间。在轴向面上脊柱各主要节段脊椎所处的解剖位置结构人体脊柱实质上是一个通过杠杆、运动轴、致动体和限制体操纵的结构。这个力学复合体不仅柔韧性好、运动范围广，而且非常坚固稳定。作为一个力学结构，脊柱有以下特点：•脊柱矢状面的正常曲度使得

7、脊柱灵活运动、承载轴向负荷的同时维持相应的强度及站立姿势的稳定性。矢状面曲度的改会很大程度上影响脊柱的力学行为。椎间盘（IVD）位于椎体终板表面的凹面关节之间。IVD在脊柱中形成最重要及独一无二的关节系统，允许脊柱在多个面上运动。这些纤维软骨的复合结构约占整个脊柱长度的1/4。从C2-3椎体间至L5-S1椎体间均有椎间盘。颅骨（C0）与寰椎（C1）间没有间盘，寰枢椎（C1-C2）间也没有真正的间盘。每个间盘都允许轻微的伸﹑屈及侧屈活动，也可进行轻微的旋转及环形运动。单个节段活动范围有限，但由于运动节段的迭加，脊柱可

8、有相当大范围的活动。颈椎及腰椎的活动范围较大，而胸椎的活动度则相对较小。椎间盘是活动的节段间软骨连接椎间盘的胶原纤维椎间盘是人体内最大的无血管（没有血液供应）结构。间盘由纤维环和髓核组成。椎间盘的外层为纤维环，它主要由胶原纤维组成，其中含有大量的水分及蛋白多糖。胶原纤维呈同心圆状分层排列称做板层（LAMELLAE）。板层结构在间盘的前部更厚，数量也更多。在每