介紹

脊柱疾病與損傷顯然與脊柱力的異常有關(guān)kaiyun下載app下載安裝手機(jī)版，而康復(fù)治療與預(yù)防亦需要對脊柱運(yùn)動的生物力學(xué)有清晰的認(rèn)識。本文旨在為臨床及治療技術(shù)人員提供相關(guān)的基礎(chǔ)知識。

1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

脊柱是人體運(yùn)動的主軸，由多節(jié)椎骨、多個關(guān)節(jié)（椎間“關(guān)節(jié)”、小關(guān)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(yùn)動有三維方向（前后、左右、旋轉(zhuǎn)）和六個自由度（3個平移、3個旋轉(zhuǎn)）。

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(guān)節(jié)突、棘突、橫突組成。椎體為卵圓形短扁骨，內(nèi)有一圈致密的皮質(zhì)骨，周圍包繞著海綿狀的髓質(zhì)（松質(zhì)骨）。上下皮質(zhì)骨內(nèi)襯較厚的軟骨板，邊緣由較厚的環(huán)狀內(nèi)襯構(gòu)成。椎體小梁除沿應(yīng)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(guān)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(guān)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(diǎn)，是脊柱動態(tài)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)之一。

（3）椎間盤：內(nèi)側(cè)為髓核，外側(cè)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(gòu)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(jié)締組織斜交織構(gòu)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(dāng)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(yùn)動的功能，在伸直運(yùn)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(yùn)動時則相反，使椎體有更強(qiáng)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(fù)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(jīng)根。

（4）小關(guān)節(jié)：小關(guān)節(jié)由相鄰椎骨的上下關(guān)節(jié)突組成，小關(guān)節(jié)與椎間盤之間的負(fù)荷分布隨脊柱位置不同而不同，一般承擔(dān)脊柱負(fù)荷的0～30%，當(dāng)脊柱處于過伸狀態(tài)時，小關(guān)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(fù)荷的作用，使脊柱在生理范圍內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)動，阻力最小。

4.運(yùn)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(yīng)的椎弓、椎間關(guān)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(hù)脊髓，運(yùn)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(fù)荷。當(dāng)上身的重量增加時，椎體會相應(yīng)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(fù)荷。

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

5.脊柱耦合運(yùn)動：

脊柱運(yùn)動一般是幾個節(jié)段的關(guān)節(jié)動作，稱為耦合運(yùn)動。影響耦合運(yùn)動的骨性結(jié)構(gòu)是胸廓和骨盆。胸廓限制胸椎的運(yùn)動，骨盆的傾斜可增加軀干的運(yùn)動。脊柱運(yùn)動的正常范圍差異很大，且具有很強(qiáng)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(guān)節(jié)的形態(tài)有利于脊柱側(cè)彎，但肋骨限制了其運(yùn)動。脊柱旋轉(zhuǎn)主要發(fā)生在胸椎和腰骶部，腰椎的旋轉(zhuǎn)十分有限。

6.脊柱負(fù)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(nèi)壓、測量部位上方的體重以及作用于運(yùn)動節(jié)段的肌肉應(yīng)力。當(dāng)軀干屈曲和旋轉(zhuǎn)時，椎間盤的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力均增大。腰椎負(fù)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(fù)荷最小。在平臥位時，當(dāng)膝蓋伸直時，腰肌對脊柱的緊張作用可對腰椎產(chǎn)生負(fù)荷。當(dāng)髖、膝關(guān)節(jié)在支撐下屈曲時，由于腰肌放松，使腰椎前凸伸直，負(fù)荷減輕；通過附加牽引，負(fù)荷可進(jìn)一步減輕。當(dāng)患者仰臥時，髖、膝關(guān)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(yùn)重物時，物體重心與脊柱運(yùn)動中心的距離越短，阻力臂越短，脊柱承受的負(fù)荷越小。當(dāng)身體前傾撿拾重物時，除物體重力外，上身的重量也會產(chǎn)生脊柱剪切力，使脊柱的負(fù)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(chǎn)生兩個力矩，即力W和力P以及它們與運(yùn)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(chǎn)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(dāng)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(fù)）。

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(jì)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(chǎn)生的力（W×cos35°）。 ②物體重量（P）作用于傾斜的椎間盤產(chǎn)生的力（P×cos35°）。 ③豎脊?。∕）產(chǎn)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(jì)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(yùn)動對腰椎負(fù)荷的影響：

所有運(yùn)動都會增加腰椎的負(fù)荷，豎脊肌和腹肌的訓(xùn)練要在適合脊柱負(fù)荷的條件下進(jìn)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(xùn)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(fù)荷。抱胸抱膝運(yùn)動可激活腹外斜肌和腹直肌。

8.骶髂關(guān)節(jié)：

骶髂關(guān)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(guān)節(jié)為平面關(guān)節(jié)，骶骨關(guān)節(jié)面被透明軟骨覆蓋，髂骨關(guān)節(jié)面被纖維軟骨覆蓋；關(guān)節(jié)腔內(nèi)有滑液及關(guān)節(jié)囊。隨著年齡增長，骶髂關(guān)節(jié)骨贅、關(guān)節(jié)強(qiáng)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(guān)節(jié)平均活動范??圍為4°，骶髂關(guān)節(jié)的骨性結(jié)構(gòu)與強(qiáng)健廣泛的韌帶相結(jié)合，形成關(guān)節(jié)的自鎖機(jī)制。當(dāng)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(cè)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(cè)，兩側(cè)肌肉收縮產(chǎn)生矢狀面的屈曲和伸展，一側(cè)肌肉收縮產(chǎn)生額狀面或橫狀面的側(cè)屈或旋轉(zhuǎn)。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(diào)收縮，使椎骨穩(wěn)定。

（1）頭部及脊椎平衡：參與的肌肉有：前側(cè)：枕下肌、頭長肌、頸長肌、斜角肌、胸鎖乳突肌、腹直肌、腹內(nèi)斜肌、腹外斜肌、腰大肌。后側(cè)：枕下肌、脊橫肌、豎脊肌。側(cè)側(cè)：斜角肌、胸鎖乳突肌、腰方肌、腰大肌、腹內(nèi)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(guān)的周期性活動。頭部或頭部、軀干、上肢重心轉(zhuǎn)移，或推拉軀干，均可直接激活肌肉收縮，使軀干恢復(fù)平衡。

（2）軀干運(yùn)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(yùn)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(yùn)動時保持穩(wěn)定。

（3）屈曲抬高（膝關(guān)節(jié)伸直）：當(dāng)人站立并屈髖以觸及腳趾時，髖伸?。ㄖ饕悄N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(fù)到直立位置。當(dāng)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(fù)到直立位置的1/3。這被稱為“臨界點(diǎn)”，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(dāng)將重物放下或從地面抬起時，臨界點(diǎn)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(guān)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(dāng)脊柱處于后凸位，膝關(guān)節(jié)伸直、髖關(guān)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(dá)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(guān)節(jié)提供保護(hù)，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(guān)節(jié)內(nèi)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(qiáng)，都無法抬起身體。在手臂固定的閉鏈運(yùn)動中，背闊?。–3～C6）和腰方?。═12～L1）提供強(qiáng)大的力量，使骨盆靠近手臂或胸部。起立坐下、膝關(guān)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(jìn)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(jìn)行離心收縮來屈曲膝蓋和臀部，以及豎脊肌進(jìn)行等長收縮。股四頭肌和腿筋在開鏈運(yùn)動中是拮抗的開yun官網(wǎng)入口登錄APP下載，但在閉鏈運(yùn)動中會轉(zhuǎn)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(chǎn)生有效的推力和拉力。推的動作會調(diào)動腹肌和髖屈肌，使軀干無法伸直；拉的動作會調(diào)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(guān)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(cè)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(cè)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(qiáng)健的結(jié)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(qiáng)健的橫纖維構(gòu)成，內(nèi)側(cè)附著于腰椎橫突，外側(cè)附著于第12肋骨和腹橫肌。后層覆蓋背部，內(nèi)側(cè)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(cè)附著于肋骨及髂骨；在外側(cè)中央成為內(nèi)斜肌的起點(diǎn)。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(cè)縫向棘突處向內(nèi)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(gòu)成堅(jiān)固的三角結(jié)構(gòu)。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(yùn)動的控制。

來源：百度文庫貢獻(xiàn)者ID： jiangyangchina