成长课堂 | 脊柱的生物力学特性
成长课堂
讲者：【赵杰】
上海交通大学医学院附属第九人民医院
—— 脊柱的生物力学特性
引言
本视频中，来自上海交通大学医学院附属第九人民医院的主任就“脊柱的生物力学特性”为我们做了详细的介绍，主要内容包括：脊柱的稳定性、脊柱功能单位、脊柱的生物力学特性、椎间盘退变等方面。
重点：脊柱功能单位、脊柱的生物力学特性为本节重点内容。
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一. 基本概念
01
脊柱的基本组成
椎骨（颈、胸、腰、骶、尾）。
椎骨间连接（椎间盘、前后纵韧带，棘上棘间韧带，黄韧带、小关节的关节囊）。
脊柱示意图
02
脊柱的主要运动形式
3轴6个自由度：垂直轴、冠状轴、矢状轴
脊柱的主要运动形式示意图
二. 脊柱功能单位
01
定义
脊柱功能单位（ Functional spinal unit ， FSU ）是指相邻的两节椎体及其椎间盘、关节突关节、韧带结构及节段肌肉等组成的最小的脊柱解剖及运动功能单位。最早由Schmor|及Junghanns于1968年提出。
02
FSU各组成结构的特点
三. 维持脊柱正常曲度的因素
01
被动系统（静力平衡）
椎间盘
韧带
骨性结构
局部稳定肌
02
主动系统（动力平衡）
椎旁肌（整体运动肌）
肌健
03
神经控制系统
三大独立因素相互代偿
四. 脊柱的生物力学特性
01
关节突关节
颈段
与横突呈45°、冠状面平行，耦合侧弯与旋转；
胸段
与横突呈60°、 冠状面20°，便于轴向旋转；
腰段
与冠状呈45°、矢状面平行，限制轴向旋转。
直立，10-20%轴向载荷；过伸，30%；弯曲，50%向前剪切载荷。
关节突关节引导和限制节段间的运动，关节突关节的畸形和骨折影响对节段剪切力的抵抗。
02
椎体
椎体承担80-90%静态轴向载荷
承受载荷
尾端脊椎>头端脊椎
横截面积
头端脊椎→尾端脊椎↑↑
骨密度
无明显差别
破坏强调
头端脊椎→尾端脊椎↑↑
03
髓核
髓核占椎间盘横截面积的30%-50%；
边界不易确定，随年龄增加而更加模糊；
静水压力调节轴向载荷（主要是蛋白多糖）；
髓核水分含量：出生90%体积→老年70%体积（纤维基质取代）；
弹性降低，刚性增加。
04
椎间盘
纤维环层与层之间的不连续性→应力峰值→环状或放射状破裂；
纤维环中心1/3与终板松散连接，外层区域与骺环墅密连接，内层容易发生初始机械失效；
适于抵抗环向应力，不适于径向拉伸，弯曲载荷易导致纤维环层状分离；
退变使纤维环后部破裂的风险增高，髓核突出常在后外侧；
轴向压缩，侧弯和屈曲的复合载荷导致椎间盘突出。
椎间盘生物力学特性示意图
课堂小结
健康椎间盘将载荷均匀分布于椎体。退变椎间盘结构变化（髓核体积缩小、椎间高度降低、纤维环破裂等），功能丧失。静水压区域减少（髓核体积缩小），纤维环后方应力集中。关节突关节运动失去协调，承受过度载荷韧带松弛,活动过度。
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