脊柱的生物力学 (2)精选文档.ppt

脊柱的生物力学本讲稿第一页，共二十页人体人体脊柱脊柱实质上是一个通过：实质上是一个通过：杠杆杠杆 运动轴运动轴 操纵的操纵的力学复合体结构力学复合体结构 致动体致动体 限制体限制体 这个力学复合体不仅柔韧性好、运动范围广，而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。且非常坚固稳定。本讲稿第二页，共二十页作为一个力学结构，脊柱有以下特点：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、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。姿势的稳定性。矢状面曲度的改变会很大程度上影响脊柱的矢状面曲度的改变会很大程度上影响脊柱的力学行为。力学行为。本讲稿第三页，共二十页椎体承载躯干及上肢主要的轴向负荷，椎体所须承载的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。重量从头端到尾端逐渐增加，椎体本身也逐渐增大。脊柱后方的肌肉群产生脊柱后方的肌肉群产生“张力作用张力作用”，用用来维持直立姿势及保持人体来维持直立姿势及保持人体矢状面矢状面和和冠状面的冠状面的平衡，这些肌肉群被称为平衡，这些肌肉群被称为“张力带张力带”。任任何何前柱前柱或或后柱后柱的破坏及疾病均可打破脊柱在骨盆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。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。面的平衡。本讲稿第四页，共二十页椎体组成脊柱的椎体组成脊柱的前柱前柱，承载，承载80%的轴向负荷（体重）。后的轴向负荷（体重）。后方结构（主要是关节突关节）组成脊柱方结构（主要是关节突关节）组成脊柱后柱后柱，向下肢传递，向下肢传递20%的轴向负荷的轴向负荷本讲稿第五页，共二十页脊柱平衡的概念脊柱平衡的概念正常脊柱在骨盆和股骨头上保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持平衡时，仅需要肌肉最少量的做功以维持直立姿势功以维持直立姿势。多数脊柱疾患可影响脊柱矢状面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，的平衡，从而增加脊柱肌肉负荷，产生肌肉疲劳和背痛。产生肌肉疲劳和背痛。本讲稿第六页，共二十页怀孕怀孕使身体重心前移，使身体重心前移，腰椎前凸增加以维持脊腰椎前凸增加以维持脊柱平衡柱平衡。人体重心前移可增加脊柱后方肌肉负荷，是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导致矢状面失衡的主要原因。主要原因。本讲稿第七页，共二十页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失衡。例如：例如：椎体肿瘤或骨折破坏椎体结构完整性，使得椎体塌陷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。导致病变节段上方的脊柱过度后凸。另外另外下腰椎多个间盘下腰椎多个间盘的的退变退变可以改变其前高后低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。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如果前柱正常，很少因后方张力带薄弱而出现矢状面失衡。面失衡。本讲稿第八页，共二十页我们从我们从整体整体、区域区域和和局部局部三方面三方面评价脊柱的平衡，它们虽然不同但彼评价脊柱的平衡，它们虽然不同但彼此相关。此相关。从整体角度看脊柱包括颅骨、骨盆、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，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骶骨的位置及倾斜度与脊柱整体平衡密切相关密切相关。脊柱可以分为以下几个区域：颈段、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，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相邻的几个运动节段也可组成一个运运动区域动区域。脊柱的局部往往指一个运。脊柱的局部往往指一个运动节段。动节段。本讲稿第九页，共二十页脊脊柱柱失失平平衡衡多数脊柱疾患可影响脊柱矢状面的平衡，从而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。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，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。是导致矢状面失衡的主要原因。头部位于骨盆前方时丧失矢状面的平衡，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为维持直立姿势脊柱后方的肌肉拉力增加。本讲稿第十页，共二十页通常在前柱缺损而失去结构上的支撑时发生脊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。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。得椎体塌陷导致病变节段上方的脊柱过度后凸。另外另外下腰椎多个间盘的退变可以改变其前高后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低的楔形外观，哪怕是细微的改变也可以带来明显后凸。显后凸。本讲稿第十一页，共二十页所有这些疾病可导致脊柱和躯干前屈，头部位于髋的前方，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。同时减轻脊柱肌肉负荷。总之，脊柱矢状面的总之，脊柱矢状面的失衡失衡是脊柱疾患的主要后果，这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疾病时必须强调维持脊柱矢状面的平衡脊柱矢状面的平衡。本讲稿第十二页，共二十页脊柱脊柱冠状面冠状面的的失衡失衡经常发生在脊柱侧弯的病人，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。和双肩的中心位于骨盆中线上。骨盆与肩关节不平行使得脊骨盆与肩关节不平行使得脊柱冠状面平衡，脊柱产生代柱冠状面平衡，脊柱产生代偿性弯曲。偿性弯曲。本讲稿第十三页，共二十页运动节段运动节段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。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一个运动节段包括相邻两个椎体、椎间盘、关节囊椎体、椎间盘、关节囊包裹的包裹的小关节小关节和相连的和相连的韧带韧带。尽管脊柱的肌肉不包括在运动节段。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。内，但它们对运动节段功能的发挥致关重要。运动节段，后面观运动节段，后面观运动节段，前面观运动节段，前面观本讲稿第十四页，共二十页脊柱的各个运动节段通过以下机制彼此连接起来脊柱的各个运动节段通过以下机制彼此连接起来:运动节段作用机制运动节段作用机制：运动轴：椎间盘运动轴：椎间盘及及小关节小关节；围绕它；围绕它们的轴可作旋转运动。们的轴可作旋转运动。杠杆：杠杆：椎体和其上的椎体和其上的骨性突起骨性突起；是致；是致动体的附着点。动体的附着点。致动体：致动体：指与运动节段接触的前方指与运动节段接触的前方和后方的和后方的肌肉肌肉，是脊柱功能单位的运动，是脊柱功能单位的运动控制结构。控制结构。限制体：限制体：运动节段的运动节段的韧带韧带，用以维持，用以维持脊柱的稳定，将运动节段的活动限制在脊柱的稳定，将运动节段的活动限制在正常范围。正常范围。本讲稿第十五页，共二十页简而言之，运动节段的运动是这样产生的：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。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。段彼此叠加，脊柱就具有很大的屈曲性和广泛的运动范围。本讲稿第十六页，共二十页脊柱机械性不稳定脊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。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，正常脊柱有在生理负荷下，正常脊柱有两个很重要的特征：两个很重要的特征：1.限制脊柱结构位移限制脊柱结构位移以保证神经组织不受损伤或刺激。以保证神经组织不受损伤或刺激。2.维持结构完整维持结构完整，防止严重畸形的发展和疲劳性疼痛的出现。，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。严重的病例，这两种情况可同时出现。本讲稿第十七页，共二十页多种原因可导致脊柱不稳定，包括创伤、肿瘤、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。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，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。通常伴有明显疼痛。本讲稿第十八页，共二十页脊柱节段性不稳定：脊柱节段性不稳定：脊柱创伤脊柱创伤脊柱肿瘤脊柱肿瘤脊柱滑脱脊柱滑脱本讲稿第十九页，共二十页不足之处不足之处多请指教多请指教！Thankyou!本讲稿第二十页，共二十页