椎间盘生物力学广州中医药大学 第一临床医学院骨伤科教研室赵京涛 讲师2006-03椎间盘解剖结构32椎骨23椎间盘（1-2颈椎、骶尾椎无）组成：软骨终板纤维环髓核软骨终板圆形细胞构成椎体上下各一个厚度平均1mm，中心区变薄呈半透明状许多微孔，髓核水分和代谢产物通道（可被视作半渗透膜）无血管组织、无神经组织，不能自行修复同一椎体上下软骨终板面积不同腰1-4每一椎体下软骨终板前后径、面积较上为大，腰5相反形状：腰1、2，肾形腰3-5，椭圆形纤维环外、中、内三层外层：胶原纤维带内层：纤维软骨带各层之间有粘合样物质，牢固结合，而非交叉穿插细胞排列与分层的纤维方向一致纤维环厚度：前侧、两侧最厚，相当于后侧2倍后侧最薄排列方向：同心环状多层结构前侧：外中内各自平行，斜向两椎体间，纤维相互交叉重叠30-600 ，呈X形后侧：更复杂分层排列纤维环的板层结构可对抗机械应力 防止脊柱结构单位异常运动其内部高压力特性与汽车轮胎极其相似髓核出生后，大而软，椎间盘中央成人，椎间盘偏后面积：椎间盘横断面50-60%水含量：75-90%，随年龄变化椎间盘营养1、纤维环外中层，椎体周围小血管（起自脊椎动脉）2、软骨终板椎体松质骨骨髓直接获取3、髓核软骨终板渗透脊柱功能1、支持和传递支持头颅和躯干，并将载荷传递至骨盆2、使头颅和躯干能在三维空间内完成较大范围生理活动3、保护脊髓、胸腔、腹腔、盆腔脏器脊柱的功能单位FSUFunctional spinal unit活动节段相邻的两节脊椎及其间的椎间盘关节突关节和韧带等椎间盘功能1、保持脊柱高度2、连接两椎体，并使椎体间有一定活动度3、使椎体表面承受相同的力4、弹性结构，力传导和缓冲作用5、维持侧方关节突一定的距离和高度6、维持椎间孔大小7、维持脊柱生理曲度软骨终板功能1、保护椎骨在承受压力下免于发生压迫性骨萎缩2、通道椎体与椎间盘之间的液体营养的交换，通过软骨盘进行髓核功能1、突受外力时，吸收震荡作用2、脊柱运动支柱，类似轴承作用3、应力平衡纤维环功能1、使上下椎体互相连接，保持脊柱运动时的稳定性2、少许弹性+特殊分层排列，脊椎间有一定活动度3、在前后纵韧带加强下，限制脊柱活动4、保护髓核组织的液体成分，维持其位置和形状5、吸收震荡椎间盘力学特点一、椎间盘内压1、Gocke 1932将髓核浸入液体后其重量增加了1倍髓核可通过吸收液体使自身内部压力升高，可能是腰突症原因2、Nachemson 1950针式传感器从主应力三个方向测内压正常或接近正常的髓核处于流体静压状态正常椎间盘内压为轴向压缩载荷1.3-1.5倍外载荷达2000N之前，内压与外载荷呈线性关系垂直压应力约为外载荷50％切向应力与张应力高达4—5倍3、 Nachemson 剪切、扭转、前屈、后伸载荷作用与椎间盘内压变化和髓核含水量关系承载量相同椎间盘内压从上腰段至下腰段逐渐减小1964，椎间盘内压活体测量各种姿势和完成动作时内压二、椎间盘受压特性1、椎间盘在低载荷时，主要提供脊柱柔韧性随载荷增加而加大刚度高载荷时提供稳定性2、高载荷并不造成纤维环破裂、髓核突出而椎体破坏3、不突出，但纤维环向四周膨出，前方明显三、椎间盘拉伸特性1、无论哪种载荷，某一部分总会产生张应力2、抗拉强度：前部、后部最高侧方相对较低纤维环中央部分、髓核最低纤维环：沿纤维走行方向是水平方向3倍四、椎间盘弯曲特性1、弯曲和扭转是椎间盘受伤主要原因2、纤维环膨出，总发生在弯曲脊柱的凹侧髓核位置形状无改变3、侧方弯曲，膨出最明显4、试验：腰椎过度前屈，造成纤维环破裂、髓核突出如有退变则更明显五、椎间盘剪切特性1、水平剪切刚度，260N/mm22、单纯剪切力不致引起纤维环破裂弯曲、扭转、拉伸综合作用六、椎间盘扭转特性1、引起椎间盘损伤最主要类型2、扭矩和转角变形曲线 S0-3度，很小扭矩 3-12度，线性关系20度，断裂3、较大椎间盘承受较大扭矩， 圆形比椭圆形强度高4、破坏扭矩：正常大于退变者25％七、椎间盘粘弹性 1、蠕变一段时间内由低载荷持续作用所导致的逐渐变形形变程度因时间而变化1、应力松弛／载荷松弛材料受载后形变达到一定程度时，应力载荷随时间而减低2、蠕变松弛，有效缓冲和传递载荷载荷大，变形大，蠕变率高椎间盘退变后，蠕变率与初始松弛率增加3、特点：与椎间盘退变程度有关2、滞后粘弹性材料，加载与卸载过程中能量丢失现象卸载时载荷-变形曲线低于加载时1、有效吸收能量2、与年龄、载荷量、节段或位置有关载荷越大，滞后越大年轻人滞后大，中年后变小下腰部比上腰部胸腰段滞后大同一椎间盘在第二次加载时滞后下降八、自动封闭现象无血运，全切和部分切对稳定性影响不大1、 Panjabi 腰椎运动节段髓核切除前后三维运动学观察脊柱主运动和耦合运动明显增加2、Goel尸体模拟临床摘除椎间盘手术导致：前屈运动加大，扭转、侧屈，后伸较小下次课内容（课堂讨论）腰椎间盘突出症致病因素、预防及治疗方法、运动方法等基础与临床：生物力学分析一分钟论文1、今天上课的内容还有什么不懂的地方 ，你希望补充什么内容？2、生物力学课很快结束了，你希望再补 充什么内容？。