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脊髓损伤的力学因素
前方或后方的压缩力，特别是在过伸时，脊髓的中央部分受害最大
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齿状韧带的轴向分力
与脊髓所受张力相平衡 有助于减少脊髓受拉
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齿状韧带
相互平衡以保持脊髓位于椎管中央 防止骨性碰撞或震荡，犹如安全帽内的放射状头带
保持一定的内压 提供内源性稳定
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肋骨框架的生物力学功能
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 增强胸段脊柱对旋转力的对抗能力
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肌肉
保持姿位 提供外源性稳定 产生脊柱活动 主动肌 引发和进行活动 颉抗肌 控制和调节活动
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躯干屈伸
前路： 1、融合率低 2、创伤大
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脊柱融合术
后外侧，横突间： 融合率高（90%） 牢固，抗旋转，安全 更适合于椎板已截除者
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椎间盘退变
最后阶段
40-50年后 增生骨压迫神经→疼痛，功能障碍 单个神经根（外侧隐窝狭窄） 马尾受压(椎管狭窄，出现假性跛行） 减压治疗，有效率85%
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椎间盘退变
第三阶段
治疗：抗炎，支架，温和操练 融合术：1、使用支架有效 2、不多于两个活动节段 3、无坐骨神经症状 4、椎间皮质激素注射可 缓解症状 椎间盘突出者不做
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脊柱融合术 后路： 1、Rollander：椎间关节在正常负
荷下仍有一定活动 2、继发性椎板增生→继发性椎管狭窄
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第二阶段代表脊髓的组织特性
展开—褶叠已达极限 脊髓组织直接承受外力 阻力以103为指数迅速增加
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初始阶段代表脊髓的结构特性
手风琴样可褶叠 褶叠—展开机理
使脊髓具有很大的伸缩性
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脊柱轴性旋转或水平位移时，椎管有效横截面积将随同变化 脊柱的横截面积
受压时增大 拉伸时减小 屈伸→拉伸时：圆形→椭圆形
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椎体
四十岁以后随年龄增加强度下降 骨组织减少25%，强度下降50%
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载荷传导
载荷 上方软骨终板 椎体皮质骨 椎体松质骨 下方软骨终板
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青年
老年（松质骨明显减少）
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与横截面
颈椎 胸椎
与冠状面
腰椎
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脊柱的后部结构
对脊柱活动起控制作用 承担脊柱压缩载荷的0-33% 抗剪切力 肌肉的附着点，提供脊柱的外源性稳定
腹肌，腰肌-----启动 躯干重力使屈曲继续增加 骶棘肌的活动随屈曲增加活动增加，以控制活动 骨盆前倾------由髋部肌肉控制 完全屈曲后，肌肉放松
由韧带保持被动性平衡
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脊柱后面的肌肉
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脊柱前面的活动肌
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脊髓的生物力学
脊髓同时受到：
骨性椎管的保护 周围软组织的保护 自身力学特性的保护
脊柱的生物力学
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University of Iowa
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脊柱的生物力学功能
传导载荷 空间活动 保护脊髓
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脊柱的稳定性
韧带和椎间盘：内源性稳定
肌肉：
外源性支持
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脊柱的活动
多个活动阶段的联合动作 -------三个节段上的旋转和平移
脊柱某部分活动受到限制时 可导致其他部分活动增加
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影响脊柱活动的因素
小关节面的方向 肋骨框架 骨盆的倾斜
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脊柱不同平面的活动度
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侧屈：颈、腰为主，胸部甚少
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旋转：腰部参与甚少
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屈曲分为两期 0-60度脊柱，>60度髋
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脊柱活动度的共轭性
侧屈总是伴有旋转 颈椎，上胸椎：侧屈时棘突转向凸侧 下胸椎、腰椎：侧屈时棘突转向凹侧
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身体姿势对腰段脊柱载荷的影响
A 放松站直 B 无靠背放松端坐 C 挺直端坐
A<C<B
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A体积小于B体积，重量约为20公斤 力臂不同，弯矩不同
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直立 身体上部亦屈曲
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屈腰 屈腰挺背 上部前屈
Lw身体重量产生的弯矩
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粘弹性特征
椎间盘为粘弹性物质 具有蠕变和滞后现象
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脊柱后部失去支持
纤维环所受剪力增加 因蠕变作用而被拉长 脊髓滑脱症的疼痛：椎间盘拉伸变性
神经根受压
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脊柱的韧带
承担脊柱大部分张力载荷，延伸率低 与椎间盘一起提供脊柱的内源性稳定 粘弹性能：允许生理活动，保持姿位 吸收能量，保护脊髓
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黄韧带
含弹性纤维多，具有较大的弹性 在伸屈活动中保持较恒定的张力 使椎间盘内有持续的预张力
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椎间盘
构成脊柱高度的20-33% 对抗压缩力 对脊柱活动有决定性影响
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椎间盘的受载情况
与小关节共同承受躯干的压缩载荷 坐位：载荷约为躯干重量的3倍 活动时：动力性载荷+静态载荷=静态载荷
的 2倍
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椎间盘的机械性能
有利于对260N/mm2 扭力+压缩力→纤维环破裂，髓核突出
伴疼痛
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病理改变
纤维环裂隙发展 透明软骨剥融 髓核内胶原纤维含量增加 透明软骨沿纤维环附着部分离 髓核（或与邻近透明软骨一起）疝出
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治疗
髓核摘除 髓核化学溶解 融合术
有效率90% 有效率70% 无效
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椎间盘退变
第三阶段
退变加重 伴或不伴疼痛（休息后加重-稍微活动减轻-过多活动又加重） X线表现：骨赘形成，间隙狭窄，终板硬化，小关节退变
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硬膜外脂肪 脑脊液
减少摩擦，吸收能量
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保留软脊膜的脊髓，去除周围软组织，悬吊后可 延长10%
如进一步使其变形，将突然出现非弹性阻力
无软脊膜包裹的脊髓， 其特性如半流体性粘聚体
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脊髓的负荷-位移曲线
两个明显不同的阶段
初始阶段：很小的拉伸力产生较大的位移 <0.01N 第二阶段：较大的拉伸力只产生较小的位移 20-30N
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Creep
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定义
蠕变：载荷不变，形变随时间而增加 松弛：形变恒定，载荷随时间而减少
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蠕变与椎间盘的变性程度有关
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椎间盘退变
最初阶段
软骨终板骨折 和/或
纤维环破裂
1-3周疼痛消失，X线表现阴性
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椎间盘退变
发展阶段
急性椎间盘突出 退行性改变