脊柱运动的生物力学
脊柱生物力学
• 坐位时腰椎间盘的压力是躯体的3倍还要多 • 跳跃等动作作用于椎间盘的实际载荷可超过
静止位的两倍以上 • 脊柱屈、伸和侧屈可在椎间盘的某些部分产
生伸展应力 • 躯干的轴向扭转在椎间盘上还可产生剪切载
荷，所以椎间盘上的压力是伸展、压缩和剪 切的复合应力
• (C)严重退变的椎间盘。髓核脱水，丧失了凝胶样的组织特 点。由于组织脱水，整个组织的特点均一， 因此难以区分 髓核与纤维环的界限。
三、脊柱的韧带
脊柱的韧带有不同的功能。
• 首先，要保证准确的生理活动及固定椎体间的 姿势和状态。
• 其次，限制过度的活动以保护脊髓。 • 最后，在快速高载荷的创伤环境中保护脊髓。
(2)纤维环：是椎间盘的周边 部分，并形成椎间盘的外 部边界，纤维环是由同心 圆排列的层纤维组织带组 成的，在同一纤维条带内 纤维的走行方向一致，但 任何两相邻条带的纤维走 向都相反，它们与椎间盘 平面呈30°角，因而相邻 条带的纤维呈120°角。
• (3)软骨终板：由透明软骨组成，将椎体 与其两侧的椎间盘分开，构成椎间关节 的终板。
• 在高速动力测试中，终板的断裂有三种形式：中心型、 周围型及全板断裂型。中心型在没有退变的椎间盘中 最多见，周围型多见于有退变的椎间盘。全板断裂多 发生于高载荷时。
终板的断裂机制
无退变的椎间 盘受压，在髓 核内产生压力 ，终板的中心 部位受压。
退变的椎间盘由 纤维环传递压力 ，终板边缘承受 载
2. 压缩特性
脊柱的生物力学与损伤预防
第一节 脊柱Βιβλιοθήκη 生物力学特点一、脊柱的力学特性和生物学功能
①作为躯干的支架，向骨盆传导头部及躯干部的 重力； ②允许躯体有足够的三维空间内的生理运动，如 伸、屈、轴向旋转； ③最后也是最重要的，保护柔软娇嫩易受伤的脊 髓，使之免受可能的暴力及创伤性运动的危害。
脊柱生物力学PPT课件
椎间盘的结构
髓核：位于中央部，胚胎学上 来源于脊索的胶冻样物质，均 有强亲水性，包含80%水分。 化学成分：粘多糖基质。髓核 内没有血管和神经，导致髓核 的修复无法完成。
周围是纤维环，由呈同心圆的 纤维组成。
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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
头、颈和躯干运动学
1
脊柱
2
3
人类属于脊柱动物亚门，代表了自鱼类 开始，生物体脱离海洋至登上陆地，其 间所经历的漫长进化过程的最后阶段。
我们和猿共同拥有相似的脊柱结构。然 而，猿的直立是间断的。
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脊柱的生物力学特点
躯干的支柱轴 在躯干位于对称位置时，
脊柱整体可看作船的桅杆， 其立于骨盆之上，并向头 部延伸 在肩部水平，脊柱支撑着 一个相当于桅杆主帆的帆 架平面（肩胛骨） 在所有节段水平，脊柱内 包含韧带和肌肉等张紧装 置，这些张紧装置被排列 成支柱一样，将其主体与 其附着点连结起来。
同时被椎旁肌肉间 接而主动的缓冲了 另一部分。
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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。
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水平面： 附着在前柱的韧带。
1.前纵韧带起自颅底经椎体前方 到达骶骨。
腰椎支撑整个上半身，位于躯体中心位置， 向前突入腹腔。
骶骨，尾骨是尾巴的退化器官 脊柱是是脊髓的保护结构 第2腰椎是脊髓圆锥所在位置，此阶段下的椎
管内仅容纳没有神经功能的终丝。
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脊柱生理弯曲
在进化过程中，因直立形成的角度 部分被骨盆后倾抵消，部分需要腰 椎弯曲来弥补。
脊柱运动的生物力学
脊柱疾病和损伤与脊柱受力的异常有明确关系，而康复治疗和预防也需要对脊柱运动的生物力学有清楚的了解。
本文旨在为临床和治疗技术人员提供相关的基础知识。
1、结构特征：脊柱是人体运动的主轴。
由多个椎体、多重关节(椎间“关节”、椎小关节)、众多肌肉和韧带紧紧围绕、生理弯曲，以满足脊柱的坚固性和可动性(柔韧性)。
其活动有三维方向(前后、左右、旋转)和六个自由度(3个平动、3个转动)。
2、位置特征：颈段支撑头颅，重心处于颈部前2/3和后1/3的交界处;胸段重心偏后(胸廓前后径的后1/4)，与胸廓共同分解胸以上躯体的重量。
腰段居中，甚至前凸，以支撑体重。
3、解剖特征：(1)椎管：椎骨构成一个可褶曲的有效管腔以容纳延髓和脊髓。
(2)椎骨：由椎体、椎弓、上下关节突、棘突、横突构成。
椎体是椭圆形短扁骨，一圈致密的骨皮质包围海棉状的髓质(松质骨)，上下骨皮质中有较厚的软骨板衬垫，边缘由较厚的环形衬板构成。
椎体的骨小梁除按应力线斜行交叉外;还可看到一组从椎体上面向后延伸，至椎弓根水平时呈扇形分布于下关节突与棘突，另一组则从椎体下面向后延伸到椎弓根水平时呈扇形分布于下关节突与棘突。
椎体前缘最薄弱，易于发生压缩性骨折。
横突和棘突作为脊柱肌肉的附着点，是脊柱动态稳定性的基础之一。
(3)椎间盘：内部为髓核，外部为纤维环。
髓核为半液态，由富亲水性的葡萄糖胺酸聚糖的胶状凝胶所组成。
除了下腰椎的髓核位置偏后外，髓核均位于椎间盘的正中。
纤维环为多层致密的结缔组织彼此斜行交织而成，自边缘向心分布，致密的纤维环开始是垂直的，越接近中心越倾斜，到中心接触髓核时，几乎近水平走向，并围绕髓核成椭圆形。
椎间盘受压时，髓核承受75%的压力，其余25%的压力分布到纤维环。
髓核还同时具有稳定脊柱运动的功能，在伸展运动时，上方椎体向后移位，缩减了椎间隙后缘，髓核受挤向前方偏移。
在前屈运动时，正好相反，从而使椎体获得较强的自稳性。
椎间盘总厚度约为脊柱全长的25%。
脊柱生物力学
脊柱生物力学1.运动节段由于脊柱的结构和功能较为复杂，在研究脊柱的生物力学时，通常观察脊柱的某一部分，该部分由相邻两椎体及其间的软组织构成，能显示整个脊柱相似的生物力学特性的最小功能单位，其运动的叠加可构成脊柱的三维运动，称为运动节段，又称脊柱功能单位。
●分部：通常将其分为前后两部分：前部分由两个椎体、椎间盘和后纵韧带组成；后部分由相应的椎弓、椎间关节、横突、棘突和韧带组成。
●前后部承载：前部的椎间盘和后部的小关节在负重及应力分布方面存在着一种独立的、动态的关系。
在侧方、前方剪应力作用、轴向压缩及屈曲运动时，前部的椎间盘是主要的负重部位。
如伴有较大的位移时，后部的小关节也承受部分载荷，在后方剪应力（背伸运动）和轴向旋转时，小关节则是主要的负重部位。
●功能：①运动功能，提供椎体三维空间的运动范围；②承载功能，将载荷从颈部传到骨盆；③保护功能，保护椎管内容纳的脊髓及神经根。
椎体，椎间盘及前纵韧带、后纵韧带提供脊柱的支持功能和吸收对脊柱的冲击能量。
运动范围主要依靠椎间关节复合体完成。
躯干及韧带保证脊柱的稳定性和维持身体姿势。
2.脊柱运动学神经和肌肉的协同作用产生脊柱的运动。
脊柱作为柔软性载负体，其运动形式是多样的。
脊柱的运动范围较大，但组成脊柱的各个节段的运动范围却较小，节段间的运动是三维的，表现为两椎骨的角度改变和位移。
脊柱的活动通常是多个运动节段的联合运动，包括沿横轴、矢状轴和纵轴的旋转和平移。
限制任何部位的活动都可增加其他部位的活动。
（1）运动特性：在脊柱运动中，椎体与椎间盘韧带、关节囊等组织相比，变形量极小，分析运动时可视为刚体，而椎间盘等其他物体被视为塑性物体。
（2）自由度：按照刚体运动学理论，椎骨的三维运动有六个自由度即前屈/后伸、左/右侧弯和左/右旋转运动方向上的角度以及上/下、前/后和左/右方向的位移。
其中三个为平动自由度，三个为转动自由度。
3.运动范围（1）颈椎的活动度：颈椎是脊柱活动度最大的部分。
脊柱的生物力学
脊柱的生物力学脊柱是人体的中轴，由脊椎骨、椎间盘、椎间关节和椎旁各关节、韧带及肌肉紧密连结而成。
椎管是各脊椎的椎孔连贯而成，内容脊髓。
成人整个脊柱从正面观为一条直线，从侧面观分为四个弯曲，颈部向前凸，胸部向后凸，腰部向前凸，骶部向后凸。
这些弯曲是适应人体直立行走的姿势，在生长发育的过程中逐步形成。
脊柱的功能为：支持体重、传递重力；保护脊髓和神经根；参与形成胸腔、腹腔及骨盆腔；至此和附着四肢与躯干联系的肌肉和筋膜。
脊柱由前屈、后伸、左右侧屈及左右旋转的运动能力。
在脊柱运动时，椎间盘的髓核成为杠杆作用的支点。
由于生理弯曲存在，胸椎椎间盘髓核在中央，而颈及腰椎髓核偏后。
其髓核前方的纤维环比后侧强而厚，前纵韧带亦较后纵韧带强而有力，当仰头、伸腰时，椎间盘后方受挤压，髓核向前移动。
反之，低头、弯腰时，髓核向后推挤。
如用力过度后纵韧带和后方纤维环易发生损伤破裂而使髓核发生突出，尤其在椎间盘已有退变的基础上更容易发生椎间盘突出。
由于脊髓各段的后关节面排列方向不同，其旋转轴心亦有各异。
后关节面脊椎近似水平面，胸椎呈冠状面，而腰椎呈矢状面。
同时由于各段椎间盘中髓核位置不同，在脊柱运动时颈部和腰部旋转的轴心位于椎管后部与椎板联合处，胸部的旋转轴心在椎间盘中心。
脊柱使人体保持直立位，同时承受挤压、牵拉、弯曲、剪切和旋转应力，主要有3个基本的生物学功能，即将头和躯干的载荷传递到骨盆，提供在三维空间的生理活动和保护脊髓。
脊柱活动和脊柱的稳定性：脊柱活动通常是多个活动节段的联合动作。
由于椎间盘和后关节的存在，使脊柱能沿横轴、矢状面和纵轴活动。
正常脊柱能够前屈后伸、左右侧弯和轴向旋转。
因小关节面的排列方向不同，不同节段的活动方向和幅度也不一样。
颈椎关节面的方向接近水平，故能做较大幅度的屈伸、侧屈和旋转活动；胸椎的小关节面呈冠状位，又有胸廓的存在，使其活动受到一定的限制；腰椎的小关节面呈矢状面，与横截面呈90°，与冠状面呈45°，其伸屈活动幅度从上至下逐渐增大，而旋转、侧屈活动幅度则受限明显。
脊柱生物力学
Finite element
Finite element
King H. Yang, Ph.D.
Finite element
脊柱的生物力学应用
脊柱的生物力学应用
脊柱的生物力学应用
脊柱的生物力学应用
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椎间盘的生物力学特性
无蜕变的椎间盘（0 度）需要相对长的时 间性而达到较小变形
椎间盘的生物力学特性
7、滞后 椎间盘和脊椎属粘弹性体，有滞后性能。 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、年龄及椎间盘 所处位置有关。
椎间盘的生物力学特性
滞后 载荷越大，滞后越大；随着年龄的增大 其逐渐减小。同一椎间盘在第二次加载 后的滞后比第一次加载时下降，这表明 反复冲击载荷 对椎间盘有损害。
INTRODUCTION
脊柱的生物力学涉及范围非常广泛，脊 柱结构、运动、损伤、固定等方面的生 物力学研究有助于解释脊柱相关的生理、 病理以及对临床治疗方法、临床器械的 设计研究与发展有着重要的指导意义。
脊柱的结构
脊柱的结构复杂，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，其主 要功能为保护脊髓，并将载荷从头脊柱 传递到骨盆。具有活动性能的各椎体间 互相形成关节，能在三个平面上运动。 脊椎的稳定性由韧带、椎间盘、肌肉共 同协调维持。
脊柱运动的解剖和生物力学基础
脊柱运动的解剖和生物力学基础脊柱是人体骨骼系统中的重要组成部分，它由多个椎骨组成，每个椎骨之间通过椎间盘连接。
人体脊柱分为颈椎、胸椎、腰椎、骶椎和尾椎五个部分，共有33个椎骨。
脊柱的主要功能是支撑身体的重量，保护脊髓和神经根，并提供运动的灵活性。
我们来了解脊柱的解剖结构。
每个椎骨由一个圆柱状的体和一个弓状的横突组成。
椎骨之间的椎间盘由纤维环和内核组成，纤维环具有一定的韧性和弹性，能够缓冲和吸收脊柱运动时的压力。
椎间盘的存在使得脊柱具有一定的弯曲和扭转能力。
此外，脊柱还有一系列的关节，包括椎体关节、小关节和椎弓关节，这些关节使得脊柱能够进行多方向的运动。
脊柱的生物力学基础是研究脊柱在运动中所承受的力学作用。
脊柱的运动主要包括屈曲、伸展、旋转和侧弯等。
这些运动是由脊柱的解剖结构和周围肌肉的协同作用完成的。
在运动中，脊柱受到多种力学作用，包括压力、拉力、剪切力和扭矩等。
我们来看脊柱在屈曲和伸展运动中所承受的压力和拉力。
当脊柱屈曲时，椎间盘受到压力，纤维环向后压缩，内核向前移动。
相反，当脊柱伸展时，椎间盘受到拉力，纤维环向前拉伸，内核向后移动。
这种压力和拉力的作用使得椎间盘能够缓冲和吸收脊柱运动时的冲击力。
我们来看脊柱在旋转运动中所承受的剪切力和扭矩。
旋转运动是脊柱最复杂的运动之一，它涉及到椎骨之间的小关节和椎弓关节的协同作用。
在旋转运动中，椎骨之间的小关节受到剪切力的作用，而椎骨之间的椎弓关节受到扭矩的作用。
这些力学作用使得脊柱能够进行旋转运动并保持稳定。
脊柱还承受着来自周围肌肉的力学作用。
肌肉通过肌腱与椎骨相连接，肌肉的收缩和松弛使得脊柱能够进行各种运动。
肌肉的力量和协调性对于保持脊柱的稳定性和灵活性至关重要。
脊柱的解剖结构和生物力学基础对于人体运动至关重要。
了解脊柱的解剖结构和生物力学特性可以帮助我们更好地理解脊柱的功能和运动机制。
同时，对于预防和治疗与脊柱相关的问题和疾病也具有重要的指导意义。
因此，我们应该重视脊柱的健康，保持正确的姿势和良好的运动习惯，以维持脊柱的正常结构和功能。
脊柱运动及生物力学课件
腰椎的生理曲度对腰椎间盘的应力分布有着重要影响。当 腰椎曲度发生变化时，会导致腰椎间盘的应力分布发生变 化，从而增加腰椎间盘突出的风险。
腰部肌肉的力学特性
腰部肌肉对腰椎起着支撑和保护的作用。当腰部肌肉的力 学特性发生改变时，可能会导致腰椎的稳定性下降，从而 引发腰椎间盘突出。
脊柱侧弯与生物力学
旋转则是脊柱的环形运动。
这些运动形式是人体完成各种动 作的基础，如弯腰、扭头、转身
等。
脊柱的生理功能
支撑和保护
维持姿势
脊柱支撑着人的身体，保护脊髓和神经根 不受损伤。
通过肌肉的收缩和舒张，脊柱可以维持人 体的姿势平衡。
缓冲震荡
运动功能
当人体受到外力冲击时，脊柱能够起到缓 冲震荡的作用，保护脊髓和神经根不受损软件，模拟脊柱在不同 外力作用下的响应。
比较法
比较不同个体或不同姿势下脊柱的 生物力学差异，为个体化运动方案 提供依据。
03
脊柱运动与生物力学的关 系
脊柱运动对生物力学的影响
脊柱运动影响身体姿势
通过改变脊柱的弯曲和扭曲程度，可 以调整身体的重心和平衡，从而影响 站立、坐姿和行走等姿势。
颈椎病与生物力学
01 02
颈椎的弯曲度和曲率半径变化
颈椎的生理弯曲度是适应头部重量的需要而形成的。当颈椎的弯曲度和 曲率半径发生变化时，颈椎的应力分布也会发生变化，从而导致颈椎病 的出现。
颈椎间盘的受力变化
颈椎间盘在颈椎的活动中起着缓冲和减震的作用。当颈椎间盘受到过度 的压力或扭曲力时，会导致颈椎间盘的退行性变，进而引发颈椎病。
05
脊柱疾病的预防与治疗中 的生物力学应用
正确的姿势与脊柱健康
坐姿
保持正确的坐姿，使腰部有足够 的支撑，可以减轻脊柱压力。
脊柱生物力学
脊柱生物力学1.运动节段由于脊柱得结构与功能较为复杂，在研究脊柱得生物力学时，通常观察脊柱得某一部分，该部分由相邻两椎体及其间得软组织构成，能显示整个脊柱相似得生物力学特性得最小功能单位，其运动得叠加可构成脊柱得三维运动，称为运动节段，又称脊柱功能单位。
●分部：通常将其分为前后两部分：前部分由两个椎体、椎间盘与后纵韧带组成；后部分由相应得椎弓、椎间关节、横突、棘突与韧带组成。
●前后部承载：前部得椎间盘与后部得小关节在负重及应力分布方面存在着一种独立得、动态得关系。
在侧方、前方剪应力作用、轴向压缩及屈曲运动时，前部得椎间盘就是主要得负重部位。
如伴有较大得位移时，后部得小关节也承受部分载荷，在后方剪应力（背伸运动）与轴向旋转时，小关节则就是主要得负重部位。
●功能：①运动功能，提供椎体三维空间得运动范围；②承载功能，将载荷从颈部传到骨盆；③保护功能，保护椎管内容纳得脊髓及神经根。
椎体，椎间盘及前纵韧带、后纵韧带提供脊柱得支持功能与吸收对脊柱得冲击能量。
运动范围主要依靠椎间关节复合体完成。
躯干及韧带保证脊柱得稳定性与维持身体姿势。
2.脊柱运动学神经与肌肉得协同作用产生脊柱得运动。
脊柱作为柔软性载负体，其运动形式就是多样得。
脊柱得运动范围较大，但组成脊柱得各个节段得运动范围却较小，节段间得运动就是三维得，表现为两椎骨得角度改变与位移。
脊柱得活动通常就是多个运动节段得联合运动，包括沿横轴、矢状轴与纵轴得旋转与平移。
限制任何部位得活动都可增加其她部位得活动。
（1）运动特性：在脊柱运动中，椎体与椎间盘韧带、关节囊等组织相比，变形量极小，分析运动时可视为刚体，而椎间盘等其她物体被视为塑性物体。
（2）自由度：按照刚体运动学理论，椎骨得三维运动有六个自由度即前屈/后伸、左/右侧弯与左/右旋转运动方向上得角度以及上/下、前/后与左/右方向得位移。
其中三个为平动自由度，三个为转动自由度。
3.运动范围（1）颈椎得活动度：颈椎就是脊柱活动度最大得部分。
脊柱生物力学Microsoft Word 文档
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： 椎间盘是位于人体脊柱两锥体之间，由软骨板、纤维环、髓核组成的一个密封体• 脊柱矢状面的正常曲度使得脊柱灵活运动、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。
• 椎体承载躯干及上肢主要的轴向负荷，椎体所须承载的重量从头端到尾端逐渐增加，椎体本身也逐渐增大。
• 椎体组成脊柱的前柱，承载 80% 的轴向负荷（体重）。
后方结构（主要是关节突关节）组成脊柱后柱，向下肢传递 20% 的轴向负荷。
脊柱后方的肌肉群产生“张力作用”，用来维持直立姿势及保持人体矢状面和冠状面的平衡，这些肌肉群被称为“张力带”。
任何前柱或后柱的破坏及疾病均可打破脊柱在骨盆及髋关节上的平衡，导致后方肌肉群的疲劳和疼痛。
同样后方肌肉群的损伤及疾患也可使脊柱失去矢状面的平衡。
近几十年来，生物力学研究表明颈椎病的许多临床表现及影像学改变都与其密切相关。
因此，开展对颈椎生物力学的研究已成为脊柱研究领域的热点之一。
本文就生物力学在颈椎病某些方面的研究作一简要综述。
1、颈段脊柱解剖与生物力学：在研究脊柱生物力学时，一般多运用运动节段(motionsegment)或脊柱功能单位(functional spinal unit，FSU)进行描述与分析[1-4]。
脊柱的功能单位包括邻近两个椎体及其间的椎间盘与韧带。
一般分为前部结构和后部结构前者包括椎体、椎间盘、椎弓和相连的韧带，后者包括相应的椎弓、椎间关节、横突棘突和韧带。
颈椎基本的生物力学功能是：载荷的传递；三维空间的生理活动；保护颈脊髓。
颈椎活动节段为颈段脊柱的基本功能单位，是维持颈椎稳定性的基本单位。
杨企文[5]通过椎体静加载实验发现，椎体承受的轴向压缩极限载荷从颈椎到腰椎，其总体变化趋势为逐渐增加，而椎体的相对变形则逐渐减小；动载荷时其变化趋势与静加载相同。
脊柱生物力学特点
脊柱生物力学特点
脊柱生物力学特点包括脊柱的运动稳定性、轴向刚度、角度刚度以及脊柱的应变和弯曲应力等，这些都与其结构和功能密切相关。
1. 脊柱的运动稳定性：通过对12具人尸体进行上胸椎三维运动稳定性测试，可以评估经腋中线胸腔入路侧方钢板内固定重建上胸椎的效果，这种手术入路稳定，能满足脊柱重建生物力学的需要。
2. 脊柱的轴向刚度：脊柱的轴向刚度是指脊柱在轴向方向上的抵抗弯曲的能力，例如经皮椎间孔镜腰椎间盘髓核摘除术作为微创治疗方法，具有创伤小、出血量少并能快速康复的优点，主要发生在40-60岁的中年人群。
3. 脊柱的角度刚度：脊柱的角度刚度是指脊柱在不同角度下抵抗弯曲的能力，对于不同疾病的治疗有很大的影响。
4. 脊柱的应变和弯曲应力：脊柱的应变和弯曲应力是指脊柱在不同负载下所受的变形和应力，这是评估脊柱健康状况的重要指标。
此外，脊柱生物力学还涉及到脊柱的应力分布、弹性模量和应变等方面。
了解脊柱生物力学的特点和变化，对于评估和治疗脊柱相关疾病具有重要意义。
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脊柱疾病和损伤与脊柱受力的异常有明确关系，而康复治疗和预防也需要对脊柱运动的生物力学有清楚的了解。
本文旨在为临床和治疗技术人员提供相关的基础知识。
1、结构特征：脊柱是人体运动的主轴。
由多个椎体、多重关节(椎间“关节”、椎小关节)、众多肌肉和韧带紧紧围绕、生理弯曲，以满足脊柱的坚固性和可动性(柔韧性)。
其活动有三维方向(前后、左右、旋转)和六个自由度(3个平动、3个转动)。
2、位置特征：颈段支撑头颅，重心处于颈部前2/3和后1/3的交界处;胸段重心偏后(胸廓前后径的后1/4)，与胸廓共同分解胸以上躯体的重量。
腰段居中，甚至前凸，以支撑体重。
3、解剖特征：(1)椎管：椎骨构成一个可褶曲的有效管腔以容纳延髓和脊髓。
(2)椎骨：由椎体、椎弓、上下关节突、棘突、横突构成。
椎体是椭圆形短扁骨，一圈致密的骨皮质包围海棉状的髓质(松质骨)，上下骨皮质中有较厚的软骨板衬垫，边缘由较厚的环形衬板构成。
椎体的骨小梁除按应力线斜行交叉外;还可看到一组从椎体上面向后延伸，至椎弓根水平时呈扇形分布于下关节突与棘突，另一组则从椎体下面向后延伸到椎弓根水平时呈扇形分布于下关节突与棘突。
椎体前缘最薄弱，易于发生压缩性骨折。
横突和棘突作为脊柱肌肉的附着点，是脊柱动态稳定性的基础之一。
(3)椎间盘：部为髓核，外部为纤维环。
髓核为半液态，由富亲水性的葡萄糖胺酸聚糖的胶状凝胶所组成。
除了下腰椎的髓核位置偏后外，髓核均位于椎间盘的正中。
纤维环为多层致密的结缔组织彼此斜行交织而成，自边缘向心分布，致密的纤维环开始是垂直的，越接近中心越倾斜，到中心接触髓核时，几乎近水平走向，并围绕髓核成椭圆形。
椎间盘受压时，髓核承受75%的压力，其余25%的压力分布到纤维环。
髓核还同时具有稳定脊柱运动的功能，在伸展运动时，上方椎体向后移位，缩减了椎间隙后缘，髓核受挤向前方偏移。
在前屈运动时，正好相反，从而使椎体获得较强的自稳性。
椎间盘总厚度约为脊柱全长的25%。
白天站立和行走的压力使髓核丧失少量水分，而在睡眠或休息时由于髓核压力减小，水分又得到重储存。
因此早晚身高有2厘米的差异。
20岁以后髓核对水分重储存能力减退。
由于提重物和年龄增长产生的微损伤使纤维环纤维成分增加，而能复原的弹性成分相对减少。
因此30-50岁的成年人纤维环易遭受损伤，继后髓核脱出而压迫神经根。
(4)椎小关节：椎小关节由相临椎体的上下关节突构成，和椎间盘的载荷分配随脊柱位置而异，一般承受0~30%的脊柱载荷。
脊柱过伸位时小关节突承载力显著增加。
(5)脊柱韧带：有前纵韧带、后纵韧带、棘间韧带、棘上韧带和黄韧带。
韧带主要作用于脊柱的静态稳定性。
大多数脊柱韧带由延伸度较小的胶原纤维构成。
黄韧带含有较高比例的弹力纤维。
韧带还作用于拉伸载荷在椎体间的传递，使脊柱在生理围以最小的阻力进行平稳运动。
4、运动节段：由两个相临的椎体、椎间盘和纵韧带形成节段的前部。
相应的椎弓、椎间关节、横突和棘突以及韧带组成节段的后部。
椎弓和椎体形成椎管以保护脊髓。
运动节段是脊柱的最小功能单元。
(1)前部：椎体的设计主要是为了承担压缩负荷，上部身体的重量加大时，椎体就相应变得更大，因此腰椎的椎体比胸椎和颈椎的椎体要高，其横截面积也大一些。
腰椎椎体的尺寸增大，是它们能承受这部分脊柱所需的较大负荷。
(2)后部：后部控制运动节段的运动。
运动的方向取决于椎间小关节突的朝向。
第1、2颈椎小关节突朝向横面，其余颈椎的椎小关节突均与横面呈450夹角而与额面平行，从而能够屈曲、伸直、侧弯和旋转。
胸椎小关节突的朝向与横面呈600，与额面呈200夹角，使其能侧弯、旋转和少许屈伸。
腰区椎小关节突的朝向与横面呈直角，与额面呈450，使其能屈伸和侧弯，但不能旋转。
腰骶小关节突的朝向和形状使之能有某些旋转活动。
5、脊柱偶连运动：脊柱运动一般是几个节段的联合动作，称之为偶联运动。
影响偶联运动的骨性结构有胸廓和骨盆，胸廓限制胸椎运动，骨盆倾斜可以增加躯干的运动。
脊柱运动的正常围变异很大，有较强的年龄因素。
脊柱整体屈曲50°~60°起始于腰椎。
骨盆前倾和髋部屈曲增加脊柱前屈围，胸椎的作用有限。
虽然胸椎小关节的形状有利于侧弯，但肋骨限制其活动。
脊柱旋转主要发生在胸椎和腰骶部，腰椎的旋转十分有限。
6、脊柱负荷：腰椎是脊柱主要承重部位。
放松直立位时，椎间盘压力来自于椎间盘压、被测部位以上的体重和作用在该运动节段的肌肉应力。
躯干屈曲和旋转时椎间盘的压应力和拉应力均增加。
腰椎载荷在放松坐位高于放松直立位，有支撑坐位小于无支撑坐位。
仰卧位时脊柱承载最小。
仰卧位膝伸直时，腰肌对脊柱的拉力可以在腰椎上产生载荷。
髋和膝关节有支撑屈曲时，由于腰肌放松使腰椎前凸变直，载荷减小;附加牵引时载荷可以进一步减小。
患者仰卧、髋和膝关节支撑下屈曲、脊柱前凸变平，牵引力可更为均匀地分布到整个脊柱。
携带重物时，物体重心与脊柱运动中心之间的距离越短，阻力臂越短，脊柱载荷越小。
身体前屈位拿起重物时，除了物体重力外，上身重量也产生脊柱剪力，增加脊柱载荷。
举例：体重70公斤，提起20公斤重物，脊柱前屈350，作用在腰骶部及腰椎的力：①上身重力(W)450牛顿(约为65%体重)。
②物体重力(P)200牛顿。
③竖棘肌收缩力(M)。
腰椎发生两个力矩，即力W和力P以及它们与瞬时运动中心的距离(力矩WLw和PLp )。
反向平衡力矩(力矩MLM)由力M以肌与它瞬时中心的距离产生，力W的力臂(力与瞬时中心的垂直距离)为0.25米，力P的力臂为0.4米，力M的力臂为0.05米。
身体处于平衡状态时，作用在腰椎上的力矩之和必须为0(把顺时力矩规定为正，逆时针力矩为负)。
Σ力矩=0;(W×Lw) (P×Lp)-(M×Lm)=0(450N×0.25m) (200N×0.4m)-(M×0.05m)=0M×0.05m=112.5Nm 80NmM=3850Nm作用在椎间盘上的总压缩力(力C)可用三角形法计算。
若椎间盘与横面倾斜350，力C为作用在椎间盘上压缩力之和，包括：①上身重量(W)所产生的力，它作用在350倾斜的椎间盘上(W×cos350)。
②物体重量(P)产生的力，它作用在倾斜的椎间盘上(P×cos350)。
③竖棘肌(M)产生的力，呈直角作用于倾斜的椎间盘。
椎间盘(C)总压缩力也可通过平衡公式求出。
Σ力=0;(W×cos350) (P×cos350) M-C=0(450N×cos350) (200N×cos350) 3850N-C=0C=365.5 163.8 3850(N)C=4382 N表1 腰(L3)椎间盘所受的力(Jayson, 1987)牛顿(N) 仰卧位仰卧清醒250半卧位100腰麻或截瘫80被动牵引30秒250被动牵引3分钟<100自体牵引500仰卧上肢练习(手握20N重物) 600仰卧起坐(大围) 1200双腿抬起800仰卧起坐(小围，等长收缩) 600头低位床面倾斜10°300坐位直坐(无支持) 700坐位100°，腰部靠垫4cm 450坐位100°，有扶手400坐位100°，有靠背和脚踏板500坐办公椅500起坐无扶手1000起坐有扶手700坐办公椅握20N重物700腰前屈每手握100N重物1400上举50N重物1400站立位放松站立500咳嗽700挺胸大笑700平跳700腰椎前屈20°700腰椎前屈40°1000腰椎前屈20°，每手握100N重物1200腰椎前屈20°，旋转20°，每手握50N重物2100上举100N，跪、躯干挺直1700前平举100N腰椎前屈屈膝伸直1900前平举100N 1900腰椎前屈30°，前平举每手40N重物1700腰围支持下腰椎前屈30°，每手举40N重物12007、运动对腰椎载荷的影响：所有运动都会增加腰椎载荷。
竖棘肌和腹肌运动训练应在脊柱载荷适合的条件下进行。
双腿直腿上抬时腰方肌的活动最大，并使脊柱前凸。
屈髋、膝限制腰肌活动后再行仰卧起坐可以有效地训练腹肌，但也使腰椎间盘压力增加。
若活动围仅限于躯干屈曲，头和肩只抬高到肩胛带离开桌面的位置，以排除腰椎运动，使腰椎载荷减小。
胸前抱膝运动使腹外斜肌和腹直肌活动。
8、骶髂关节：骶髂关节的韧带损伤、多动或少动、炎症等是下腰疼痛的主要原因。
骶髂关节为平面关节。
骶骨关节面覆有透明软骨，而髂骨关节面表面为纤维软骨;关节腔有滑液,并有关节囊。
随年令增长，骶髂关节的骨赘和关节强直的发生率很高，主要在男性，女性发生率极低。
骶髂关节运动围平均4°。
骶髂关节的骨性结构和强厚广泛韧带的结合形成了关节的自锁机制。
当压力增加导致骶骨在髂骨表面向下运动和后韧带紧,将两侧髂骨向中间靠拢，像钳子一样将骶骨夹得更紧阻止髂骨的下降。
9、肌肉作用：头、颈和躯干肌在中线两侧成对排列，两侧肌收缩产生矢状面上的前屈和后伸运动。
一侧肌收缩则在额状面或横断面产生侧屈或旋转运动。
承受重力、附肢肌收缩以及地面的反作用力时，颈肌和躯干肌协同收缩稳定椎骨。
(1)头和脊柱平衡：相关的肌肉包括：前：枕下肌、头长肌、颈长肌、斜角肌、胸锁乳突肌、腹直肌、腹斜肌、腹外斜肌和腰大肌。
后：枕下肌、横突棘肌和竖棘肌。
外侧：斜角肌、胸锁乳突肌、腰方肌、腰大肌、腹斜肌和肋间肌。
放松坐位或直立位时，这些肌肉仅有与姿势摆动有关的小量周期性活动。
头部或头、躯干、上肢的重心移动或推拉躯干可直接激活肌收缩使躯干恢复平衡。
(2)躯干运动和椎骨稳定：横突棘肌和竖脊肌的主要功能是脊柱后伸时协同稳定脊柱。
闭链运动中腰大肌是主要动作肌和躯干固定肌。
躯干肌的重要功能是固定胸廓、骨盆和脊柱，使肢体运动时可稳定颈部、肩部和髋部肌肉的起点。
(3)前屈和抬高(膝伸直)：当人站立屈髋去触脚趾时，发生伸髋肌(主要是腘绳肌)和竖脊肌的离心收缩来控制屈髋和脊柱的向前弯曲。
这些肌肉的向心收缩，使躯干恢复直立位。
当躯干前屈全程的2/3时，肌电图可见竖脊肌突然抑制现象，一直持续到躯干恢复直立位的1/3，称为“临界点”，其平均值为屈躯干81°。
Kippers等(1984)发现此值发生在最大屈髋的60%和最大屈脊柱的90%。
当将重物放下去或从地面提起时，临界点的角度稍有增加。
(4)蹲起和蹲下：从地面上提起物体的一种方法是屈膝、屈髋以及背屈踝关节。
蹲起可用二种骨盆和脊柱的位置：①腰部脊柱前凸位的骨盆前倾;②脊柱后凸位的骨盆后倾。
根据躯干的位置，在提物时竖脊肌的肌电活动是不同的。
当躯干在脊柱前凸位，肌电活动大于屈曲位，最大肌电活动在提物开始时。