脊柱生物力学及脊柱基本结构.ppt

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1、脊柱生物力学上海大学应用数学和力学研究所张涵15820323常见脊柱损伤和疾病主要内容脊柱结构与组成脊柱力学性能结论1234脊柱系由多数椎骨、韧带及椎间盘等连接构成的人体中枢支柱。成人的脊柱有26个椎骨,其中包括7个颈椎、12个胸椎、5个腰椎1个骶骨和1个尾(图1),而骶骨系由5节椎体融合而成,尾椎也由3-4节椎体构成。除了第1,2颈椎和骶、尾骨外,各椎骨均由椎体和椎弓组成,椎骨间由椎间盘及韧带连接。脊柱结构由正面看,脊柱直立对称,而由侧面看则有4个生理弯曲,即颈曲、胸曲、腰曲和骶曲。颈曲和腰曲凸面向前,而胸曲和骶

2、曲则凸面朝后。脊柱的基本力学功能包括：①在各种体位支持头颅与躯干,并将其载荷传递至骨盆。②使头颅与躯干能够在三维空间内进行较大范围的生理活动。③保护脊髓以及胸腔、腹腔和盆腔脏器免受损伤。脊柱结构椎骨主要由松质骨构成,外层的皮质为很薄的皮质骨。每个典型椎骨可分为椎体和椎弓两部分。椎体是椎骨负重的部分，由颈椎向下，椎体体积逐渐加大。椎弓由椎弓根和椎弓板组成。椎弓根自椎体两侧的后上端向后突出，构成椎管的侧壁，与椎弓板一起形成椎孔，各个椎孔相连成椎管。椎管内容有脊髓，马尾神经等。椎骨由纤维环，髓核，软骨终板构成。椎间盘亦

3、称椎间关节,是位于椎体之间的一层弹性软组织垫,自第2颈椎至第1骶椎,共有23个,约占脊柱全长的1/4到1/5。依脊柱不同节段的功能不同,其厚薄差异较大,以腰椎间盘最厚,约占椎体高度的1/3—1/4,胸椎间盘最薄,约占椎体高度的1/5。椎间盘纤维环位于髓核的四周，由胶原纤维及纤维软骨组成，是椎间盘最主要的维持负重的组织，与上，下软骨板和脊柱前，后纵韧带紧密相连。层内纤维平行排列,层间纤维的排列方向则相互交叉,相邻两层纤维与椎间盘平面的夹角为±30°。髓核是一种富有弹性的半液体的胶冻状物质，约占椎间盘切面的50%~60

4、%。可随外界压力改变其位置和形状。软骨终板即椎体的上下软骨面，为透明软骨，它构成椎间盘的上下界，覆盖纤维环及髓核，厚度约1mm左右。椎间盘椎间盘的弹性与其含水量的改变有密切关系，当含水量减少时，其弹性减退。椎间盘在受压的状态下，水分可通过软骨板外渗，含水量减少，体积也减小，压力解除后（如夜间睡眠时，水分再次进入椎间盘，含水量增加，体积也增加。有人观察到成人身长在一昼夜相差1%，随着年龄的增长，髓核逐渐发生退行性变，呈脱水状态，弹性减退，因而易受损伤。椎间盘脊柱的韧带主要由胶原纤维、弹性纤维、网状纤维和基质构成。胶原

5、纤维提供韧带的强度和刚度,而弹性纤维则使韧带具有在载荷作用下延伸的能力。韧带腰椎的韧带包括前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、关节囊(韧带)、棘间韧带、棘上韧带和横突间韧带。这些韧带结构与椎间盘、小关节一起保证腰椎的正常生理活动并提供脊柱的内源性稳定。运动脊柱的肌肉有直接和间接两种，直接者一端或两端附着于脊柱，间接者起、止点均不附着于脊柱，但其收缩时可引起脊柱关节的运动。根据各肌所在的位置．可分为位于脊柱前面的前群，位于脊柱外侧的外侧群和位于背侧的后群。其中背侧群肌特别发达而重要。前群肌数量少，肌肉较小，均位于颈段脊柱的前

6、面，计有颈长肌、头长肌、头前直肌和头侧直肌。外侧群在颈部有斜角肌，在腰部有腰大肌、腰小肌和腰方肌。后群肌强大，属于项肌、背上肢肌和背肌。依其位置，可分浅、中、深层。肌肉肌肉脊柱的功能单位(functionalspinalunit,FSU)称为运动节段(motionsegment)包括相邻的两节脊椎及其间的椎间盘、小关节和韧带。其前部由椎间盘和前、后纵韧带构成,相应的椎弓和韧带则组成其后部。活动节段是能够显示与整个脊柱相似的生物力学特性的最小功能单位。脊柱运动节段脊柱各椎骨间的运动幅度虽然有限,但整个脊柱的运动范围较

7、大。脊柱的运动有6个自由度,即沿以下三个方向的平移与旋转:①冠状轴(X轴）:屈曲,伸展和左、右侧向平移;②纵轴(Y轴):轴向压缩,轴向牵拉和顺、逆时针旋转；③矢状轴(Z轴):左、右侧屈及前、后平移。脊柱的运动范围共轭现象是指同时发生在同一轴上的平移和旋转运动,或指在一个轴上的旋转或平移运动,同时伴有另一轴的旋转或平移运动的现象。脊柱的共轭现象主要是颈腰椎的共轭现象,一般认为寰枢椎关节有显著的共轭现象,多数学者观察到寰枢关节在纵轴上的轴性旋转总伴有纵轴方向上的平移,认为这与该关节的双凸形状和齿突的方向有关。腰椎也有数

8、种共轭运动形式,最明显的共轭运动之一是侧屈和屈伸活动之间的共轭。脊柱的共轭现象脊柱的稳定结构分为内在稳定结构和外在稳定结构两部分。内在稳定结构是组成脊椎自身的各个结构,支持脊柱稳定的结构包括相邻椎骨及其连接结构(椎间盘、小关节囊及韧带)。外在稳定结构主要是神经肌肉系统。脊柱的稳定性及影响因素依其不同节段的解剖学及生物力学特点而各具特殊性,某一结构的损伤或切除