• (C)严重退变的椎间盘。髓核脱水，丧失了凝胶样的组织特 点。由于组织脱水，整个组织的特点均一， 因此难以区分 髓核与纤维环的界限。
三、脊柱的韧带
脊柱的韧带有不同的功能。
• 首先，要保证准确的生理活动及固定椎体间的 姿势和状态。
• 其次，限制过度的活动以保护脊髓。 • 最后，在快速高载荷的创伤环境中保护脊髓。
1．功能解剖
• 椎间盘构成脊柱总高度的20％一33％，椎间 盘由三个相互区别的部分构成：髓核、纤维 环和软骨终板。
(1)髓核：位于椎间盘中央，水分含量从70 ％～90％不等，出生时最高，随着年龄增长 逐渐降低，在横切面上椎间盘髓核是椎间盘 总面积的30％～50％。在下腰部，髓核常常 更靠后面而不是居中，腰部髓核比较大，因 此，常易膨出或突出。
• 有人在实验中发现，脊柱矢状、额状或其他 垂直平面内弯曲6°～8°时并不发生椎间盘 的破坏，，施加15°的弯曲载荷，可观察到 三角形骨块从上位椎体的后下部撕脱下来， 结果与椎间盘的膨出有关，前屈时向前膨出， 后伸时向后膨出。在脊柱侧弯时，椎间盘向 凹侧面膨出。
弯曲造成的椎间盘突出， 前屈和后伸都在凹侧膨出，而在凸侧椎间盘受拉
变的椎间盘蠕变很慢，经过相当长的时间也没 有达到最大变形，显示出黏弹性性质。退变的 椎间盘则相反。
• 这表明退变的椎间盘吸收冲击的能力减退，也 不能将冲击均匀地分布到软骨终板。
6、滞后特性
• 滞后特性也就是吸收冲击能量的特性 • 滞后与施加的载荷、年龄及椎间盘所处位置有关 • 载荷越大，滞后越大；年轻人的滞后大，中年以后
4、剪切特性
• 试验研究了腰椎间盘的直接剪切情况， 发现水平面上的剪切刚度大约是 269N／mm。这是一个很高的数值， 具有临床意义，它表明要造成一个正 常的椎间盘单位异常的水平移位需要 很大的力量。
5、松弛和蠕变特性
• 椎间盘在承担载荷时有松弛和蠕变现象。 • 较大的载荷产生较大的变形及较快的蠕变率。 • 蠕变的特点与椎间盘的退变程度有关，没有退
椎间盘在受压的时候，主要表现为纤维向四 周膨出，即使在很高的载荷下，去除载荷后产 生永久变形时，也没有出现哪一个特殊方向的 纤维破裂。
在脊柱的运动节段承受压缩试验中，首先发 生破坏的是椎体而不是椎间盘。
临床上的椎间盘突出不只是由于受压，更主 要的原因是椎间盘内应力分布不均匀。
3. 弯曲特性
• 许多实验结果提示，引起椎间盘损伤的不是 压应力载荷，而是弯曲及扭转载荷。
脊柱的生物力学与损伤预防
第一节 脊柱的生物力学特点
一、脊柱的力学特性和生物学功能
①作为躯干的支架，向骨盆传导头部及躯干部的 重力； ②允许躯体有足够的三维空间内的生理运动，如 伸、屈、轴向旋转； ③最后也是最重要的，保护柔软娇嫩易受伤的脊 髓，使之免受可能的暴力及创伤性运动的危害。
二、椎间盘的生物力学
• 在高速动力测试中，终板的断裂有三种形式：中心型、 周围型及全板断裂型。中心型在没有退变的椎间盘中 最多见，周围型多见于有退变的椎间盘。全板断裂多 发生于高载荷时。
终板的断裂机制
无退变的椎间 盘受压，在髓 核内产生压力 ，终板的中心 部位受压。
退变的椎间盘由 纤维环传递压力 ，终板边缘承受 载
2. 压缩特性
(2)纤维环：是椎间盘的周边 部分，并形成椎间盘的外 部边界，纤维环是由同心 圆排列的层纤维组织带组 成的，在同一纤维条带内 纤维的走行方向一致，但 任何两相邻条带的纤维走 向都相反，它们与椎间盘 平面呈30°角，因而相邻 条带的纤维呈120°角。
• (3)软骨终板：由透明软骨组成，将椎体 与其两侧的椎间盘分开，构成椎间关节 的终板。
• Brown等对椎间盘进行了单一的疲劳试验，采 用的是一个较小的恒定轴向载荷附加一个5° 的重复前屈运动。
• 结果发现：屈曲200次时椎间盘出现破坏迹象， 屈曲1000次时完全破坏。这表明在这样的离 体试验条件下，疲劳寿命是较低的。
8、椎间盘内压
• 测量了一个人在不同的身体姿势下，休息 时及从事某种工作时腰椎间盘所承受的体 内载荷，结果观察到椎间盘承受的载荷相 当大，虽然腰椎间盘以上部分的身体包含 了整个身体重量的60％，但在坐位和站立 位伴20°前倾时，L3椎间盘上的载荷却是 躯体重量的200％，如果再加上20kg的重 量，这一载荷将变成300％。
• 解剖位站立时椎间盘所承受的压力远远大于 上部身体的重量
• 坐位时腰椎间盘的压力是躯体的3倍还要多 • 跳跃等动作作用于椎间盘的实际载荷可超过
静止位的两倍以上 • 脊柱屈、伸和侧屈可在椎间盘的某些部分产
生伸展应力 • 躯干的轴向扭转在椎间盘上还可产生剪切载
荷，所以椎间盘上的压力是伸展、压缩和剪 切的复合应力
这些不仅需要韧带限制椎体位移在安全范围内， 而且需要吸收突然施加在脊柱上的大量能量。
• 脊柱共有7条韧带，从前向后分别是前纵韧带、 后纵韧带、横突间韧带、关节囊韧带、黄韧带、 棘间韧带和棘上韧带。
的滞后小；下腰部椎间盘比胸腰段及上腰部椎间盘 的滞后大
• 同一椎间盘在第二次加载后的滞后比第一次加载时 下降，这表明，反复的冲击载荷对椎间盘有损害
• 流行病学研究显示汽车驾驶员的腰椎间盘突出发病 率高，可能就是由于腰椎间盘反复随轴向震动的原 因造成的。
7、疲劳耐受
• 确定纤维环辐射状的周边发生撕裂前，能够承 受多少次循环载荷，疲劳试验是重要的依据。
终板
• 终板在脊柱的正常生理活动中承受着很大的压力。在 脊柱运动节段(完整的椎间盘及其上下椎体)的疲劳试 验中，有1／3的标本发生终板断裂伴髓核突入骨松质 骨质中，这种断裂在不同年龄间岁 承受力降至该值的55％，60岁以上约45％。
• 人椎间盘由内部凝胶状的髓核组织(NP)和外部坚韧的纤维 组织(AF)
• (A)正常年轻人椎间盘。凝胶状髓核组织含水量大约为90 ％—88％。由于髓核、纤维环和软骨终板内蛋白聚糖的含 量不同，很容易区分出由于年龄增加所导致的纤维环的增厚。
• (B)正常中年人椎间盘。髓核内水分消失，正常的组织退行 性改变的过程。纤维环的后部承受了较多的应力。