课件：脊柱退变的生物力学.ppt

脊柱退行性疾病的生物力学,脊柱基本力学概念,弯曲,指一个结构不直接在受力点支撑载荷时产生的形变。弯曲凸面的纤维受到张力而延长，凹面的纤维受到压力而缩短。,偏心 轴向负荷 中心 - 弯曲,中心 - 弯曲,压缩,作用力使物质纤维聚集在一起。脊柱压缩负荷主要集中在椎间盘，它的作用类似于减震器。,蠕变,无负荷 承载开始时 承载1小时后 物体在持续负荷下发生的逐渐的永久形变。,力可改变物体的静息状态或运动形式，脊柱在正常状态下同时手多个力的作用，力的单位为牛顿或磅。 载荷用来描述力的施加及物体的运动。在研究脊柱生物力学时，载荷是一个模糊的概念，尽管如此，载荷被广泛用于描述压力、旋转力、张力和剪力。载荷的单位是牛顿及千克。,力矩一对大小相等而方向平行相反的力，相距一定距离，作用于同一个物体，结果产生扭力。单位为牛顿米（或英尺磅）离偶和力矩的概念相同。,长时负荷所致形变-负荷减少但形变保留 弛张指作用于一个物体的外力解除后，物体恢复到早期的平衡状态。,剪力平行于所作用物体表面的力。剪力可引起半脱位。 张力使物体拉长或使物体纤维扯断的力。,扭转一对作用于物体长轴的旋转力（扭力），彼此平行但方向相反。,脊柱的作用包括：,保护脊髓、神经根、以及胸、腹部的内脏器官。 提供屈伸运动功能。脊柱是一种可屈性的多节段结构体。它可以在六种自由度上允许较大范围的运动，这些运动包括： 屈曲（FLEXION 即向前弯曲 ) 、 伸展（EXTENSION 即向后 弯曲）、左右侧屈及左右旋转。在日常生活中这些运动往往是复合性的。例如，弯腰从地面上捡起一只铅笔的动作就是屈曲、侧弯和旋转运动的组合。 作为支持和平衡结构维持身体的直立。脊柱是头颅、肩部和胸廓的轴向承载体。然后上部躯体的重量再通过骶骨和骨盆分布到两个下肢。脊柱起到在冠状和矢状面上维持身体重力平衡的作用。通过这种作用可减少椎旁肌肉的工作量，消除肌肉疲劳和背部疼痛。,图示六个自由度上的运动,为了完成上述功能，脊柱既要坚强又要柔韧（灵活）,脊柱通过下列特性实现对轴向负荷力（身体重量）的承载： 在矢状面上的前凸与后凸。 从 C1 至骶骨，脊椎体积逐渐增大。椎体是脊柱的承重结构，从 C1 至骶骨每一脊椎的承重量依次递增。椎间盘的大小亦相应增加，在腰椎部位达到最厚、最大。,改变矢状面上后凸和前凸的曲度。 多个运动节段。 运动节段是脊柱的功能单位。运动是依靠椎间盘和两个关节突关节而实现的。通过多个运动节段的协同作用，脊柱可在六个自由度上完成较大范围的活动。,运动节段（黑线内所示）是脊柱的功能单位。脊柱运动依靠椎间盘和关节突关节而实现。,重力线,在冠状面上，正常脊柱位于背部的中央。脊柱垂直，保持上部躯体在骨盆之上呈居中位。 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。,脊柱各节段在轴向面上的位置,脊柱的四个弯曲与其四个节段相对应。脊柱轴向位置的节段包括颈段、胸段、腰段和骶尾段（一般被称做骶段）。 颈段 (CERVICAL) ：颈椎支撑头颅。颈椎中央部邻近重力线，占居颈部的后 1/3 。 胸段 (THORACIC) ：胸椎弯曲位于胸腔的后 1/4，为前方的纵隔、心脏和大血管，以及双肺留出空间。 腰段 (LUMBAR) ：腰椎承载上部躯体（头、颈、肩及胸廓）的重量。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。,在轴向面上脊柱各主要节段脊椎所处的解剖位置,结构,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： 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。,椎间盘（ IVD ）,位于椎体终板表面的凹面关节之间。 IVD 在脊柱中形成最重要及独一无二的关节系统，允许脊柱在多个面上运动。,这些纤维软骨的复合结构约占整个脊柱长度的 1/4 。从 C2-3 椎体间至 L5-S1 椎体间均有椎间盘。颅骨（ C0 ）与寰椎（ C1 ）间没有间盘，寰枢椎（ C1-C2 ）间也没有真正的间盘。 每个间盘都允许轻微的伸 屈及侧屈活动，也可进行轻微的旋转及环形运动。单个节段活动范围有限，但由于运动节段的迭加，脊柱可有相当大范围的活动。颈椎及腰椎的活动范围较大，而胸椎的活动度则相对较小。,椎间盘是活动的节段间软骨连接 椎间盘的胶原纤维,椎间盘是人体内最大的无血管（没有血液供应）结构。间盘由纤维环和髓核组成。 椎间盘的外层为 纤维环，它主要由胶原纤维组成，其中含有大量的水分及蛋白多糖。胶原纤维呈同心圆状分层排列称做 板层 （ LAMELLAE ）。板层结构在间盘的前部更厚，数量也更多。,在每一个板层内，胶原纤维的排列方向与水平面呈 30 度角，由于每两个相邻板层的排列方向相反，导致胶原纤维的方向在两个相邻的板层间有 120 度的角度变化。胶原的交错排列使其张力强度大增，同时也允许多平面的运动。间盘的结构类似于辐射状的汽车轮胎，有很好的强度，同时抗压及抗张能力也很强。,椎间盘的两种主要成分是纤维环和髓核。纤维环由几层同心圆的纤维层（类似三个环）构成，称为板层纤维，其中含有丰富的胶原及弹力素、蛋白多糖和水。胶原是构成体内结缔组织的主要蛋白，弹力素保持组织的弹性。蛋白多糖存在于结缔组织的细胞外基质，并与水结合在一起。 每一层纤维板的纤维与椎间盘水平面呈 30 度斜形排列，此外，每层纤维板的纤维与其相邻层面的纤维排列方向相反，这样，纤维板就像一个网状的格子样结构，极其坚固并富有弹性。,椎间盘就像一个可变形的水球包含在一个可扩展的网状结构中，执行其负重功能，当轴向负荷增加时，髓核被压扁，纤维环向外膨出，当负荷减轻时，纤维环的弹力纤维网收缩，水和恢复其球样结构。,髓核,位于间盘的内部，纤维环的内层纤维逐渐地与髓核混合。 髓核较之纤维环更呈胶冻状，水分及蛋白多糖的含量也更高。年轻人的髓核中水分含量可达 85% 。而老年人则可能低于 25% 。髓核的主要作用是对抗轴向载荷中的压应力。除了允许脊柱活动外，间盘还可吸收震荡，防止椎体及神经结构的损伤。然而，由于间盘的强度较大，以致在脊柱被压缩时，往往在间盘尚未损伤前就已经有了椎体损伤。,髓核是椎间盘中央的一种球样的胶冻样物质，占间盘成分的 40 ，它被纤维环所包绕。髓核的成分主要是散在的胶原纤维、水分及蛋白多糖。其水分及蛋白多糖的成分大大多于纤维环组织。出生时髓核的水分占 90 ，逐渐减少至 50 岁时的 70 。 在髓核与纤维化交界处有一个移行区，在此区两种成分的纤维逐渐交织，固在此区区别两种成分较困难。,间盘的血液供应,椎间盘内没有明显的血管结构。它的血液供应主要依靠椎体终板通过弥散的方式供给。终板的中心部位有血管网，营养物质可弥散进入髓核及纤维环。因损伤或疾病引起的终板破坏会减少营养物质的弥散，导致间盘的退变。,椎间盘的作用,椎间盘作为一个减震垫，将上肢及躯干的纵向压力转移至椎体，椎间盘上的负荷往往大大超过身体的重量，在坐姿时其负荷是躯干重量的三倍，某些动态的活动如跳跃或奔跑可使椎间盘的轴向负荷甚至高于静态坐姿时的负荷。 其次，椎间盘是运动节段的轴心点，它类似于一个密闭的、可变形的球体，可以承受各个方向的应力并允许脊柱在各方向活动，这意味着椎间盘可能同时承受多种应力（压力、张力、弯曲力、剪切力及旋转力）。,你知道吗？你在早晨更高,直立姿势可在间盘上产生压应力。压力的增高可挤出髓核中的部分水分，使每节间盘的高度减少几毫米。而平卧位休息后，间盘的压力解除，髓核中的水分恢复，椎间高度在整个脊柱中可增加 1.5-2cm 。,人类直立行走而不是爬行，这就直接导致腰部承受了身体的大部分重量。正是因为如扭曲 旋转 提举和弯曲这些动作带来的压力都集中在腰部，这一部分的脊椎段就特别容易受到损伤并导致疼痛。许多有腰部疾病的人常会感到机械性疼痛，这说明他们的脊柱一部分结构如椎间盘 韧带或关节受到了损伤而且功能受限。有许多疾病都会导致机械性腰痛，下面就列出了一些更为常见的病因。,椎间盘退行性变可以导致几种不同的症状，包括腰部疼痛 腿部疼痛以及神经根受压引起的无力症状。这些症状产生的原因是椎间盘磨损，因为椎间盘一旦磨损就丧失了原有的功能，并引起疼痛，而且如果椎间盘发生萎缩，容纳神经根的空间也就变小了。相邻椎体间的椎间盘磨损使整个腰椎的柔韧性减弱。其结果是腰部疼痛和僵硬的出现，尤其是在结束一天辛苦工作的时候。,运动节段,运动节段是脊柱基本功能单位，是脊柱的最小单元，但是却体现出整个脊柱所具有的生物力学特点。一个运动节段包括相邻两个椎体、椎间盘、关节囊包裹的小关节和相连的韧带。尽管脊柱的肌肉不包括在运动节段内，但它们对运动节段功能的发挥致关重要。,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。,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45度夹角而与额面平行，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60度，与额面呈20度夹角，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45度，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。,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。脊柱运动的正常范围变异很大，有较强的年龄因素。脊柱整体屈曲5060起始于腰椎。骨盆前倾和髋部屈曲增加脊柱前屈范围，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。,作为运动节段的轴点，当纤维环同时承受压力、张力、和旋转力时，髓核像一个可变形的轴承。例如，当一个人弯腰从地面拣起一个物体时，椎间盘要同时承受多种外力，在此屈曲和旋转活动过程中，椎间盘的凹侧压缩，凸侧伸展，因此，压缩侧的髓核膨出，纤维环向外扩张；伸展侧的髓核在垂直面上变平，该侧的纤维环被拉紧，此外，随着脊柱的旋转运动，纤维环同时还承受着扭转应力。 总之，正常的椎间盘是一个复杂的解剖结构，并具有复杂的生物力学功能，椎间盘的退行性改变可以导致明显的运动阶段的功能变化。,压力经间盘通过椎体的终板传导至椎体，传导的途径有两条：外层皮质骨承载已一部分压力，大部分压力集中在松质骨。松质骨受压时可以明显变形，而当压力去除后又恢复原来的形态。,椎体的终板表面是凹陷的，在接近皮质边缘处较厚，中央处较薄。终板有两层：外层软骨层和内层骨层，它是椎间盘和椎体的交界区。软骨层是多孔层，营养从骨层通过软骨层表面渗透到椎间盘，因此，终板的退变将影响椎间盘的营养而最终影响运动节段的功能。,小关节为滑膜关节，位于脊柱的后柱，它们承受脊柱应力的 20%，其表面覆盖透明软骨。该关节有较强的结缔组织关节囊，其中含有滑液，这些关节如果出现滑膜炎则会引起腰痛。 小关节在脊柱的稳定性上起着重要作用，其解剖位置和方向影响着不同区域脊柱的活动度。颈椎小关节的方向是冠状面的，它对于屈曲、侧弯及旋转没有限制，对伸展略有限制，因此颈椎的活动范围较大。腰椎的关节面是矢状位的，它限制旋转的范围，但不限制伸屈和侧弯活动，小关节的退变或损伤可导致运动阶段的功能异常。,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。,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： 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。,韧带,韧带属胶原组织，主要由胶原纤维、弹力纤维、网状纤维和基质四种成份组成，但其比例及构成方式不仅与肌腱、皮肤等其他胶原组织不同，而且还因不同的韧带而有所差异。,肌肉,在休息和活动中，没有完整的椎旁肌作用，脊柱动态的稳定性就无法保持。肌力为保持姿位的必需条件。神经和肌肉的协同作用产生脊柱的活动，主动肌引发和进行活动，而拮抗肌控制和调节活动。,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。,脊柱的各个运动节段通过以下机制彼此连接起来。,运动轴椎间盘及小关节；围绕它们的轴可作旋转运动。 杠杆椎体和其上的骨性突起；是致动体的附着点。 致动体指与运动节段接触的前方和后方的肌肉，是脊柱功能单位的运动控制结构。 限制体运动节段的韧带，用以维持脊柱的稳定，将运动节段的活动限制在正常范围。,2019/8/25,51,可编辑,简而言之，运动节段的运动是这样产生的：肌肉收缩推动椎体上的杠杆，作以椎间盘及小关节为轴的旋转运动，韧带组织提供稳定性，限制运动节段在生理范围内运动。尽管每一运动节段只有有限的运动范围，但所有运动节段彼此叠加，脊柱就具有很大的屈曲性和广泛的运动范围。,柱机械性不稳定,脊柱外科医生对何种情况下脊柱是不稳定的各持己见。在生理负荷下，正常脊柱有两个很重要的特征： 1. 限制脊柱结构位移以保证神经组织不受损伤或刺激。 2. 维持结构完整，防止严重畸形的发展和疲劳性疼痛的出现。因此如果脊柱因结构移位导致已经出现的或潜在的神经损伤及因无法承担生理负荷而出现疼痛畸形时，脊柱出现不稳定。在严重的病例，这两种情况可同时出现。,多种原因可导致脊柱不稳定，包括创伤、肿瘤、代谢异常、退变及椎体滑移，椎体、椎间盘和韧带的损伤是脊柱不稳定的常见原因。例如：肿瘤破坏椎体后，它无法承载正常的轴向负荷，导致椎体塌陷形成后凸畸形，此时可伴有或没有疼痛。这种情况也可发生在因骨质疏松引起骨折时，不同的是这时通常伴有明显疼痛。,因峡部缺损、椎体向前滑移而导致的滑椎，它可引起受累节段不正常运动、神经结构受累及可能出现的局部后凸畸形。,侧屈图例,屈曲图例,瞬时旋转中心(ICR),腰椎活动时各个运动节段在传递负荷的每一瞬间，上下椎体均有一个力的接触点 正常腰椎的ICR位于椎间盘髓核，随腰椎屈伸活动而变化，这样小关节和韧带处产生的剪力很小 反复的积累性疲劳应力达到或超过椎间盘纤维环材料屈服应力点，导致纤维环的断裂，髓核突出椎间盘退变 但是椎间盘退变后，ICR随腰椎活动而改变位置，小关节和韧带所受剪力明显增加,用云纹和直角坐标法可发现中度和严重退变突出的椎间盘既有点的长度增加，又有节段活动范围的增加，ICR处于异常位置，腰椎前滑力增加，即引起腰椎不稳、滑脱。,运动节段的退变性疾病,脊柱退行性疾病的解剖改变是复杂多样的，它是一个连续发展过程中，也可以同时发生在各个不同结构。运动节段的任何一个结构发生退行性变，都可以导致该节段的功能异常。退变开始于小关节或椎间盘，最终所有运动节段的结构都发生退变。,人类的脊柱是一个机械结构，其运动节段是该结构的运动单位，其本质在于脊柱如何工作来产生活动。每一运动节段由三个关节构成，即后方的两个小关节及前方的椎间盘。退行性改变可能首先出现在三个关节中的其中一个，但最终三个关节均会被累及。 脊柱由每一个运动节段相互叠加而成，它负载躯干的重量。脊柱可以发生内部变形以对抗躯干对其的压力，这种变形主要是对于椎间盘产生的，但并不仅限于椎间盘。,椎间盘的变化,随着年龄的增长，椎间盘经常是最早受退变影响的结构。到 50 岁时， 95 的人都会有不同程度的间盘退变，但这并不意味着这些人都会有症状。最显著的椎间盘改变为： 髓核的水分和蛋白多糖的成分减少 纤维环水分和蛋白多糖的成分减少，但不象髓核减少的那么多 纤维环弹力纤维扭曲 由于纤维环弹力纤维扭曲，纤维板层可能出现撕裂，导致纤维环强度下降。,由于这些变化，椎间盘开始丢失高度和容积，并逐渐失去弹性和对外来负荷的阻抗力，髓核也由于水分的丢失而不能维持其内部静水压，不能有效的形变，纤维环也不能维持其网状结构的张力，其结果就是椎间盘不能完全发挥其减震垫的功能，更多的轴向负荷从髓核中央转移到髓核边缘，导致椎体终板，椎体和小关节的解剖改变。椎间隙的狭窄同样也导致节段不稳定，这更增加了其它结构的应力，尤其是韧带。,椎间盘的变化,正常与退变椎间盘之比较。右侧退变的间盘有明显的高度及容积的丢失，这是由于髓核及纤维环的水分和蛋白多糖丢失造成，同样可见纤维环纤维的扭曲和断裂。,随着时间的推移椎体可以出现很多变化，其中两个影响运动节段功能的变化是骨的硬化和骨刺的形成。 退变随年龄增长而出现，终板下的软骨下骨形成增加，造成骨硬化，从而使该区域的血运减少。骨硬化对运动节段有两个负面影响，首先，它减少了通过软骨板渗透到椎间盘的营养，其次它使终板变硬，减震功能变差。 退变同时也影响椎体造成骨刺形成。这些骨性突出也称为牵引性骨刺，位于椎体边缘。由于间盘的高度和容量的丢失，骨刺可能对于稳定脊柱运动节段有一定的机械效应，但如果骨刺突入椎管压迫神经，也可以造成不良后果。,与间盘退变有关的椎体病变，椎体前后缘均有骨刺形成 外缘骨刺 椎间盘高度降低 骨刺突入椎管及椎间孔,小关节的退变类似于其他关节的退变，严重的创伤或反复的微创可以导致非特异性滑膜炎，覆盖于观表便面的透明软骨逐渐丢失其水分，最终软骨完全磨损，关节囊松弛，关节突互相骑跨，导致关节对合不佳，运动节段功能异常。,盘高度丢失导致小关节骑跨，造成关节软骨磨损，关节突增生。小关节骑跨 增生 骨刺 间盘高度丢失 软骨磨损,韧带的改变,年龄作用在脊柱韧带上的结果是韧带部分断裂、坏死及钙化。由于韧带的作用是抗张力，韧带断裂造成韧带松弛，影响关节的稳定性。韧带钙化使韧带变短而造成关节活动范围减少，任何韧带的退变均会影响运动节段的功能。,矢状面所示退变的 L4-S1 脊椎节段。 L4-5 间盘（ DD ）向前膨出并向后突入侧隐窝，临近的黄韧带（ LF ）肥厚，硬膜外静脉完全被阻断， L5 S1 椎间盘完全吸收，椎间盘高度完全丢失。,矢状面所试验中退变的 L4-5 运动节段。椎间盘（ D ）完全吸收，明显的终板硬化（ S ），骨刺（ O ）突入椎管，小关节骑跨并伴有上下关节突骨刺（ O ）形成，黄韧带（ LF ）向椎管内皱褶肥厚造成椎间孔间隙变小，椎间孔部位的黑色区域为静脉丛。,间盘退行性疾病,间盘退行性疾病的病名其实并不正确，因为椎间盘并不是唯一一个因年龄老化所致的脊柱解剖结构异常。这一疾病实际上是整个运动节段退行性改变的过程，虽然椎间盘是第一个受累的结构，但它只是所受内的多个结构包括结缔组织、神经组织及血管组织中的一个。,正常脊柱在骨盆和股骨头上保持平衡时，仅需要肌肉最少量的做功以维持直立姿势,怀孕使身体重心前移，腰椎前凸增加以维持脊柱平衡,多数脊柱疾患可影响脊柱矢状面的平衡，从而增加脊柱肌肉负荷，产生肌肉疲劳和背痛。人体重心前移可增加脊柱后方肌肉负荷，是导致矢状面失衡的主要原因。,通常在前柱缺损而失去结构上的支撑时发生脊柱矢状面的失衡。例如：椎体肿瘤或骨折破坏椎体结构完整性，使得椎体塌陷导致病变节段上方的脊柱过度后凸。另外下腰椎多个间盘的退变可以改变其前高后低的楔形外观，哪怕是细微的改变也可以带来明显后凸。如果前柱正常，很少因后方张力带薄弱而出现矢状面失衡。,我们从整体、区域和局部三方面评价脊柱的平衡，它们虽然不同但彼此相关。从整体角度看脊柱包括颅骨、骨盆、髋关节及髋部肌肉，应特别注意到，骶骨的位置及倾斜度与脊柱整体平衡密切相关。脊柱可以分为以下几个区域：颈段、颈胸段、胸段、胸腰段和腰段。另外，相邻的几个运动节段也可组成一个运动区域。脊柱的局部往往指一个运动节段。,头部位于骨盆前方时丧失矢状面的平衡，为维持直立姿势脊柱后方的肌肉拉力增加,多数脊柱疾患可影响脊柱矢状面的平衡，从而增加脊柱肌肉负荷，产生肌肉疲劳和背痛。人体重心前移可增加脊柱后方肌肉负荷，是导致矢状面失衡的主要原因。 通常在前柱缺损而失去结构上的支撑时发生脊柱矢状面的失衡。例如：椎体肿瘤或骨折破坏椎体结构完整性，使得椎体塌陷导致病变节段上方的脊柱过度后凸。另外下腰椎多个间盘的退变可以改变其前高后低的楔形外观，哪怕是细微的改变也可以带来明显后凸。如果前柱正常，很少因后方张力带薄弱而出现矢状面失衡。,所有这些疾病可导致脊柱和躯干前屈，头部位于髋的前方，这样脊柱后方肌肉为维持直立姿势必须做更多的功。其他代偿机制如膝关节屈曲和拖曳步态，目的都是为了维持直立姿势的同时减轻脊柱肌肉负荷。 总之，脊柱矢状面的失衡是脊柱疾患的主要后果，这一点非常重要，但经常被忽视，所以骨科医师在治疗脊柱疾病时必须强调维持脊柱矢状面的平衡。 脊柱冠状面的失衡经常发生在脊柱侧弯的病人，也可发生在脊柱创伤、肿瘤及下肢不等长的病人身上。外科医师在脊柱手术中应特别重视使头部和双肩的中心位于骨盆中线上。,以下是间盘退行性疾病所导致的运动节段的变化：,椎间盘水分丢失以致其容积缩小 椎间隙变窄，同时小关节开始骑跨，关节面软骨开始磨损 外压应力开始从髓核和终板中央转移向纤维环和终板边缘 终板中央硬化进一步减少椎间盘的营养 运动节段应椎间隙狭窄和小关节骑跨活动度增大 骨刺形成以稳定过度的活动 骨刺可挤压神经结构,间盘退行性疾病可见于任何一个脊柱节段，但最常受累的是 C5 6 L4 5 L5 S1,冠状面所示严重颈椎病。椎间盘完全吸收。黑色箭头所指为钩突关节骨刺压迫椎动脉。,矢状面所示关节侧块，神经根，椎动脉。神经根和椎动脉、小关节非常接近。,经椎弓根矢状面严重退变的下腰椎节段。 L5-S1 间盘完全退变，明显的终板硬化。由于间盘高度丢失， L5 神经根被其上的 L5 椎弓根切压。 L5-S1 小关节明显骑跨，关节软骨完全缺失， L4-5 小关节软骨面相对正常。,退变性疾病小结,柱各个结构的退变是复杂的、无法预计的和不可避免的。这些解剖改变最终影响脊柱的机械结构以及脊柱的功能。它可能影响一个节段，一个区域（颈椎或腰椎），或整个脊柱。 对于一些人来说退变并不一定产生临床症状。许多人有明显的脊柱退行性改变，但从未意识到它的存在，也许在检查其他疾病时被偶然发现。另一方面，全世界有一大批人口，在其一生的时间内或多或少的会有腰痛或颈痛，而这是一个值得注意的严重社会问题，因为随着寿命的延长，因为不管年龄大小，人们都要求更高的生活质量。,提举重物的技巧,提举重物不一定是一种危险的动作 , 即使在工作或家里经常这样做。只要你了解了正确的提举和弯腰的方法，你就可以保护好你的腰部免于承受不必要的压力和可能造成的损伤。,每个人每天都会在上举和弯腰的时候对他们的背部施加很大的压力，即使他们并没做需要经常上举繁重东西的工作。想一想你一天要弯多少次腰来拾起东西：在洗衣房，抱你的宠物，拾起一张纸，等等。如果持续保持这种有害的姿势，即使在你举起时很小的东西时，也能使你背部产生不必要的压力，从而使你更易受伤。,在提举东西时通常会发生两种错误。第一种是用错了肌肉，用腰部肌肉代替了腿和臀肌。你在提举重物时应该一直屈膝，这样你的脊柱就有了一个坚实的基础。当你弯腰和提举东西时，躯干应该保持垂直。水平的躯干会给腰部增加数百磅额外的压力。这种压力最终会危及椎间盘或扭伤腰部肌肉或使之过度疲劳。 第第二种常见的错误是提举离身体太远的东西。当你提举时，你应离物体近一点。这样能减少施加到你的脊柱的压力。尽量使重心不要离你超过8英寸(20厘米)，然后挺直腰部并运用腿和臀部的肌肉举起东西。这些简单的原理能使你在提举重物时受到的损伤最小。,举个例子，如果你用手臂举起10磅的物体，将在你的腰部增加150磅的重量。举起86磅的物体，将会在腰椎间盘上施加超过 700 磅的重量。举起超过86磅的物体时，不应离自己超过12到13英寸(30-32.5厘米)，而且尽可能不要超过每五分钟一次。物体越重提举时离自己距离就应该越近。如果要举得更高，就应找个助手或利用机器了。在职业性需要提举的情况下，体位和装载平台就应该根据不同人的高度进行调整。不要去举起高过胸水平的重物。举起高过胸水平的重物会在你的腰部施加相当大的压力。当要举起的重物高过头顶时，那就要使用凳子或楼梯了。,另一条重要的方针是：在提举的时候要限制扭动。这样会在你的腰部增加更多的压力。如果你一定要在提举的时候扭转的话，就应该以你的脚为轴心，而不是扭动你的腰。另外，总要一直清楚你的立足点。立足点的突然变换或一个绊倒会使巨大的压力施加到你的腰部。 提举的另一个问题是疲劳。你提举弯腰弯得越多，你的肌肉就越容易疲劳。肌肉疲劳就更容易受伤。提举时应该经常休息，这样有助于恢复体力。 当提举东西时应一直用双手，并且应该保持缓慢、谨慎。最理想的情形是当你提举时有人或者东西能帮助你，但如果没有，就按以下的方法来做，这样会使你受伤的可能最小。,以下是当你弯腰或举东西时应该或不该做的 :,双脚靠在一起时不应该举东西，如果你的双脚靠得比你的肩膀近，你只有很小的力臂，你是不稳定的，这样就有绕你的腰转动的倾向。 不要在你的膝盖和臀部绷直而腰弯着的时候上举。这是最常见和产生有害压力的提举动作。在做这个有害的动作时再扭曲躯干就会产生更复杂的问题了。 在提举时颈部不应紧张和弯曲。这会使你的颈部连在一起，特别是在保持一段长时间后会引起疼痛。 不要提举和 / 或携带不均衡的负重物体。 在短时间内不要频繁提举和弯腰。 不要提举那些对你来说太重的东西。 不要在你坐着不动很长一段时间后直接举起重物，尤其当你没精打采的时候。 如果可能，不要在你的颈和腰弯曲的时候把重物举过头。,应该做：,应保持将你的脚和膝盖分开至少肩膀那样宽或者前后迈相当宽的一步的姿势。这有助于你弯下臀部，使你的腰部保持相对挺直并免于受力。 应斜倾身体或蹲下，伸出胸部和臀部。如果你能正确地做到，你的腰部将会平直而且你的颈部会处于一种放松的中立平衡位置。 应该尽可能用一只或两只手来承担重量。当你蹲下或站起来时，用你的手或肘支撑在你的大腿上或其它任何可以利用的结构上。这样可以减少对腰部的压力和损伤。 应该尽可能将负荷平衡在两边或交换着承担，以便你的两边都能均衡受压。 当你伸展或提举过头时，应平衡你的骨盆或翘起你的臀部并且收腹。保持胸部挺直并用板凳保持腰部和颈部居中对齐。 应该在弯腰或举重物之前或之后，尤其当你坐了很长一段时间后，到四处走走并保持背向后屈曲和 / 或胃平的体位。,座椅设计的人机学基础,人体脊柱是由7节颈椎、12节胸椎、5节腰椎，以及骶骨和尾骨组成，如图671所示。它们由软骨组织和韧带联系，使人体能进行屈伸，侧屈和回转等活动。由于人体的重量由脊柱承受且由上至下逐渐增加。因而椎骨也是由上至下逐渐变得粗大。尤其是腰椎部分承受的体重最大，所以腰椎也是最粗大。这就是人体脊柱的基本结构。,图672为坐姿与腰椎压力，当人体自然站立时，脊柱呈理想的“S“形曲线状，腰椎不易疲劳，见图(a)所示。当人体取坐姿工作时，往往会因座椅设计的不科学而促使人们采用不正确的姿势，从而迫使脊柱变形，疲劳加速，并产生腰部酸痛等不适症状，见图(b)所示。如果座椅设计得能让腰部得到充分的支撑，使腰椎恢复到自然状态，那么疲劳就会得到延缓，从而得到轻松舒适感，见图(c)所示。,实验研究证明：人体自然放松状态下的人体曲线能与座椅靠背曲线充分吻合，座椅舒适度评价值就高。,人体坐姿的体压分布,