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* 第八章 脊柱与颅脑生物力学与临床研究 脊柱的功能： 1.保护脊髓 2.在各种体位支撑躯干，保证躯干的生理活动 3.将头和躯干的重量及弯矩传递给骨盆 第一节 脊柱的功能解剖与生物力学特性 一、脊柱的功能解剖 7+12+5+1+1 生理弧度的作用： 1.适应直立姿势 2.有利于跑跳时吸震作用 3. chinaspine 功能单位、活动节段 从工程上看，脊柱为独特结构，并非由一种物质组成，而是坚硬的椎体，高形变的椎间盘，排列在一个复杂的既有滑动，又有制约的椎间关节内。 二、椎体、椎间盘、韧带的生物力学特性 1.椎体 皮质壳层 松质骨核 软骨终板 40岁 45% 55% 40岁 65% 35% 韧性 脆性 椎体 椎体的损伤 中心型 周围型 全板型 2.椎间盘 髓核 纤维环 临床上出现的椎间盘突出，并非一时受压力所致，而是椎间盘内应力不均导致纤维环松弛，髓核外突。 髓核是理想的传力结构 1.不依赖血液营养 2.滚珠和弹簧作用 3.充分的顺应性 年龄增大 髓核水分减少 弹性下降 贮藏能量减少 分布应力能力下降 抗载能力下降 下腰背疼痛 3.脊柱的韧带 前纵韧带、后纵韧带、黄韧带、棘上韧带、棘间韧带 第二节 脊柱的运动 C1与C2间，关节面与水平面平行 C2与C7间，关节面与水平面成450 T1与T12间，关节面与水平面成600 L1与L5间，关节面与水平面成900 脊柱的运动形式：屈伸、侧屈、旋转 x z y 屈伸活动 侧屈活动 旋转活动 1.脊柱节段的运动幅度 屈伸活动：腰椎范围最大，因为关节面与水平面垂直，与冠状面成450 胸椎范围最小，因为关节面与水平面成600，与冠状面成200 侧屈活动：腰椎范围小，80 胸椎范围小，6~80 旋转活动：腰椎几乎不能，20 胸椎范围，90 2.脊柱的功能活动 3.屈曲和伸直 600 600 00 动力：前屈重力矩 平衡力：底棘肌 第三节 脊柱的受力 微型压力传感器 压力表 一、站立姿势的脊柱力学 W 生理弧度的作用： 1.适应直立姿势 2.有利于跑跳时吸震作用 3.承受更大的载荷 4.侧屈和旋转 动力：同侧的棘突横肌、横突棘肌、腹肌等 平衡力：异侧的棘突横肌、横突棘肌、腹肌等 脊柱的稳定因素 内在：1.韧带，2.髓核受压时的反作用力， 3.关节突的压力 外在：背肌、腹肌 站立姿势躯干的重力线通过第4腰椎的腹侧 二、身体姿势对腰段脊柱载荷的影响 椎间盘受压力来自于： 1.椎间盘内的压力 2.人体上部的压力 3.平衡重力矩的肌力 50% 100% 150% 200% 900 900+垫 900+垫 900 900+胸垫 三、提物或携物时对腰段脊柱载荷的影响 影响脊柱上载荷的因素： 1.物体大小、形状（密度、体积等性质） 2.身体的屈曲程度 3.与脊柱运动中心有关的物体的位置 G W Fm G=200N, dG=0.4m W=450N, dW=0.25m G W Fm dm=0.05m 求：1.背伸肌收缩力的大小 2.椎间盘上受到的压力 350 T 举重运动员 G=200Kgf T=21000N 重物的重量、加速度越大，腹压越大 三、运动时对腰段脊柱载荷的影响 第四节 脊柱损伤的生物力学 一、损伤机制 超出运动范围 过分负重 暴力 超运动 损伤 损伤类型 屈曲、伸直、旋转、侧弯、压缩型 y z x 前倾 屈曲型 后倾 过伸型 压缩型 1。同样大小、方向的力，作用点不同，损伤类型不同 二、颈椎的损伤 Major Injuring Vector = MIV 1.颈部骨折 （1）环椎骨折 MIV：绕x轴向后（负力矩） 结果：后弓骨质撕裂 MIV：-y方向 结果：粉碎性骨折 2。同样大小、方向的力，由于脊柱各部位结构不同，损伤类型不同 旋转扭矩作用，腰部椎体关节突撕裂、骨折。 胸腰段，刚度突变，应力集中、关节突排列方向发生改变，骨折率最高。 后弓骨折 粉碎性骨折 （2）枢椎骨折 MIV： -z方向（向后） 结果：齿状突剪切损伤 MIV：+z方向 结果：齿状突与环椎连接部、 齿状突基底部 （3）绞刑骨折 MIV：绕x轴向后（负力矩） +z方向 结果：创伤性的枢椎前移、椎间盘完全破裂 （4）颈椎压缩骨折 MIV：-y方向 结果：大 粉碎性，伤及骨髓 中 终板破裂，髓核陷入椎体 小 小损伤 齿状突 齿状突与环锥连接部 齿状突基底部 三、胸腰椎损伤 1.软骨终板破裂 MIV：-y方向 结果：中心型、周围型、全板型 2.压缩骨折 M