脊柱运动及生物力学.pptx

脊柱运动及生物力学脊柱运动及生物力学脊诊整脊技术教研室脊诊整脊技术教研室脊柱运动及生物力学第1页 脊柱为人体中轴支柱，是躯干活动中心和力传递枢纽，能够承受挤压、牵拉、弯曲、旋转应力。因为人体直立姿势产生了脊柱生理性弯曲，即：颈曲、腰曲凸向前、胸曲、骶曲凸向后，使脊柱载负和灵活性都对应增加，这么脊柱就成为力学结构上一个极主要部位。看成用于脊柱力规律发生改变时，就会发生脊柱相关疾病。所以对脊柱生物力学进行分析和研究，对脊柱相关疾病预防、诊疗、治疗含有非常主要意义。脊柱运动及生物力学第2页颈曲骶曲腰曲胸曲脊柱运动及生物力学第3页 一、一、何谓生物力学何谓生物力学生物力学是硕士物体或生物材料在机械运动过程中，力和力作用规律及其应用科学。进而从功效改变推知其生理、病理含义，为预防和治疗提供依据。脊柱运动及生物力学第4页 二、二、脊柱运动基础、特点及运动范围脊柱运动基础、特点及运动范围（一）脊柱功效单位：脊柱功效单位：即活动节段，由相邻两个椎骨及其间软组织组成一个能显示脊柱生物力学特征最小功效单位。一个活动节段可分为前部和后部两部分，前部包含两个相邻椎体、椎间盘、前纵韧带和后纵韧带，后部包含：椎弓、关节突关节、横突、棘突和其间韧带。各个节段运动综合起来，便组成脊柱三维六自由度运动。脊柱运动及生物力学第5页l 运动阶段前部包含：两个相邻椎体、椎间盘、前纵韧带和后纵韧带。l脊柱运动及生物力学第6页脊柱运动及生物力学第7页l 运动阶段后部包含：椎弓、关节突关节、横突、棘突和其间韧带。脊柱运动及生物力学第8页脊柱运动及生物力学第9页 各个节段运动综合起来，便组成脊柱三维六自由度运动。l 三维即三个运动轴（冠状轴、矢状轴、垂直轴）六自由度运动即三个角位移和三个线位移。三个线位移 包含沿冠状轴方向左右平移，沿矢状轴方向前后平移以及沿垂直轴方向压缩拉伸位移 三个角位移 即是围绕三个运动轴旋转，包含屈伸运动、侧屈运动、旋转运动和环转运动。脊柱运动及生物力学第10页(二)、脊柱运动特点l脊柱全部运动是多个活动节段联合运动结果。因为椎间盘和小关节存在，使脊柱能沿冠状轴（前屈后伸）、矢状轴（左右侧弯）、纵轴（轴向旋转）活动。因为小关节排列方向不一样，不一样节段活动幅度也各不一样。颈椎关节面方向靠近水平，故能做较大幅度屈伸、侧屈和旋转活动；胸椎小关节面呈额状位，加之胸廓存在，使其活动受到一定限制；腰椎小关节面与冠状面呈45，与横截面呈90，其屈伸活动幅度从上到下逐步增大，旋转活动幅度则受限。脊柱屈曲最初5060，主要发生在下腰段，深入前屈则需要骨盆前倾。躯干侧屈主要位于胸段与腰椎脊柱。颈椎和上胸椎侧屈时伴有旋转。l脊柱运动及生物力学第11页 躯干侧屈活动位于胸段与腰段脊柱。脊柱运动及生物力学第12页 颈椎和上胸椎侧屈时伴有旋转，棘突转向侧屈凸侧；脊柱运动及生物力学第13页 腰段则相 反，侧屈 时 棘 突转 向 侧 屈凹侧。脊柱运动及生物力学第14页 总而言之，脊柱在一个轴平移，常伴随同一轴上旋转，或脊柱在一个轴上旋转和平移必定同时伴有另一轴旋转和平移运动现象。这就是脊柱运动特点称之为共轭现象。脊柱运动及生物力学第15页 （三）脊柱运动范围脊柱各部运动性质和范围，取决于椎间盘厚度，椎骨形态，椎体之间连接紧密程度及脊柱周围参加运动肌肉。另外还与性别、年纪相关。总说来，椎间盘相对厚度较大，关节突关节关节囊松弛，则有利于提升脊柱运动性能；颈段、腰段脊柱、比胸段脊柱运动性能更为广泛，故颈腰段脊柱也是易受损伤部位。脊柱运动及生物力学第16页 1.颈椎运动因为颈椎椎间盘相对较厚，且无肋骨支撑原因，颈椎是脊柱活动最大部分，依据功效、解剖特点，颈椎分为：(1)上颈椎(枕一寰一枢复合体)(2)下颈椎(C5T1)(3)中间部位是中颈椎(C2C5)三部分。脊柱运动及生物力学第17页 枕一寰一枢复合体，是人体最复杂关节，解剖结构，运动性能都较独特。包含枕寰关节和寰枢关节。脊柱运动及生物力学第18页枕一寰一枢关节 枕一寰一枢关节，是人体最复杂关节，解剖结构，运动性能都较独特。包含枕寰关节和寰枢关节。枕一寰一枢关节总屈伸度约为23，运动轴是以齿突为中心；侧屈活动发生在枕寰关节，约8，寰枢关节无侧屈活动。脊柱运动及生物力学第19页 两大关节参加屈伸活动范围基本相同，分别为13和10，二者结合使该复合体总屈伸度约为23，其运动轴是以齿突为中心；侧屈活动发生在枕寰关节，约8，寰枢关节无侧屈活动，其运动轴位于齿突上方；旋转运动只发生于寰枢关节，枕寰关节解剖特点决定其没有旋转特点，C1C2节段旋转运动范围相当大，占整个颈椎旋转度4050%，因上部颈椎管相对较大，虽旋转轴靠近脊髓，但普通不会损伤脊髓，其余5060%由下颈段提供。通常是最初旋转45发生在寰枢关节。然后是下颈椎参加旋转。脊柱运动及生物力学第20页C1C2间广泛旋转时，可引发头晕、恶心、耳鸣、视物含糊等症状，主要原因是旋转时，位于其间椎动脉受到挤压或扭曲，在临床整脊时尤应注意角度和幅度。上颈椎在各个运动方向上有显著共轭现象，旋转运动伴有上下方向移动，侧屈运动伴有一定程度旋转运动。这与寰枢关节双凸型关节面和齿突方向相关。脊柱运动及生物力学第21页黑线成人3mm 儿童4mm 夹角17度脊柱运动及生物力学第22页 中段颈椎侧屈运动范围基本相同，下段颈椎侧屈运动范围则从上到下逐步减小，侧屈运动运动轴位于下位颈椎椎体中部；屈伸运动和旋转运动以C4C5和C5C6节段范围最大，向下逐步减小，其运动轴位于下位椎体前部，但C5C6和C6C7 在半屈中立半伸范围内活动度显著大于C3C4和 C4C5，这一活动范围恰好在日常生活中使用最多，这或许是 C5C6与 C6C7退行性改变发生最早、最重原因。脊柱运动及生物力学第23页 中段颈椎侧屈运动范围基本相同，下段颈椎侧屈运动范围则从上到下逐步减小屈伸运动和旋转运动以C4C5和C5C6节段范围最大，向下逐步减小。脊柱运动及生物力学第24页 在中、下部颈椎，各种运动形式存在着共轭现象，尤其是侧屈运动伴随旋转运动，即侧屈时棘突转向凸侧，如作头向左侧屈活动时(或脊柱侧弯时)，棘突必定转向右侧。这种共轭现象对了解颈椎小关节错位或脱位有主要意义。当外伤暴力造成关节超越正常活动范围时，将使一侧小关节突过分移向尾侧，另一侧关节突过分移向头侧并造成单侧小关节错位或脱位。整脊颈椎手法复位可依据此现象。不一样节段颈椎侧屈时所伴随旋转角度不一样，在C2每侧屈3，伴有2旋转，在C7每侧屈7.5，伴旋转1；从C2C7,伴随侧屈旋转度从上到下逐步降低，这可能与小关节面倾斜度从上而下逐步增加相关。脊柱运动及生物力学第25页脊柱运动及生物力学第26页 2.腰椎运动 腰椎屈伸运动范围普通是自上而下逐步增大，腰骶关节(L5S1)运动范围最大，且前屈运动范围大于后伸运动范围。但在活体上，因为腰背部肌肉和韧带对下腰段脊柱保护，实质最大屈伸运动范围是L4L5节段其运动轴位于椎间盘前部；腰椎各节段侧屈幅度基本相等，但腰骶关节相对小些，左侧屈时运动轴位于椎间盘右侧，右侧屈时则位于椎间盘左侧；当椎间盘突退变时，其运动轴则比较离散，腰椎各段旋转运动也很相近，但腰骶关节例外。其旋转运动轴位于后部髓核和纤维环区域。旋转运动位移形式与椎间盘退变无显著关系。脊柱运动及生物力学第27页l脊柱侧屈时，髓核移向凸侧；脊柱运动及生物力学第28页 腰椎有数种共轭运动现象，最显著是侧屈和屈伸活动之间共轭现象。在侧屈和旋转运动共轭运动时，棘突是转向凹侧，这与颈椎棘突移向是相反。脊柱运动及生物力学第29页脊柱运动及生物力学第30页 三、脊柱稳定性与生物力学三、脊柱稳定性与生物力学 在临床工作中，正确判断脊柱稳定状态十分主要，在一定程度上决定治疗方法选择和病人预后。脊柱稳定性普通是指脊柱维持本身平衡位置能力。是脊柱承载和运动基础，反应了脊柱生物力学主要特征。而脊柱不稳是指脊柱在生理载荷下失去保持脊椎之间相互关系能力。意味着在正常载荷下就会出现异常变形及活动。脊柱运动范围超出正常，可引发脊髓和神经根损伤，周围组织可因过分牵拉而损伤。脊柱运动及生物力学第31页 脊柱含有内源性稳定和外源性稳定，前者靠椎间盘，小关节及周围韧带，后者靠脊柱周围肌肉，尤其是胸腹机。内源性稳定是：椎间盘髓核内压应力使相邻椎体分开，而纤维环及其周围韧带在抵抗髓核分离压力情况下，使椎体靠拢，这两种不一样方向作用力，使脊柱得到较大稳定性。普通认为，脊柱外源性稳定较内源性主要。失去内源性稳定，脊柱改变较迟缓，而失去外源性稳定，则脊柱不能维持其正常功效。总之，以上任何结构破坏均可造成脊柱不稳。下面简明讨论，脊柱稳定原因及原理。脊柱运动及生物力学第32页 （一）脊柱生理曲度（一）脊柱生理曲度 脊柱是由椎骨、椎间盘和韧带连接在一起。从正面看，它是直立，对称，个他人有轻度向右侧弯，这是因为主动脉位置或右手活动过多所造成，从侧方看，有四个生理性弯曲，即颈曲，腰曲向前，胸曲和骶曲向后。这么脊椎就像一根能调整弹性曲杆。其四生理曲度有利于维持椎间关节强度和稳定性，增加了脊柱适应性和吸收冲击能力。脊柱运动及生物力学第33页脊柱运动及生物力学第34页 从而减轻走路，跳跃时从下方传来震荡，缓解脑和脊髓受到冲击。这是确保脊柱三个基本生物力学功效基础，即确保将头和躯干载荷传递到骨盆，确保机体头、躯干骨盆间充分生理活动和保护脊髓。维持脊柱生理弯曲，是保持脊柱稳定性基础。脊柱生理性变曲易受到椎间盘形状，椎体形状，脊柱周围肌肉，人体姿势，骨盆倾斜度以及病理原因影响。脊柱运动及生物力学第35页 1.人体姿势：人体正确姿势，能够确保人体正常重心，维持正常重心是保持脊柱生理曲度基础。当人体站立时，脊柱生理曲度正常者，其重心线沿乳突向下经髋关节中心横轴，第2骶椎，膝和踝前面，落在负重足上。此重力垂线经过了颈、胸、腰三个变曲交界处，即使各部曲度有所改变，重力线位置也不会发生改变。依据生物力学特点坐下时采取略后靠，微伸展姿势，这么能减小椎间盘压力。所以，保持正确姿势，能够维持脊柱正常生理曲度，继而增加脊柱抵抗纵向压缩栽荷能力。故生理曲度显著脊柱是动力型，而较直脊柱是静力型。脊柱运动及生物力学第36页 当脊柱生理曲度不正常时，躯干重力传导将失去平衡，比如腰段脊柱前凸消失时，重心前移，椎体载荷增加，所以会造成椎间盘向后偏移，纤维环后部受到应力加剧，甚至会引发椎间盘向后膨出或突出，关节突关节面分离、错位，降低脊柱稳定性。同时腰背部肌肉会代偿性增粗，而出现腰背痛。脊柱运动及生物力学第37页 2.骨盆倾斜度：脊柱许多肌肉对称地止于骨盆或起于骨盆，骨盆如同基石，起着支持脊柱、维持脊柱稳定和平衡作用。在正常情况下，这些肌肉平衡收缩，将骨盆倾斜角度维持在30度左右，若骨盆前倾角度增大，将使腰曲前凸增大，甚至造成病理性凹背。脊柱运动及生物力学第38页 脊柱滑脱症可引发一样畸形。腰段脊柱前凸，胸段脊柱呈当代偿性后凸。患者腰部凹陷，骶骨向前倾斜，臀部显著后凸。若骨盆有额状位不正，可造成脊柱诸肌失衡和不稳，形成脊柱侧凸，是脊柱不稳定状态，在脊柱侧凸未被完全代偿情况下，会造成脊柱侧凸畸形进行性加重，久之会引发椎间盘应力改变，出现向侧方膨出或突出。所以，在临床整脊治疗过程中，必段首先整髋、整骶，确保骨盆在额状位和矢状位倾斜角度，使脊柱到达新平衡状态。脊柱运动及生物力学第39页 (二)椎间盘 椎间盘在相邻椎体间起着缓冲垫作用在各种不一样载荷下，它产生对应变形来吸收冲击，稳定脊柱。椎间盘解剖结构决定了椎间盘有利于反抗压缩力。脊柱运动及生物力学第40页脊柱运动及生物力学第41页 在椎间盘垂直受压时，主要表现为纤维环向四面膨出，去除载荷，因为其弹性基质作用恢复原形，即使在很高载荷下，去除载荷后产生永久变形时，也没有出现哪一个方向纤维环破裂，这是因为载荷能够均匀分布到椎体上下面和周围纤维环上，这一点符合帕斯卡定律特点。因为椎间盘弹性模量远远小于椎体。易发生变形，当载荷增加到一定程度时，首先破坏是椎体而不是椎间盘，这说明，临床上椎间盘突出不只是因为受压，更主要原因是椎间盘内应力分布不均匀。脊柱运动及生物力学第42页 伴随年纪增加，椎间盘反抗压缩能力逐步降低，髓核因为脱水变得不饱满，将轴向压力分布到内层纤维环能力下降，使大部分载荷由纤维环直接负担，可引发纤维环膨出，使椎间盘高度减小，韧带松弛，从而影响脊柱内源性稳定。脊柱运动及生物力学第43页 椎间盘运动轴在髓核处，其运动学作用就像轴承一样，因为椎间盘存在，脊柱可沿冠状轴、矢状轴、纵轴做平移和旋转活动其伸屈活动主要靠椎间盘和椎间韧带支持其伸屈范围取决于椎间盘大小、形态、生化特征。髓核位置随脊柱运动方向而改变。脊柱运动及生物力学第44页 其伸屈活动主要靠椎间盘和椎间韧带支持，其伸屈范围则取决于椎间盘大小、形态和生化特征。髓核位置可随脊椎运动方向而改变，脊柱运动及生物力学第45页l脊 柱 前屈 时，椎 间 隙前 方 变窄，髓核 向 后移 动，后 方 纤维 环 随压 力 增加；脊柱运动及生物力学第46页l脊柱后伸时，后方椎间隙减小，髓核向前移位，前方纤维环压力增加；脊柱运动及生物力学第47页l脊柱侧屈时，髓核移向凸侧；脊柱运动及生物力学第48页l脊柱旋转时，纤维环斜行方向纤维按运动相反方向受到牵张，而与此方向相反纤维则得到松弛。力方向脊柱运动及生物力学第49页 有些人证实，脊柱在各方面运动幅度不超出6度8度时并不发生椎间盘破坏，也就是说扭转暴力和过分弯曲是椎间盘受损伤主要原因。也有些人证实，脊柱轻度曲伸活动中，髓核并不改变其形状和位置，这或许是解释卧平板床或轻度屈曲脊柱做为治疗和预防腰痛机理。脊柱运动及生物力学第50页 椎间盘由粘弹性材料组成，在退变过程中弹性功效逐步减退，逐步丧失能量贮存，传递和扩散应力能力，反抗冲击和吸收震荡能力减弱。其蠕变，松弛、滞后等粘弹性质也会发生改变，退变椎间盘，蠕变变形相对较快，在很短时间到达最大变形，这说明吸收震荡及冲击力能力减退；椎间盘滞后性与人年纪相关，年轻人滞后性很好，中年以后滞后性小，同一椎间盘在第二次加载后滞后性比第一次加载时下降，这表明，重复冲击对椎间盘有损害。汽车驾驶员腰椎间盘脱出发病率高，可能因为重复承受轴向震动原因。脊柱运动及生物力学第51页 (三)关节突关节：脊柱对重量或载荷运动和传递中，椎体和椎间盘承受了大部分重量或载荷，而关节突关节仅承受0%-33%重量或载荷。关节突关节与对应节段椎间盘共同组成一个运动节段，含有引导和限制运动节段运动方向作用。关节突关节关节面方位决定脊柱各节段运动性质和范围，在颈椎该关节面呈水平位，在胸椎近似冠状位，在腰椎近矢状所以，颈椎能够进行较大范围旋转活动。因为关节面方位不一样，颈椎易发生脱位，极少发生骨折，而胸、腰椎易发生骨折，不易发生椎骨单纯脱位。脊柱运动及生物力学第52页 小关节与椎间盘载荷分配随脊柱姿势改变而不一样，过伸位时，小关节负担压缩载荷最大达33%，在最大前屈时，其压缩载荷最小降至零。所以，脊柱从前曲到后伸，小关节承载在0%-33%之间改变，在中立位时小关节约负担18%载荷。在扭转试验中，椎间盘、前后纵韧带与关节突关节、韧带各负担45%扭转载荷，余10%则由椎间韧带负担当椎间盘退变后，粘弹性能发生改变，大部分载荷是由关节突关节负担，使关节突关节活动被动增加，继而出现小关节错位或半脱位，造成关节囊及周围软组织损伤，使椎体间出现不稳定。脊柱运动及生物力学第53页 (四)韧带：脊柱周围有坚韧韧带，负担脊柱大部分张力载荷。除黄韧带外，可与椎间盘一同提供脊柱内源性稳定。它们之间协同作用既能确保准确生理功效，又保持相邻椎骨之间正常位置，限制脊柱过分活动，且能在快速高载荷创伤环境中，吸收突然施加大量能量，保护脊髓不受损伤。脊柱运动及生物力学第54页 1.前、后纵韧带：是人体内两条最长韧带，对稳定椎体起着主要作用。单纯屈伸运动不能撕裂它们，其力学强度随年纪增加而降低，吸收能量能力也下降。前纵韧带强度是后纵韧带2倍。但二者材料性质是相同，可有效预防脊柱过分屈伸运动。脊柱运动及生物力学第55页脊柱运动及生物力学第56页 2.黄韧带：主要由弹性纤维组成，能够允许在较大范围活动而不发生永久变形。当脊柱前屈时，黄韧带处于拉紧状态而变薄，此时应变最大；当侧弯和扭转时，黄韧带改变最大，此时应变最小；后伸时黄韧带缩短，这种性能，限制脊柱过分前屈，维持脊柱正常生理曲度和人体直立姿势，并使其在脊柱运动过程中能保持恒定张力，该张力可使椎间盘内出现连续预应力，是使早晚人体身高改变主要原因；因为受失重影响，该预应力使宇航员从太空返回地球后，身高可增高5cm。脊柱运动及生物力学第57页脊柱运动及生物力学第58页 在有慢性连续性损伤时，黄韧带会发生肥厚，正常弹性也会降低，并向椎管内突出，压迫椎管内容物。黄韧带肥厚多发生于L4L5之间所以常压迫马尾神经和神经根而出现类似腰间盘脱出临床症状。脊柱运动及生物力学第59页谢谢！谢谢！脊柱运动及生物力学第60页