介紹

脊柱疾病與損傷顯然與脊柱力的異常有關kaiyun下載app下載安裝手機版，而康復治療與預防亦需要對脊柱運動的生物力學有清晰的認識。本文旨在為臨床及治療技術人員提供相關的基礎知識。

1.結構特點：

脊柱是人體運動的主軸，由多節(jié)椎骨、多個關節(jié)（椎間“關節(jié)”、小關節(jié)）、無數(shù)肌肉和韌帶緊密圍繞，并有生理彎曲以滿足脊柱的剛性和活動性（柔韌性）。其運動有三維方向（前后、左右、旋轉）和六個自由度（3個平移、3個旋轉）。

2. 區(qū)位特征：

頸椎支撐頭部，其重心在頸部前2/3與后1/3交界處；胸椎重心偏向后方（胸廓前后徑的后1/4處），與胸廓一起將軀體重量分解在胸廓以上；腰椎則以重心為中心，甚至外凸，支撐全身重量。

3.解剖特征：

（1）椎管：椎骨形成有效的、可折疊的管腔，以容納延髓和脊髓。

（2）椎骨：由椎體、椎弓、上下關節(jié)突、棘突、橫突組成。椎體為卵圓形短扁骨，內有一圈致密的皮質骨，周圍包繞著海綿狀的髓質（松質骨）。上下皮質骨內襯較厚的軟骨板，邊緣由較厚的環(huán)狀內襯構成。椎體小梁除沿應力線斜交外，還可見到。一組由椎體上表面向后延伸，在椎弓根水平處呈扇形分布于下關節(jié)突和棘突上。另一組由椎體下表面向后延伸至椎弓根水平處，在下關節(jié)突和棘突上呈扇形分布。椎體的前緣最薄弱，易發(fā)生壓縮性骨折。橫突和棘突是脊柱肌肉的附著點，是脊柱動態(tài)穩(wěn)定性的基礎之一。

（3）椎間盤：內側為髓核，外側為纖維環(huán)。髓核呈半液體狀，由氨基葡萄糖多糖的親水性膠體凝膠構成。除下腰椎髓核位于后方外，其余椎間盤髓核均位于椎間盤的中央。纖維環(huán)由多層致密結締組織斜交織構成，由邊緣向心分布。致密的纖維環(huán)起初垂直，越靠近中心越傾斜，當中心與髓核接觸時，幾乎呈水平狀態(tài)，并圍繞髓核形成橢圓形。椎間盤受壓時，髓核承受75%的壓力，其余25%的壓力則分散到纖維環(huán)上。髓核還有穩(wěn)定脊柱運動的功能，在伸直運動時，上部椎體向后移位，使椎間隙后緣減小，髓核受擠壓而向前移位。在屈曲運動時則相反，使椎體有更強的自我穩(wěn)定性。椎間盤總厚度約占脊柱全長的25%。白天站立、行走的壓力使髓核失水量少，睡覺或休息時，髓核所受壓力減小，水分又重新存入，因此，早晚有2cm的身高差異。 20歲以后，髓核重新儲水的能力下降，提重物、衰老等微損傷使纖維環(huán)的纖維成分增加，而可恢復的彈性成分相對減少，因此30-50歲成年人的纖維環(huán)容易發(fā)生損傷，髓核隨之脫出，壓迫神經根。

（4）小關節(jié)：小關節(jié)由相鄰椎骨的上下關節(jié)突組成，小關節(jié)與椎間盤之間的負荷分布隨脊柱位置不同而不同，一般承擔脊柱負荷的0～30%，當脊柱處于過伸狀態(tài)時，小關節(jié)的承載能力明顯增加。

（5）脊柱韌帶：有前縱韌帶、后縱韌帶、棘間韌帶、棘上韌帶和黃韌帶。韌帶主要起脊柱靜態(tài)穩(wěn)定性作用。大多數(shù)脊柱韌帶由伸長率較低的膠原纖維組成。黃韌帶含有較高比例的彈性纖維。韌帶還起傳遞椎骨間拉伸負荷的作用，使脊柱在生理范圍內平穩(wěn)運動，阻力最小。

4.運動部分：

節(jié)段前部由相鄰兩節(jié)椎骨、椎間盤及縱韌帶組成，與之相對應的椎弓、椎間關節(jié)、橫突及棘突、韌帶組成節(jié)段后部，椎弓與椎體組成椎管，保護脊髓，運動節(jié)段是脊柱的最小功能單位。

（1）前部：椎體主要承受壓縮負荷。當上身的重量增加時，椎體會相應變大。因此，腰椎的椎體比胸椎和頸椎的椎體高，橫截面積也更大。腰椎椎體的增大使它能夠承受脊柱這一部分所需的更大負荷。

（2）后部：后部控制運動節(jié)段的運動。運動方向取決于椎間小關節(jié)突的方向。第一、二頸椎的小關節(jié)突位于橫平面，其余頸椎的小關節(jié)突與橫平面成450°角，與額平面平行，可做屈曲、伸展、側彎和旋轉運動。胸椎的小關節(jié)突與橫平面成600°角，與額平面成200°角，可做側彎、旋轉和少量屈曲、伸展運動。腰椎的小關節(jié)突與橫平面成直角，與額平面成450°角，可做屈曲、伸展和側彎，但不能做旋轉運動。腰椎小關節(jié)突的方向和形狀允許一些旋轉運動。

5.脊柱耦合運動：

脊柱運動一般是幾個節(jié)段的關節(jié)動作，稱為耦合運動。影響耦合運動的骨性結構是胸廓和骨盆。胸廓限制胸椎的運動，骨盆的傾斜可增加軀干的運動。脊柱運動的正常范圍差異很大，且具有很強的年齡因素。脊柱的整體屈曲范圍從腰椎開始為50°~60°。骨盆傾斜和髖屈曲使脊柱屈曲范圍增大，胸椎的作用受到限制。雖然胸椎小關節(jié)的形態(tài)有利于脊柱側彎，但肋骨限制了其運動。脊柱旋轉主要發(fā)生在胸椎和腰骶部，腰椎的旋轉十分有限。

6.脊柱負荷：

腰椎是脊柱的主要承重部位，在放松直立位時，椎間盤壓力來源于椎間盤內壓、測量部位上方的體重以及作用于運動節(jié)段的肌肉應力。當軀干屈曲和旋轉時，椎間盤的壓應力和拉應力均增大。腰椎負荷在放松坐位時比放松直立位時大，在有支撐坐位時比無支撐坐位時小。脊柱在平臥位時承受的負荷最小。在平臥位時，當膝蓋伸直時，腰肌對脊柱的緊張作用可對腰椎產生負荷。當髖、膝關節(jié)在支撐下屈曲時，由于腰肌放松，使腰椎前凸伸直，負荷減輕；通過附加牽引，負荷可進一步減輕。當患者仰臥時，髖、膝關節(jié)在支撐下處于屈曲狀態(tài)，脊柱前凸呈展平狀態(tài)，牽引力可較均勻地分布到整個脊柱。搬運重物時，物體重心與脊柱運動中心的距離越短，阻力臂越短，脊柱承受的負荷越小。當身體前傾撿拾重物時，除物體重力外，上身的重量也會產生脊柱剪切力，使脊柱的負荷增加。

例如：體重70kg的人舉起20kg的物體，脊柱屈曲35°，作用在腰骶骨和腰椎上的力為：①上身重量（W）450牛頓（約占體重的65%）。②物體重量（P）200牛頓。③豎脊肌收縮力（M）。腰椎產生兩個力矩，即力W和力P以及它們與運動瞬心的距離（力矩WLw和PLp）。力M在肌肉與其瞬心之間的距離處產生平衡力矩（力矩MLM）。力W的力臂（力與瞬心的垂直距離）為0.25米，力P的力臂為0.4米，力M的力臂為0.05米。當身體處于平衡狀態(tài)時，作用于腰椎的各個力矩之和必定為0（順時針方向的力矩定義為正，逆時針方向的力矩為負）。

Σ矩=0； (寬×長)+(P×Lp)-(M×Lm)=0

（450N×0.25米）+（200N×0.4米）-（M×0.05米）=0

公稱直徑×0.05米=112.5牛米+80牛米

力矩=3850牛米

作用于椎間盤的總壓縮力（力C）可采用三角法計算。若椎間盤相對于橫斷面傾斜35°，力C為作用于椎間盤的下列壓縮力之和，包括： ①上身重量（W）作用于傾斜35°的椎間盤產生的力（W×cos35°）。 ②物體重量（P）作用于傾斜的椎間盤產生的力（P×cos35°）。 ③豎脊?。∕）產生的力，該力與傾斜的椎間盤成直角作用。 椎間盤的總壓縮力（C）也可采用平衡公式計算。

Σ力=0； (W×cos35°)+(P×cos35°)+MC=0

（450N×cos35°）+（200N×cos35°）+3850N-C=0

碳氮=365.5+163.8+3850(N)

碳數(shù)=4382

表 1 腰椎（L3）椎間盤所受力（Jayson，1987） 牛頓（N）

7、運動對腰椎負荷的影響：

所有運動都會增加腰椎的負荷，豎脊肌和腹肌的訓練要在適合脊柱負荷的條件下進行。雙腿伸直抬高時，腰方肌最活躍，使脊柱前凸。仰臥起坐屈髖屈膝后可有效訓練腹肌，限制腰肌的活動，但同時也增加了腰椎間盤的壓力。如果活動范圍僅限于軀干屈曲，頭肩只抬高到肩帶離臺的位置，可排除腰椎活動，減輕腰椎負荷。抱胸抱膝運動可激活腹外斜肌和腹直肌。

8.骶髂關節(jié)：

骶髂關節(jié)韌帶損傷、活動過度或活動不足、炎癥等是引起腰痛的主要原因。骶髂關節(jié)為平面關節(jié)，骶骨關節(jié)面被透明軟骨覆蓋，髂骨關節(jié)面被纖維軟骨覆蓋；關節(jié)腔內有滑液及關節(jié)囊。隨著年齡增長，骶髂關節(jié)骨贅、關節(jié)強直的發(fā)生率很高，多發(fā)于男性，女性發(fā)生率極低。骶髂關節(jié)平均活動范??圍為4°，骶髂關節(jié)的骨性結構與強健廣泛的韌帶相結合，形成關節(jié)的自鎖機制。當壓力增大時，骶骨在髂骨表面向下移動，后韌帶緊張，使得髂骨兩側向中間靠攏，像鉗子一樣將骶骨夾得更緊，防止髂骨下落。

9.肌肉功能：

頭、頸、軀干肌肉成對排列在中線兩側，兩側肌肉收縮產生矢狀面的屈曲和伸展，一側肌肉收縮產生額狀面或橫狀面的側屈或旋轉。在受到重力、四肢肌肉收縮、地面反作用力的作用時，頸部肌肉和軀干肌肉協(xié)調收縮，使椎骨穩(wěn)定。

（1）頭部及脊椎平衡：參與的肌肉有：前側：枕下肌、頭長肌、頸長肌、斜角肌、胸鎖乳突肌、腹直肌、腹內斜肌、腹外斜肌、腰大肌。后側：枕下肌、脊橫肌、豎脊肌。側側：斜角肌、胸鎖乳突肌、腰方肌、腰大肌、腹內斜肌、肋間肌。在放松的坐位或直立姿勢下，這些肌肉只有少量的與姿勢擺動有關的周期性活動。頭部或頭部、軀干、上肢重心轉移，或推拉軀干，均可直接激活肌肉收縮，使軀干恢復平衡。

（2）軀干運動與脊椎穩(wěn)定：橫脊肌和豎脊肌的主要功能是在后伸時穩(wěn)定脊柱。在閉鏈運動中，腰大肌是主要動作肌和軀干固定肌。軀干肌的重要作用是穩(wěn)定胸廓、骨盆和脊柱，使頸部、肩部和臀部肌肉在肢體運動時保持穩(wěn)定。

（3）屈曲抬高（膝關節(jié)伸直）：當人站立并屈髖以觸及腳趾時，髖伸肌（主要是腘繩?。┖拓Q脊肌會發(fā)生離心收縮kaiyun體育，以控制髖屈曲和脊柱前彎。這些肌肉的向心收縮使軀干恢復到直立位置。當軀干向前移動2/3時，肌電圖顯示豎脊肌突然受到抑制，這種抑制持續(xù)到軀干恢復到直立位置的1/3。這被稱為“臨界點”，軀干屈曲的平均值為81°。Kippers等（1984）發(fā)現(xiàn)，該值出現(xiàn)在最大髖屈曲的60%和最大脊柱屈曲的90%處。當將重物放下或從地面抬起時，臨界點的角度會略有增加。

（4）蹲姿與下蹲：將物體從地面舉起的一種方式是彎曲膝蓋、臀部和踝關節(jié)。蹲姿時骨盆和脊柱可能出現(xiàn)兩種姿勢：①腰椎前凸，骨盆前傾；②后凸，骨盆后傾。根據(jù)軀干所處姿勢不同，舉起時豎脊肌的肌電活動不同。軀干處于前凸位時肌電活動大于屈曲位時，最大肌電活動出現(xiàn)在舉起開始時。蹲姿時，軀干處于前凸位時，需要小腿三頭肌、股四頭肌和髖伸肌做離心收縮，豎脊肌做等長收縮。當脊柱處于后凸位，膝關節(jié)伸直、髖關節(jié)屈曲時，豎脊肌的肌電活動減弱和受到抑制。例如，在后凸姿勢下舉重時，豎脊肌在舉重開始時無肌電活動，在舉重中期達到峰值。雖然背屈姿勢下舉重可以減輕椎間盤所受壓力，背屈姿勢下舉重肌肉的控制可為小關節(jié)提供保護，但對于哪種姿勢更好尚無定論。

（5）四肢功能活動：利用上肢抬起身體的動作有引體向上、俯臥撐、坐位俯臥撐、拄拐行走等。這些動作的活動肌肉是屈肘肌群（引體向上）、伸肘肌群（俯臥撐）、肩關節(jié)內收肌群和伸肩肌群、降肩胛骨肌群的向心收縮。腹肌和軀干伸肌群的等長收縮也很重要。脊髓損傷造成腹肌和軀干肌群癱瘓時，患者無論手臂力量有多強，都無法抬起身體。在手臂固定的閉鏈運動中，背闊?。–3～C6）和腰方肌（T12～L1）提供強大的力量，使骨盆靠近手臂或胸部。起立坐下、膝關節(jié)深度屈曲、上下樓梯等都有類似的肌肉活動形式。從坐姿或蹲姿站起或上樓梯需要股四頭肌向心收縮來伸展膝蓋，需要髖部伸?。ㄓ绕涫峭冉睿┫蛐氖湛s來伸展臀部。豎脊肌進行等長收縮以保持頭部和脊柱保持直立。放低身體以坐姿或蹲姿或下樓梯需要股四頭肌和腿筋進行離心收縮來屈曲膝蓋和臀部，以及豎脊肌進行等長收縮。股四頭肌和腿筋在開鏈運動中是拮抗的開yun官網入口登錄APP下載，但在閉鏈運動中會轉變?yōu)閰f(xié)同收縮來支撐、抬起或放下身體。推或拉物體（抽屜或門）需要高度穩(wěn)定的軀干來產生有效的推力和拉力。推的動作會調動腹肌和髖屈肌，使軀干無法伸直；拉的動作會調動背部和髖伸肌，使軀干無法屈曲。俯臥撐階段主要參與的肌肉是肘伸肌、盂肱關節(jié)的收伸肌和肩胛骨外展肌的向心收縮。為保持軀干直立，前側有腹肌、髖屈肌和膝伸肌的等長收縮。除豎脊肌保持頸部挺直外，其余背部肌肉相對不活躍。上肢肌肉做離心收縮，而前側軀干肌肉和小腿肌肉繼續(xù)做等長收縮，使軀干回到原位。

10.胸腰筋膜（胸背筋膜）：

是連接肋骨、椎骨、髂骨和骶骨以及韌帶系統(tǒng)和軀干肌肉的非常強健的結締組織，在舉起重物過頭和高速投擲物體時起穩(wěn)定軀干的作用。胸腰筋膜有前、中、后三層，前層最深，附著于腰椎橫突，向外覆蓋腰方肌。中層由強健的橫纖維構成，內側附著于腰椎橫突，外側附著于第12肋骨和腹橫肌。后層覆蓋背部，內側附著于棘突及棘上韌帶，上方與夾肌筋膜交織，下方附著于骶骨，并與臀肌筋膜交織，外側附著于肋骨及髂骨；在外側中央成為內斜肌的起點。胸腰筋膜后層又可分為深層、淺層兩層。淺層為背闊肌的腱膜，其纖維由背闊肌附著處外側縫向棘突處向內向下延伸；深層與淺層融合，其纖維與淺層以相反方向交叉。這兩層共同構成堅固的三角結構。此外，胸背筋膜還起到支撐帶的作用，包裹著豎脊肌和多裂肌，胸腰筋膜與肌肉、韌帶系統(tǒng)共同參與胸腰椎運動的控制。

來源：百度文庫貢獻者ID： jiangyangchina