深度认识脊柱解剖、生物力学、椎间盘突出原理

椎间盘是连接两个相邻椎体的纤维软骨盘,盘中央为胶样物质(髓核),具有承受压力、缓冲震荡冲击、保护脊髓的作用。


成人椎间盘比所连接的椎体稍大,其厚度约等于所连接的椎体厚度的1/3,其长度总和约占脊柱全长的1/4。颈椎间盘约占颈部脊柱高度的20%-40%,颈、腰部的椎间盘前侧厚后侧薄,形成颈、腰段脊柱有前凸之弧形,而胸椎椎间盘前后侧等高。




一、脊柱椎间盘的解剖结构

 

1、纤维环

纤维环为纤维交错之同心环,围绕在椎间盘的外周。因前部厚而髓核靠后,后纵韧带又窄又薄,故椎间盘易向后突出。纤维环的纤维是斜形编织的弹性纤维,包绕髓核,使两个椎体的椎间限有5 mm的扭距有摇椅样和三轴向运动。



             脊椎前、后纵韧带、椎间盘髓核、纤维环


2、髓核

髓核呈胶状物,由类蛋白组成,含水份约80%,随年龄的不同及负重的不同,可有改变。正常人早晚的身长高度可相差1~2 cm,就是由于椎间盘的高度变化所致。髓核具有流体力学的特点。




椎间盘髓核、纤维环、软骨板


3、透明软骨板

透明软骨板位于椎间盘上下面,紧贴于椎体上,原为骨骺软骨,与椎体向高度增长有关。在成年后软骨板和纤维环融合在一起,将髓核密封于其中。

 

二、脊柱椎间盘的血液供应和神经支配

 

1、椎间盘血液供应

椎间盘的血液供应在胎儿期是来自周围和相邻椎体的血管。椎体的血管进入透明软骨板,但不进入髓核。出生后这些血管发生变性并逐渐疤痕化而闭锁。因而成年人之椎间盘没有血供应,其营养来源是借以软骨板类似半渗透膜的渗透作用,与椎体进行液体交换,维持其新陈代谢。


2、椎间盘神经支配

神经支配是由窦椎神经(sinuvertebralnerve)支配椎间盘后部纤维环边缘及后纵韧带。窦椎神经是脊神经的脊膜返支和交感神经的一部分所组成,为无髓鞘神经,能传导与疼痛有关的冲动。当纤维环后部、后纵韧带受牵张时可出现疼痛。



 

三、椎间盘是脊柱的主要承载结构

 

1、椎间盘承载负荷为零时

腰椎间盘不存在荷载时,具有10N/cm2的内压力。这种预应力是由于黄韧带的拉力产生的,是使人体早晚身高改变的主要因素。青年人的身高早晨比傍晚平均可增加1.1 cm,而在70岁以上的人则变化很小。由于受失重的影响,宇航员从太空返回地球后,身高可增加5.0 cm。随着年龄的增加,椎间盘内的预应力逐渐降低,髓核变得不饱满,将轴向压力分布到内层纤维环的能力下降,使大部分荷载由纤维环直接承担,可引起纤维环膨出,使椎间盘高度减小,韧带松弛,从而影响脊柱的内源性稳定,也是造成椎关节错位的基础。



2、椎间盘承载较小负荷时

脊柱承受较小的荷载时,由于椎间盘的弹性模量大大小于椎体,很易发生变形,因而能起到吸收振动、减缓冲击和均布外力的作用。


3、椎间盘承载负荷增大时

当载荷增加到一定程度时,骨骼首先遭破坏,软骨板发生骨折。椎间盘的抗压能力很大,腰椎间盘能承受的最大压力:青年人为635.6kg,老年人为158.8 kg;能使腰椎间盘破坏的压力:青年人为453.6~777.1 kg,而老年人仅为136.1kg。脊椎保健领域先驱、瑞典Nachemsonm博士研究表明:当人体站立位承载50 kg时,腰椎间盘需承受100~300 kg的力。


椎间盘具有中向异性的特点,即其机械性能、结构与作用力的方向有密切关系。这种结构有利于对抗压缩力,但并不十分有利于对抗其他力量,对张力特别是扭力的承受性远不如压缩力。腰椎间盘在横切面上的剪切刚度约为260 N/mm,这足以应付一般外力,只有在暴力很大时,才能使正常的间盘发生异常位移。国际腰椎协会创始人Henry Farfa认为,扭力是造成间盘损伤的主要原因,扭转和弯曲载荷对间盘的破坏度,要比压缩荷载大得多。扭力可使纤维环中斜行纤维破裂。扭力与压缩力同时起作用时,纤维环先破裂,然后髓核从破裂处突出。

 

四、髓核是椎间盘的运动轴

 

椎间盘的运动轴在髓核处。由于髓核具有不可压缩的特性,其运动学作用与轴承的作用极为相似。由于椎间盘的存在,脊柱可沿横轴、矢状轴和纵轴做平移和旋转活动。其伸屈活动主要靠椎间盘和椎间韧带的支持,伸屈范围则取决于椎间盘的大小、形态和生化特性。


髓核的位置可随脊柱运动的方向而改变:

1、脊柱前屈时,椎间隙前方变窄,髓核向后移动,后方纤维环承受压力增加;



脊椎前屈


2、脊柱后伸时,后方椎间隙减小,髓核向前移动,前方纤维环压力增加;



脊椎后伸


3、脊柱侧屈时,髓核移向凸侧;

4、脊柱旋转时,纤维环斜行方向的纤维按运动的相反方向受到牵张,而与此方向相反的纤维则得到松弛。

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