脊柱生物力學(xué)課件

脊柱生物力學(xué)

精品課件1脊柱生物力學(xué)

精品課件1基本概念脊柱的生物力學(xué)單元是指一個脊柱功能單位或者一個運動節(jié)段。包括兩個鄰近的椎骨及其之間的軟組織。節(jié)段前部節(jié)段后部脊柱單元是指一個運動節(jié)段或一個脊柱功能單位。精品課件2基本概念脊柱的生物力學(xué)單元是指一個脊柱功能單位或者一個運動節(jié)脊柱功能單位脊柱功能單位（F、S、U）：兩個相鄰椎體，相應(yīng)椎間盤、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)及附屬的前縱、后縱、棘間、棘上、橫突間及黃韌帶。精品課件3脊柱功能單位脊柱功能單位（F、S、U）：兩個相鄰椎體，相應(yīng)椎精品課件4精品課件4椎管由椎弓和椎體構(gòu)成，起保護脊髓的作用。椎體主要承擔(dān)來自軀干上部的壓力負荷。這種壓力負荷從上向尾椎逐漸增大。腰椎椎體比胸椎和頸椎的椎體厚而寬，這些較大的結(jié)構(gòu)保證了腰椎能夠承受較大的負荷。椎體骨和軟組織的生物力學(xué)特性不同：強度、剛度以及應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系是生物力學(xué)的重要特性。

精品課件5椎管由椎弓和椎體構(gòu)成，起保護脊髓的作用。精品課件5精品課件6精品課件6骨骼的力學(xué)特性常用應(yīng)力應(yīng)變曲線表示。壓力是指每單位面積的垂直載荷。應(yīng)力是指每單元在長度上的改變，通常以百分比來表示。皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨的區(qū)別皮質(zhì)骨除了在骨折前能承受比松質(zhì)骨更大的壓力外，其剛度也比松質(zhì)骨大。在體內(nèi)，皮質(zhì)骨在應(yīng)變超過2％的時候發(fā)生骨折，而松質(zhì)骨則能承受更大的應(yīng)變。精品課件7骨骼的力學(xué)特性精品課件7松質(zhì)骨能承受更大的應(yīng)變主要由于它的特殊結(jié)構(gòu)。松質(zhì)骨的孔隙率約為30％～90％，而皮質(zhì)骨只有5％～30％。椎體在承受壓力的時候，皮質(zhì)骨對其強度只起10%的作用，因此高質(zhì)量的松質(zhì)骨顯得尤為重要。骨質(zhì)疏松隨著年齡的增大，骨強度逐漸下降。椎體骨礦物質(zhì)隨著年齡的增長以一個相對穩(wěn)定的速度進行性下降。椎體骨組織減少25％隨之帶來的骨強度下降超過50%。精品課件8松質(zhì)骨能承受更大的應(yīng)變主要由于它的特殊結(jié)構(gòu)。松質(zhì)骨的孔隙率約肌肉的作用人體骨骼承受載荷的時候，附著在其周圍的肌肉能改變在骨骼上的應(yīng)力分布。脊柱屈曲時，椎體后側(cè)皮質(zhì)承受拉力，而前側(cè)皮質(zhì)承受壓應(yīng)力。為了平衡軀體，后背的肌肉則要承受相應(yīng)的力量。在正常的頸椎從前縱韌帶到后縱韌帶的約0.5～1cm的區(qū)域內(nèi)應(yīng)力將從拉應(yīng)力到壓應(yīng)力。當(dāng)骨骼比較薄弱，其承受張力比承受壓力的時候更容易骨折。精品課件9肌肉的作用精品課件9后部的椎旁肌能產(chǎn)生收縮力以降低骨骼承受拉應(yīng)力，這樣的拉應(yīng)力來自于為了減少或者平衡椎體后部皮質(zhì)骨的拉應(yīng)力。這樣的機制能允許椎體承受更大的應(yīng)力。當(dāng)承受過大壓應(yīng)力的時候，骨骼常在椎間盤損壞之前發(fā)生骨折。精品課件10后部的椎旁肌能產(chǎn)生收縮力以降低骨骼承受拉應(yīng)力，這樣的拉應(yīng)力來椎間盤的力學(xué)特性具有粘彈性(蠕變和松弛)和滯后的力學(xué)特性。與退變或突出的椎間盤相比，健康椎間盤的蠕變常發(fā)生較慢：這樣的現(xiàn)象說明退變的椎間盤粘彈性比正常的時候要低。椎間盤，特別是纖維環(huán)的彈性強度是制約椎體終板間異常活動的重要因素。由于椎間盤的位置處在兩個椎體之間，同時其內(nèi)外結(jié)構(gòu)組成的特異性，因此椎間盤在機械和功能上均發(fā)揮重要作用。精品課件11椎間盤的力學(xué)特性具有粘彈性(蠕變和松弛)和滯后的力學(xué)特性。精精品課件12精品課件12椎間盤的結(jié)構(gòu)髓核是一團膠狀物青年人的髓核內(nèi)具有豐富的親水性(water—binding)粘多糖，隨著年齡的增大親水性粘多糖逐漸減少，髓核的含水量也逐漸降低。髓核由外部堅強組織即纖維環(huán)所包圍，纖維環(huán)由纖維軟骨組織構(gòu)成。纖維軟骨內(nèi)粗大的膠原纖維環(huán)保證了纖維環(huán)承受屈曲和扭轉(zhuǎn)時的高負荷量。軟骨終板，主要由透明軟骨組成，起分隔椎間盤和椎體的作用。椎間盤的成分類似于關(guān)節(jié)軟骨。精品課件13椎間盤的結(jié)構(gòu)髓核是一團膠狀物精品課件13精品課件14精品課件14脊柱韌帶的功能主要是靠其纖維的分散應(yīng)力。韌帶的強度和其有限的延展性有助于脊柱的穩(wěn)定。翼狀韌帶在體外可以有200N的強度，橫韌帶可以達到350N。除黃韌帶外其他韌帶都含有大量膠原，黃韌帶含有大量的彈性蛋白。當(dāng)脊柱處于中立或者輕度后伸位時，黃韌帶一直處于牽張狀態(tài)，這樣可以給椎間盤一些預(yù)載并給脊柱提供固有的支撐。韌帶的粘彈性能在脊柱后伸的時候限制韌帶的自身的屈曲，以免壓迫神經(jīng)組織。精品課件15脊柱韌帶的功能主要是靠其纖維的分散應(yīng)力。精品課件15頭頸平衡肌肉的強度和調(diào)節(jié)是保持頭頸平衡的必要條件。肌肉的強度也能減少頸椎應(yīng)力。在頸椎各種運動方式，椎體都承受屈曲力矩。屈曲運動時，椎體的前側(cè)皮質(zhì)承受壓應(yīng)力，而椎體后側(cè)皮質(zhì)承受牽張應(yīng)力。寰枕關(guān)節(jié)頸椎極度后伸時，載荷最小。在極度屈曲的時候載荷最大，但這只比中立位時略有增加。精品課件16頭頸平衡肌肉的強度和調(diào)節(jié)是保持頭頸平衡的必要條件。精品課件C7～T1節(jié)段的載荷在頸椎處于中立位的時候比較低。當(dāng)頸椎處于抬頭位時，其載荷更低。極度后伸時，載荷有所增加，在輕度屈曲時，載荷大量增加。頸椎極度后伸時，產(chǎn)生最大載荷。表面肌電圖法記錄頸椎豎棘肌活動：結(jié)果表明在所有的位置上，肌肉活動都處于非常低的水平。肌肉對保持基本姿勢的穩(wěn)定起關(guān)鍵的作用。精品課件17C7～T1節(jié)段的載荷精品課件17生物力學(xué)測試有限元分析精品課件18生物力學(xué)測試有限元分析精品課件18嚴(yán)重脊髓灰質(zhì)炎患者，頸椎肌肉系統(tǒng)完全麻痹,頸椎無法支撐頭部。沒有明顯的結(jié)構(gòu)性病因的老年患者中偶爾出現(xiàn)嚴(yán)重的頸椎后凸畸形，存在伸肌萎縮的患者被認(rèn)為是老年性頸椎肌病。

精品課件19嚴(yán)重脊髓灰質(zhì)炎患者，頸椎肌肉系統(tǒng)完全麻痹,頸椎無法支撐頭部神經(jīng)生物力學(xué)頸椎在從屈曲到后伸的變化過程中神經(jīng)長度上發(fā)生了明顯的變化。脊髓有縱向的彈性，但不能承受軸向的平移。通常導(dǎo)致脊髓損傷的是脊髓遭受平移暴力。成年人的脊髓在發(fā)生明顯的神經(jīng)損傷前估計應(yīng)當(dāng)承受了2.75～3.44N的暴力。脊髓損傷也會在頸椎突然屈伸運動過程中發(fā)生，尤其是頸椎管存在狹窄時。精品課件20神經(jīng)生物力學(xué)頸椎在從屈曲到后伸的變化過程中神經(jīng)長度上發(fā)生了頸椎管測量方法：在頸椎側(cè)位X線片上，C3到C6任何一個椎節(jié)，椎管的中矢狀徑與椎體的中矢狀徑的比值如果小于或等于0.75，即診斷為發(fā)育性頸椎管狹窄。解剖形態(tài)的多樣性意味著以頸椎的解剖測量比值來說明椎管的實際尺寸并不可靠。精品課件21頸椎管測量方法：精品課件21AB椎管矢狀徑（B）/椎體矢狀徑(A)精品課件22AB椎管矢狀徑（B）/椎體矢狀徑(A)精品課件22當(dāng)頸椎骨贅與脊髓互相接觸的時候，頸椎屈曲活動更容易引起脊髓損傷；頸椎后伸，脊髓遭受前方的骨贅和后方內(nèi)陷的黃韌帶鉗夾樣壓迫，脊髓的前方和中央容易受累。對頸椎屈伸運動的研究表明動態(tài)軟組織增加了對脊髓造成損傷的沖擊。兒童無骨折脫位型脊髓損傷病因未明，可能存在縱向牽引暴力。兒童的脊柱彈性較好，可以承受比正常生理極限更大的形變，在骨性結(jié)構(gòu)自發(fā)復(fù)位的時候引起直接的脊髓損傷。單純脊髓承受張力的能力很弱，極小暴力就可能造成脊髓損傷或者血管斷裂。精品課件23當(dāng)頸椎骨贅與脊髓互相接觸的時候，頸椎屈曲活動更容易引起脊髓損精品課件24精品課件24腰椎的生物力學(xué)正常腰椎的穩(wěn)定性由間盤、椎間小關(guān)節(jié)和韌帶共同維持，并受周圍神經(jīng)、肌肉、腹壓等因素影響。椎體間活動范圍取決于椎間盤?；顒拥姆较蛉Q于椎間小關(guān)節(jié):小關(guān)節(jié)接近矢狀位，椎體易發(fā)生前方移位。腰椎的屈曲、伸展及側(cè)屈可對椎間盤產(chǎn)生拉伸和壓縮應(yīng)力，而腰椎旋轉(zhuǎn)時椎間盤的受力主要為剪切應(yīng)力。精品課件25腰椎的生物力學(xué)正常腰椎的穩(wěn)定性由間盤、椎間小關(guān)節(jié)和韌帶共同維精品課件26精品課件26椎間盤內(nèi)壓力或預(yù)應(yīng)壓力主要來源于前后縱韌帶和黃韌帶。脊柱負重時髓核具有流體靜力學(xué)的特點，使壓力均勻一致地分布到整個椎間盤。椎間盤作為一富含水的組織，在整個運動節(jié)段中像一個墊子一樣墊在椎體間，起到儲存和傳遞負荷的作用。髓核只能輕微壓縮，壓力使得椎間盤向周圍膨出，外圍的拉伸應(yīng)力主要由周圍的環(huán)狀纖維環(huán)承擔(dān)。椎間盤纖維環(huán)后部所承受的拉伸應(yīng)力是軸向負荷的4～5倍。精品課件27椎間盤內(nèi)壓力或預(yù)應(yīng)壓力主要來源于前后縱韌帶和黃韌帶。精品課件椎間盤退變

粘多糖含量減少，導(dǎo)致親水性下降。當(dāng)椎問盤含水量降低時，它的彈性降低。儲存能量和傳遞負荷的能力降低。這些改變導(dǎo)致椎間盤脆性增加。承受應(yīng)力的能力降低。精品課件28椎間盤退變精品課件28各組織的作用纖維環(huán)將受到4-5倍的牽張負荷。韌帶有助于防止屈曲旋轉(zhuǎn)或前方移位。黃韌帶在中立位時對椎間盤施加預(yù)應(yīng)力，可協(xié)助脊柱的內(nèi)在支持。小關(guān)節(jié)在防止后伸旋轉(zhuǎn)及前方移位中起重要作用。屈伸剪切及扭旋負荷在椎間盤上產(chǎn)生的應(yīng)力，要比軸向擠壓所產(chǎn)生的負荷大，且易致小關(guān)節(jié)退變和增生。椎旁肌在防止最大伸張時椎體的壓縮中起重要作用。精品課件29各組織的作用精品課件29腰椎的功能性運動指腰椎不同運動節(jié)段的聯(lián)合及腰椎與骨盆的協(xié)同作用。人體正常重力線位于L4椎體前方。腰椎各節(jié)段的運動，骨盆傾斜度的改變，都將導(dǎo)致腰椎負荷的變化將直立位椎體負荷定為100，平臥時為50，直坐150，松弛180，在屈髖、牽引的狀態(tài)下，腰椎所受的負荷最小，行走、搬舉重物及功能鍛煉時將增加。精品課件30腰椎的功能性運動指腰椎不同運動節(jié)段的聯(lián)合及腰椎與骨盆的協(xié)同作靜力學(xué)的觀點由于脊柱的伸展性，椎體和椎間盤吸收震蕩的能力，縱韌帶的穩(wěn)定功能以及黃韌帶的粘彈性，整個脊椎可以被看作是個可變形的彈性柱子。脊柱在矢狀面有兩個生理性彎曲-后曲和前曲-也增加了脊柱的彈性。軀干肌群所產(chǎn)生的外部支持力有助于穩(wěn)定和調(diào)整脊柱上的負荷。精品課件31靜力學(xué)的觀點由于脊柱的伸展性，椎體和椎間盤吸收震蕩的能力，脊柱在站立位時的負荷保持軀干姿勢的肌肉處于持續(xù)活躍的狀態(tài)。當(dāng)身體筆直時，肌肉收縮力最小。站立過程時，軀干的重力線垂直經(jīng)過第四椎體的中心的腹側(cè)。脊柱承受向前的屈曲力矩，豎脊肌收縮力和韌帶的牽拉力常拮抗這一運動。軀干如要恢復(fù)為原有的平衡狀態(tài)，就需要增加肌肉收縮力來拮抗此彎曲力矩所導(dǎo)致的軀干晃動。除豎脊肌外，腹肌也通過問歇性的收縮參與維持姿勢的中立位并使軀體穩(wěn)定。精品課件32脊柱在站立位時的負荷保持軀干姿勢的肌肉處于持續(xù)活躍的狀態(tài)。骨盆與骶骨角放松站立時傾斜角或骶骨角與水平線的夾角大約為30°。骨盆后傾時骶骨角減小，且腰椎前凸變平。骨盆前傾時骶骨角增大，加大腰椎前凸和胸椎后凸的角度。精品課件33骨盆與骶骨角放松站立時傾斜角或骶骨角與水平線的夾角大約為3身體姿勢可影響腰椎負荷在良好支撐條件下躺下來脊柱椎間盤內(nèi)的負荷最小，放松站立時椎問盤內(nèi)的負荷也較低，在坐位時負荷增加。在放松站立位時，第三、四腰椎間盤上的負荷約是測量平面以上身體重量的二倍。脊柱向前彎曲時，椎間盤的中心位置后移。軀干屈曲運動時對纖維環(huán)后側(cè)部施加的應(yīng)力遠大于軀干伸展運動時。脊柱的旋轉(zhuǎn)運動及伴隨發(fā)生的扭轉(zhuǎn)負荷進一步增大了椎間盤上的應(yīng)力。精品課件34身體姿勢可影響腰椎負荷在良好支撐條件下躺下來脊柱椎間盤內(nèi)的負精品課件35精品課件35當(dāng)身體處于仰臥位時腰椎的負荷最小，這是由于身體重量所產(chǎn)生的負荷被消除的原因。身體仰臥位的同時雙膝關(guān)節(jié)伸直，腰大肌椎體部分可在腰椎上產(chǎn)生一定的負荷。髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)屈曲并有支撐時，腰椎前凸變得平直，這是由于腰大肌放松，負荷減輕的緣故。精品課件36當(dāng)身體處于仰臥位時腰椎的負荷最小，這是由于身體重量所產(chǎn)生的負椎體抗壓實驗椎體本身或終板斷裂破壞點的出現(xiàn)要早于椎間盤損傷的發(fā)生。骨骼抗壓能力較完整的椎間盤的抗壓能力弱。椎體或終板發(fā)生斷裂之前已經(jīng)到達了屈服點。當(dāng)移除使椎體產(chǎn)生屈服點的負荷時，椎體能夠恢復(fù)，但再次施加負荷時容易造成損傷。精品課件37椎體抗壓實驗椎體本身或終板斷裂破壞點的出現(xiàn)要早于椎間盤損傷腰椎的顯微損傷

高負荷會導(dǎo)致腰椎的顯微損傷。是由于施加于椎體上的應(yīng)力和應(yīng)變而導(dǎo)致的疲勞骨折所引起的。攜帶或上舉重物一段水平距離影響腰椎負荷的因素：(1)物品相對于椎體運動中心的位置；(2)物品的大小，形狀，重量和密度；(3)腰椎旋轉(zhuǎn)或彎曲的程度；(4)負荷的速率。提物時，物品靠近身體時較物品遠離身體時的腰椎彎曲力距減少，腰椎上的負荷也就越低。精品課件38腰椎的顯微損傷精品課件38精品課件39精品課件39動力學(xué)分析幾乎身體的任何運動都能增加肌肉的收縮力和增大脊柱的負荷。增幅在慢走或輕微擺動身體等運動時較和緩。在進行各種運動，或復(fù)雜動態(tài)活動和動態(tài)負荷時的增幅明顯。由于可使組織所受的負荷頗低，對下腰痛患者而言，步行是一種安全甚或可能是理想的運動療法之一，甚至可調(diào)節(jié)行走速度來改變脊柱的負荷。運動鍛煉時腹肌和豎脊肌的力量鍛煉能使脊柱所受負荷升高。盡管能有效地強化相關(guān)肌肉力量，但是仍需適度調(diào)整脊柱負荷的鍛煉以適應(yīng)不同個體的需要。精品課件40動力學(xué)分析幾乎身體的任何運動都能增加肌肉的收縮力和增大脊柱腰椎機械穩(wěn)定性的維持腹內(nèi)壓(IAP)，軀干肌群的協(xié)同收縮，體外支撐物，或外科手術(shù)。腹內(nèi)壓是一種具有能減少腰椎負荷和維持腰椎穩(wěn)定功能的機制。腹內(nèi)壓的產(chǎn)生來源于膈肌、腹部和骨盆底肌群的協(xié)同收縮。腹橫肌是腹肌群中產(chǎn)生腹內(nèi)壓的主要肌肉。腹內(nèi)壓增加可產(chǎn)生軀干伸展力矩。精品課件41腰椎機械穩(wěn)定性的維持腹內(nèi)壓(IAP)，軀干肌群的協(xié)同收縮，腹內(nèi)壓維持脊柱力學(xué)的穩(wěn)定性是通過脊柱相互拮抗的伸肌群和屈肌群的協(xié)同作用而實現(xiàn)的。腹內(nèi)壓增加，整個腹腔形成一個近似圓柱體的結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)定性上要優(yōu)于由各節(jié)椎體構(gòu)成的脊柱結(jié)構(gòu)。腹橫肌和膈肌一起，在做任意方向擺動上肢運動時，起到維持脊柱穩(wěn)定的作用。精品課件42腹內(nèi)壓維持脊柱力學(xué)的穩(wěn)定性是通過脊柱相互拮抗的伸肌群和屈肌群精品課件43精品課件43軀干肌群在脊柱負荷時的協(xié)同收縮現(xiàn)象的機制隨著脊柱屈曲幅度的增加，軀干肌群協(xié)同收縮力、脊柱壓縮程度和肌肉剛度都隨之增加。若給予意料之外的負荷時，肌肉收縮力比在有準(zhǔn)備情況下增加了70％，因此容易導(dǎo)致?lián)p傷發(fā)生。肌肉收縮力與反應(yīng)時間呈負相關(guān)，即當(dāng)對危險信號反應(yīng)時間越短，肌肉收縮力越大。反復(fù)施加負荷可導(dǎo)致脊柱的穩(wěn)定性降低，這因反復(fù)持續(xù)的運動可造成軀干肌群的疲勞。力學(xué)上用運動狀態(tài)下肌肉達到疲勞點時負荷的大小及運動方式的變化來表示肌肉耐勞性。精品課件44軀干肌群在脊柱負荷時的協(xié)同收縮現(xiàn)象的機制隨著脊柱屈曲幅度的當(dāng)肌肉達到疲勞點時在脊柱冠狀面和橫斷面上，屈曲和伸展耦合運動顯著增加。運動的扭矩變小，扭轉(zhuǎn)角度和扭轉(zhuǎn)速率降低。屈伸肌群功能的減弱又通過輔助肌群來補償，多種耦合運動方式增加，因而更容易受傷。由于反復(fù)施加負荷，使得肌肉不停地收縮以維持平衡，致使肌肉內(nèi)的壓力感受器出現(xiàn)“遲鈍”現(xiàn)象甚至基本喪失壓力反應(yīng)，令多裂肌減少或失去保持穩(wěn)定的反射收縮。精品課件45當(dāng)肌肉達到疲勞點時精品課件45這反過來又加重了脊柱的失穩(wěn)現(xiàn)象，使得在未達到疲勞點之前肌肉的保護性反應(yīng)就喪失掉。但在運動過程中，僅十分鐘的休息時間就可以恢復(fù)大約25％的肌肉活動。精品課件46這反過來又加重了脊柱的失穩(wěn)現(xiàn)象，使得在未達到疲勞點之前肌肉的腰圍使用腰圍作為預(yù)防下腰段損傷的一種手段的觀點至今仍存在爭議。佩帶腰圍是可以減少脊柱負荷，增加腹內(nèi)壓的一種方法。矯形支架由于限制了胸腰段脊柱的運動，為矯正這一損失使得腰骶部的運動代償性地增加。佩帶和不佩帶腰同時，背部伸肌群肌電圖(EMG)活動無顯著差異。精品課件47腰圍使用腰圍作為預(yù)防下腰段損傷的一種手段的觀點至今仍存在爭議謝謝！精品課件48謝謝！精品課件48脊柱生物力學(xué)

精品課件49脊柱生物力學(xué)

精品課件1基本概念脊柱的生物力學(xué)單元是指一個脊柱功能單位或者一個運動節(jié)段。包括兩個鄰近的椎骨及其之間的軟組織。節(jié)段前部節(jié)段后部脊柱單元是指一個運動節(jié)段或一個脊柱功能單位。精品課件50基本概念脊柱的生物力學(xué)單元是指一個脊柱功能單位或者一個運動節(jié)脊柱功能單位脊柱功能單位（F、S、U）：兩個相鄰椎體，相應(yīng)椎間盤、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)及附屬的前縱、后縱、棘間、棘上、橫突間及黃韌帶。精品課件51脊柱功能單位脊柱功能單位（F、S、U）：兩個相鄰椎體，相應(yīng)椎精品課件52精品課件4椎管由椎弓和椎體構(gòu)成，起保護脊髓的作用。椎體主要承擔(dān)來自軀干上部的壓力負荷。這種壓力負荷從上向尾椎逐漸增大。腰椎椎體比胸椎和頸椎的椎體厚而寬，這些較大的結(jié)構(gòu)保證了腰椎能夠承受較大的負荷。椎體骨和軟組織的生物力學(xué)特性不同：強度、剛度以及應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系是生物力學(xué)的重要特性。

精品課件53椎管由椎弓和椎體構(gòu)成，起保護脊髓的作用。精品課件5精品課件54精品課件6骨骼的力學(xué)特性常用應(yīng)力應(yīng)變曲線表示。壓力是指每單位面積的垂直載荷。應(yīng)力是指每單元在長度上的改變，通常以百分比來表示。皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨的區(qū)別皮質(zhì)骨除了在骨折前能承受比松質(zhì)骨更大的壓力外，其剛度也比松質(zhì)骨大。在體內(nèi)，皮質(zhì)骨在應(yīng)變超過2％的時候發(fā)生骨折，而松質(zhì)骨則能承受更大的應(yīng)變。精品課件55骨骼的力學(xué)特性精品課件7松質(zhì)骨能承受更大的應(yīng)變主要由于它的特殊結(jié)構(gòu)。松質(zhì)骨的孔隙率約為30％～90％，而皮質(zhì)骨只有5％～30％。椎體在承受壓力的時候，皮質(zhì)骨對其強度只起10%的作用，因此高質(zhì)量的松質(zhì)骨顯得尤為重要。骨質(zhì)疏松隨著年齡的增大，骨強度逐漸下降。椎體骨礦物質(zhì)隨著年齡的增長以一個相對穩(wěn)定的速度進行性下降。椎體骨組織減少25％隨之帶來的骨強度下降超過50%。精品課件56松質(zhì)骨能承受更大的應(yīng)變主要由于它的特殊結(jié)構(gòu)。松質(zhì)骨的孔隙率約肌肉的作用人體骨骼承受載荷的時候，附著在其周圍的肌肉能改變在骨骼上的應(yīng)力分布。脊柱屈曲時，椎體后側(cè)皮質(zhì)承受拉力，而前側(cè)皮質(zhì)承受壓應(yīng)力。為了平衡軀體，后背的肌肉則要承受相應(yīng)的力量。在正常的頸椎從前縱韌帶到后縱韌帶的約0.5～1cm的區(qū)域內(nèi)應(yīng)力將從拉應(yīng)力到壓應(yīng)力。當(dāng)骨骼比較薄弱，其承受張力比承受壓力的時候更容易骨折。精品課件57肌肉的作用精品課件9后部的椎旁肌能產(chǎn)生收縮力以降低骨骼承受拉應(yīng)力，這樣的拉應(yīng)力來自于為了減少或者平衡椎體后部皮質(zhì)骨的拉應(yīng)力。這樣的機制能允許椎體承受更大的應(yīng)力。當(dāng)承受過大壓應(yīng)力的時候，骨骼常在椎間盤損壞之前發(fā)生骨折。精品課件58后部的椎旁肌能產(chǎn)生收縮力以降低骨骼承受拉應(yīng)力，這樣的拉應(yīng)力來椎間盤的力學(xué)特性具有粘彈性(蠕變和松弛)和滯后的力學(xué)特性。與退變或突出的椎間盤相比，健康椎間盤的蠕變常發(fā)生較慢：這樣的現(xiàn)象說明退變的椎間盤粘彈性比正常的時候要低。椎間盤，特別是纖維環(huán)的彈性強度是制約椎體終板間異常活動的重要因素。由于椎間盤的位置處在兩個椎體之間，同時其內(nèi)外結(jié)構(gòu)組成的特異性，因此椎間盤在機械和功能上均發(fā)揮重要作用。精品課件59椎間盤的力學(xué)特性具有粘彈性(蠕變和松弛)和滯后的力學(xué)特性。精精品課件60精品課件12椎間盤的結(jié)構(gòu)髓核是一團膠狀物青年人的髓核內(nèi)具有豐富的親水性(water—binding)粘多糖，隨著年齡的增大親水性粘多糖逐漸減少，髓核的含水量也逐漸降低。髓核由外部堅強組織即纖維環(huán)所包圍，纖維環(huán)由纖維軟骨組織構(gòu)成。纖維軟骨內(nèi)粗大的膠原纖維環(huán)保證了纖維環(huán)承受屈曲和扭轉(zhuǎn)時的高負荷量。軟骨終板，主要由透明軟骨組成，起分隔椎間盤和椎體的作用。椎間盤的成分類似于關(guān)節(jié)軟骨。精品課件61椎間盤的結(jié)構(gòu)髓核是一團膠狀物精品課件13精品課件62精品課件14脊柱韌帶的功能主要是靠其纖維的分散應(yīng)力。韌帶的強度和其有限的延展性有助于脊柱的穩(wěn)定。翼狀韌帶在體外可以有200N的強度，橫韌帶可以達到350N。除黃韌帶外其他韌帶都含有大量膠原，黃韌帶含有大量的彈性蛋白。當(dāng)脊柱處于中立或者輕度后伸位時，黃韌帶一直處于牽張狀態(tài)，這樣可以給椎間盤一些預(yù)載并給脊柱提供固有的支撐。韌帶的粘彈性能在脊柱后伸的時候限制韌帶的自身的屈曲，以免壓迫神經(jīng)組織。精品課件63脊柱韌帶的功能主要是靠其纖維的分散應(yīng)力。精品課件15頭頸平衡肌肉的強度和調(diào)節(jié)是保持頭頸平衡的必要條件。肌肉的強度也能減少頸椎應(yīng)力。在頸椎各種運動方式，椎體都承受屈曲力矩。屈曲運動時，椎體的前側(cè)皮質(zhì)承受壓應(yīng)力，而椎體后側(cè)皮質(zhì)承受牽張應(yīng)力。寰枕關(guān)節(jié)頸椎極度后伸時，載荷最小。在極度屈曲的時候載荷最大，但這只比中立位時略有增加。精品課件64頭頸平衡肌肉的強度和調(diào)節(jié)是保持頭頸平衡的必要條件。精品課件C7～T1節(jié)段的載荷在頸椎處于中立位的時候比較低。當(dāng)頸椎處于抬頭位時，其載荷更低。極度后伸時，載荷有所增加，在輕度屈曲時，載荷大量增加。頸椎極度后伸時，產(chǎn)生最大載荷。表面肌電圖法記錄頸椎豎棘肌活動：結(jié)果表明在所有的位置上，肌肉活動都處于非常低的水平。肌肉對保持基本姿勢的穩(wěn)定起關(guān)鍵的作用。精品課件65C7～T1節(jié)段的載荷精品課件17生物力學(xué)測試有限元分析精品課件66生物力學(xué)測試有限元分析精品課件18嚴(yán)重脊髓灰質(zhì)炎患者，頸椎肌肉系統(tǒng)完全麻痹,頸椎無法支撐頭部。沒有明顯的結(jié)構(gòu)性病因的老年患者中偶爾出現(xiàn)嚴(yán)重的頸椎后凸畸形，存在伸肌萎縮的患者被認(rèn)為是老年性頸椎肌病。

精品課件67嚴(yán)重脊髓灰質(zhì)炎患者，頸椎肌肉系統(tǒng)完全麻痹,頸椎無法支撐頭部神經(jīng)生物力學(xué)頸椎在從屈曲到后伸的變化過程中神經(jīng)長度上發(fā)生了明顯的變化。脊髓有縱向的彈性，但不能承受軸向的平移。通常導(dǎo)致脊髓損傷的是脊髓遭受平移暴力。成年人的脊髓在發(fā)生明顯的神經(jīng)損傷前估計應(yīng)當(dāng)承受了2.75～3.44N的暴力。脊髓損傷也會在頸椎突然屈伸運動過程中發(fā)生，尤其是頸椎管存在狹窄時。精品課件68神經(jīng)生物力學(xué)頸椎在從屈曲到后伸的變化過程中神經(jīng)長度上發(fā)生了頸椎管測量方法：在頸椎側(cè)位X線片上，C3到C6任何一個椎節(jié)，椎管的中矢狀徑與椎體的中矢狀徑的比值如果小于或等于0.75，即診斷為發(fā)育性頸椎管狹窄。解剖形態(tài)的多樣性意味著以頸椎的解剖測量比值來說明椎管的實際尺寸并不可靠。精品課件69頸椎管測量方法：精品課件21AB椎管矢狀徑（B）/椎體矢狀徑(A)精品課件70AB椎管矢狀徑（B）/椎體矢狀徑(A)精品課件22當(dāng)頸椎骨贅與脊髓互相接觸的時候，頸椎屈曲活動更容易引起脊髓損傷；頸椎后伸，脊髓遭受前方的骨贅和后方內(nèi)陷的黃韌帶鉗夾樣壓迫，脊髓的前方和中央容易受累。對頸椎屈伸運動的研究表明動態(tài)軟組織增加了對脊髓造成損傷的沖擊。兒童無骨折脫位型脊髓損傷病因未明，可能存在縱向牽引暴力。兒童的脊柱彈性較好，可以承受比正常生理極限更大的形變，在骨性結(jié)構(gòu)自發(fā)復(fù)位的時候引起直接的脊髓損傷。單純脊髓承受張力的能力很弱，極小暴力就可能造成脊髓損傷或者血管斷裂。精品課件71當(dāng)頸椎骨贅與脊髓互相接觸的時候，頸椎屈曲活動更容易引起脊髓損精品課件72精品課件24腰椎的生物力學(xué)正常腰椎的穩(wěn)定性由間盤、椎間小關(guān)節(jié)和韌帶共同維持，并受周圍神經(jīng)、肌肉、腹壓等因素影響。椎體間活動范圍取決于椎間盤。活動的方向取決于椎間小關(guān)節(jié):小關(guān)節(jié)接近矢狀位，椎體易發(fā)生前方移位。腰椎的屈曲、伸展及側(cè)屈可對椎間盤產(chǎn)生拉伸和壓縮應(yīng)力，而腰椎旋轉(zhuǎn)時椎間盤的受力主要為剪切應(yīng)力。精品課件73腰椎的生物力學(xué)正常腰椎的穩(wěn)定性由間盤、椎間小關(guān)節(jié)和韌帶共同維精品課件74精品課件26椎間盤內(nèi)壓力或預(yù)應(yīng)壓力主要來源于前后縱韌帶和黃韌帶。脊柱負重時髓核具有流體靜力學(xué)的特點，使壓力均勻一致地分布到整個椎間盤。椎間盤作為一富含水的組織，在整個運動節(jié)段中像一個墊子一樣墊在椎體間，起到儲存和傳遞負荷的作用。髓核只能輕微壓縮，壓力使得椎間盤向周圍膨出，外圍的拉伸應(yīng)力主要由周圍的環(huán)狀纖維環(huán)承擔(dān)。椎間盤纖維環(huán)后部所承受的拉伸應(yīng)力是軸向負荷的4～5倍。精品課件75椎間盤內(nèi)壓力或預(yù)應(yīng)壓力主要來源于前后縱韌帶和黃韌帶。精品課件椎間盤退變

粘多糖含量減少，導(dǎo)致親水性下降。當(dāng)椎問盤含水量降低時，它的彈性降低。儲存能量和傳遞負荷的能力降低。這些改變導(dǎo)致椎間盤脆性增加。承受應(yīng)力的能力降低。精品課件76椎間盤退變精品課件28各組織的作用纖維環(huán)將受到4-5倍的牽張負荷。韌帶有助于防止屈曲旋轉(zhuǎn)或前方移位。黃韌帶在中立位時對椎間盤施加預(yù)應(yīng)力，可協(xié)助脊柱的內(nèi)在支持。小關(guān)節(jié)在防止后伸旋轉(zhuǎn)及前方移位中起重要作用。屈伸剪切及扭旋負荷在椎間盤上產(chǎn)生的應(yīng)力，要比軸向擠壓所產(chǎn)生的負荷大，且易致小關(guān)節(jié)退變和增生。椎旁肌在防止最大伸張時椎體的壓縮中起重要作用。精品課件77各組織的作用精品課件29腰椎的功能性運動指腰椎不同運動節(jié)段的聯(lián)合及腰椎與骨盆的協(xié)同作用。人體正常重力線位于L4椎體前方。腰椎各節(jié)段的運動，骨盆傾斜度的改變，都將導(dǎo)致腰椎負荷的變化將直立位椎體負荷定為100，平臥時為50，直坐150，松弛180，在屈髖、牽引的狀態(tài)下，腰椎所受的負荷最小，行走、搬舉重物及功能鍛煉時將增加。精品課件78腰椎的功能性運動指腰椎不同運動節(jié)段的聯(lián)合及腰椎與骨盆的協(xié)同作靜力學(xué)的觀點由于脊柱的伸展性，椎體和椎間盤吸收震蕩的能力，縱韌帶的穩(wěn)定功能以及黃韌帶的粘彈性，整個脊椎可以被看作是個可變形的彈性柱子。脊柱在矢狀面有兩個生理性彎曲-后曲和前曲-也增加了脊柱的彈性。軀干肌群所產(chǎn)生的外部支持力有助于穩(wěn)定和調(diào)整脊柱上的負荷。精品課件79靜力學(xué)的觀點由于脊柱的伸展性，椎體和椎間盤吸收震蕩的能力，脊柱在站立位時的負荷保持軀干姿勢的肌肉處于持續(xù)活躍的狀態(tài)。當(dāng)身體筆直時，肌肉收縮力最小。站立過程時，軀干的重力線垂直經(jīng)過第四椎體的中心的腹側(cè)。脊柱承受向前的屈曲力矩，豎脊肌收縮力和韌帶的牽拉力常拮抗這一運動。軀干如要恢復(fù)為原有的平衡狀態(tài)，就需要增加肌肉收縮力來拮抗此彎曲力矩所導(dǎo)致的軀干晃動。除豎脊肌外，腹肌也通過問歇性的收縮參與維持姿勢的中立位并使軀體穩(wěn)定。精品課件80脊柱在站立位時的負荷保持軀干姿勢的肌肉處于持續(xù)活躍的狀態(tài)。骨盆與骶骨角放松站立時傾斜角或骶骨角與水平線的夾角大約為30°。骨盆后傾時骶骨角減小，且腰椎前凸變平。骨盆前傾時骶骨角增大，加大腰椎前凸和胸椎后凸的角度。精品課件81骨盆與骶骨角放松站立時傾斜角或骶骨角與水平線的夾角大約為3身體姿勢可影響腰椎負荷在良好支撐條件下躺下來脊柱椎間盤內(nèi)的負荷最小，放松站立時椎問盤內(nèi)的負荷也較低，在坐位時負荷增加。在放松站立位時，第三、四腰椎間盤上的負荷約是測量平面以上身體重量的二倍。脊柱向前彎曲時，椎間盤的中心位置后移。軀干屈曲運動時對纖維環(huán)后側(cè)部施加的應(yīng)力遠大于軀干伸展運動時。脊柱的旋轉(zhuǎn)運動及伴隨發(fā)生的扭轉(zhuǎn)負荷進一步增大了椎間盤上的應(yīng)力。精品課件82身體姿勢可影響腰椎負荷在良好支撐條件下躺下來脊柱椎間盤內(nèi)的負精品課件83精品課件35當(dāng)身體處于仰臥位時腰椎的負荷最小，這是由于身體重量所產(chǎn)生的負荷被消除的原因。身體仰臥位的同時雙膝關(guān)節(jié)伸直，腰大肌椎體部分可在腰椎上產(chǎn)生一定的負荷。髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)屈曲并有支撐時，腰椎前凸變得平直，這是由于腰大肌放松，負荷減輕的緣故。精品課件84當(dāng)身體處于仰臥位時腰椎的負荷最小，這是由于身體重量所產(chǎn)生的負椎體抗壓實驗椎體本身或終板斷裂破壞點的出現(xiàn)要早于椎間盤損傷的發(fā)生。骨骼抗壓能力較完整的椎間盤的抗壓能力弱。椎體或終板發(fā)生斷裂之前已經(jīng)到達了屈服點。當(dāng)移除使椎體產(chǎn)生屈服點的負荷時，椎體能夠恢復(fù)，但再次施加負荷時容易造成損傷。精品課件85椎體抗壓實驗椎體本身或終板斷裂破壞點的出現(xiàn)要早于椎間盤損傷腰椎的顯微損傷

高負荷會導(dǎo)致腰椎的顯微損傷。是由于施加于椎體上的應(yīng)力和應(yīng)變而導(dǎo)致的疲勞骨折所引起的。攜帶或上舉重物一段水平距離影響腰椎負荷的因素：(1)物品相對于椎體運動中心的位置；(2)物品的大小，形狀，重量和密度；(3)腰椎旋轉(zhuǎn)或彎曲的程度；(4)負荷的速率。提物時，物品靠近身體時較物品遠離身體時的腰椎彎曲力距減少，腰椎上的負荷也就越低。精品課件86腰椎的顯微損傷精品課件38精品課件87精品課件39動力學(xué)分析幾乎身體的任何運動都能增加肌肉的收縮力和增大脊柱的負荷。增