,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,矫形器学,*,脊柱生物力学,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,脊柱生物力学,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,脊柱生物力学,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,脊柱生物力学,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,脊柱生物力学,*,脊柱生物力学,脊柱生物力学,1,基本概念,脊柱的生物力学单元,是指一个脊柱功能单位或者一个运动节段。,包括两个邻近的椎骨及其之间的软组织。,节段前部,节段后部,脊柱单元,是指一个运动节段或一个脊柱功能单位。,2,脊柱生物力学,基本概念脊柱的生物力学单元是指一个脊柱功能单位或者一个运动节,2,脊柱功能单位,脊柱功能单位（,F,、,S,、,U,）：两个相邻椎体，相应椎间盘、关节突关节及附属的前纵、后纵、棘间、棘上、横突间及黄韧带。,3,脊柱生物力学,脊柱功能单位脊柱功能单位（F、S、U）：两个相邻椎体，相应椎,3,4,脊柱生物力学,4脊柱生物力学,4,椎管,由椎弓和椎体构成，起保护脊髓的作用。,椎体,主要承担来自躯干上部的压力负荷。,这种压力负荷从上向尾椎逐渐增大。,腰椎椎体比胸椎和颈椎的椎体厚而宽，这些较大的结构保证了腰椎能够承受较大的负荷。,椎体骨和软组织的生物力学特性不同：,强度、刚度以及应力与应变的关系是生物力学的重要特性。,5,脊柱生物力学,椎管由椎弓和椎体构成，起保护脊髓的作用。5脊柱生物力学,5,6,脊柱生物力学,6脊柱生物力学,6,骨骼的力学特性,常用应力应变曲线表示。,压力是指每单位面积的垂直载荷。,应力是指每单元在长度上的改变，通常以百分比来表示。,皮质骨与松质骨的区别,皮质骨除了在骨折前能承受比松质骨更大的压力外，其刚度也比松质骨大。,在体内，皮质骨在应变超过,2,的时候发生骨折，而松质骨则能承受更大的应变。,7,脊柱生物力学,骨骼的力学特性7脊柱生物力学,7,松质骨能承受更大的应变主要由于它的特殊结构。松质骨的孔隙率约为,30,90,，而皮质骨只有,5,30,。,椎体在承受压力的时候，皮质骨对其强度只起,10%,的作用，因此高质量的松质骨显得尤为重要。,骨质疏松,随着年龄的增大，骨强度逐渐下降。,椎体骨矿物质随着年龄的增长以一个相对稳定的速度进行性下降。,椎体骨组织减少,25,随之带来的骨强度下降超过,50%,。,8,脊柱生物力学,松质骨能承受更大的应变主要由于它的特殊结构。松质骨的孔隙率约,8,肌肉的作用,人体骨骼承受载荷的时候，附着在其周围的肌肉能改变在骨骼上的应力分布。,脊柱屈曲时，椎体后侧皮质承受拉力，而前侧皮质承受压应力。,为了平衡躯体，后背的肌肉则要承受相应的力量。,在正常的颈椎从前纵韧带到后纵韧带的约,0.5,1cm,的区域内应力将从拉应力到压应力。,当骨骼比较薄弱，其承受张力比承受压力的时候更容易骨折。,9,脊柱生物力学,肌肉的作用9脊柱生物力学,9,后部的椎旁肌能产生收缩力以降低骨骼承受拉应力，这样的拉应力来自于为了减少或者平衡椎体后部皮质骨的拉应力。这样的机制能允许椎体承受更大的应力。,当承受过大压应力的时候，骨骼常在椎间盘损坏之前发生骨折。,10,脊柱生物力学,后部的椎旁肌能产生收缩力以降低骨骼承受拉应力，这样的拉应力来,10,椎间盘的力学特性,具有粘弹性,(,蠕变和松弛,),和滞后的力学特性。,与退变或突出的椎间盘相比，健康椎间盘的蠕变常发生较慢：这样的现象说明退变的椎间盘粘弹性比正常的时候要低。,椎间盘，特别是纤维环的弹性强度是制约椎体终板间异常活动的重要因素。,由于椎间盘的位置处在两个椎体之间，同时其内外结构组成的特异性，因此椎间盘在机械和功能上均发挥重要作用。,11,脊柱生物力学,椎间盘的力学特性具有粘弹性(蠕变和松弛)和滞后的力学特性。1,11,12,脊柱生物力学,12脊柱生物力学,12,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,(waterbinding),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。,软骨终板，主要由透明软骨组成，起分隔椎间盘和椎体的作用。椎间盘的成分类似于关节软骨。,13,脊柱生物力学,椎间盘的结构 髓核是一团胶状物 13脊柱生物力学,13,14,脊柱生物力学,14脊柱生物力学,14,脊柱韧带的功能,主要是靠其纤维的分散应力。,韧带的强度和其有限的延展性有助于脊柱的稳定。,翼状韧带在体外可以有,200N,的强度，横韧带可以达到,350N,。,除黄韧带外其他韧带都含有大量胶原，黄韧带含有大量的弹性蛋白。,当脊柱处于中立或者轻度后伸位时，黄韧带一直处于牵张状态，这样可以给椎间盘一些预载并给脊柱提供固有的支撑。,韧带的粘弹性能在脊柱后伸的时候限制韧带的自身的屈曲，以免压迫神经组织。,15,脊柱生物力学,脊柱韧带的功能 主要是靠其纤维的分散应力。15脊柱生物力学,15,头颈平衡,肌肉的强度和调节是保持头颈平衡的必要条件。,肌肉的强度也能减少颈椎应力。,在颈椎各种运动方式，椎体都承受屈曲力矩。,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。,16,脊柱生物力学,头颈平衡 肌肉的强度和调节是保持头颈平衡的必要条件。16脊柱,16,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。,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。,17,脊柱生物力学,C7T1节段的载荷 17脊柱生物力学,17,生物力学测试,有限元分析,18,脊柱生物力学,生物力学测试有限元分析18脊柱生物力学,18,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。,19,脊柱生物力学,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,19,神经生物力学,颈椎在从屈曲到后伸的变化过程中神经长度上发生了明显的变化。,脊髓有纵向的弹性，但不能承受轴向的平移。,通常导致脊髓损伤的是脊髓遭受平移暴力。,成年人的脊髓在发生明显的神经损伤前估计应当承受了,2.75,3.44N,的暴力。,脊髓损伤也会在颈椎突然屈伸运动过程中发生，尤其是颈椎管存在狭窄时。,20,脊柱生物力学,神经生物力学 颈椎在从屈曲到后伸的变化过程中神经长度上发生了,20,颈椎管测量方法：,在颈椎侧位,X,线片上，,C3,到,C6,任何一个椎节，椎管的中矢状径与椎体的中矢状径的比值如果小于或等于,0.75,，即诊断为,发育性颈椎管狭窄,。,解剖形态的多样性意味着以颈椎的解剖测量比值来说明椎管的实际尺寸并不可靠。,21,脊柱生物力学,颈椎管测量方法：21脊柱生物力学,21,A,B,椎管矢状径（,B,）,/,椎体矢状径,(A),22,脊柱生物力学,AB椎管矢状径（B）/椎体矢状径(A)22脊柱生物力学,22,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；,颈椎后伸,，脊髓遭受前方的骨赘和后方内陷的黄韧带钳夹样压迫，脊髓的前方和中央容易受累。,对颈椎屈伸运动的研究表明动态,软组织,增加了对脊髓造成损伤的冲击。,儿童,无骨折脱位,型脊髓损伤,病因未明，可能存在纵向牵引暴力。,儿童的脊柱弹性较好，可以承受比正常生理极限更大的形变，在骨性结构自发复位的时候引起直接的脊髓损伤。,单纯脊髓承受张力的能力很弱，极小暴力就可能造成脊髓损伤或者血管断裂。,23,脊柱生物力学,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,23,24,脊柱生物力学,24脊柱生物力学,24,腰椎的生物力学,正常腰椎的稳定性由间盘、椎间小关节和韧带共同维持，并受周围神经、肌肉、腹压等因素影响。,椎体间活动范围取决于椎间盘。,活动的方向取决于椎间小关节,:,小关节接近矢状位，椎体易发生前方移位。,腰椎的屈曲、伸展及侧屈可对椎间盘产生拉伸和压缩应力，而腰椎旋转时椎间盘的受力主要为剪切应力。,25,脊柱生物力学,腰椎的生物力学正常腰椎的稳定性由间盘、椎间小关节和韧带共同维,25,26,脊柱生物力学,26脊柱生物力学,26,椎间盘内压力或预应压力主要来源于前后纵韧带和黄韧带。,脊柱负重时,髓核具有流体静力学的特点，使压力均匀一致地分布到整个椎间盘。,椎间盘作为一富含水的组织，在整个,运动节段中像一个垫子一样垫在椎体,间，起到储存和传递负荷的作用。,髓核只能轻微压缩，压力使得椎间盘,向周围膨出，外围的拉伸应力主要由,周围的环状纤维环承担。,椎间盘纤维环后部所承受的拉伸应力是轴向负荷的,4,5,倍。,27,脊柱生物力学,椎间盘内压力或预应压力主要来源于前后纵韧带和黄韧带。27脊柱,27,椎间盘退变,粘多糖含量减少，导致亲水性下降。,当椎问盘含水量降低时，它的弹性降低。,储存能量和传递负荷的能力降低。,这些改变导致椎间盘脆性增加。,承受应力的能力降低。,28,脊柱生物力学,椎间盘退变 28脊柱生物力学,28,各组织的作用,纤维环将受到,4-5,倍的牵张负荷。,韧带有助于防止屈曲旋转或前方移位。,黄韧带在中立位时对椎间盘施加预应力，可协助脊柱的内在支持。,小关节在防止后伸旋转及前方移位中起重要作用。,屈伸剪切及扭旋负荷在椎间盘上产生的应力，要比轴向挤压所产生的负荷大，且易致小关节退变和增生。,椎旁肌在防止最大伸张时椎体的压缩中起重要作用。,29,脊柱生物力学,各组织的作用29脊柱生物力学,29,腰椎的功能性运动,指腰椎不同运动节段的联合及腰椎与骨盆的协同作用。,人体正常重力线位于,L4,椎体前方。,腰椎各节段的运动，骨盆倾斜度的改变，都将导致腰椎负荷的变化,将直立位椎体负荷定为,100,，,平卧时为,50,，,直坐,150,，,松弛,180,，,在屈髋、牵引的状态下，腰椎所受的负荷最小，,行走、搬举重物及功能锻炼时将增加。,30,脊柱生物力学,腰椎的功能性运动指腰椎不同运动节段的联合及腰椎与骨盆的协同作,30,静力学的观点,由于脊柱的伸展性，椎体和椎间盘吸收震荡的能力，纵韧带的稳定功能以及黄韧带的粘弹性，整个脊椎可以被看作是个可变形的弹性柱子。,脊柱在矢状面有两个生理性弯曲,-,后曲和前曲,-,也增加了脊柱的弹性。,躯干肌群所产生的外部支持力有助于稳定和调整脊柱上的负荷。,31,脊柱生物力学,静力学的观点 由于脊柱的伸展性，椎体和椎间盘吸收震荡的能力，,31,脊柱在站立位时的负荷,保持躯干姿势的肌肉处于持续活跃的状态。,当身体笔直时，肌肉收缩力最小。,站立过程时，躯干的重力线垂直经过第四椎体的中心的腹侧。,脊柱承受向前的屈曲力矩，竖脊肌收缩力和韧带的牵拉力常拮抗这一运动。,躯干如要恢复为原有的平衡状态，就需要增加肌肉收缩力来拮抗此弯曲力矩所导致的躯干晃动。,除竖脊肌外，腹肌也通过问歇性的收缩参与维持姿势的中立位并使躯体稳定。,32,脊柱生物力学,脊柱在站立位时的负荷 保持躯干姿势的肌肉处于持续活跃的状态。,32,骨盆与骶骨角,放松站立时倾斜角或骶骨角与水平线的夹角大约为,30,。,骨盆后倾时骶骨角减小，且腰椎前凸变平。,骨盆前倾时骶骨角增大，加大腰椎前凸和胸椎后凸的角度。,33,脊柱生物力学,骨盆与骶骨角 放松站立时倾斜角或骶骨角与水平线的夹角大约为3,33,脊柱生物力学培训ppt课件,34,35,脊柱生物力学,