腰椎与生物力学科研综述.doc

腰椎疾病的生物力学分析与调曲牵引实践10生工古鑫1020022【摘要】义中阐述了脊柱生物力学的基本内容、脊柱运动的特性和腰椎的生物力学特点及临床 诊断等内容，分析腰曲改变是造成腰椎疾病的生物力学原因，并简要介绍了调曲牵引法的操作 方法、力学原理及临床应用关键字】脊柱生物力学腰椎疾病 牵引方法人体脊柱的生物力学模型脊柱的功能为：支撑体重、传递里力；保护脊髓和神经根；参与形成胸腔、腹腔及骨盆 腔；支持和附着四肢与躯干联系的肌肉和筋膜脊椎的生理生物力学:脊椎有前屈、后伸、左右侧屈及左右旋转的运动功能髓核成为杠 杆作用的支点山于生理弯曲的存在，胸椎椎间盘髓核在中间，而颈椎及腰椎髓核偏后其髓 核前方纤维环较后侧强而厚，前纵韧带亦较后纵韧带强而有力，当仰头伸腰时，椎间盘后方受 挤压:，髓核向前移动，反之，低头弯腰时，髓核向后推挤如用力过度，后纵韧带和后方纤维 环易发生损伤破裂，而使髓核发生突出，尤其在椎间盘发生蜕变的基础上更易发生椎间盘突 出山于脊椎各段的关节面排列方向不同，其旋转轴心亦各异后关节面颈椎近似水平面，胸 椎呈冠状面，而腰椎呈矢状面同时山于各段椎间盘中髓核位置不同，在脊柱运动时颈部和腰 部旋转的轴心位于椎管后部和椎板联合处，胸椎的旋转轴位于椎间盘中心。

脊椎的病理生物力学：整条脊柱以颈、腰段活动度最大，故较易受伤因胸椎有肋骨胸廓 的支撑，受伤机会相对较少，但人们用双臂劳动，肩胛区软组织劳损则相对较多当老年颈椎 胸椎椎间盘蜕变而引起椎间失稳时，肩胛区软组织劳损即加剧，下颈上胸段脊椎失稳易发生脊 椎错位，继而引起内脏功能障碍颈椎处于负担较大重量的头颅与活动较少的胸椎之间，活动 度大又要支持头部平稳，故易致劳损，山以下位颈椎多见腰椎亦处于较稳定的胸椎与骨盆之 间，为人体之中点，在运动中受剪性应力最大，并在脊柱形似宝塔的结构中处于基底部位，承 受重力最大，故亦易受劳损其发病率以下腰椎椎为多见，因腰椎做伸屈运动时，其运动范围 月75%发生在第五间隙，20%发生在第二间隙，只有阈发生在第广3间隙山此可见，各段椎体 在传递重力及旋转运动中，山于各段后关节方向不同，当用力过度或用力不当，较易损伤脊椎 各段交界处临床常见的枕寰美节错位引起头晕头痛，领胸交界处错位引起颈肩综合征，胸腰 交界处错位引起肠功能紊乱运动节段：山两个相临的椎体、椎间盘和纵韧带形成节段的前部相应的椎弓椎间关节、 横突和棘突以及韧带组成节段的后部椎弓和椎体形成椎管以保护脊髓运动节段是脊柱的最 小功能单元。

1） 前部：椎体的设计主要是为了承担压缩负荷，上部身体的更量加大时，椎体就相应变得 更大，因此腰椎的椎体比胸椎和颈椎的椎体要高，其横截面积也大一些腰椎椎体的尺寸增 大，是它们能承受这部分脊柱所需的较大负荷2） 后部：后部控制运动节段的运动运动的方向取决于椎间小关节突的朝向第1、2颈椎 小关节突朝向横面，其余颈椎的椎小关节突均与横面呈450夹角而与额面平行，从而能够屈 曲、伸直、侧弯和旋转胸椎小关节突的朝向与横面呈600,与额而呈200夹角，使其能侧 弯、旋转和少许屈伸腰区椎小关节突的朝向与横面呈直角，与额血呈450,使其能屈伸和侧 弯，但不能旋转腰散小关节突的朝向和形状使之能有某些旋转活动脊柱运动的“六度自由”系统：在日常活动中，椎间盘的承载方式很复杂，通常是压缩、 弯曲和扭转的组合脊柱的屈、伸和侧屈主要对椎间盘产生拉应力和压应力，而旋转则产生剪 切应力一般说来，椎间盘的压力载荷相当于其上方体重的2〜3倍，坐位休息时，腰椎问盘 内的压力为1〜1.5兆帕，站位时减少30%,侧卧位时减少50%,仰卧松弛时可减少80%〜 90%直立时，脊柱的稳定性依赖于生物力学上的“张力带原则”，即起主动作用的脊椎后部 肌肉和起被动作用的前部结构。

因为空间是三维的，所以传统的描述方法是设定一个正交、顺时针方向的三维Cartsian 系统该系统包含有矢状、冠状和横断三个面，可以囊括脊柱的务种基本活动，如屈伸、侧弯 和轴向旋转利用机械工程学的原理和概念，我们可以从脊柱解剖结构推断其功能活动在临床工作 中，生物力学和运动学常被混淆生物力学描述作用于生物组织的力，而运动学描述运动本身 而不考虑相关的力通常认为，对脊柱各部分的结构和组织特性进行分类描述，利于确定脊柱 外力及因之产生的内力可•能导致的后果但是，研究发现脊柱运动学却对脊柱稳定性的临床评 价更为有价值这个“六度自山”系统可以把任何方向的活动进行数学拆分空间中的任何活动均可被分 解成三个平向和三个旋转方向的活动；而平向和旋转活动可以山沿着或围绕三轴系统的力产 生屈、伸活动山矢状面内的旋转和平移组成的，而合成的动作受到同平面结构的阻抗在正 常脊柱中，各种活动均围绕一系列与矢状而垂直的轴完成山于该轴位于下位椎体前纵韧带到后纵韧带之间，故前纵韧带和前方纤维环阻止脊柱的伸 展，血后纵韧带、后方纤维环、小关节囊、黄韧带、棘间韧带和棘上韧带阻止屈曲根据物理 学的观点，离运动轴越远的韧带因为有更长的力矩而产生更大的阻遏，但是，在活体中，脊柱 矢状活动的主要阻遇力量却来自于完整的纤维环。

有柱的过度伸展可因关节突关节相互抵触， 关节而、椎板、棘突的重衿阻挡而受阻，而过度屈曲多可导致邻近关节的半脱位脊柱前凸可 因脊柱部分屈曲而消失，此时脊柱有最大的轴向压缩刚度，故脊柱损伤多产生于屈曲压缩脊柱偶连运动：脊柱运动一般是几个节段的联合动作，称之为偶联运动影响偶联运动的 骨性结构有胸廓和骨盆，胸廓限制胸椎运动，骨盆倾斜可以增加躯干的运动脊柱运动的正常 范围变异很大，有较强的年龄因素脊柱整体屈曲50起始于腰椎骨盆前倾和髓部屈 曲增加脊柱前屈范围，胸椎的作用有限虽然胸椎小关节的形状有利于侧弯，但肋骨限制其活 动脊柱旋转主要发生在胸椎和腰舐部，腰椎的旋转十分有限脊柱负荷：腰捱是脊柱主要承重部位放松直立位时，椎间盘压力来自于椎间盘内压、被 测部位以上的体重和作用在该运动节段的肌肉应力版干屈曲和旋转时椎间盘的压应力和拉应 力均增加腰椎载荷在放松坐位高于放松直立位，有支撑坐位小于无支撑坐位仰卧位时脊柱 承载最小仰卧位膝伸直时，腰肌对脊柱的拉力可以在腰椎上产生载荷甑和膝关节有支撑屈 曲时，山于腰肌放松使腰椎前凸变直，载荷减小；附加牵引时载荷可以进一步减小患者仰 卧、髓和膝关节支撑下屈曲、脊柱前凸变平，牵引力可更为均匀地分布到整个脊柱。

携带重物 时，物体重心与脊柱运动中心之间的距离越短，阻力臂越短，脊柱载荷越小身体前屈位拿起 重物时，除了物体重力外，上身重量也产生脊柱剪力，增加脊柱载荷腰椎的生物力学特点腰椎：椎体较大；棘突板状水平伸向后方，相邻棘突间间隙宽，可作腰椎穿刺用，关节突关 节面呈矢状位.人体有五个腰椎，每一个腰椎山前方的椎体和后方的附件组成椎板内缘成 弓形，椎弓与椎体后缘围成椎孔，上下椎孔相连，形成 椎管，内有脊髓和神经通过，两个椎 体之间的联合部分就是椎间盘它是山纤维环和髓核两部分组成髓核位于椎间盘的中央， 它是一种富含水分、呈胶冻状的弹性蛋白在髓核的周围是纤维环，一•层层的纤维环把两个椎 体连接在一起，并把髓核牢牢地固定在中央特点：脊柱的载荷主要山体更、肌肉韧带活动产生的预载与外加载荷所产生的，腰椎在整 个脊柱中承载最大，并旦是疼痛的易发部位，目前基本可.以肯定，腰椎伤病与其承载异常有密 切关系因此，要全面了解腰椎间盘突出症，就先要了解腰椎的生物力学特点大致如下：(1) 腰椎的生理曲度：正常情况下，腰椎前凸，顶端在腰3和腰4椎体前面这种生理曲 度是人类从婴幼儿爬行时开始到站立后逐渐形成的在婴儿爬行时，山于腹部的重量牵拉，腰 部自然凹陷，使腰椎生理曲度初步形成。

站立后，山于负重使椎体及椎间隙前宽后窄，椎间盘 前宽后薄腰椎生理曲度在性别上也有一定的差异，女性一般较男性为大腰椎生理曲度的存 在是脊柱自身稳定和平衡的需要腰椎生理曲皮变化，说明腰椎的稳定性和平衡受到了影响， 某些组织就处于非正常受力状态，易发生相应部位的劳损性疼痛有时非腰部疾病也可造成腰 椎生理曲度改变，如先天性骸关节脱位可造成腰椎生理前凸增加2) 腰椎的连接和支持：腰椎的连接和支持除了骨性连接和椎间盘外，还有周围的韧带、 肌肉，髓部、胸腹部的肌肉也发挥着重要的作用主要的韧带有前纵韧带、后纵韧带、黄韧 带、棘间韧带及棘上韧带一旦腰椎的韧带发生损伤，也可以在不同程度上造成腰部疼痛腰 部、筋部和胸腹部支持腰椎稳定的肌肉很多，直接作用于腰椎的肌肉有背阔肌、下后锯肌、龈 棘肌、腰方肌、腰大肌等，间接作用于腰椎的肌肉有腹前外侧壁肌、臀大肌、股二头肌、半腱 肌、半膜肌等这些肌群以腰椎为轴心，前后左右相互平衡和协调，协助韧带维持腰椎相对稳 定；维持腰椎于某一特定状态；提供动力，使腰椎产生务个方向的运动；在一定程度上承受作 用于躯干的外力外伤、劳损、受寒可使上述肌肉及其筋膜发生炎症而产生腰部疼痛等症状。

3) 腰椎的负荷：腰椎的负荷相当大，站立时，躯干、双上肢和头颈部的重量要经过腰椎 向下传导，坐位时，重力对腰椎的影响可赂微减少一些即使在完全卧床、全身放松时，椎旁 的肌肉仍然对椎间盘产生挤压作用；在人体背负重物时，腰椎所承受的压力则更大实验证 明：咳嗽时腰3-4椎间盘的负荷有80公斤，屈膝直腰上举10公斤的重物时承受的负荷是180 公斤因此，腰椎比其它关节较易发生退行性变，尤其是椎问盘髓核的退变腰椎疾病的生物力学分析病理：腰椎病椎间盘是位于相邻两椎体间的纤维软骨盘，山内、外两部分构成外部称 纤维环，山多层纤维软骨以同心圆紧密排列而成，坚韧而富有弹性内部为髓核，为柔软而-富 有弹性的胶状物质椎间盘不仅将相邻椎体牢固地连结,还可承受压力、吸收震荡、减缓冲 击，保护脑和内脏，并赋予脊柱以一定的运动功能，椎间盘各处厚度不同，胸部中段最薄， 向上、向下则逐渐增厚，腰部最厚，故脊柱腰段活动度最大病因：成年人由于椎间盘发生退行性改变，在过度劳损、负重、体位骤变或用力不当等情 况下，可致纤维环破裂，因纤维环前厚后薄，髓核易向后或后外脱出，压迫脊髓或脊神经根， 产生腰腿痛等症状，称椎间盘突出症该症多发生在运动幅度大、负重大的腰椎间盘。

力学分析与诊断：人类的前身本来是爬行动物，自从类人猿从地上站起来进化至今其腰椎 的负荷产生了根本性的变化，它山不承担体重到每日有2/3左右的时间都长年承担着上身重量的压迫，并承受着身体各种运做力的负担，因此人的腰椎终日都在进行着超负荷的工作，日久 天长同人体的其它器管相比，腰椎必然产生未老先衰，即提前退变又在压迫和各种不艮外力 的作用下，造成腰间盘纤维环破裂，髓核从破损中突出挤压神经根或椎管内静脉丛，使静脉 淤血同流受阻，加重神经根周围组织的缺血缺氧，使乳酸、翅离子浓度增加，酸性代谢产物堆 积以及致炎性物质的作用，出现腰痛,下肢疼痛，麻木等症状,重者造成性功能障碍，大小便 失禁，甚至于引发下肢瘫痪，这就是腰椎间盘突出症其它多种腰椎病如：椎管狭窄、腰椎不 稳、椎骨滑脱、骨质增生、退行性下腰部集患等疾病都直接或间接的和腰椎间盘突出有关究 其原因自然得出这样一个结论：腰椎病的多发是人类进化的必然产物，其发病原因和引发因素 归根结底，主要来源于“压迫”，因此专家断定“持续解除压迫 是治愈腰间盘突出症的关 键”以往对腰间盘突出症的诸种常规的治疗方法，只所以容易形成久治不愈、反复发作，其 根本原因就是没能使腰椎较长时间的解除压迫，从而不能使突出的髓核同纳复位、恢复正常功 能，或者回纳后，经常下床活动、劳做、髓核受压再次突出，结果造成前功尽弃。

腰椎调曲牵引实践腰椎是脊柱主要的承重的部分，任何身体的总体运动都会增加腰椎的载荷人体前屈运动 最初的50-60出现在脊柱腰段，身体重心的前移使椎。