人有的人你看了一辈子却忽视了一辈子，有的人你只看了一眼却影响了你的一生，有的人热情的为你而快乐却被你冷落，有的人让你拥有短暂的快乐却得到你思绪的连锁，有的人一相情愿了N年却被你拒绝了N年，有的人一个无心的表情却成了永恒的思念，这就是人生。
颈椎运动学与生物力学：
1、生物力学基本概念：
1)载荷：是使被其施加的物体的运动状态发生改变的作用。载荷为具有强度和方向的矢量。
2)载荷强度：是造成颈椎即刻稳定性丧失和疲劳性失稳的重要因素。
l即刻稳定性丧失：由一次（极限）载荷周期造成的；
l疲劳性失稳：由重复载荷周期引起结构裂隙不断积聚产生的。
l在适当的时间内引起疲劳性断裂的最低载荷称为疲劳极限。载荷积累可导致疲劳性断裂，超过疲劳极限的载荷越多，引起疲劳性断裂的载荷周期越小。
3)载荷率：粘弹性决定载荷率的大小，载荷率改变是影响损伤类型和损伤严重程度的主要因素。
l粘液弹性：是指物体对载荷率或变形敏感的时间依赖性，主要表现为蠕变（指在一段时间内在载荷持续作用下所导致的持续变形，也就是变形的程度因时间而变化）和松弛（为材料受载荷后变形到达一定程度时应力或载荷随时间而减低）。
l载荷率越大，应力应变曲线越陡。
l在交通事故中对头前方吸能材料的撞击增加了脊柱受载荷的时间，有效地减低了载荷率，使瞬间撞击力减少，但并不减小转移到颈部的总能量。一般情况下头、颈部的偏转可使载荷分散至肩部或胸部。
4)位移：物体在一段时间内，如果由初始位置移动到末位置，则由初始位置到末位置的有向线段叫做位移。
l载荷不变情况下，位移越大，引起的颈椎损伤越重。
l限制躯干运动对预防损伤有重要意义，在汽车座位上头垫和安全带的使用明细减少了严重颈椎损伤的发生率。
5)瞬时旋转轴：运动平面与其轴线垂线的交点就是物体的瞬时旋转轴（instantaneousaxisofrotation,IAR），不同的旋转轴引起不同的损伤类型。
l以椎体前方为旋转轴，后方软组织破坏早于纤维环的破坏，而不造成骨折。
l椎体中央为旋转轴，运动时标本的稳定性破坏，椎间盘损害，还可能造成椎体楔形骨折。
6)载荷作用点：作用于颅顶后方的垂直暴力引起过伸性骨折，作用于颅顶前方可引起屈曲性损伤。载荷作用点在前后方向上较小范围的变化可产生的颈椎骨折有很大的差别。
l当载荷作用于标本几何中心时，损伤程度最低；
l当载荷作用于几何中心前方时，造成后方结构严重损伤和屈曲性不稳定；
l当载荷作用于几何中心后方时，造成前方结构严重损伤和伸展性不稳定。
7)功能单位：（functionalspinalunit，FSU）又称活动节段，由相邻两节椎骨、椎间盘、小关节和韧带构成。FSU是能够显示与整个脊柱相似的生物力学特性的最小功能单位。
8)头部和脊柱的姿势：头和脊柱的姿势与载荷条件可造成颈椎在遭受撞击后产生前屈、扭转和后伸活动。
l轴向中心施加载荷后突然变形就会发生扭转，当颈椎弧度变直或与轴向载荷存在线性关系时易于发生扭转。
l根据载荷作用点与作用方向的不同，脊柱发生不同的反应，如扭转或弯曲：
ü头部前屈，消除颈椎的正常前凸时，在轴向载荷作用下可产生的轴向变形最小，理论上减小了周围肌肉、韧带分散载荷的作用。
ü当颈椎弧度变直时，大量的轴向载荷能量被脊柱吸收，直到其发生扭转，其吸收的能量迅速地向周围软组织分散。
ü在屈曲或伸展位时，发生骨折的载荷较中立位时小得多。研究表明弧度变直的颈椎可承载和抵挡的轴向载荷最高。
9)脊柱损伤部位的解剖和结构特性：
l少量骨组织的丢失可明确影响骨强度，使骨强度下降，如骨组织减少25%，椎体强度可减少50%。
ü随年龄增加，骨的矿物质含量呈线性下降；
ü相同年龄的女性的矿物质含量比男性少
l软组织退变，强度变弱，低能量的创伤就可引起损伤。
l颈椎多个相邻节段融合（如：先天性颈椎融合畸形、退变性融合和强直性脊柱炎以及医源性手术融合患者）会产生一个长而且硬的力臂，导致应力集中发生，当颈椎某一区域应力集中增加时，较小的创伤就会导致较严重的损伤。
2、颈椎生物力学：
?颈椎的基本生物力学功能：
1)载荷的传递
2)三维空间的生理活动
3)保护颈脊髓
?颈椎的稳定因素：
1)内在稳定因素：颈椎椎体、椎间盘及其韧带。
2)外在稳定因素：颈周围的各组肌肉。
?脊柱各组成部分的力学性能：
1)椎体：由软骨板、骨松质及密质骨组成的复合结构。从本质上讲，椎骨几乎全部是由骨松质构成（呈网状结构的骨松质），只是其外部包裹着一层坚硬的骨外壳。虽然脊柱需承受牵拉、弯曲和旋转负荷，但它主要承受的是压缩负荷（或者叫轴向载荷）。80%的椎骨表面载荷是通过其骨小梁传递的。一个椎体的骨组织若减少25%，可使其强度降低50%以上。载荷从椎体上方的软骨终板通过椎体的皮质骨和松质骨传递到椎体下方的终板。随着年龄的增长和骨量的丢失，压缩力量主要集中在松质骨上，骨髓的存在有助于松质骨的抗压强度。
l皮质骨壳：椎体是脊柱的主要负荷成分。40岁以前，皮质骨壳承载45%而松质骨核承载55%；40岁以后，皮质骨壳承载65%而松质骨承载35%。随着年龄的改变，椎体的韧性在不断降低而脆性在不断提高。
l松质骨核：可承受很大的压缩载荷，在断裂前变形率高达9.5%，而相应的皮质骨壳的变形不足2.0%。松质骨能量吸收的机理是骨小梁间隙减小。
l终板：在脊柱的正常生理活动中承受很大的载荷。
2)椎间盘：是脊柱的主要承载结构。
l椎间盘主要功能是对抗压缩力。研究表明：即使过大的压缩载荷只会造成椎间盘的永久变形，也不会造成髓核突出，甚至在椎间盘后外侧有纵行切口时椎间盘突出也不会发生。当加大压缩负荷直至超过限度，最先发生破坏的始终是椎体。
l椎间盘的拉伸刚度小于压缩刚度。脊柱弯曲时，弯曲载荷在椎间盘产生拉伸和压缩应力，各作用于椎间盘的一半。
l椎间盘对扭曲力的耐受力较差，因此，扭转暴力是造成椎间盘损伤的主要原因。扭力和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。
l纤维环对抗扭转负荷的能力弱，是由其各向异性特点所决定的：纤维环层间纤维相互交叉，当其被扭转时仅有一半纤维承负；同样，外侧纤维所受扭力要大于内层纤维，因而也就容易发生断裂。（有研究表明：正常腰椎节段最大扭矩为80Nm，髓核摘除后节段的最大扭矩为49.9Nm。）
l髓核具有不可压缩的特性，其位置可随脊柱运动的方向而改变：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，反之则反；脊柱旋转时，纤维环斜形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。
l髓核为粘弹性物质，主要表现为蠕变（指在一段时间内在负荷持续作用下所导致的持续变形，也就是变形程度因时间而变化）和松弛（或负荷松弛，指材料承受负荷后变形达到一定程度时应力或负荷随时间而减低）。滞后特性：粘弹性材料在加负与卸负过程中的能量丢失现象，通过滞后这一过程，椎间盘可有效地吸收能量，而且载荷越大，滞后作用也越大，从而具有防止损失的功能。
l纤维环前部宽而厚，后部薄，再加上前方有坚强的前纵韧带保护，因而髓核组织最常见的突出部位是椎间盘的后方。
l软骨终板：近年来研究结果显示，相当多的下腰痛患者有终板和（或）椎间盘的损害。终板损伤后，相邻髓核的压力载荷减少25%，应力位移集中于纤维环后侧，故极易发生纤维环劳损和髓核后突。在椎体的受力中，应力的承受应该主要是经终板向下传导，稀疏的骨小梁在应力的分散中起重要作用。
ü中心型终板骨折：椎间盘正常时终板最易发生中心型骨折。
ü边缘型终板骨折：当椎间盘退变时，髓核不能产生足够的液压，压缩载荷大部分传递到下一椎体的周围，以致终板四周骨折，而中心变形很小。
ü整个终板骨折：载荷极高时发生。
3)小关节：颈椎小关节面和颈椎间盘共同承受压缩载荷。
l小关节与椎间盘的载荷分配随脊柱姿势改变而不同，过伸位时小关节承担的压缩负荷最大。
l小关节对于维持脊柱的前屈稳定也有重要意义。一般认为，前屈时小关节面分离，载荷主要由关节囊韧带承担，在前屈状态，切除小关节可减弱颈椎负荷能力60%。
4)韧带：韧带的主要成分为胶原纤维和弹力纤维，胶原纤维使韧带具有一定的强度和刚度，弹力纤维则赋予韧带在负荷作用下延伸的能力。韧带大多数纤维排列近乎平行，故其功能多较为专一，保证脊柱准确的生理运动及固定椎体的位置姿势；限制过度活动以保护脊髓；在快速高载荷的创伤环境中承担绝大部分的张力负荷以保护脊髓。
l前纵韧带和后纵韧带：前纵韧带的强度是后纵韧带的2倍。但两者的组织结构性质相同。随年龄增长其力学强度降低。、
l黄韧带：只有黄韧带延伸率较高，其主要由弹性纤维构成，可以在较大范围的活动而不发生永久变形。在所有脊柱韧带中，黄韧带在静息时的张力最大，单纯切除不会引起脊柱不稳定，但动态运动条件下尤其是屈曲和后伸时其确切的作用尚不清楚。脊柱不稳定会促进黄韧带的退变及骨化。
l小关节囊韧带：在抵抗扭转和侧屈时起作用。
l横突间韧带：在侧屈时承受最大应力，该韧带与侧屈活动时旋转中心相距较远，杠杆臂较长，故有良好的机械效益。
l韧带的生物力学机制：
ü所有韧带均具有抗牵张力的作用，但在压缩力作用下疲劳很快。韧带强度与韧带的截面积密切相关。
ü脊柱的韧带承担脊柱的大部分牵张载荷，它们的作用方式犹如橡皮筋，当载荷方向与纤维方向一致时，韧带承载能力最强。
ü前、后纵韧带和黄韧带有相同的机制：“载荷-变形曲线”为非线性，随着载荷增加而坡度变陡。
ü正常缓和运动时：韧带以最小的抵抗及能量消耗保证脊柱的功能；
ü创伤环境中：韧带为脊髓提供最大的保护。
ü韧带距旋转中心的距离越远，提供的稳定性就越大。
ü前纵韧带和小关节囊最强；棘间韧带和后纵韧带最弱；后纵韧带刚度最大；棘上韧带有最大的破坏前变形量；前纵、后纵韧带破坏变形量最小。
3、脊柱运动学：指脊柱在没有承担外部载荷的情况下运动的研究。脊柱的运动学特征取决于关节表面的几何形状和关节间软组织的性能。
?人体平面及运动轴线：
在一个节段水平，椎体可以在矢状面、水平面和冠状面上移动，并且可以围绕3个轴进行旋转。因此，每个椎体的运动都具有6个自由度，6个不同的运动方式。
l在矢状面上向前和向后的滑移（即前后平移）
l围绕额状轴前后倾斜（即前后矢状旋转）
l在冠状面上横向滑移（即横向平移）
l在冠状面上绕矢状轴横向倾斜，如在侧屈过程中。
l在脊柱水平轴上分离和压缩。
l绕垂直轴在水平面上旋转（即轴向旋转）。
?节段运动与运动节段：
l典型运动节段的构成：（在颅骨与骶骨之间，有25个运动节段。“运动节段”“活动节段”或“关节三联体”是指椎间盘及其相邻上下椎体之间的关节。）
ü椎间盘与相邻椎体之间的联合，即椎间关节。
ü关节突关节
ü钩椎关节（仅见于颈椎）
ü肋椎关节（仅见于胸椎）
影响运动节段的因素包括椎间盘厚度、纤维软骨的顺应性以及相邻椎体终板的大小和形状。椎间盘厚度较大、相邻椎体终板的横径较短时运动范围较大。
l节段运动：
颈椎的节段运动：
临床上从3个主要平面上对头颈部运动进行观察和描述（矢状面上的前屈、后伸运动；冠状面上的左右侧屈运动；水平面上的左右旋转运动。）
头部的运动与颈部实际运动范围并无关联，总的运动范围是叠加的。
上颈椎节段从C0到C2，下颈椎节段从C2的下关节面到C7的上关节面。
上颈椎和下颈椎可以彼此独立运动。
上颈椎和下颈椎可以向相反方向运动。
在颈椎的整体运动中，个别节段可能会出现暂时的相反方向的运动，被称为矛盾运动。矛盾运动仅在颈椎完全屈曲时发生，而不发生在生理性点头运动中。
?正常运动的一般特征：
l前屈时，侧屈和旋转运动的运动范围相应减少。
l后伸运动能够限制正常的前屈和后伸运动。
l侧屈运动能够限制正常的前屈和后伸运动。
l旋转运动能够限制正常的前屈和后伸运动。
l脊柱正常活动度的差异很大。受年龄、韧带松弛度、先天因素、病理因素影响。
?颈椎运动学：根据功能和解剖特点，颈椎可分为上颈椎（枕-寰-枢复合体）与下颈椎（C3-C7）两部分：
l上颈椎运动范围：
ü寰枕关节：
平移活动很小（0-1mm），超过1mm为病理性。
伸屈活动度约13°，轴向旋转为0°，一旦出现轴向旋转即提示骨、韧带出现病理变化。
侧屈幅度争论大，一般认为枕寰为7.8°。
ü寰枢关节：
前后平移较大（2.5mm），大于3mm提示横韧带断裂。
寰枢关节屈伸范围约为10°。枕-寰-枢复合体的总屈伸范围为23°。
寰枢关节轴向旋转范围相当大，平均为47°，相当于颈椎全部轴性旋转度的40%-50%，其余的50%-60%由下颈段提供。
寰枢关节无侧屈活动。
只有在做侧屈和轴性旋转时才会发生侧向平移，大于4mm者可视为异常。
ü共轭特征：（也称耦合运动）是指同时发生在同一轴上的平移和旋转活动，或指在一个轴上的旋转或平移必然同时伴有另一轴的旋转或平移运动的现象。
ü瞬时旋转轴（instantaneousaxisofrotation，IAR）：
由于枕寰关节的轴性旋转很小或不存在，因此也就不存在IAR问题；
寰枢关节，矢状面屈伸运动的IAR位于齿突中1/3处，轴性旋转的IAR位于枢椎的中部。
l下颈椎：
ü下颈椎活动幅度：
下颈椎矢状位屈伸活动主要是在中段，一般认为C5-C7活动度最大。
侧屈与旋转活动则是愈往下愈小。
下颈椎前后方向上的平移上限，直接测量为2.7mm，放射学测量为3.5mm；因此X线侧位片中下颈椎椎间前后平移大于3.5mm可认为该段颈椎失稳。
轴向牵引力为1/3体重时如椎间隙增加1.7mm以上者为阳性。
ü共轭特征：在下颈椎，侧屈时棘突必然转向凸侧。这种共轭现象对了解颈椎小关节脱位有重要意义。
外伤暴力导致关节超越正常活动范围时，即生理性侧屈与轴性旋转的共轭活动幅度被超越时，将使一侧小关节突过分移向尾侧，另一侧小关节突过分移向头侧并致单侧小关节脱位。
ü伸屈度：（实质上是上一椎节下关节面在下一椎节上关节面上前后滑动及向其他方向位移）。
过度前屈（受后纵韧带、黄韧带、棘间韧带、项韧带和颈后肌群的限制）；过度后伸（受前纵韧带、颈前肌群）。
颈椎的伸屈活动主要由C2-7完成。
正常情况下每节活动范围相差悬殊，C2-3、C3-4伸屈活动范围最小，C5-6、C6-7伸屈范围最大。所以C5-6、C6-7损伤和椎间盘突出及退变最多见。
ü旋转：（颈部50%的旋转发生在寰枢椎之间）
寰枢关节有4个独立的关节面（2个正中关节和2个外侧关节）构成，但通常其旋转运动最初只通过一个齿突所构成的垂直轴运动，使节段可向左右各位移45°左右，然后是下位颈椎参与旋转。
当头向一侧倾斜的同时再向相反方向做轴向旋转时，椎动脉可被牵拉变窄。
ü侧弯：主要靠双侧小关节关节囊和附近韧带与肌肉相互制约及协同而完成。
C1-2侧弯0°；
C2-3、C3-4、C4-5平均约10°；
C7-T1平均约4°
ü颈椎的伸屈活动可单独存在；但侧屈与旋转两者相互关联并存，即侧屈时必然伴有旋转，旋转时必然侧屈，称为共轭现象。
ü不同平面侧屈时所伴随的轴性旋转角度如下：C2椎每侧屈3°，伴有2°的旋转；C7椎每侧屈7.5°，伴1°轴型旋转。从C2到C7椎，伴随侧屈的轴性旋转度越来越小，这可能与小关节面的倾斜度自上而下逐渐增加有关。
l颈椎活动的共轭特征：
ü在寰枢关节，C1在纵轴上的轴性旋转总伴有纵轴方向上的平移，这与该关节的双凸形状和齿突的方向有关。
ü在下颈椎，侧屈时棘突转向凸侧，从C2-C7，伴随侧屈的轴性旋转度越来越小，这可能与小关节面的倾斜度自上而下逐渐增加有关。
4、脊髓的生物力学特点：
?脊髓自我保护功能——脊髓的载荷-长度曲线有明显不同的两个阶段：
（1）初始阶段：很小的载荷即可产生大的变形；
（2）第二阶段：相对较大的载荷只产生较小的变形。
?脊髓的自我调节：
l颈、胸、腰椎管在屈位时伸长，而伸位时缩短：
（1）屈位：与中立位比较，椎管中线的长度增加，椎管后壁的长度增加幅度比椎管前壁长度增加的幅度大。
（2）伸位：椎管前壁、中线、后壁均缩短，但以椎管后壁缩短最明显。
l脊髓长度改变的同时伴有其截面积的变化，其截面在伸位时增大，屈位时变小。颈椎由全屈转为全伸位时，脊髓截面从接近圆形变为椭圆。
l椎管长度的变化总是伴有脊髓的相应变化，脊髓的折叠与展开机制可以满足脊柱从完全伸直到完全屈曲所需的70%-75%的长度变化，其余25%-30%即生理活动的极限部分，则由脊髓组织本身的弹性变形来完成。
l脊髓周围软组织（神经根丝、齿状韧带、硬膜外脂肪等）对脊髓有支持和限定作用。
?脊髓固定：脊髓受三层膜和两个间隙的液体保护，
l齿状韧带有一定的弹性，其载荷-长度曲线可分为两部分：
ü载荷较小时，延长相对较明显
ü载荷达到一定程度后，其相对延长较少直至断裂。
昌仁安哥
