脊柱的生物力学【骨科】.ppt

脊柱韧带的生物力学特性 脊柱韧带有固定相邻椎体，保证脊柱生理运动，保护脊髓等功能。 前纵韧带、后纵韧带和黄韧带等都具有相同的生物力学特点，它们的载荷-变形曲线均为非线性，随着载荷的增加而斜率改变。 韧带的力学强度随着年龄的增加而降低，同时吸收能量的能力也下降。 脊柱韧带的生物力学特性 前纵韧带从颅骨底部向下达骶椎，位于椎体的前面，纵行，富有弹性，短纤维与椎体、椎间盘相互融合，但在椎体的前上角和前下角处，并未融合，留有一间隙，是退变时易形成骨唇处。 脊柱韧带的生物力学特性 后纵韧带位于椎管内椎体的后方，窄而坚韧。为脊柱的长韧带，起自枢椎并与覆盖枢椎椎体覆膜相续，下达骶骨。与椎间盘纤维环及椎体上下缘紧密连接，而与椎体结合较为疏松，有限制脊柱过度前屈的作用。其长度与前纵韧带相当，与椎体相贴部分比较狭细，但在椎间盘处较宽，后纵韧带可限制脊柱过分前屈及防止椎间盘向后脱出的作用。 脊柱的功能单位 脊柱的功能单位也称功能单元，即一个运动节段，包括两个椎体及两椎体之间的软组织。 一、椎骨的生物力学 早期的生物力学研究是对椎体抗压强度的测试。当时喷气机飞行员弹射如何选择合适的加速度才不造成脊柱损伤，促进了生物力学的深入研究。 （一）椎体的生物力学 青年 老年（松质骨明显减少 抗压强度 （一）椎体的生物力学 为了更进一步的研究，我们又将椎体细分为皮质骨壳、松质骨核以及终板来分析。 椎体的主要负载部位是皮质骨壳还是松质骨核？ 1、皮质骨壳 Rockff等的实验表明，完整椎体的强度随着年龄的增加而减低。从20-40岁，椎体强度的降低明显，40岁以后强度改变不大。 <40Y >40Y 2、松质骨核 在对椎体松质骨强度测试中，载荷-形变曲线显示椎体的松质骨核可以承受很大的压缩载荷，断裂前其形变率高达9.5%，而相应的皮质骨的形变率还不足2%；说明椎体损伤首先发生皮质骨断裂，而不是松质骨的显微骨折。 2、松质骨核 当椎体骨量减少25%时，其抗压强度可减少50%，这一变化对于患者的椎体松质来说，由于骨量的减少，容易出现微骨折（microfracture），是出现疼痛的主要原因。 3、终板 终板在脊柱的正常生理活动中承受着很大的压力。终板的断裂有三种形式：中心型，周围型，全板断裂型。 A.中心型在没有蜕变的椎间盘中最多见。 B.周围型多见于有蜕变的椎间盘。 C.全板断裂多发生于高载荷时。 3、终板 无蜕变的椎间盘受压，在髓核内产生压力，终板的中心部位受压 3、终板 蜕变的椎间盘由纤维环传递压力，终板边缘承受载荷。 3、终板 终板及其附近骨松质的骨折可影响本身的通透性，从而破坏髓核的营养供给，导致椎间盘的退变。这一薄弱区域也可能被髓核穿过，凸入椎体，形成schmorl结节。 3、终板 李鉴轶研究表明： 颈椎节段由上而下最大压缩力及刚度均逐渐变小，同时下颈椎下终板平面的最大压缩力及刚度较相邻的上终板大，由此推测颈椎椎间植入物置入时下颈椎容易发生沉陷，且沉陷多发生于上终板平面。 去除终板对颈椎的生物力学性能影响很大。 （二）椎弓 Rolander(1966),Weiss(1975),Lamy(1975)进行的三种椎弓载荷方式表明，大部分断裂发生在椎弓根。椎弓根的强度与性别及椎间盘的蜕变与否关系不大，但会随着年龄的增长而减退。 （三）关节突关节 除引导节段运动，尚承受压缩、拉伸、旋转、剪切等负荷。后伸时负荷最大，占总负荷30%，前屈旋转时负荷也较大。承受的压缩负荷也较多，占18%。 限制腰椎的轴向旋转是腰椎关节突关节的主要功能。 （四）肋骨框架 使脊柱免受前方和侧方的直接打击 加强脊柱对位移的抗拉能力和能量吸收能力 增加惯性矩（惯性矩通常被用作描述截面抵抗弯曲的性质。 增强胸段脊柱对旋转力的对抗能力 二、椎间盘 椎间盘为一密闭性弹性垫，由相邻椎体上下面的软骨板，纤维环和髓核组成。纤维环的纤维走行方向与椎体平面呈30度角，相邻的两层纤维束走向相互交叉，呈120°夹角。椎间盘在椎体间起缓冲垫的作用，能吸收、缓冲载荷，并使载荷均匀分布。 椎间盘的生物力学特性 椎间盘的生物力学特性 1、受压的特性 在脊柱的运动节段压缩试验中，首先发生破坏的是椎体而不是椎间盘。 这说明，临床上的椎间盘脱出不只是由于受压，更主要的原因是椎间盘内应力分布不均匀。 椎间盘的生物力学特性 2、受拉的特性 在不同方向的载荷作用下，椎间盘都受张应力作用。 椎间盘的生物力学特性 3