脊柱的生物力学 戴尅戎.ppt

脊柱的生物力学 戴尅戎 UniversityofIowa UniversityofIowa UniversityofIowa 脊柱的生物力学功能 传导载荷空间活动保护脊髓 脊柱的稳定性 韧带和椎间盘 内源性稳定肌肉 外源性支持 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 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 脊柱不同平面的活动度 侧屈 颈 腰为主 胸部甚少 旋转 腰部参与甚少 屈曲分为两期0 60度脊柱 60度髋 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 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 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 椎间盘的机械性能 有利于对抗压缩力对张力和扭力的耐受较差在横截面上的剪切刚度约为260N mm2扭力 压缩力 纤维环破裂 髓核突出 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 A体积小于B体积 重量约为20公斤力臂不同 弯矩不同 直立身体上部亦屈曲 屈腰屈腰挺背上部前屈Lw身体重量产生的弯矩Lp物体重量产生的弯矩 粘弹性特征 椎间盘为粘弹性物质具有蠕变和滞后现象 Creep 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 蠕变与椎间盘的变性程度有关 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 椎间盘退变 发展阶段急性椎间盘突出退行性改变伴疼痛 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 治疗 髓核摘除有效率90 髓核化学溶解有效率70 融合术无效 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 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 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 继发性椎管狭窄前路 1 融合率低2 创伤大 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 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 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 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 青年老年 松质骨明显减少 与横截面与冠状面 颈椎 胸椎 腰椎 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 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 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 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保持一定的内压提供内源性稳定 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 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 躯干屈伸 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 脊柱后面的肌肉 脊柱前面的活动肌 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 硬膜外脂肪脑脊液减少摩擦 吸收能量 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 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 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 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 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 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 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 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 脊髓损伤的生物力学 脊柱屈曲时 椎管伸长 其后缘长度增加脊柱伸直时 椎管缩短 其后缘缩短最多 脊髓损伤的生物力学 椎管长度改变 总伴有脊髓的相应改变脊髓的褶叠 展开机理可满足所需延长量的0 75 其余的25 30 生理活动的极限部分 有脊髓自身的弹性形变来完成 脊髓损伤的生物力学 传统的伸屈概念 不是单一方向的活动 至少涉及平移和矢状面的旋转 脊髓损伤的生物力学 脊柱完全屈曲时脊髓 神经根 齿状韧带均处于生理性牵张状态 脊髓损伤的生物力学 脱位或韧带损伤处屈