脊柱的生物力学 ppt课件
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脊柱侧弯生物力学28页PPT
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
脊柱侧弯生物力学
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
脊柱生物力学 ppt课件
▪ 表面肌电图法记录颈椎竖棘肌活动： 结果表明在所有的位置上，肌肉活动都处于非常低的 水平。
▪ 肌肉对保持基本姿势的稳定起关键的作用。
ppt课件
17
矫形器学
生物力学测试
有限元分析
ppt课件
18
矫形器学
▪ 严重脊髓灰质炎患者，颈椎肌肉系统完全麻痹 ,颈椎无 法支撑头部 。
▪ 没有明显的结构性病因的老年患者中偶尔出现严重的 颈椎后凸畸形 ，存在伸肌萎缩的患者被认为是老年性 颈椎肌病 。
ppt课件
11
矫形器学
ppt课件
12
矫形器学
椎间盘的结构
▪ 髓核是一团胶状物
▪ 青年人的髓核内具有丰富的亲水性(water—binding)粘多 糖，随着年龄的增大亲水性粘多糖逐渐减少，髓核的含 水量也逐渐降低。
▪ 髓核由外部坚强组织即纤维环所包围，纤维环由纤维软 骨组织构成。
▪ 纤维软骨内粗大的胶原纤维环保证了纤维环承受屈曲和 扭转时的高负荷量。
▪ 屈曲运动时，椎体的前侧皮质承受压应力，而椎体后 侧皮质承受牵张应力。
▪ 寰枕关节
颈椎极度后伸时，载荷最小。
在极度屈曲的时候载荷最大，但这只比中立位时略 有增加。
ppt课件
16
矫形器学
▪ C7～T1节段的载荷 在颈椎处于中立位的时候比较低。 当颈椎处于抬头位时，其载荷更低。 极度后伸时，载荷有所增加， 在轻度屈曲时，载荷大量增加。 颈椎极度后伸时，产生最大载荷。
A B
椎管矢状径（B）/椎体矢状径(A)
ppt课件
22
矫形器学
▪ 当颈椎骨赘与脊髓互相接触的时候，颈椎屈曲活动更 容易引起脊髓损伤；
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5
矫形器学
▪ 肌肉对保持基本姿势的稳定起关键的作用。
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矫形器学
生物力学测试
有限元分析
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18
矫形器学
▪ 严重脊髓灰质炎患者，颈椎肌肉系统完全麻痹 ,颈椎无 法支撑头部 。
▪ 没有明显的结构性病因的老年患者中偶尔出现严重的 颈椎后凸畸形 ，存在伸肌萎缩的患者被认为是老年性 颈椎肌病 。
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矫形器学
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矫形器学
椎间盘的结构
▪ 髓核是一团胶状物
▪ 青年人的髓核内具有丰富的亲水性(water—binding)粘多 糖，随着年龄的增大亲水性粘多糖逐渐减少，髓核的含 水量也逐渐降低。
▪ 髓核由外部坚强组织即纤维环所包围，纤维环由纤维软 骨组织构成。
▪ 纤维软骨内粗大的胶原纤维环保证了纤维环承受屈曲和 扭转时的高负荷量。
▪ 屈曲运动时，椎体的前侧皮质承受压应力，而椎体后 侧皮质承受牵张应力。
▪ 寰枕关节
颈椎极度后伸时，载荷最小。
在极度屈曲的时候载荷最大，但这只比中立位时略 有增加。
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16
矫形器学
▪ C7～T1节段的载荷 在颈椎处于中立位的时候比较低。 当颈椎处于抬头位时，其载荷更低。 极度后伸时，载荷有所增加， 在轻度屈曲时，载荷大量增加。 颈椎极度后伸时，产生最大载荷。
A B
椎管矢状径（B）/椎体矢状径(A)
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22
矫形器学
▪ 当颈椎骨赘与脊髓互相接触的时候，颈椎屈曲活动更 容易引起脊髓损伤；
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5
矫形器学
脊柱运动及生物力学PPT文档62页
脊柱运动及生物力学
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
脊柱生物力学和脊柱基本结构课件
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
主要内容
1
脊柱结构与组成
2 脊柱力学性能
3 常见脊柱损伤和疾病
4 结论
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脊脊柱柱系结由多构数椎骨、韧带及
椎间盘等连接构成的人体中 枢支柱。
成人的脊柱有26个椎骨,其中 包括7个颈椎、12个胸椎、5 个腰椎1个骶骨和1个尾(图1), 而骶骨系由5节椎体融合而成, 尾椎也由3-4节椎体构成。
脊柱的基本力学功能包括： ①在各种体位支持头颅与躯 干, 并将其载荷传递至骨盆。 ②使头颅与躯干能够在三维 空间内进行较大范围的生理 活动。 ③保护脊髓以及胸腔、腹腔 和盆腔脏器免受损伤。
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椎骨
椎骨主要由松质骨构成, 外层的皮质为 很薄的皮质骨。 每个典型椎骨可分为椎体和椎弓两部分。
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椎间盘
纤维环位于髓核的四周，由胶原纤维及纤维软骨组 成，是椎间盘最主要的维持负重的组织，与上，下 软骨板和脊柱前，后纵韧带紧密相连。层内纤维平 行排列,层间纤维的排列方向则相互交叉,相邻两层 纤维与椎间盘平面的夹角为±30°。
髓核是一种富有弹性的半液体的胶冻状物质，约占 椎间盘切面的50%~60%。可随外界压力改变其位置 和形状。
软骨终板即椎体的上下软骨面，为透明软骨，它构 成椎间盘的上下界，覆盖纤维环及髓核，厚度约
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椎间盘
椎间盘的弹性与其含水量的改变有密切关系，当含水 量减少时，其弹性减退。椎间盘在受压的状态下，水 分可通过软骨板外渗，含水量减少，体积也减小，压 力解除后（如夜间睡眠时，水分再次进入椎间盘，含 水量增加，体积也增加。有人观察到成人身长在一昼 夜相差1%，随着年龄的增长，髓核逐渐发生退行性变， 呈脱水状态，弹性减退，因而易受损伤。
主要内容
1
脊柱结构与组成
2 脊柱力学性能
3 常见脊柱损伤和疾病
4 结论
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脊脊柱柱系结由多构数椎骨、韧带及
椎间盘等连接构成的人体中 枢支柱。
成人的脊柱有26个椎骨,其中 包括7个颈椎、12个胸椎、5 个腰椎1个骶骨和1个尾(图1), 而骶骨系由5节椎体融合而成, 尾椎也由3-4节椎体构成。
脊柱的基本力学功能包括： ①在各种体位支持头颅与躯 干, 并将其载荷传递至骨盆。 ②使头颅与躯干能够在三维 空间内进行较大范围的生理 活动。 ③保护脊髓以及胸腔、腹腔 和盆腔脏器免受损伤。
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椎骨
椎骨主要由松质骨构成, 外层的皮质为 很薄的皮质骨。 每个典型椎骨可分为椎体和椎弓两部分。
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椎间盘
纤维环位于髓核的四周，由胶原纤维及纤维软骨组 成，是椎间盘最主要的维持负重的组织，与上，下 软骨板和脊柱前，后纵韧带紧密相连。层内纤维平 行排列,层间纤维的排列方向则相互交叉,相邻两层 纤维与椎间盘平面的夹角为±30°。
髓核是一种富有弹性的半液体的胶冻状物质，约占 椎间盘切面的50%~60%。可随外界压力改变其位置 和形状。
软骨终板即椎体的上下软骨面，为透明软骨，它构 成椎间盘的上下界，覆盖纤维环及髓核，厚度约
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椎间盘
椎间盘的弹性与其含水量的改变有密切关系，当含水 量减少时，其弹性减退。椎间盘在受压的状态下，水 分可通过软骨板外渗，含水量减少，体积也减小，压 力解除后（如夜间睡眠时，水分再次进入椎间盘，含 水量增加，体积也增加。有人观察到成人身长在一昼 夜相差1%，随着年龄的增长，髓核逐渐发生退行性变， 呈脱水状态，弹性减退，因而易受损伤。
脊柱解剖与生物力学基础 ppt课件
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
位置特征 ----- 重力线
在冠状面上，脊柱位于背部中央。 保持上部躯体在骨盆之上居中位。
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。
ppt课件
5
位置特征---脊柱各节段在轴向面上的位置
颈段 (CERVICAL) ：占居颈部的后 1/3 。
胸段 (THORACIC) ：胸椎弯曲位于 胸腔的后 1/4。
腰段 (LUMBAR) ： 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。
ppt课件
6
位置特征---脊柱的弯曲
在矢状面上，脊柱具有四个弯曲， 包括两个后凸和两个前凸。
后凸：具有一个胸椎后凸和一 个骶 椎后凸。
前凸：脊柱具有一个颈椎前凸和一 个腰椎前凸。
正常颈椎前凸为20度至40度。
ppt课件
8
解剖特征---骨组织的类型
脊椎的外层由皮质骨组成。皮质骨硬似象牙，由紧密的哈 弗氏系统构成。可提供良好的固定位点。
脊椎的内部由松质骨组成，形似蜂窝状。即所谓骨小梁 （细骨条索）而形成的网织骨。骨小梁间的微小腔隙内含 有骨髓。
ppt课件
9
解剖特征---一般形态
椎孔 vertebral foramen
腰椎的小关节与水平面成 90 度 角，而与额状面成 45 度角。因 为关节的朝向，限制了腰椎的旋 转运动，但允许伸﹑屈及侧屈运 动。
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
位置特征 ----- 重力线
在冠状面上，脊柱位于背部中央。 保持上部躯体在骨盆之上居中位。
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。
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位置特征---脊柱各节段在轴向面上的位置
颈段 (CERVICAL) ：占居颈部的后 1/3 。
胸段 (THORACIC) ：胸椎弯曲位于 胸腔的后 1/4。
腰段 (LUMBAR) ： 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。
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6
位置特征---脊柱的弯曲
在矢状面上，脊柱具有四个弯曲， 包括两个后凸和两个前凸。
后凸：具有一个胸椎后凸和一 个骶 椎后凸。
前凸：脊柱具有一个颈椎前凸和一 个腰椎前凸。
正常颈椎前凸为20度至40度。
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解剖特征---骨组织的类型
脊椎的外层由皮质骨组成。皮质骨硬似象牙，由紧密的哈 弗氏系统构成。可提供良好的固定位点。
脊椎的内部由松质骨组成，形似蜂窝状。即所谓骨小梁 （细骨条索）而形成的网织骨。骨小梁间的微小腔隙内含 有骨髓。
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9
解剖特征---一般形态
椎孔 vertebral foramen
腰椎的小关节与水平面成 90 度 角，而与额状面成 45 度角。因 为关节的朝向，限制了腰椎的旋 转运动，但允许伸﹑屈及侧屈运 动。
脊柱生物力学
十一点 五十五 分。
在上颈部，关节突关节 面几乎呈水平位，允许 作旋转运动；
在下颈部，关节突关 节面呈斜型，近似额 状位，因此具有一定 的侧屈和少许的屈伸 运动
第二十六页，编辑于星期二：二十一点 五十五 分。
胸椎的关节突呈冠状 位，棘突呈叠瓦状， 两侧与肋骨相连，这 些因素限制了胸椎只 能作轻微的侧屈运动。
第二十七页，编辑于星期二：二十一点 五十五 分。
腰椎关节突关节面近于 矢状位，旋转运动受限 制，主要允许作屈伸运 动。
第二十八页，编辑于星期二：二十一点 五十五 分。
（三）肌肉
头颈部的屈肌：胸锁乳突肌，前中后斜角肌、头 前直肌，头长肌，颈长肌及舌骨上下肌群。
头颈部伸肌:背最长肌、颈最长肌、头最长肌、头夹肌、
支点为关节突，使 作用于脊柱的轴向 压力被椎间盘直接 而被动的缓冲一部 分
同时被椎旁肌肉间 接而主动的缓冲了 另一部分。
第十五页，编辑于星期二：二十一点 五十五分。
椎间连接原件
在骶骨和颅底之间有24块被许多纤维韧带连 结在一起可以活动的椎骨。
韧带复合体使椎骨间形成强大的连接，并将 强大的机械阻力传递至脊柱。只有强大的创 伤才能导致这些椎间韧带的断裂。
髓核的亲水性
髓核位于终板平面的中央，该区域被软 骨覆盖，横向上有很多微孔，微孔将髓 核与终板面下的骨松质相连。
躯体直立承受压力时，髓核基质中的水 分通过微孔溢出至椎体。夜间休息时， 髓核的亲水性发挥作用，将水分吸回髓 核。髓核的高度清晨高于晚上。
随年龄增长，亲水性下降。
第二十二页，编辑于星期二：二十一点 五十五 分。
但是比椎间盘厚度的绝对值更重要的是椎间盘与相应椎体 的高度的比值，比值越大，相应椎体阶段的活动度越呆。
在上颈部，关节突关节 面几乎呈水平位，允许 作旋转运动；
在下颈部，关节突关 节面呈斜型，近似额 状位，因此具有一定 的侧屈和少许的屈伸 运动
第二十六页，编辑于星期二：二十一点 五十五 分。
胸椎的关节突呈冠状 位，棘突呈叠瓦状， 两侧与肋骨相连，这 些因素限制了胸椎只 能作轻微的侧屈运动。
第二十七页，编辑于星期二：二十一点 五十五 分。
腰椎关节突关节面近于 矢状位，旋转运动受限 制，主要允许作屈伸运 动。
第二十八页，编辑于星期二：二十一点 五十五 分。
（三）肌肉
头颈部的屈肌：胸锁乳突肌，前中后斜角肌、头 前直肌，头长肌，颈长肌及舌骨上下肌群。
头颈部伸肌:背最长肌、颈最长肌、头最长肌、头夹肌、
支点为关节突，使 作用于脊柱的轴向 压力被椎间盘直接 而被动的缓冲一部 分
同时被椎旁肌肉间 接而主动的缓冲了 另一部分。
第十五页，编辑于星期二：二十一点 五十五分。
椎间连接原件
在骶骨和颅底之间有24块被许多纤维韧带连 结在一起可以活动的椎骨。
韧带复合体使椎骨间形成强大的连接，并将 强大的机械阻力传递至脊柱。只有强大的创 伤才能导致这些椎间韧带的断裂。
髓核的亲水性
髓核位于终板平面的中央，该区域被软 骨覆盖，横向上有很多微孔，微孔将髓 核与终板面下的骨松质相连。
躯体直立承受压力时，髓核基质中的水 分通过微孔溢出至椎体。夜间休息时， 髓核的亲水性发挥作用，将水分吸回髓 核。髓核的高度清晨高于晚上。
随年龄增长，亲水性下降。
第二十二页，编辑于星期二：二十一点 五十五 分。
但是比椎间盘厚度的绝对值更重要的是椎间盘与相应椎体 的高度的比值，比值越大，相应椎体阶段的活动度越呆。
脊柱侧弯生物力学
L
F/2 B
L F/2
B
0.87F
0.87F
MtFL 精品c课件o)s(0.8F 7sLin)(
2
（4）三种加载效果比较
相1 对 矫 正 弯 矩
0.5
组合加载 轴向加载
M/FL
矫正弯矩=M/FL
径向加载
53
精品课件
100 140 变形角θ（度）
（5）Connock 法
TL 适于轴向旋转的脊柱侧弯异常
即使受力不再随时间变化，变形也将随时间推移而增大。 蠕变由肌肉、骨骼、韧带的弹性力学性质决定。
F
应用：颅环，股骨牵引
➢ 驰缓： 当力加于弹性体上，产生一定的变形，随后发
生受力随时间而减少的现象。 应用：Harrington棒临床应用后，再次手术
精品课件
L L+D
2. 脊柱侧弯矫正时轴向力与切向力比较
➢ 必需纠正的两类变形
功能性弯曲 由于重力作用于松驰的韧带与肌肉之上引起的变向功能性 发
弯曲。
生
可通过肌肉锻炼来矫正。
转
动
结构性弯曲 刚硬，包括脊椎的变形、骨的结构被破坏或发生变形、弯 曲的韧带失去弹性等。
不能通过肌肉的力量来矫正
精品课件
1. 蠕变与驰缓
➢ 蠕变 蠕变是一种变形，在对物体施加了初始力之后，
Cobb法 在正位X线相，先确定侧凸的上终椎及下终椎，在主弯上端其上、下终板 线向凹侧倾斜度最大者为上终椎，主弯下端者为下终椎。在上终椎椎体上缘及下 终椎椎体下缘各划一平线，对此两横线各作一垂直线，这两条垂线的交角即为 Cobb角，用量角器可测出其具体度数。
θβ
精品课件
A
α
θ
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85
脊髓损伤的力学因素
前方或后方的压缩力，特别是在过伸时，脊髓的中央部分受害最大
86
87
88
齿状韧带的轴向分力
与脊髓所受张力相平衡 有助于减少脊髓受拉
89
90
91
齿状韧带
相互平衡以保持脊髓位于椎管中央 防止骨性碰撞或震荡，犹如安全帽内的放射状头带
保持一定的内压 提供内源性稳定
68
69
肋骨框架的生物力学功能
使脊柱免受前方和侧方的直接打击 加强脊柱对位移的抗拉能力和能量吸收能力 增加惯性矩 增强胸段脊柱对旋转力的对抗能力
70
71
肌肉
保持姿位 提供外源性稳定 产生脊柱活动 主动肌 引发和进行活动 颉抗肌 控制和调节活动
72
躯干屈伸
前路： 1、融合率低 2、创伤大
53
脊柱融合术
后外侧，横突间： 融合率高（90%） 牢固，抗旋转，安全 更适合于椎板已截除者
54
椎间盘退变
最后阶段
40-50年后 增生骨压迫神经→疼痛，功能障碍 单个神经根（外侧隐窝狭窄） 马尾受压(椎管狭窄，出现假性跛行） 减压治疗，有效率85%
48
椎间盘退变
第三阶段
治疗：抗炎，支架，温和操练 融合术：1、使用支架有效 2、不多于两个活动节段 3、无坐骨神经症状 4、椎间皮质激素注射可 缓解症状 椎间盘突出者不做
49
50
51
52
脊柱融合术 后路： 1、Rollander：椎间关节在正常负
荷下仍有一定活动 2、继发性椎板增生→继发性椎管狭窄
81
第二阶段代表脊髓的组织特性
展开—褶叠已达极限 脊髓组织直接承受外力 阻力以103为指数迅速增加
82
83
初始阶段代表脊髓的结构特性
手风琴样可褶叠 褶叠—展开机理
使脊髓具有很大的伸缩性
84
脊柱轴性旋转或水平位移时，椎管有效横截面积将随同变化 脊柱的横截面积
受压时增大 拉伸时减小 屈伸→拉伸时：圆形→椭圆形
55
椎体
四十岁以后随年龄增加强度下降 骨组织减少25%，强度下降50%
56
57
载荷传导
载荷 上方软骨终板 椎体皮质骨 椎体松质骨 下方软骨终板
58
59
青年
老年（松质骨明显减少）
60
61
与横截面
颈椎 胸椎
与冠状面
腰椎
62
63
64
脊柱的后部结构
对脊柱活动起控制作用 承担脊柱压缩载荷的0-33% 抗剪切力 肌肉的附着点，提供脊柱的外源性稳定
腹肌，腰肌-----启动 躯干重力使屈曲继续增加 骶棘肌的活动随屈曲增加活动增加，以控制活动 骨盆前倾------由髋部肌肉控制 完全屈曲后，肌肉放松
由韧带保持被动性平衡
73
74
脊柱后面的肌肉
75
脊柱前面的活动肌
76
77
脊髓的生物力学
脊髓同时受到：
骨性椎管的保护 周围软组织的保护 自身力学特性的保护
脊柱的生物力学
1
2
3
4
5
6
University of Iowa
7
University of Iowa
8
University of Iowa
9
脊柱的生物力学功能
传导载荷 空间活动 保护脊髓
10
脊柱的稳定性
韧带和椎间盘：内源性稳定
肌肉：
外源性支持
11
脊柱的活动
多个活动阶段的联合动作 -------三个节段上的旋转和平移
脊柱某部分活动受到限制时 可导致其他部分活动增加
12
13
影响脊柱活动的因素
小关节面的方向 肋骨框架 骨盆的倾斜
14
15
脊柱不同平面的活动度
16
侧屈：颈、腰为主，胸部甚少
17
旋转：腰部参与甚少
18
屈曲分为两期 0-60度脊柱，>60度髋
19
脊柱活动度的共轭性
侧屈总是伴有旋转 颈椎，上胸椎：侧屈时棘突转向凸侧 下胸椎、腰椎：侧屈时棘突转向凹侧
25
26
27
28
身体姿势对腰段脊柱载荷的影响
A 放松站直 B 无靠背放松端坐 C 挺直端坐
A<C<B
29
A体积小于B体积，重量约为20公斤 力臂不同，弯矩不同
30
直立 身体上部亦屈曲
31
屈腰 屈腰挺背 上部前屈
Lw身体重量产生的弯矩
32
33
34
粘弹性特征
椎间盘为粘弹性物质 具有蠕变和滞后现象
65
脊柱后部失去支持
纤维环所受剪力增加 因蠕变作用而被拉长 脊髓滑脱症的疼痛：椎间盘拉伸变性
神经根受压
66
脊柱的韧带
承担脊柱大部分张力载荷，延伸率低 与椎间盘一起提供脊柱的内源性稳定 粘弹性能：允许生理活动，保持姿位 吸收能量，保护脊髓
67
黄韧带
含弹性纤维多，具有较大的弹性 在伸屈活动中保持较恒定的张力 使椎间盘内有持续的预张力
20
椎间盘
构成脊柱高度的20-33% 对抗压缩力 对脊柱活动有决定性影响
21
22
椎间盘的受载情况
与小关节共同承受躯干的压缩载荷 坐位：载荷约为躯干重量的3倍 活动时：动力性载荷+静态载荷=静态载荷
的 2倍
23
24
椎间盘的机械性能
有利于对260N/mm2 扭力+压缩力→纤维环破裂，髓核突出
伴疼痛
45
病理改变
纤维环裂隙发展 透明软骨剥融 髓核内胶原纤维含量增加 透明软骨沿纤维环附着部分离 髓核（或与邻近透明软骨一起）疝出
46
治疗
髓核摘除 髓核化学溶解 融合术
有效率90% 有效率70% 无效
47
椎间盘退变
第三阶段
退变加重 伴或不伴疼痛（休息后加重-稍微活动减轻-过多活动又加重） X线表现：骨赘形成，间隙狭窄，终板硬化，小关节退变
78
硬膜外脂肪 脑脊液
减少摩擦，吸收能量
79
保留软脊膜的脊髓，去除周围软组织，悬吊后可 延长10%
如进一步使其变形，将突然出现非弹性阻力
无软脊膜包裹的脊髓， 其特性如半流体性粘聚体
80
脊髓的负荷-位移曲线
两个明显不同的阶段
初始阶段：很小的拉伸力产生较大的位移 <0.01N 第二阶段：较大的拉伸力只产生较小的位移 20-30N
35
Creep
36
37
38
定义
蠕变：载荷不变，形变随时间而增加 松弛：形变恒定，载荷随时间而减少
39
40
蠕变与椎间盘的变性程度有关
41
42
43
椎间盘退变
最初阶段
软骨终板骨折 和/或
纤维环破裂
1-3周疼痛消失，X线表现阴性
44
椎间盘退变
发展阶段
急性椎间盘突出 退行性改变
脊髓损伤的力学因素
前方或后方的压缩力，特别是在过伸时，脊髓的中央部分受害最大
86
87
88
齿状韧带的轴向分力
与脊髓所受张力相平衡 有助于减少脊髓受拉
89
90
91
齿状韧带
相互平衡以保持脊髓位于椎管中央 防止骨性碰撞或震荡，犹如安全帽内的放射状头带
保持一定的内压 提供内源性稳定
68
69
肋骨框架的生物力学功能
使脊柱免受前方和侧方的直接打击 加强脊柱对位移的抗拉能力和能量吸收能力 增加惯性矩 增强胸段脊柱对旋转力的对抗能力
70
71
肌肉
保持姿位 提供外源性稳定 产生脊柱活动 主动肌 引发和进行活动 颉抗肌 控制和调节活动
72
躯干屈伸
前路： 1、融合率低 2、创伤大
53
脊柱融合术
后外侧，横突间： 融合率高（90%） 牢固，抗旋转，安全 更适合于椎板已截除者
54
椎间盘退变
最后阶段
40-50年后 增生骨压迫神经→疼痛，功能障碍 单个神经根（外侧隐窝狭窄） 马尾受压(椎管狭窄，出现假性跛行） 减压治疗，有效率85%
48
椎间盘退变
第三阶段
治疗：抗炎，支架，温和操练 融合术：1、使用支架有效 2、不多于两个活动节段 3、无坐骨神经症状 4、椎间皮质激素注射可 缓解症状 椎间盘突出者不做
49
50
51
52
脊柱融合术 后路： 1、Rollander：椎间关节在正常负
荷下仍有一定活动 2、继发性椎板增生→继发性椎管狭窄
81
第二阶段代表脊髓的组织特性
展开—褶叠已达极限 脊髓组织直接承受外力 阻力以103为指数迅速增加
82
83
初始阶段代表脊髓的结构特性
手风琴样可褶叠 褶叠—展开机理
使脊髓具有很大的伸缩性
84
脊柱轴性旋转或水平位移时，椎管有效横截面积将随同变化 脊柱的横截面积
受压时增大 拉伸时减小 屈伸→拉伸时：圆形→椭圆形
55
椎体
四十岁以后随年龄增加强度下降 骨组织减少25%，强度下降50%
56
57
载荷传导
载荷 上方软骨终板 椎体皮质骨 椎体松质骨 下方软骨终板
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59
青年
老年（松质骨明显减少）
60
61
与横截面
颈椎 胸椎
与冠状面
腰椎
62
63
64
脊柱的后部结构
对脊柱活动起控制作用 承担脊柱压缩载荷的0-33% 抗剪切力 肌肉的附着点，提供脊柱的外源性稳定
腹肌，腰肌-----启动 躯干重力使屈曲继续增加 骶棘肌的活动随屈曲增加活动增加，以控制活动 骨盆前倾------由髋部肌肉控制 完全屈曲后，肌肉放松
由韧带保持被动性平衡
73
74
脊柱后面的肌肉
75
脊柱前面的活动肌
76
77
脊髓的生物力学
脊髓同时受到：
骨性椎管的保护 周围软组织的保护 自身力学特性的保护
脊柱的生物力学
1
2
3
4
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University of Iowa
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University of Iowa
9
脊柱的生物力学功能
传导载荷 空间活动 保护脊髓
10
脊柱的稳定性
韧带和椎间盘：内源性稳定
肌肉：
外源性支持
11
脊柱的活动
多个活动阶段的联合动作 -------三个节段上的旋转和平移
脊柱某部分活动受到限制时 可导致其他部分活动增加
12
13
影响脊柱活动的因素
小关节面的方向 肋骨框架 骨盆的倾斜
14
15
脊柱不同平面的活动度
16
侧屈：颈、腰为主，胸部甚少
17
旋转：腰部参与甚少
18
屈曲分为两期 0-60度脊柱，>60度髋
19
脊柱活动度的共轭性
侧屈总是伴有旋转 颈椎，上胸椎：侧屈时棘突转向凸侧 下胸椎、腰椎：侧屈时棘突转向凹侧
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27
28
身体姿势对腰段脊柱载荷的影响
A 放松站直 B 无靠背放松端坐 C 挺直端坐
A<C<B
29
A体积小于B体积，重量约为20公斤 力臂不同，弯矩不同
30
直立 身体上部亦屈曲
31
屈腰 屈腰挺背 上部前屈
Lw身体重量产生的弯矩
32
33
34
粘弹性特征
椎间盘为粘弹性物质 具有蠕变和滞后现象
65
脊柱后部失去支持
纤维环所受剪力增加 因蠕变作用而被拉长 脊髓滑脱症的疼痛：椎间盘拉伸变性
神经根受压
66
脊柱的韧带
承担脊柱大部分张力载荷，延伸率低 与椎间盘一起提供脊柱的内源性稳定 粘弹性能：允许生理活动，保持姿位 吸收能量，保护脊髓
67
黄韧带
含弹性纤维多，具有较大的弹性 在伸屈活动中保持较恒定的张力 使椎间盘内有持续的预张力
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椎间盘
构成脊柱高度的20-33% 对抗压缩力 对脊柱活动有决定性影响
21
22
椎间盘的受载情况
与小关节共同承受躯干的压缩载荷 坐位：载荷约为躯干重量的3倍 活动时：动力性载荷+静态载荷=静态载荷
的 2倍
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24
椎间盘的机械性能
有利于对260N/mm2 扭力+压缩力→纤维环破裂，髓核突出
伴疼痛
45
病理改变
纤维环裂隙发展 透明软骨剥融 髓核内胶原纤维含量增加 透明软骨沿纤维环附着部分离 髓核（或与邻近透明软骨一起）疝出
46
治疗
髓核摘除 髓核化学溶解 融合术
有效率90% 有效率70% 无效
47
椎间盘退变
第三阶段
退变加重 伴或不伴疼痛（休息后加重-稍微活动减轻-过多活动又加重） X线表现：骨赘形成，间隙狭窄，终板硬化，小关节退变
78
硬膜外脂肪 脑脊液
减少摩擦，吸收能量
79
保留软脊膜的脊髓，去除周围软组织，悬吊后可 延长10%
如进一步使其变形，将突然出现非弹性阻力
无软脊膜包裹的脊髓， 其特性如半流体性粘聚体
80
脊髓的负荷-位移曲线
两个明显不同的阶段
初始阶段：很小的拉伸力产生较大的位移 <0.01N 第二阶段：较大的拉伸力只产生较小的位移 20-30N
35
Creep
36
37
38
定义
蠕变：载荷不变，形变随时间而增加 松弛：形变恒定，载荷随时间而减少
39
40
蠕变与椎间盘的变性程度有关
41
42
43
椎间盘退变
最初阶段
软骨终板骨折 和/或
纤维环破裂
1-3周疼痛消失，X线表现阴性
44
椎间盘退变
发展阶段
急性椎间盘突出 退行性改变