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脊柱的生物力学;001脊柱的生物力学特点

002椎间盘的生物力学

003脊柱的韧带

004骨性脊柱及其他内在结构;001脊柱的生物力学特点;脊柱的力学特性和生物学功能;002椎间盘的生物力学;解剖位站立时椎间盘所承受的压力远远大于上部身体的重量

坐位时腰椎间盘的压力是躯体的3倍还要多

跳跃等动作作用于椎间盘的实际载荷可超过静止位的两倍以上

脊柱屈、伸和侧屈可在椎间盘的某些部分产生伸展应力

躯干的轴向扭转在椎间盘上还可产生剪切载荷，所以椎间盘上的压力是伸展、压缩和剪切的复合应力;椎间盘构成脊柱总高度的20％一33％，椎间盘由三个相互区别的部分构成：髓核、纤维环和软骨终板。

(1)髓核：位于椎间盘中央，水分含量从70％～90％不等，出生时最高，随着年龄增长逐渐降低，在横切面上椎间盘髓核是椎间盘总面积的30％～50％。在下腰部，髓核常常更靠后面而不是居中，腰部髓核比较大，因此，常易膨出或突出。;(2)纤维环：是椎间盘的周边部分，并形成椎间盘的外部边界，纤维环是由同心圆排列的层纤维组织带组成的，在同一纤维条带内纤维的走行方向一致，但任何两相邻条带的纤维走向都相反，它们与椎间盘平面呈30°角，因而相邻条带的纤维呈120°角。

;(3)软骨终板：由透明软骨组成，将椎体与其两侧的椎间盘分开，构成椎间关节的终板。

;终板在脊柱的正常生理活动中承受着很大的压力。在脊柱运动节段(完整的椎间盘及其上下椎体)的疲劳试验中，有1／3的标本发生终板断裂伴髓核突入骨松质骨质中，这种断裂在不同年龄间存在较大差异。

40岁前运动单元可承受8000N压力载荷，40～60岁承受力降至该值的55％，60岁以上约45％。

在高速动力测试中，终板的断裂有三种形式：中心型、周围型及全板断裂型。中心型在没有退变的椎间盘中最多见，周围型多见于有退变的椎间盘。全板断裂多发生于高载荷时。;退变的椎间盘由纤维环传递压力，终板边缘承受载;椎间盘在受压的时候，主要表现为纤维向四周膨出，即使在很高的载荷下，去除载荷后产生永久变形时，也没有出现哪一个特殊方向的纤维破裂。

在脊柱的运动节段承受压缩试验中，首先发生破坏的是椎体而不是椎间盘。

临床上的椎间盘突出不只是由于受压，更主要的原因是椎间盘内应力分布不均匀。;许多实验结果提示，引起椎间盘损伤的不是压应力载荷，而是弯曲及扭转载荷。

有人在实验中发现，脊柱矢状、额状或其他垂直平面内弯曲6°～8°时并不发生椎间盘的破坏，，施加15°的弯曲载荷，可观察到三角形骨块从上位椎体的后下部撕脱下来，结果与椎间盘的膨出有关，前屈时向前膨出，后伸时向后膨出。在脊柱侧弯时，椎间盘向凹侧面膨出。;弯曲造成的椎间盘突出，

前屈和后伸都在凹侧膨出，而在凸侧椎间盘受拉;试验研究了腰椎间盘的直接剪切情况，发现水平面上的剪切刚度大约是269N／mm。这是一个很高的数值，具有临床意义，它表明要造成一个正常的椎间盘单位异常的水平移位需要很大的力量。;椎间盘在承担载荷时有松弛和蠕变现象。

较大的载荷产生较大的变形及较快的蠕变率。

蠕变的特点与椎间盘的退变程度有关，没有退变的椎间盘蠕变很慢，经过相当长的时间也没有达到最大变形，显示出黏弹性性质。退变的椎间盘则相反。

这表明退变的椎间盘吸收冲击的能力减退，也不能将冲击均匀地分布到软骨终板。;滞后特性也就是吸收冲击能量的特性

滞后与施加的载荷、年龄及椎间盘所处位置有关

载荷越大，滞后越大；年轻人的滞后大，中年以后的滞后小；下腰部椎间盘比胸腰段及上腰部椎间盘的滞后大

同一椎间盘在第二次加载后的滞后比第一次加载时下降，这表明，反复的冲击载荷对椎间盘有损害

流行病学研究显示汽车驾驶员的腰椎间盘突出发病率高，可能就是由于腰椎间盘反复随轴向震动的原因造成的。;疲劳测试是确定纤维环径向周边在发生撕裂之前能够承受多少循环载荷的重要依据。

布朗等人。使用小的恒定轴向载荷加上5°重复前屈运动对椎间盘进行单次疲劳测试。

结果显示，椎间盘在屈曲200次后出现破坏迹象，在屈曲1000次后完全破坏。这表明在这样的体外测试条件下疲劳寿命较低。;当一个人处于不同的身体姿势、休息和做一些工作时，测量体内腰椎间盘的负荷。据观察，尽管腰椎间盘以上的身体部分包含了整个体重，但椎间盘上的负荷相当大。60%，但坐姿和站姿前倾20°时，L3椎间盘承受的负荷是体重的200%。如果加上20公斤的重量，这个负荷就会变成300%。;人体椎间盘由内部凝胶状髓核组织（NP）和外部坚韧纤维组织（AF）组成。

(A)正常年轻成人椎间盘。胶质髓核组织的含水量约为90%-88%。由于髓核、纤维环和软骨终板中蛋白聚糖含量不同，因此很容易区分因年龄而增厚的纤维环。

(B)正常中年椎间盘。髓核中的水分消失，这是组织退化的正常过程。纤维环的后部承受更大的应力。

(C)严重退化的椎间盘。髓核脱水并失去其凝胶