脊柱的生物力学幻灯胡中.PPTVIP

脊柱的生物力学与退行性骨关节病 昆明医学院第一附属医院 胡 中 2008年6月 脊柱平衡的概念 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功以维持直立姿势 。 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。 脊 柱 失 平 衡 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。 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。 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 。 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椎体、椎间盘、关节囊包裹的小关节和相连的韧带。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。 侧屈图例 屈曲图例 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。 在生理负荷下，正常脊柱有两个很重要的特征： 限制脊柱结构位移以保证神经组织不受损伤或刺激。 2. 维持结构完整，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。 脊柱节段性不稳定：  退 行 性 疾 病 退行性疾病：是指随年龄老化所致的正常组织结构及功能的丢失。组织的正常老化意味着随着时间的推移，组织的解剖结构发生累积性的变化，这种变化是逐渐性的，但有时急性创伤可以加速所受累组织的退变进程。退行性改变可以发生在身体的所有关节。 解剖与生物力学回顾 人类的脊柱是一个机械结构，其运动节段是该结构的运动单位，其本质在于脊柱如何工作来产生活动。 每一运动节段由三个关节构成，即后方的两个小关节及前方的椎间盘。退行性改变可能首先出现在三个关节中的其中一个，但最终三个关节均会被累及。 椎 间 盘 椎 间 盘 解 剖 椎间盘的两种主要成分是纤维环和髓核。纤维环由几层同心圆的纤维层（类似三个环）构成，称为板层纤维，其中含有丰富的胶原及弹力素、蛋白多糖和水。胶原是构成体内结缔组织的主要蛋白，弹力素保持组织的弹性。蛋白多糖存在于结缔组织的细胞外基质，并与水结合在一起。 椎间盘作用类似于减震垫  每一层纤维板的纤维与椎间盘水平面呈 30 度斜形排列，此外，每层纤维板的纤维与其相邻层面的纤维排列方向相反，这样，纤维板就像一个网状的格子样结构，极其坚固并富有弹性。 椎 体 小 关 节 小关节为滑膜关节，位于脊柱的后柱，它们承受脊柱应力的 20%，其表面覆盖透明软骨。该关节有较强的结缔组织关节囊，其中含有滑液，这些关节如果出现滑膜炎则会引起腰痛。 小关节在脊柱的稳定性上起着重要作用，其解剖位置和方向影响着不同区域脊柱的活动度。小关节的退变或损伤可导致运动阶段的功能异常。 颈椎小关节的方向是冠状面的，它对于屈曲、侧弯及旋转没有限制，对伸展略有限制，因此颈椎的活动范围较大。 腰椎的关节面是矢状位的，它限制旋转的范围，但不限制伸屈和侧弯活动. 韧 带 肌 肉 正常腰椎解剖，侧位 正常腰椎解剖，横断面及冠状面 运动节段的退变性疾病 脊柱退行性疾病的解剖改变是复杂多样的，它是一个连续发展过程中，也可以同时发生在各个不同结构。 运动节段的任何一个结构发生退行性变，都可以导致该节段的功能异常。退变开始于小关节或椎间盘，最终所有运动节段的结构都发生退变。 椎 间 盘 的 变 化 随着年龄的增长，椎间盘经常是最早受退变影响的结构。到 50 岁时， 95 ％的人都会有不同程度的间盘退变，但这并不意味着这些人都会有症状。 最显著的椎间盘改变为： 髓核的水分和蛋白多糖的成分减少 ; 纤维环水分和蛋白多糖的成分减少，但不象髓核减少的那么多; 纤维环弹力纤维扭曲; 由于纤维环弹力纤维扭曲，纤维板层可能出现撕裂，导致纤维环强度下降。 椎 间 盘 的 变 化 由于这些变化，椎间盘开始丢失高度和容积，并逐渐失去弹性和对外来负荷的阻抗力，髓核也由于水分的丢失而不能维持其内部静水压，不能有效的形变，纤维环也不能维持其网状结构的张力，其结果就是椎间盘不能完全发挥其减震垫的功能，更多的轴向负荷从髓核中央转移到髓核边缘，导致椎体终板，椎体和小关节的解剖改变。椎间隙的狭窄同样也导致节段不稳定，这更增加了其它结构的应力，尤其是韧带。 椎 间 盘 的 变 化 椎 体 的 改 变 椎 体 的 改 变 小 关 节 的 改 变 韧 带 的 改 变 图示退变的脊柱节段 图示退变的脊柱节段