认识椎间盘的生物力学

一、椎间盘的解剖结构

椎间盘是位于椎体之间的一层弹性软组织垫，自第2颈椎至第2骶椎，共有23个，约占脊柱全长的1/4。依脊柱各节段的功能不同，其厚薄差异较大，以腰椎间盘最厚，占椎体高度的1/4～1/3，胸椎间盘最薄，约占椎体高度的1/5。颈、腰椎间盘的前部厚，后部薄，胸段椎间盘则相反。椎间盘由软骨板、纤维环和髓核三部分构成。椎间盘是构成脊柱的重要组织，起着连接上、下椎体而又能使其在一定范围内伸屈和旋转、缓冲由上体传来的压力和下肢传来的震力、维持脊柱的生理高度和屈度等重要功能。

二、椎间盘的生物力学特性

椎间盘的生物力学特性是介于硬组织和软组织之间，因为它的结构同时包含固相及液相组织，是标准的双相物质的复合材料结构。椎间盘在力学环境下发生的蠕变现象较慢，也就是经过一段较长时间，才达到完全的形变，具有相当明显的黏弹特性。生物力学实验研究表明，在生理载荷范围之内，随着时间的延长，脊柱的蠕变变形不断增加，载荷松弛不断衰减。

椎间盘在高负荷下可以产生较高的稳定度，因此，高处坠落时，椎间盘处于极硬状态，椎体骨折发生于椎间盘损伤之前，其特点是压力负荷速度越快，弹性率和刚性则越增加。在骨质疏松的椎骨中，可看到终板塌陷于椎体内。椎间盘的纤维环与终板成30°角，每层纤维环之间互成120 °角，故椎间盘可承受较大的压力而不破裂。椎间盘内的半流体胶状物，在密封下受力只发生形变而不改变容量。

人跳跃时震荡力从脚传到脑，基本上被椎体和椎间盘所吸收。体重轻的年轻人滞后力大，即吸收震荡力强。体重重和年龄大的人其椎间盘滞后力则较小。震荡力反复作用于同一个椎间盘，其滞后力就会变小，也越容易发生椎间盘破裂。

三、椎间盘的承载

椎间盘主要承受轴向压缩载荷，而屈曲与扭转载荷对椎间盘的破坏比压缩载荷要大得多。在日常生活中椎间盘的承载方式很复杂，通常是压缩、弯曲和扭转的组合，这些载荷的联合作用，可以对椎间盘造成很大的危害。椎间盘的总体结构有利于对抗压缩，但并不十分有利于对抗其他负荷，特别是扭力的耐受力不如压缩力。施加于脊柱的各种不同的载荷，可引起椎间盘的相应变形，使力得到重新分配及部分吸收，而施加于椎间盘的力去除后，椎间盘能很快恢复原状。在承受载荷时，髓核通过改变形态来传递和吸收力以保护椎体，施加于脊柱的力量最终由于髓核的变形将作用力分解给纤维环。髓核承受大部分纵向的负荷，而纤维环承受来自切面的负荷。

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