脊柱的組成及其力學(xué)性能.ppt

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脊柱的組成及其力學(xué)性能 廣東省中醫(yī)院骨一科孔暢 引言 脊柱基本組成及相應(yīng)的力學(xué)特性腰椎運(yùn)動(dòng)學(xué)腰椎動(dòng)力學(xué) 脊柱基本組成和運(yùn)動(dòng)特征 結(jié)構(gòu)特征位置特征解剖特征運(yùn)動(dòng)特征肌肉作用胸腰筋膜 結(jié)構(gòu)特征 人體運(yùn)動(dòng)的主軸 由多個(gè)椎體和多重關(guān)節(jié) 椎間關(guān)節(jié) 椎小關(guān)節(jié) 組成 眾多肌肉和韌帶圍繞 并有生理彎曲 以滿足脊柱的堅(jiān)固性和可動(dòng)性 其活動(dòng)有三維方向 前后 左右 旋轉(zhuǎn) 和6個(gè)自由度 位置特征 脊柱的頸段支撐頭顱 重心處于頸部前2 3與后1 3的交界處 胸段重心偏后 胸廓前后徑的后1 4 與胸廓共同分擔(dān)胸以上軀體的重量 腰段居中 甚至前凸 以支撐體重 解剖特征 椎管椎骨椎間盤椎小關(guān)節(jié)脊柱韌帶 椎管 由椎孔連結(jié)而成 上接枕骨大孔和顱腔相通 下延續(xù)為骶管而止于骶管裂孔 椎管的前壁由椎體后部 椎間盤后緣和后縱韌帶構(gòu)成 后壁是椎板和黃韌帶 兩側(cè)壁為椎弓根和椎間孔 每個(gè)椎孔可分為中央?yún)^(qū) 側(cè)區(qū)和后區(qū) 椎管內(nèi)容有脊髓和馬尾 脊神經(jīng)根 脊髓的三層被膜 膜間隙及其內(nèi)的腦脊液等 椎骨 椎骨由椎體 椎弓 上下關(guān)節(jié)突 棘突 橫突組成 椎體橢圓形短扁骨 致密的骨皮質(zhì)包圍海綿狀的髓質(zhì) 上下骨皮質(zhì)中有較厚的軟骨板襯墊 邊緣由較厚的環(huán)形襯板構(gòu)成 椎體前緣最薄弱 易發(fā)生椎體骨折 椎體中部和后部的骨折多涉及椎管 椎間盤 椎間盤是由纖維環(huán) 髓核和軟骨終板三部分構(gòu)成 纖維環(huán)由同心膠原纖維層組成 層內(nèi)纖維平行排列 層間纖維排列則相互交叉 相鄰兩層纖維與椎間盤平面的夾角為 30 纖維環(huán)內(nèi)是透明凝膠狀的髓核 約占椎間盤橫截面積的50 60 軟骨終板指椎間盤上 下兩面的透明軟骨板 厚1mm左右 位于椎體終板表面的凹面關(guān)節(jié)之間 IVD在脊柱中形成最重要及獨(dú)一無(wú)二的關(guān)節(jié)系統(tǒng) 允許脊柱在多個(gè)面上運(yùn)動(dòng) 這些纖維軟骨的復(fù)合結(jié)構(gòu)約占整個(gè)脊柱長(zhǎng)度的1 4 從C2 3椎體間至L5 S1椎體間均有椎間盤 顱骨 C0 與寰椎 C1 間沒(méi)有間盤 寰樞椎 C1 C2 間也沒(méi)有真正的間盤 在每一個(gè)板層內(nèi) 膠原纖維的排列方向與水平面呈30度角 由于每?jī)蓚€(gè)相鄰板層的排列方向相反 導(dǎo)致膠原纖維的方向在兩個(gè)相鄰的板層間有120度的角度變化 膠原的交錯(cuò)排列使其張力強(qiáng)度大增 同時(shí)也允許多平面的運(yùn)動(dòng) 間盤的結(jié)構(gòu)類似于輻射狀的汽車輪胎 有很好的強(qiáng)度 同時(shí)抗壓及抗張能力也很強(qiáng) 椎間盤纖維環(huán)內(nèi) 外層纖維的組成與排列均有所不同 總的來(lái)看 纖維環(huán)中II型膠原含量高于I型膠原 但由內(nèi)向外I型膠原所占比例逐漸增加 更重要的區(qū)別則在于外層纖維與椎體相聯(lián)結(jié) 內(nèi)層纖維則逐漸在形態(tài)上向軟骨終板過(guò)渡 于是 纖維環(huán)的內(nèi)層纖維就與軟骨終板形成嚴(yán)密包容髓核的容器 椎間盤內(nèi)壓的測(cè)定 早在1932年 Gocke就發(fā)現(xiàn)將髓核浸入液體后其重量增加1倍 以后其他學(xué)者陸續(xù)證實(shí)這一現(xiàn)象 并注意到髓核通過(guò)吸收液體使自身內(nèi)部壓力升高 并認(rèn)為這可能是引起腰椎間盤突出的原因 1960年由Nachemsom證實(shí)正常與接近正常的椎間盤髓核均呈流體靜壓狀態(tài) 他采用一種針式傳感器從主應(yīng)力的三個(gè)方向來(lái)測(cè)定椎間盤內(nèi)壓 椎間盤內(nèi)壓實(shí)驗(yàn)方法是將一個(gè)微型壓力傳感器裝在一個(gè)特制的針尖上 當(dāng)針刺入髓核后 壓力便通過(guò)傳感器反映出來(lái) 結(jié)果見右圖椎間盤中的基質(zhì)是髓核 由彈性凝膠組成 其中80 是水份 人在10 19歲間由血液供養(yǎng) 但20 29歲變窄逐漸失去血管 靠骨端板淋巴滲透來(lái)供養(yǎng)極富彈性和韌性 受力最頻繁也最復(fù)雜 承受3倍體重的壓力也不會(huì)破裂 椎間盤內(nèi)壓及生理特點(diǎn) 體重的百分?jǐn)?shù) 相當(dāng)體重的3倍 結(jié)果顯示 正常椎間盤內(nèi)壓為軸向壓縮載荷的1 3 1 5倍 當(dāng)外載荷達(dá)到2000N之前 椎間盤內(nèi)壓與外載荷呈線性關(guān)系 并計(jì)算出垂直壓應(yīng)力大約為外載荷的50 而切向應(yīng)力與張應(yīng)力卻高達(dá)外載荷的4 5倍 黃韌帶的預(yù)張力使椎間盤在不受載時(shí)即具有0 05MPa的所謂預(yù)壓強(qiáng) 同時(shí) 對(duì)腰椎間盤在剪切 扭轉(zhuǎn) 前屈和后伸等載荷作用時(shí)椎間盤內(nèi)壓的變化及其髓核含水量的關(guān)系進(jìn)行研究表明 當(dāng)承載量相同時(shí) 椎間盤內(nèi)壓從上腰椎到下腰椎逐漸減小 椎間盤內(nèi)壓活體測(cè)量及人體各姿勢(shì)及完成各種動(dòng)作時(shí)椎間盤內(nèi)壓變化的觀察 將椎間盤內(nèi)壓與腰背肌的肌電信號(hào) 腹內(nèi)壓作了比較 從而求出各種位置和動(dòng)作時(shí) 椎間盤內(nèi)壓的相對(duì)比例 以直立為100 椎間盤力學(xué)特性 受壓特性 受壓后纖維四周膨出 脊柱運(yùn)動(dòng)節(jié)段的試驗(yàn) 首先破壞的是椎體而不是間盤 臨床上的突出 多數(shù)是盤內(nèi)應(yīng)力分布不均 不單是由于受壓受拉特性 椎間盤無(wú)論受壓還是受拉其纖維環(huán)總是承受張力 纖維環(huán)在不同方向強(qiáng)度 剛度不同 沿纖維走向強(qiáng)度是豎向的3倍 受彎特性 變彎椎間盤膨出 前屈前膨 后屈后膨 即都在凹側(cè)膨出 因而凹側(cè)受壓 凸側(cè)受拉 受扭特性 大的椎間盤能承受較大扭矩 但扭轉(zhuǎn)角超過(guò)20o則發(fā)生斷裂受剪特性 椎間盤水平剪切強(qiáng)度大約為260N mm2 260MPa 是個(gè)很高的值 所以臨床很少發(fā)現(xiàn)單純剪切暴力導(dǎo)致纖維環(huán)破裂 其破裂多為彎 扭 拉組合作用時(shí)產(chǎn)生 椎間盤的壓縮特性 壓縮載荷通過(guò)終板作用于椎間盤的髓核和纖維環(huán) 髓核內(nèi)部產(chǎn)生的液壓使纖維環(huán)有向外膨脹的趨勢(shì) 外層纖維環(huán)承受了最大張應(yīng)力 內(nèi)層纖維環(huán)承受的張應(yīng)力較外層小 但承受一部分壓應(yīng)力 嚴(yán)重退變的椎間盤中 由于髓核脫水 壓縮載荷在椎間盤內(nèi)的分布發(fā)生較大的變化 表現(xiàn)為終板中心的壓力減小 周圍的壓力增高 相應(yīng)的纖維環(huán)纖維承受了更大的應(yīng)力 椎間盤的壓縮 典型的椎間盤壓縮試驗(yàn)標(biāo)本應(yīng)具有完好的前后縱韌帶與毗鄰的椎體 即所謂的 功能單位或運(yùn)動(dòng)節(jié)段 典型的壓縮載荷 變形曲線呈 S 形 表現(xiàn)三個(gè)特征階段 即在低載荷時(shí) 曲線上升平緩 剛度值小 提供脊柱的柔韌性 隨著載荷加大 曲線變陡 剛度值變大 當(dāng)載荷增大到某一臨界值時(shí) 曲線不再上升 剛度值下降 因此高載荷時(shí)提供脊柱的穩(wěn)定性 椎間盤承受壓縮載荷時(shí) 髓核內(nèi)的壓力為外壓力的1 5倍 纖維環(huán)承受的壓力為0 5倍 而后部纖維環(huán)的張應(yīng)力是外壓力的4 5倍 壓縮載荷通過(guò)終板作用于椎間盤的髓核和纖維環(huán) 髓核內(nèi)部產(chǎn)生的液壓使纖維環(huán)有向外膨脹的趨勢(shì) 外層纖維環(huán)承受最大的張應(yīng)力 內(nèi)層纖維環(huán)承受的張應(yīng)力較外層為小 但承受一部分壓應(yīng)力 退變的椎間盤中 由于髓核脫水 壓縮載荷在椎間盤內(nèi)的分布發(fā)生較大的變化 表現(xiàn)為終板中心的壓力減小 周圍的壓力增高 相應(yīng)纖維環(huán)外層的張應(yīng)力減小 壓應(yīng)力增高 但纖維環(huán)承受了更大的應(yīng)力 椎間盤的壓縮特性 用腰椎活動(dòng)節(jié)段所得到的載體 變形曲線呈S形 這提示椎間盤在低載荷時(shí)主要提供脊柱的柔韌性 并隨載荷增加而加大剛度 當(dāng)高載荷時(shí)則提供脊柱的穩(wěn)定性 有人發(fā)現(xiàn)雖然高載荷可造成椎間盤的永久形變 但并不能造成纖維環(huán)的破裂和髓核突出 即使在纖維環(huán)的后外側(cè)作一切口也無(wú)濟(jì)于是 Brown通過(guò)靜加載試驗(yàn)比較椎間盤與椎體的抗壓強(qiáng)度 發(fā)現(xiàn)先發(fā)生破壞的總是椎體 而破壞的方式又取決于椎體本身情況 至于椎間盤正常與否并不影響椎體的破壞載荷 Farfan證明已發(fā)生退變的椎間盤在抗壓強(qiáng)度上實(shí)際高于正常的椎間盤 他用椎間盤造影方法觀察壓縮負(fù)荷下腰椎間盤髓核的運(yùn)動(dòng)情況 試驗(yàn)中首先聽到破裂聲表明軟骨板骨折 髓核進(jìn)入椎體內(nèi) 形成Schmorl s結(jié)節(jié) 表明雖然Schmorl s結(jié)節(jié)是由壓縮載荷引起的 但過(guò)度的壓縮載荷并不造成椎間盤突出 雖然壓縮載荷并未能造成髓核的突出 但在實(shí)驗(yàn)中卻發(fā)現(xiàn)椎間盤承受壓載時(shí)纖維環(huán)向外膨出 且膨出以前方最為明顯 纖維環(huán)的板層結(jié)構(gòu)可對(duì)抗機(jī)械應(yīng)力 防止脊柱結(jié)構(gòu)單位異常運(yùn)動(dòng) 纖維環(huán)的板層結(jié)構(gòu)可對(duì)抗機(jī)械應(yīng)力 防止脊柱結(jié)構(gòu)單位異常運(yùn)動(dòng) 內(nèi)部高壓力特性與汽車輪胎極其相似 終板相對(duì)于髓核類似于代謝泵 纖維環(huán)失神經(jīng)支配導(dǎo)致不穩(wěn)與疼痛 失神經(jīng)的髓核 水腫的凝膠層 環(huán)形撕裂 外層纖維環(huán)撕裂 椎間盤的拉伸特性 無(wú)論脊柱承受何種載荷 其纖維環(huán)的某一部分總會(huì)產(chǎn)生張應(yīng)力 承受軸向壓載時(shí)纖維環(huán)的外層纖維沿纖維排列方向產(chǎn)生較大的張應(yīng)力 而軸向張應(yīng)力卻比較小 與外層纖維相比 內(nèi)層纖維的應(yīng)力類型相同但量值卻小的多 Brown將椎間盤作成標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn) 結(jié)果發(fā)現(xiàn)纖維環(huán)的前部和后部抗拉強(qiáng)度最高 而側(cè)方相對(duì)較低 最低的是纖維環(huán)的中央部分與髓核 Galante從各相異性角度測(cè)定纖維環(huán)的抗拉強(qiáng)度和抗拉剛度 觀察到其抗拉強(qiáng)度和剛度隨加載方向不同而相差懸殊 Markolf觀察到椎間盤的抗拉應(yīng)力小于抗壓應(yīng)力 并認(rèn)為這是椎間盤內(nèi)壓作用所致 椎間盤的彎曲特性 彎曲載荷對(duì)椎間盤亦有影響 Roaf觀察到纖維環(huán)的膨出 總是發(fā)生在彎曲脊柱的凹側(cè) 前屈時(shí)膨出在前 后伸時(shí)膨出在后 而髓核的位置與形狀無(wú)改變 Reuber發(fā)現(xiàn)腰椎以向側(cè)方彎曲時(shí)纖維環(huán)膨出最為明顯 Adams在實(shí)驗(yàn)中使腰椎活動(dòng)節(jié)段過(guò)度前屈 首次造成在下腰椎實(shí)驗(yàn)中纖維環(huán)破裂與髓核的突出 而這一現(xiàn)象在退行性改變的椎間盤中就更加明顯 椎間盤的剪切特性 Markolf在椎間盤的剪切實(shí)驗(yàn)中測(cè)定其剪切剛度為260N mm 據(jù)此認(rèn)為剪切載荷一般不致引起纖維環(huán)的破裂 而可能是彎曲 扭轉(zhuǎn)和拉伸復(fù)合作用的結(jié)果 椎間盤的扭轉(zhuǎn)特性 扭轉(zhuǎn)是引起椎間盤損傷的諸負(fù)荷中最主要類型 扭轉(zhuǎn)載荷在椎間盤的水平面和垂直面上產(chǎn)生剪切應(yīng)力 其應(yīng)力大小與距旋轉(zhuǎn)軸的距離成正比 椎間盤的扭轉(zhuǎn)特性 Farfan根據(jù)對(duì)腰椎活動(dòng)節(jié)段作扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的結(jié)果 提出扭轉(zhuǎn)是引起椎間盤損傷諸應(yīng)力中最主要類型 他所記錄的扭矩 轉(zhuǎn)角曲線呈S形 完成0 3 的軸向旋轉(zhuǎn)僅需很小扭矩 而轉(zhuǎn)角由3 12 這一階段二者基本成線性關(guān)系 若要造成破壞 則轉(zhuǎn)角一般需達(dá)到20 左右 破壞后椎體及軟骨終板并未發(fā)現(xiàn)有骨折 因而他認(rèn)為是纖維環(huán)發(fā)生了損傷 另外正常椎間盤的破壞扭矩要比退變椎間盤高出25 但破壞轉(zhuǎn)角小于退變椎間盤 纖維環(huán)承受扭轉(zhuǎn)載荷的能力較弱是由其解剖學(xué)特點(diǎn)決定的 如前所述 纖維環(huán)的纖維與椎間盤水平面成 30角 因此當(dāng)其被扭轉(zhuǎn)時(shí)承載的僅僅是其中一部分纖維 強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于承受壓載與拉載時(shí) 同樣 外層纖維所受的扭力要大于內(nèi)層纖維 因而也就更容易發(fā)生斷裂 退變椎間盤的破壞扭矩比正常椎間盤小25 椎間盤的粘彈性 椎間盤的粘彈性主要表現(xiàn)為蠕變與松弛 所謂蠕變 系指在一段時(shí)間內(nèi)由低載荷持續(xù)作用所導(dǎo)致的逐漸形變 也就是形變程度因時(shí)間而變化 應(yīng)力松弛或載荷松弛則指材料受載后形變達(dá)一定程度時(shí) 應(yīng)力載荷隨時(shí)間而減低 椎間盤的粘彈性使其自身能夠有效地緩沖和傳遞載荷 載荷量越大 所產(chǎn)生的變形越大 蠕變率也就越高 已有研究發(fā)現(xiàn) 腰椎的前屈范圍在正常情況下傍晚要比早晨大5左右 而向尸體腰椎活動(dòng)節(jié)段施加前屈蠕變載荷以模擬一天的活動(dòng)時(shí) 發(fā)現(xiàn)其抵抗前屈的能力明顯減弱 這說(shuō)明前屈載荷在早晨所產(chǎn)生的應(yīng)力要大得多 腰椎受損傷的危險(xiǎn)性也大 椎間盤的退行性變對(duì)其本身的粘彈性有明顯的影響 當(dāng)椎間盤發(fā)生退變后 蠕變率與初始松弛率均增加 達(dá)到平衡所需時(shí)間也相應(yīng)縮短 達(dá)到平衡時(shí)的載荷也減低 這說(shuō)明椎間盤發(fā)生退變后 緩沖和傳遞載荷的功能相應(yīng)減弱 椎間盤的粘彈性還表現(xiàn)為具有滯后特性 系指粘彈性材料在加載與卸載過(guò)程中的能量丟失現(xiàn)象 卸載后載荷 變形曲線如低于加載時(shí)則表現(xiàn)有滯后現(xiàn)象出現(xiàn) 通過(guò)滯后這一過(guò)程 椎間盤可有效地吸收能量而使人體免受傷害 椎間盤的滯后程度還與年齡 載荷量及節(jié)段有關(guān) 椎弓根和關(guān)節(jié)突 椎弓根是椎體外側(cè)面和后面交界處上部向后突出的短而厚的圓柱 因而椎弓根弧狀的椎上切跡較椎下切跡淺 頸椎的椎弓根的形態(tài)學(xué)變異較大 對(duì)不同的個(gè)體和不同的節(jié)段 進(jìn)行椎弓根固定須行個(gè)體化設(shè)計(jì) 總的來(lái)說(shuō) 椎弓根的高度大于寬度 胸椎椎弓根上緣與椎體上面的終板相平行 其上下緣位于椎體的上2 3處 椎弓根的長(zhǎng)軸中心線向下傾 其矢狀徑大于橫徑 腰椎椎弓根短小 容易辨認(rèn) 椎弓的破壞多發(fā)生于椎弓根和椎弓峽部 采用三維有限元方法分析亦證實(shí)這兩個(gè)部位均為應(yīng)力集中區(qū)域 但椎弓根部的損傷臨床上非常少見 多數(shù)椎弓峽部裂患者亦無(wú)明顯外傷 目前多數(shù)意見認(rèn)為腰椎椎弓峽部裂實(shí)質(zhì)上系由局部應(yīng)力異常增高所致的疲勞骨折 脊柱的節(jié)段的活動(dòng)類型取決于椎間小關(guān)節(jié)面的取向 而小關(guān)節(jié)面取向在整個(gè)脊柱上有一定的變化 下頸椎的小關(guān)節(jié)面與冠狀面平行 與水平面呈45 允許頸椎發(fā)生前屈 后伸 側(cè)彎和旋轉(zhuǎn)活動(dòng) 胸椎的小關(guān)節(jié)面與冠狀面呈20 與水平面呈60 允許側(cè)彎 旋轉(zhuǎn)和一定程度的屈伸 腰椎的小關(guān)節(jié)面與水平面垂直 與冠狀面呈45 允許前屈 后伸和側(cè)彎 但限制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 關(guān)節(jié)突除引導(dǎo)節(jié)段運(yùn)動(dòng)外 還承受壓縮 拉伸 剪切 扭轉(zhuǎn)等不同類型的負(fù)荷 其承受負(fù)荷的多少因脊柱的不同運(yùn)動(dòng)而變化 后伸時(shí)關(guān)節(jié)突的負(fù)荷最大 占總負(fù)荷的30 另外70 由椎間盤負(fù)荷 前屈并旋轉(zhuǎn)時(shí)關(guān)節(jié)突的負(fù)載也較大 另外關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)所承受的壓縮負(fù)荷占腰椎總負(fù)荷的18 關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)承受拉伸負(fù)荷主要發(fā)生要腰椎前屈時(shí) 當(dāng)腰椎前屈至最大限度時(shí)所產(chǎn)生的拉伸負(fù)荷有39 由關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)承受 此時(shí)上下關(guān)節(jié)突可相對(duì)滑動(dòng)5 7mm 關(guān)節(jié)囊所受的拉力為600N左右 而正常青年人關(guān)節(jié)囊的極限拉伸負(fù)荷一般在1000N以上 大約相當(dāng)于人體重量的兩倍 當(dāng)腰椎承受剪切負(fù)荷時(shí) 關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)大約承受了總負(fù)荷的1 3 其余2 3則由椎間盤承受 但由于椎間盤的粘彈性受負(fù)荷后產(chǎn)生蠕變和松弛 這樣幾乎所有的剪切負(fù)荷均由關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)承受 需附著于椎弓后方的肌肉收縮使上下關(guān)節(jié)突相互靠攏 又在關(guān)節(jié)面上產(chǎn)生較大的作用力 亦有人認(rèn)為關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)只承受向后的剪切力 而在承受向前的剪切負(fù)荷時(shí)不起主要作用 腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的軸向旋轉(zhuǎn)范圍很小 大約在1度左右 實(shí)驗(yàn)表明 當(dāng)軸向旋轉(zhuǎn)范圍超過(guò)1 3時(shí)即可造成關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的破壞 因此有人提出 限制腰椎的軸向旋轉(zhuǎn)活動(dòng)是腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的主要功能 韌帶 韌帶屬膠原組織 主要由膠原纖維 彈力纖維 網(wǎng)狀纖維和基質(zhì)四種成份組成 但其比例及構(gòu)成方式不僅與肌腱 皮膚等其他膠原組織不同 而且還因不同的韌帶而有所差異 韌帶力學(xué)性能 脊柱的韌帶 1 保證準(zhǔn)確的生理運(yùn)動(dòng)及固定相鄰椎體的位置姿勢(shì) 2 限制過(guò)度的活動(dòng)以保護(hù)脊髓 3 在快速高載荷的創(chuàng)傷環(huán)境中保護(hù)脊髓 因而需要吸收突然施加的大量能量 一 前縱韌帶和后縱韌帶是人體內(nèi)兩條最長(zhǎng)的韌帶 對(duì)于穩(wěn)定椎體起著重要的作用 其力學(xué)強(qiáng)度隨著年齡的增長(zhǎng)而降低 同時(shí)吸收能量的能力也下降 前縱韌帶的強(qiáng)度是后縱韌帶的兩倍 二 黃韌帶黃韌帶主要由彈性纖維構(gòu)成 可以允許較大范圍的活動(dòng)而不發(fā)生永久變形 這一點(diǎn)有很重要的臨床意義 當(dāng)脊柱從完全屈曲突然變成完全背伸時(shí) 高彈性的黃韌帶可以減少脊髓的損傷 三 韌帶的生物力學(xué)機(jī)能前縱韌帶 后縱韌帶和黃韌帶 它們的載荷 變形曲線均為非線性 隨著載荷的增加而坡度變陡 韌帶在脊柱的功能活動(dòng)中起著兩種相當(dāng)重要的作用 以最小的抵抗及能量的消耗保證脊柱在功能范圍內(nèi)的一些和緩運(yùn)動(dòng) 而在創(chuàng)傷環(huán)境中則為脊髓提供最大的保護(hù) 膠原纖維使韌帶具有一定的強(qiáng)度和剛度 彈力纖維則賦予韌帶在負(fù)荷作用下延伸的能力 韌帶大多數(shù)纖維排列近乎平行 故其功能多較為專一 往往只承受一個(gè)方向的負(fù)荷 脊柱韌帶的功能主要是相鄰脊椎提供恰當(dāng)?shù)纳砘顒?dòng) 同時(shí)也可產(chǎn)生所謂 預(yù)應(yīng)力 以維持脊柱的穩(wěn)定 脊柱的離體標(biāo)本在牽拉負(fù)荷作用下仍保持一定的椎間盤內(nèi)壓 這種預(yù)應(yīng)力在相當(dāng)程度上來(lái)源于韌帶的張力 以黃韌帶最為突出 所有韌帶無(wú)具有抗?fàn)繌埩Φ淖饔?但在壓縮力作用下疲勞很快 韌帶的強(qiáng)度與韌帶的截面積密切相關(guān) 實(shí)驗(yàn)研究表明 韌帶的疲勞曲線呈典型的三相改變 在初始相 施加軸向載荷就很容易牽拉韌帶 此相是韌帶的中性區(qū) 阻力很小就可以出現(xiàn)形變 接著隨載荷增大 韌帶出現(xiàn)變形的阻力也增大 此相為彈性區(qū) 最后 在第三相 隨著載荷增大 韌帶迅速出現(xiàn)變形 此相發(fā)生鄰近破壞之前 在脊柱韌帶中 腰椎韌帶的破壞強(qiáng)度最高 另一點(diǎn)必須考慮韌帶與骨的界面 界面部的破壞由這兩種結(jié)構(gòu)的相對(duì)強(qiáng)度決定 在嚴(yán)重骨質(zhì)疏松病人 骨質(zhì)破壞比韌帶破壞更容易出現(xiàn) 脊柱的韌帶承擔(dān)脊柱大部分牽張載荷 它們作用方式如橡膠筋 當(dāng)載荷方向與纖維一致時(shí) 韌帶承載能力最強(qiáng) 當(dāng)脊柱運(yùn)動(dòng)節(jié)段承受不同的力和力矩時(shí) 相應(yīng)的韌帶被拉伸 并對(duì)運(yùn)動(dòng)節(jié)段起穩(wěn)定作用 脊柱韌帶有許多功能 首先韌帶的存在既允許兩椎體間有充分的生理活動(dòng) 又能保持一定姿勢(shì) 并使維持姿勢(shì)的能量消耗降至最低程度 其次通過(guò)將脊柱的運(yùn)動(dòng)限制在恰當(dāng)?shù)纳矸秶鷥?nèi)以及吸收能量 對(duì)脊柱提供保護(hù) 在高載荷高速度加載外力下 通過(guò)限制位移 吸收能量來(lái)保護(hù)脊髓免受損傷 上述功能特別是能量吸收能力 隨年齡的嗇而減退 一般認(rèn)為 前縱韌帶甚為堅(jiān)強(qiáng) 與后縱韌帶一起能夠阻止脊柱過(guò)度后伸 但限制軸向旋轉(zhuǎn) 側(cè)屈的作用不明顯 小關(guān)節(jié)囊韌帶在抵抗和側(cè)屈時(shí)起作用 棘間韌帶對(duì)控制節(jié)段運(yùn)動(dòng)的作用不明顯 而棘上韌帶具有制約屈曲活動(dòng)的功能 研究表明棘上韌帶具有很高的破壞強(qiáng)度 實(shí)際上結(jié)合它們與旋轉(zhuǎn)瞬間軸的距離 此韌帶在脊柱的穩(wěn)定性方面發(fā)揮重大的作用 橫突間韌帶在側(cè)屈時(shí)承受最大的應(yīng)力 該韌帶與側(cè)屈活動(dòng)的IAR相距較遠(yuǎn) 杠桿臂較長(zhǎng) 故有良好的機(jī)械效益 在所有脊柱韌帶中 黃韌帶在靜息時(shí)的張力最大 單純節(jié)除黃韌帶不會(huì)引起脊柱的不穩(wěn)定 但動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)條件下尤其是屈曲和后抻時(shí)其確切作用尚不清楚 有一點(diǎn)可以明確 脊柱不穩(wěn)定促進(jìn)黃韌帶的退變和骨化 對(duì)脊柱的前縱韌帶 后縱韌帶 關(guān)節(jié)囊韌帶 黃韌帶和棘間韌帶進(jìn)行的破壞試驗(yàn)顯示 前縱韌帶和小關(guān)節(jié)囊最強(qiáng) 棘間韌帶和后縱韌帶最弱 破壞載荷的范圍為30 500N 腰段脊柱的韌帶數(shù)值最大 剛度最大的結(jié)構(gòu)是后縱韌帶 棘上韌帶有最大的破壞前變形量 而前縱韌帶和后縱韌帶的破壞變形量最小 肌肉 在休息和活動(dòng)中 沒(méi)有完整的椎旁肌作用 脊柱動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定性就無(wú)法保持 肌力為保持姿位的必需條件 神經(jīng)和肌肉的協(xié)同作用產(chǎn)生脊柱的活動(dòng) 主動(dòng)肌引發(fā)和進(jìn)行活動(dòng) 而拮抗肌控制和調(diào)節(jié)活動(dòng) 與脊柱活動(dòng)有關(guān)的肌肉可根據(jù)其所處位置分為前后兩組 位于腰椎后方的肌肉又可進(jìn)一步分為深層 中間層和淺層三組 深層肌肉 包括起止于相鄰棘突的棘間肌 起止于相鄰橫突的橫突間肌以及起止于橫突和棘突的回旋肌等中間層肌肉 主要指起于橫突 止于上一椎體棘突的多裂肌淺層肌肉 即骶棘肌 自外向內(nèi)可分為髂肋肌 最長(zhǎng)肌和棘肌三組 前方的肌肉包括腹外斜肌 腹內(nèi)斜肌 腹橫肌和腹直肌等 放松站立時(shí) 椎體后部肌肉的活動(dòng)性很低 特別是頸 腰段 據(jù)報(bào)告 這時(shí)腹肌有輕度的活動(dòng) 但不與背肌活動(dòng)同時(shí)進(jìn)行 腰大肌也有某些活動(dòng) 支持身體重量的脊柱在中立位具有內(nèi)在的穩(wěn)定性 軀體重心在水平面移動(dòng) 要求對(duì)側(cè)有一效的肌肉活動(dòng)以維持平衡 因此 軀體重心在前 后 側(cè)方的移位分別需要有背肌 腹肌和腰大肌的活動(dòng)來(lái)促進(jìn) 前屈包括脊柱和骨盆兩部分運(yùn)動(dòng) 開始60 運(yùn)動(dòng)由腰椎運(yùn)動(dòng)節(jié)段完成 此后25 屈曲由髖關(guān)節(jié)提供 軀干由屈曲位伸展時(shí) 其順序適與上述相反 先是骨盆后傾 然后伸直脊柱 腹肌和腰肌可使脊柱的屈曲開始啟動(dòng) 然后軀干上部的重量使屈曲進(jìn)一步增加 隨著屈曲亦即力矩的增加 骶棘肌的活動(dòng)逐漸增強(qiáng) 以控制這種屈曲運(yùn)動(dòng) 而髖部肌肉可有效地控制骨盆前傾 脊柱完全屈曲時(shí) 骶棘肌不再發(fā)揮作用 被拉長(zhǎng)而繃緊的脊柱后部韌帶使向前的彎矩獲得被動(dòng)平衡 在后伸的開始和結(jié)束時(shí) 背肌顯示有較強(qiáng)活動(dòng) 在中間階段 背肌的活動(dòng)很弱 而腹肌的活動(dòng)隨著后伸運(yùn)動(dòng)逐漸增加 以控制和調(diào)節(jié)后伸動(dòng)作 但作極度或強(qiáng)制性后伸動(dòng)作時(shí) 需要伸肌的運(yùn)動(dòng) 脊柱側(cè)屈時(shí)骶棘肌及腹肌都產(chǎn)生動(dòng)力 并由對(duì)側(cè)肌肉加以調(diào)節(jié) 在腰椎完成軸向旋轉(zhuǎn)活動(dòng)時(shí)兩側(cè)的背肌和腹肌均產(chǎn)生活動(dòng) 同側(cè)和對(duì)側(cè)肌肉產(chǎn)生協(xié)同作用 腰椎運(yùn)動(dòng)學(xué) 腰椎的活動(dòng)有6個(gè)自由度冠狀軸 X軸 屈曲 伸展和左右側(cè)向平移縱軸 Y軸 軸向壓縮 軸向牽拉和順 逆時(shí)針旋矢狀軸 Z軸 左 右側(cè)屈及前 后平移 運(yùn)動(dòng)節(jié)段 運(yùn)動(dòng)節(jié)段是脊柱的最小運(yùn)動(dòng)單位由兩個(gè)相鄰的椎體 椎間盤和縱韌帶形成運(yùn)動(dòng)節(jié)段的前部 相應(yīng)的椎弓 椎間關(guān)節(jié) 橫突 棘突 韌帶組成運(yùn)動(dòng)節(jié)段的后部 運(yùn)動(dòng)節(jié)段 前部 承擔(dān)壓縮負(fù)荷 上部身體重量加大時(shí) 椎體相應(yīng)變得更大 因此腰椎的椎體比頸椎和胸椎的椎體高 其橫截面積也大一些 運(yùn)動(dòng)節(jié)段 后部 后部控制運(yùn)動(dòng)節(jié)段的運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)的方向取決于椎間小關(guān)節(jié)突的朝向 第1 2頸椎的小關(guān)節(jié)突朝向橫斷面 其余頸椎的小關(guān)節(jié)突與橫斷面呈45度角而與額狀面平行 從而能夠多方位活動(dòng) 胸椎小關(guān)節(jié)突的朝向與橫斷面呈60度角 與額狀面呈20度夾角 使其能側(cè)彎 旋轉(zhuǎn)和少許屈伸 腰部小關(guān)節(jié)突的朝向與橫斷面呈直角 與額狀面呈45度角 使其能屈伸和側(cè)彎 但不能旋轉(zhuǎn) 腰椎的生理活動(dòng)及其范圍 對(duì)于腰椎的生理活動(dòng)范圍研究資料很少 且不夠詳盡系統(tǒng) 又由于測(cè)量方法的準(zhǔn)確程度以及個(gè)體之間差異等因素的影響 各家報(bào)告的正常值亦相差很大 在矢狀面 新生兒的脊柱在其全長(zhǎng)范圍內(nèi)呈現(xiàn)出一個(gè)柔和的突同后方的彎曲 這個(gè)突向后方的彎曲稱為脊柱后凸 隨著發(fā)育孩子們獲得了控制頭部運(yùn)動(dòng)的能力 并能夠保持頭部直立 頸部直立的姿勢(shì)使頸椎出現(xiàn)繼發(fā)性彎屈 形成突向前方的彎曲 稱為頸椎前 四足動(dòng)物的脊柱皆具有這種相同的矢狀面上的彎曲 當(dāng)孩子們開始直立坐著且行走時(shí) 脊柱形成另一個(gè)繼發(fā)性 稱為腰椎前凸 相對(duì)固定的胸椎和骶椎在矢狀面上的彎曲是原發(fā)性彎曲 來(lái)源于新生兒其脊柱的姿勢(shì) 椎體結(jié)構(gòu)上的楔變促成胸椎和骶椎后凸的大部分 另一方面 頸椎和腰椎的前是繼發(fā)性的 一般來(lái)說(shuō) 不是由于骨質(zhì)的楔變 而是由于相仿的椎節(jié)相互成角造成的 即是椎間盤楔變而非椎體楔變 矢狀面上的彎曲具有吸收能量功能 從而避免了損傷 改變方向的彎曲確有吸收能量的潛力 但新生兒脊柱后也具有近似的潛力和 原始的新生兒后允許內(nèi)部的各系統(tǒng)有巨大的容積 在幼兒早期發(fā)育過(guò)程中 脊柱前保持了頭部向上的位置 提供了穩(wěn)定的兩足行走 White綜合他人與自已的研究成果得出腰椎活動(dòng)生理范圍估計(jì)值 從表中看出 腰椎活動(dòng)節(jié)段的屈伸范圍由上至下逐漸增大 而側(cè)彎范圍除腰骶關(guān)節(jié)外大致相等 軸向旋轉(zhuǎn)范圍又以腰骶關(guān)節(jié)為最大 但總的來(lái)看明顯小于屈伸和側(cè)彎 這主要是關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面方向所決定的 腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)與頸胸椎有所不同 其關(guān)節(jié)面并非平面 且與橫截面成90角 與冠狀面成45角 如此排列方式使腰椎幾乎不能軸向旋轉(zhuǎn) 而只能屈伸和側(cè)彎 腰椎的軸向旋轉(zhuǎn)主要發(fā)生在骶髂關(guān)節(jié) 脊柱前屈的最初50 60主要出現(xiàn)在下腰椎 而骨盆的前傾則允許脊柱的進(jìn)一步前屈 由于關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)面向前傾斜 棘突幾乎完全垂直 再加上肋骨的限制等原因 使整個(gè)胸段脊柱不能前屈 脊柱的前屈始于腹肌和腰肌椎體部分的作用 然后軀干上部的重量使前屈進(jìn)一步加大 但隨力矩加大骶棘肌的活動(dòng)也逐步增強(qiáng)使前屈受到控制 當(dāng)脊柱前屈時(shí)髖后部肌肉可有效地控制骨盆的前傾 但在達(dá)到充分屈曲后骶棘肌即不起作用 處于這一位置時(shí)原本松弛的脊柱后部韌帶因受拉伸而繃緊 從而使向前的力矩獲得被動(dòng)性平衡 當(dāng)軀干完全前屈轉(zhuǎn)為直立位時(shí)則恰好順序相反 骨盆出現(xiàn)后傾 然后脊柱后伸 有些研究發(fā)現(xiàn)在軀干伸展時(shí) 肌肉所作的向心收縮功要大于屈曲時(shí)肌肉所作的離心收縮功 其機(jī)理尚不清楚 腰椎活動(dòng)的耦合性 脊柱活動(dòng)不是單方向的 而是多方向的耦合 屈伸活動(dòng) X軸旋轉(zhuǎn) 與側(cè)彎活動(dòng) Z軸旋轉(zhuǎn) 的耦合在脊柱的頸胸腰段均存在 此外腰椎還有另外兩種類型的耦合即Y軸旋轉(zhuǎn)與平移的耦合 以及Y軸旋轉(zhuǎn)與Z軸旋轉(zhuǎn)的耦合 這一耦合在病理情況下?？梢姷?如脊柱側(cè)凸患者不僅表現(xiàn)為明顯的脊柱側(cè)凸畸形 Z軸旋轉(zhuǎn) 同時(shí)大多數(shù)伴有軸向旋轉(zhuǎn)畸形 Y軸旋轉(zhuǎn) 脊柱的任何耦合運(yùn)動(dòng)均可用三維坐標(biāo)的六個(gè)自由度以數(shù)字的方式表示 在脊柱椎間運(yùn)動(dòng)中 平動(dòng)較少 幅度也較小 旋轉(zhuǎn)和彎曲較多 且每一運(yùn)動(dòng)節(jié)段的運(yùn)動(dòng)范圍也有差異 影響偶聯(lián)運(yùn)動(dòng)的骨性結(jié)構(gòu)有胸廓和骨盆 運(yùn)動(dòng)的正常范圍變異很大 為明顯的年齡因素脊柱的整體屈曲50 60度起始于腰椎骨盆前傾和髖部屈曲能增加脊柱的前屈范圍 胸椎的作用有限 胸椎小關(guān)節(jié)利于側(cè)彎 但肋骨限制其活動(dòng) 脊柱的旋轉(zhuǎn)主要發(fā)生于胸椎和腰骶部 腰椎的旋轉(zhuǎn)有限 表面關(guān)節(jié)活動(dòng) 對(duì)相鄰兩節(jié)段脊椎表面之間的活動(dòng)一般采用瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心來(lái)表示 一般認(rèn)為 屈伸活動(dòng) X軸旋轉(zhuǎn) 的瞬時(shí)中心位于椎間盤內(nèi) 側(cè)彎活動(dòng) Z軸旋轉(zhuǎn) 時(shí)瞬時(shí)中心一般位于椎間盤的右側(cè) 即向左側(cè)彎時(shí)則位于椎間盤的左側(cè) 軸向旋轉(zhuǎn) Y軸 的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心位于椎間盤的后部 在病理情況下 瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的軌跡發(fā)生異常改變 這提示瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的測(cè)量可能有助于腰椎疾患的診斷 當(dāng)椎間盤退變之后瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心會(huì)發(fā)生改變 其軌跡范圍增大 這使關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)及有關(guān)韌帶所受剪力增加 所以瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心的改變是退變性腰椎不穩(wěn)的早期特征 腰椎的生理曲度 脊柱曲度的生物力學(xué)意義在于增加脊柱抵抗縱向壓縮載荷的能力 這一抵抗能力于脊柱曲度值的平方成正相關(guān) 即R N2 1其中R為有曲度脊柱的抵抗能力 N為脊柱的曲度 人體的腰椎曲度為第三外曲度 即N 3 計(jì)算可知腰椎所能承受的壓縮載荷為腰椎平面以上體重的10倍 脊柱的曲度還可用Delmas指數(shù)表示 Delmas指數(shù) 脊柱高度 脊柱長(zhǎng)度X100 正常Delmas指數(shù)為94 稱動(dòng)力型脊柱 當(dāng)脊柱曲度小時(shí) 指數(shù)大于96 稱為靜力型脊柱 站立不同姿勢(shì)及維持因素 人體的不同姿勢(shì)需要肌肉的外源性支持 去肌肉的脊柱在所承受的軸向壓縮載荷超過(guò)20N就發(fā)生彎曲 軀干的重力線通常在第4腰椎的腹側(cè)通過(guò) 這說(shuō)明重力線通常位于脊柱所有活動(dòng)節(jié)段的X軸的腹側(cè) 從而使活動(dòng)節(jié)段獲得向前的彎矩 重力線的任何移位都將產(chǎn)生彎矩 因而需要肌肉的間歇活動(dòng)來(lái)維持 骨盆的傾斜度改變也影響腰椎前凸程度 從而影響肌肉的活動(dòng) 不同姿勢(shì)腰椎載荷變化 當(dāng)放松直立時(shí) 腰3平面承載幾乎為該平面以上體重的2倍 而當(dāng)身體前屈時(shí)由于向前彎矩的增加使腰椎承載也隨之增大 當(dāng)無(wú)靠背端坐時(shí) 腰椎承載將超過(guò)放松直立時(shí) 有靠背坐時(shí) 腰椎承載將較無(wú)靠背時(shí)減低 這主要由于靠背承受了一部分身體上部的重量 當(dāng)人體仰臥時(shí)腰椎承載最小 如行重力牽引時(shí)又可進(jìn)一步減輕載荷 一般總是將挺胸抬頭即保持腰椎前凸作為標(biāo)準(zhǔn)的姿勢(shì) 但有人發(fā)現(xiàn)蹲坐的人群中椎間盤退為的非常少見 為此有人進(jìn)行研究會(huì)發(fā)現(xiàn) 關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)在直立進(jìn)承受大部分剪切載荷 當(dāng)椎間盤發(fā)生退變后關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的承載作用更加明顯 腰椎要前屈可使關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)承受壓縮載荷減小甚至不承受壓縮載荷而只承受剪切載荷 使其退變過(guò)程得以延緩 纖維環(huán)前部雖然在腰椎前屈時(shí)應(yīng)力達(dá)到最大 但由于這一部分較厚且剛度較大 發(fā)生椎間盤內(nèi)壓也隨腰椎前屈而增加0 5倍 但是尚不至于造成損傷 蹲起和蹲下 蹲起可用2種骨盆和脊柱的位置 1 腰部脊柱前凸位的骨盆前傾 2 脊柱后凸位的骨盆后傾 根據(jù)軀干的位置 豎脊肌的肌電活動(dòng)是不同的 當(dāng)軀干在脊柱前凸位肌電活動(dòng)大于屈曲位 最大肌電活動(dòng)在提物開始時(shí) 蹲下則需小腿三頭肌 股四頭肌和伸髖肌的離心收縮 當(dāng)脊柱前凸位時(shí)還伴有豎脊肌的等長(zhǎng)收縮 當(dāng)脊柱后凸位膝伸直屈髖時(shí) 豎脊肌的肌電活動(dòng)減弱和抑制 如在脊柱后凸位提物時(shí) 豎脊肌在提物開始時(shí)無(wú)肌電活動(dòng) 而峰值在提物中段 雖然軀干前屈時(shí)提物可減輕對(duì)椎間盤的壓力 然而背伸時(shí)提物肌控制也會(huì)提供對(duì)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的保護(hù) 肢體功能性活動(dòng) 引體向上俯臥撐從坐位推起用拐杖走路 主動(dòng)肌是肘關(guān)節(jié)屈肌 引體向上 肘關(guān)節(jié)伸肌 推起 肩關(guān)節(jié)內(nèi)收肌和伸肌以及降肩胛肌的向心收縮 腹肌和軀干伸肌的等長(zhǎng)收縮是非常重要的 當(dāng)腹肌和軀干肌麻痹時(shí) 無(wú)論上肢肌力如何也不能抬高身體 在手臂固定的軀干閉鏈運(yùn)動(dòng) 如引體向上 中 背闊肌 C3 6 和腰方肌 T12 L1 提供強(qiáng)大的作用力使骨盆接近臂或胸廓 推的動(dòng)作需軀干高度穩(wěn)定 以產(chǎn)生有效的推拉力 推的動(dòng)作需要腹肌和屈髖肌收縮以保持軀干不后伸 而拉的動(dòng)作需要背肌和伸髖肌收縮來(lái)限制軀干的屈曲 腰椎動(dòng)力學(xué) 腰椎動(dòng)力學(xué)主要涉及到運(yùn)動(dòng)過(guò)程中作用于腰椎的載荷 無(wú)論是慢步行走或隨意轉(zhuǎn)體時(shí)可中度增加載荷 而作一些訓(xùn)練活動(dòng)可較明顯的增加載荷 以不同速度行走時(shí) 腰3 4活動(dòng)節(jié)段所承受的壓縮載荷可達(dá)到體重的0 2 2 5倍 當(dāng)腳離地的一剎那 載荷可達(dá)到最大 并于行走速度呈正相關(guān) 提物和攜物是外界對(duì)脊柱施加載荷的最常見方式 完成這些動(dòng)作時(shí)影響腰椎載荷大小的因素主要有三 物體至腰椎運(yùn)動(dòng)中心的距離 即重物力臂的長(zhǎng)度 身體下部重量力臂長(zhǎng)度 物體的重量減少腰椎載荷的最有效方法就是將所要提起的物體晝靠近身體 這樣可使物體與體重的力臂盡量縮短 腰椎前屈時(shí) 不僅物體重量所產(chǎn)生的力而且身體上部所產(chǎn)生的力均會(huì)在椎間盤上形成彎矩 進(jìn)而導(dǎo)致腰椎載荷增大 這一向前的彎矩比直立時(shí)彎矩要大 但有人認(rèn)為腰椎的曲度的改變主要影響載荷的分布 而對(duì)載荷的大小并無(wú)明顯影響 如果提物時(shí)載荷較大 由于纖維環(huán)前部的非線性特點(diǎn)其剛度將明顯提高 從而防止因椎間盤內(nèi)壓過(guò)高所致的較薄弱的軟骨終板發(fā)生骨折 所以腰椎前屈反而使提物尤其是反復(fù)提物活動(dòng)的安全范圍增大 舉重運(yùn)動(dòng)員為什么不會(huì)引起腰椎骨折 除脊柱的肌肉外 還可通過(guò)腹內(nèi)支持作用減輕腰椎載荷特別是因骶棘肌收縮而產(chǎn)生的載荷 腰背肌及腹肌鍛煉對(duì)腰椎影響 腰背肌及腹肌鍛煉對(duì)腰椎載荷的影響是引人注目的動(dòng)力學(xué)課題 此時(shí)此刻腰椎載荷右達(dá)到很高 這樣如何能使訓(xùn)練有效 同時(shí)又避免因腰椎載荷過(guò)大而遭致?lián)p傷就顯得非常重要 在俯臥位時(shí)背部彎成弓形的大小增強(qiáng)骶棘肌的活動(dòng) 但當(dāng)脊柱處于各種極端位置時(shí)其載荷對(duì)于脊柱結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的應(yīng)力要大于在更中央處加載時(shí) 因而應(yīng)當(dāng)避免這種過(guò)伸位 在作加強(qiáng)骶棘肌的訓(xùn)練時(shí) 最好使椎體在最初就得保持較為平衡的位置 運(yùn)動(dòng)對(duì)腰椎負(fù)荷的影響 雙側(cè)直腿抬高通常用于腹肌的鍛煉 但這種方法常常使腰肌的椎體部分活動(dòng)加強(qiáng)而使腰椎拉向前凸 腹肌較少得到活動(dòng) 作仰臥起坐訓(xùn)練時(shí) 將髖 膝屈曲以限制腰肌活動(dòng)雖能有效地活動(dòng)腹肌 但也大大增加腰椎間盤的壓力 正確的方法應(yīng)是 作卷體動(dòng)作時(shí)僅頭與肩抬起而腰部不活動(dòng) 此時(shí)腰椎的載荷要低于完全坐起時(shí) 如將兩臂上舉過(guò)頭或兩手抱頭于頸后則產(chǎn)生的力矩較大 這是由于身體上部的重心離開活動(dòng)中心所致 不良力學(xué)行為是引發(fā)脊柱軟組織病變的主要因素 重力 站立的下肢承受臀部以上及下肢本身的自重日常生活所必須的力學(xué)行為 站 坐 彎腰 探身 扭頸 說(shuō)話 生產(chǎn)活動(dòng)所必須的力學(xué)行為 車鉗工 爐前工 拉車夫 讀書寫字 體育運(yùn)動(dòng)要求的力學(xué)行為 跑 跳 單雙杠 籃球 非正常情況下的力學(xué)行為 突發(fā)災(zāi)害 崩塌 火場(chǎng)逃生 戰(zhàn)爭(zhēng) 長(zhǎng)途跋涉及長(zhǎng)期負(fù)重 1 人體常見的力學(xué)行為 2 人體力學(xué)行為的屬性 普遍性 人人 處處 時(shí)時(shí)永恒性 人生下來(lái)就一直伴隨著的 如重力以及人體各部分的相互協(xié)調(diào)和生活必需的動(dòng)作而產(chǎn)生的相互作用隨機(jī)性 力學(xué)行為種類 發(fā)生的時(shí)間 強(qiáng)弱 差異性 同一力學(xué)行為不同個(gè)體因強(qiáng)弱 年齡 遺傳 心態(tài)而不同無(wú)法避免性 重力 地球引力 骨骼一生都受肌肉收縮約束和控制 四肢上的條肌可提供0 35MPa的張應(yīng)力 反之肌肉一生都要靠骨骼的支撐致病的可預(yù)防性和可治療性 3 不良力學(xué)行為 超出人體或局部組織所能承受的一切力學(xué)作用其后果往往引發(fā)病變或疾病長(zhǎng)時(shí)間的某個(gè)體位 司機(jī)的肩周炎 紡織工的髕骨增生 知識(shí)分子的頸椎病超出極限強(qiáng)度的力學(xué)行為 意外撞擊的骨折超出極限變形的力學(xué)行為 常時(shí)間壓縮 突然的扭轉(zhuǎn)或彎曲導(dǎo)致的椎間病 長(zhǎng)見于腰椎間盤突出超出疲勞極限的力學(xué)行為 行軍骨折 大串聯(lián)時(shí)紅衛(wèi)兵的骨折 多發(fā)生在腳中部跖 蹠 骨上超出長(zhǎng)骨的穩(wěn)定極限導(dǎo)致喪失穩(wěn)定的力學(xué)行為 多發(fā)生在運(yùn)動(dòng)員身上 不良力學(xué)行為舉例 一 不良力學(xué)行為舉例 二 非正常受力引發(fā)腰椎 L5 前移脊神經(jīng)被扭曲 脊柱 椎間盤的力學(xué)及生理特性 椎間盤是一個(gè)為椎骨之間傳遞荷載并允許脊柱有一定運(yùn)動(dòng)的富有彈性和韌性的器官人的一生中它受的力最頻繁也最復(fù)雜 因而很容易負(fù)荷過(guò)重反復(fù)損傷 造成纖維環(huán)自后部脫出壓迫神經(jīng)根引起疼痛 嚴(yán)重的由于纖維環(huán)的變扁 椎骨能把滑液囊碾碎由于穩(wěn)定和保護(hù)椎骨的后縱韌帶遠(yuǎn)較前縱韌帶為弱 在構(gòu)造上沿脊椎下行至第1腰椎時(shí)又開始逐漸變窄 到第5腰椎其寬度僅及原來(lái)的一半 這是脊柱結(jié)構(gòu)上的一個(gè)簿弱環(huán)節(jié) 腰椎間盤突出和脫出大都發(fā)生在這一帶 即L4 5以及L5S1 腰椎間盤的特性及壓力與壓縮曲線 椎間盤極富彈性和韌性能承受很大的壓力超過(guò)10 0kN 約1 0t 毫無(wú)問(wèn)題整個(gè)脊柱受壓首先椎骨破壞能承受超過(guò)35 以上的拉伸和壓縮椎間病不是間盤本身破裂 大都是膨脹突出壓迫神經(jīng)根或椎骨壓迫 碎 滑液囊 4 50歲成年人濕腰椎間盤受壓荷重與壓縮關(guān)系圖 不良行為對(duì)脊柱影響及計(jì)算簡(jiǎn)圖 腰椎及腰骶角的生理及力學(xué)特點(diǎn) 不同腰骶角 椎間盤的受力 正常人 30o 站立時(shí)骶棘肌放松Fe0骶骨反力N20 6W 切向力T N2sin30o 0 3W脊柱前凸增大患者 增大 如以 40o 則T 0 38W 切向力較正常人增加了8 10 椎間盤受剪不會(huì)破碎 但極易突出壓迫神經(jīng)根脊柱前凸變小患者 減小 雖然切向力T變小 但正壓力變大 有時(shí)也引發(fā)椎間盤過(guò)份壓縮膨脹而突出 表4 2不同腰骶角椎間盤受到的切向與正壓力 注 表中的力是體重W的倍數(shù) 如正常情況下T 0 3W N 0 52W 分析彎腰時(shí)骶棘力Fe及第5腰椎間盤反力R 骶棘肌簡(jiǎn)化為繩索 張力為Fe作用在剛體脊柱上 作用點(diǎn)在離骶骨2 3處且與脊柱成12o角W2是頭和手臂合重量取W2 0 2W 人頭和雙臂分別占體重的10 W1 0 4W是軀干重作用在脊柱中心 離骶骨1 2處 當(dāng)彎腰 30o時(shí)列平衡方程 X 0Rx Fecos18o 0 Y 0Ry Fesin18o 0 4W 0 2W 0 M0 0Fesin12o 2 3L 0 4Wcos30o L 2 0 2Wcos30o L 0解 可得Fe 2 5W Rx 2 38W Ry 1 37W由得R 2 74W由得 35o 計(jì)算可知 體重W 90kg的人 R 246kg 間盤壓縮17 如果提G W 5的重物 則W2 0 2W W 5 0 4W 對(duì)于W 90kg重的人 計(jì)算可得R 366kg 此時(shí)椎間的壓縮量將超過(guò)20 可能導(dǎo)致椎間盤突出 三 傳統(tǒng)推拿按摩治療的力學(xué)機(jī)理 優(yōu)點(diǎn)及其局限性 1 概述 1 傳統(tǒng)中醫(yī)外科 如骨傷學(xué) 正骨按摩學(xué) 筋傷學(xué) 其主要內(nèi)容如 跌打損傷 骨折 關(guān)節(jié)脫臼 骨錯(cuò)縫出槽 骨關(guān)節(jié)損傷 軟組織損傷 包括椎間盤 韌帶 肌腱 關(guān)節(jié)軟組織 2 中醫(yī)無(wú)創(chuàng)傷外科多用于功能性疾病 如不慎扭傷 暴力損傷 職業(yè)性體位不正 風(fēng)寒 而對(duì)器質(zhì)性病變 如骨腫瘤等則很少用力學(xué)手法施治 2 傳統(tǒng)手法舉例 頸椎病推拿手法舉例 腰椎病推拿手法 一 腰椎病推拿手法 二 下頜關(guān)節(jié)脫位施治手法 3 力學(xué)機(jī)理在傳統(tǒng)無(wú)創(chuàng)傷外科中有著很深的根基和運(yùn)用 1 中醫(yī)傳統(tǒng)的無(wú)創(chuàng)傷外科大多數(shù)都是力學(xué)原理的運(yùn)用 正骨 牽引 拉力 搓 扭轉(zhuǎn)和剪切 推 壓 關(guān)節(jié)復(fù)位 重在尋找力的作用點(diǎn)和作用方向 突然施力使脫臼復(fù)位 推拿 推拿很體現(xiàn)雙向集中施力 能產(chǎn)生局部應(yīng)力集中效應(yīng) 以增大力的治療效果 推拿也最容易產(chǎn)生力的組合效應(yīng) 按摩 按主要是壓 摩則主要是剪扭以及反復(fù)加載的效應(yīng) 拔罐 造成負(fù)壓形成均勻的抽吸力 以拔出病變部位的致病機(jī)理 2 如果把艾炙歸結(jié)為熱力學(xué)效應(yīng) 針炙歸結(jié)為無(wú)創(chuàng)傷局部穿透性刺激 幾乎可以說(shuō) 絕 大多數(shù)都是力學(xué)原理的運(yùn)用3 許多推拿按摩的命名和分類就是按照施力方式區(qū)分的 如間盤突出物的還納法就有 牽抖法 拉 扭 彎 震壓牽法 壓 拉扳腰法 彎 剪 壓展筋法 拉 震 頻率與手法的生物力學(xué)特性 手法的動(dòng)力學(xué)特征 不同手法的運(yùn)動(dòng)各有其特點(diǎn) 表現(xiàn)在動(dòng)用的肌肉關(guān)節(jié)多少 用力的方向 操作部位等 如果一個(gè)完整的手法動(dòng)作需要運(yùn)用的肌肉關(guān)節(jié)較多 運(yùn)動(dòng)幅度較大 則完成這一運(yùn)動(dòng)需要時(shí)間也會(huì)較長(zhǎng) 頻率也較慢 如手法運(yùn)動(dòng)上肢頻率在120 160次 分 擦法頻率在100次 分 振法頻率可高達(dá)600次 分 頻率與手法的生物力學(xué)特性 手法力量的大小 同一手法在頻率較快時(shí)產(chǎn)生力量較小 頻率較慢時(shí)產(chǎn)生力量較大 刺激強(qiáng)度與壓力 速度之積成正比 壓力小 速度慢 則刺激弱 往往達(dá)不到治療要求 壓力大 速度快 則刺激強(qiáng) 會(huì)引起局部損傷 壓力小 速度快 刺激相對(duì)減弱 一般用于表淺病變 壓力大 速度慢 刺激也相對(duì)減弱 用于深層病變 頻率與手法的生物力學(xué)特性 操作者的生理?xiàng)l件 操作者本身的協(xié)調(diào)性 肌肉力量 關(guān)節(jié)靈活性及柔韌性等生理?xiàng)l件影響