1、脊柱的解剖学及生物力学,南昌大学第一附属医院康复医学科 冯 珍,acrobatics,C5,T7,L4,脊柱的生理曲度,脊柱的载荷作用,没有脊柱的稳定性也就没有脊柱的正常功能,脊柱的稳定性,内源性稳定：韧带和椎间盘。外源性支持：肌肉。,一、脊柱的解剖学,脊柱的解剖结构,由7块颈椎、12块胸椎、5块腰椎及骶骨、尾骨各一块组成，通过椎间盘和强健的韧带连接在一起.,脊柱的功能单位,脊柱的功能单位也称功能单元，即一个运动节段，包括两个椎体及两椎体之间的软组织。,1、椎骨的解剖,椎体：主要松质骨组成, 承受压力的主要部分。椎弓：呈半环状,与椎体围成椎孔。棘突：椎弓向后方发出的突起。横突：椎弓向两侧发出的
2、突起。关节突：椎弓向上、下方发出的突起。,2、椎骨的连接,椎间盘,位置：位于相邻的两个椎骨之间作用：椎间盘在椎体间起缓冲垫的作用，能吸收、缓冲载荷，并使载荷均匀分布。组成部分： 纤维环：由多层同心圆的纤维软骨组成。 髓 核：由胶状物组成。,韧带,前纵韧带后纵韧带黄韧带棘上韧带棘间韧带,生理作用,要保证准确的生理运动及固定相邻椎体的位置姿势 限制过度的活动以保护脊髓 在快速高载荷的创伤环境中保护脊髓,3、关节,寰枕关节：由寰椎和枕骨构成，可使头作前屈、后仰和侧屈运动。寰枢关节：由寰椎和枢椎构成，以齿突为轴可使寰椎连同头部作旋转运动。关节突关节：由相邻两个椎骨的上、下关节突组成。活动小。,二、脊柱
3、的生物力学,生物力学,是研究生物体或生物材料在机械运动过程中，力和力的作用规律及其应用的科学。 （biomechanics ）生物力学是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支。 运动生物力学是用静力学、运动学和动力学的基本原理结合解剖学、生理学研究人体运动的学科,脊柱的生物力学功能,保护脊髓传导载荷空间活动,一般说来，椎间盘的压力载荷相当于其上方体重的倍，坐位休息时，腰椎问盘内的压力为，站位时减少，侧卧位时减少，仰卧松弛时可减少。,（一）、椎骨的生物力学特性,最早关于人类椎骨生物力学的研究大约是一百年前Messerer对椎体强度的测试。,1、椎体,四十岁以后随着年龄的增
4、加强度下降。当骨组织减少到25%时，其强度下降50%。,为了更进一步的研究，我们又将椎体细分为皮质骨壳、松质骨核以及终板来分析。 椎体的主要负载部位是皮质骨壳还是松质骨核？,多数生理情况下，椎体承受大部分载荷，这种载荷从椎体上方的软骨终板，经过椎体外壳的皮质骨或中部的松质骨而传递到下方软骨终板 8周时压缩椎体骨痂形成，但其抗压极限强度还不如健椎，12周骨痂完全修复，抗压极限强度与健椎同,40y,40y,松质骨核,在对椎体松质骨强度测试中，载荷-形变曲线显示椎体的松质骨核可以承受很大的压缩载荷，断裂前其形变率高达9.5%，而相应的皮质骨的形变率还不足2%；说明椎体损伤首先发生皮质骨断裂，而不是松
5、质骨的显微骨折。,终板,终板在脊柱的正常生理活动中承受着很大的压力。终板的断裂有三种形式：中心型，周围型，全板断裂型。 A.中心型：多见没有蜕变的椎间盘。 B.周围型：多见于有蜕变的椎间盘。 C.全板断裂：多发生于高载荷时。,2、椎弓,到目前为止，还没有将椎弓做离体的研究。 Rolander(1966),Weiss(1975),Lamy(1975)进行的三种椎弓载荷方式表明，大部分断裂发生在椎弓根。椎弓根的强度与性别及椎间盘的蜕变与否关系不大，但会随着年龄的增长而减退。,椎弓不同加载方式的断裂载荷,3、关节突,在一个完整的脊柱运动节段加载试验中，关节突大约承担18%的载荷。在脊柱从后伸到前屈的
6、全过程中，关节突关节承担的载荷从33%降到0。在极度前屈时，关节突不承担载荷，但关节囊韧带受拉。在扭转试验中发现，椎间盘、前后纵韧带与关节突关节囊、韧带各承担45%的扭转载荷，余下的10%则由椎间韧带承担。,（二）、椎间盘的生物力学特性,受压的特性： 在脊柱的运动节段压缩试验中，首先发生破坏的是椎体而不是椎间盘 。受拉的特性： 在不同方向的载荷作用下，椎间盘都受张应力作用。对椎间盘的强度测试表明，椎体前后部位的椎间盘强度比两侧的高。中间的髓核强度最低,受弯的特性： 弯曲和扭转暴力是椎间盘受损伤的主要原因。通过造影证实，在脊术的屈伸活动中，髓核并不改变其形状及位置。受扭的特性： 在脊柱运动节段轴
7、向受扭转的实验中发现，扭矩和转角变形之间的关系曲线呈“S”形。其中3-12的扭转部分，扭矩与转角之间存在线性关系。,受剪的特性： 椎间盘的水平剪切强度大约为260N每平方毫米。纤维环的破裂我由于弯曲、扭转和拉伸的综合作用造成的。单纯的剪切暴力很少造成纤维环破裂。,蠕变 椎间盘在受载荷时有蠕变现象。蠕变的特点与椎间盘的蜕变程度有关，没有蜕变的椎间盘蠕变很慢，经过相当长的时间也能达到最大变形。蜕变的椎间盘则相反。这表明蜕变的椎间盘吸收冲击的能力减退，也不能将冲击均匀地分布到终板。,滞后 椎间盘和脊椎属粘弹性体，有滞后性能。这是一种保护机制。此结构在循环加载和卸载时伴有能量损失。滞后与施加的载荷、年
8、龄、椎间盘所处位置及载荷的次数有关。,（三）、脊柱韧带的生物力学特性,韧带的结构特点对脊柱稳定性的影响 韧带的类型：纵韧带能提高对平移、脊突间韧带对弯曲、旋转的稳定性韧带的截面积与其提供的稳定性成正比。韧带离开旋转中心的距离：距离越远，提供的稳定性越大韧带作为肌肉的后备力量，补充肌肉力量的不足，同时可防止脊柱的过 屈、过伸、发挥其控制和保护功能。,1、前纵韧带和后纵韧带,是人体内两条最长的韧带，对于稳定椎体起着重要的作用。单纯的屈伸活动不能撕裂它们，其力学强度随着年龄的增长而降低，同时吸收能量的能力也下降。前纵韧带的强度是后纵韧带的两倍,2、黄韧带,主要由弹性纤维构成，具有较大的弹性。当脊柱从完全屈曲突然变成完全背伸时，高弹性的黄韧带可以减少脊髓的损伤,棘间韧带和棘上韧带,阻止屈曲,腰椎,屈曲,椎体前缘靠近，后缘分开。 剪切力增大。 后纵韧带、黄韧带等后方韧带和 软组织受牵伸前纵韧带等前方结构放松。 上下关节突关节面分离。 间盘纤维环前壁放松。 间盘纤维 环后壁紧张。 椎间盘髓核向后移动。 椎间孔增大。,伸展,椎体前缘分开，后缘靠近。 剪切力减小。 后纵韧带、黄韧带等后方韧带和 软组织放松。 前纵韧带等前方结构紧张。 上下关节突关节面靠近。 椎间盘纤维环前壁紧张。 椎间盘 纤维环后壁放松。 椎间盘髓核向前移动。 椎间孔减小。,请关爱自已的脊柱,
