脊柱生物力学与相关疾病(骨伤科)-ppt课件.ppt
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1、脊柱生物力学与脊柱相关疾病脊柱生物力学与脊柱相关疾病 脊柱相关疾病是依中医脏腑相关、表里相关、气血经脊柱相关疾病是依中医脏腑相关、表里相关、气血经络相关学说为基础,运用现代临床医学、基础医学、生物络相关学说为基础,运用现代临床医学、基础医学、生物力学及生物医学工程学等多学科研究方法,从脊柱力学特力学及生物医学工程学等多学科研究方法,从脊柱力学特性及其效应出发研究脊柱与疾病关系的一门科学。脊柱相性及其效应出发研究脊柱与疾病关系的一门科学。脊柱相关疾病是指由于脊柱力学不平衡而致肌张力失衡,骨关节关疾病是指由于脊柱力学不平衡而致肌张力失衡,骨关节轻度位移,压迫刺激周围的血管神经,引起身体其他系统轻度
2、位移,压迫刺激周围的血管神经,引起身体其他系统的相应症状、体征。发生疾病的脏器或组织均与脊柱相互的相应症状、体征。发生疾病的脏器或组织均与脊柱相互分离且有各自的功能。分离且有各自的功能。 一、脊柱生物力学特性二、脊柱的运动三、脊柱损伤四、脊柱失稳五、脊柱畸形六、脊柱疼痛七、常见脊柱相关疾病一、脊柱生物力学特性一、脊柱生物力学特性(一)基本概念(一)基本概念力的要素力的要素力的效应:速度、变形力的效应:速度、变形应力应力- -应变应变应力集中应力集中应力适应应力适应空间极化效应空间极化效应结构代偿结构代偿机能代偿机能代偿 力的概念:力是物体间的作用,这种作用使物体的运动力的概念:力是物体间的作用
3、,这种作用使物体的运动状态和形状发生改变,力的效应用牛顿第一状态和形状发生改变,力的效应用牛顿第一. .第二定律和胡第二定律和胡克定律表述。克定律表述。 牛顿第一定律:任何质点,如果不受力的作用,它将保牛顿第一定律:任何质点,如果不受力的作用,它将保持静止或匀速直线运动。持静止或匀速直线运动。 牛顿第二定律:质点受力所产生的加速度与力成正比,牛顿第二定律:质点受力所产生的加速度与力成正比,与质点的质量成反比,加速度的方向与力的方向相同。与质点的质量成反比,加速度的方向与力的方向相同。 胡克定律:弹性杆件受拉(或受压)时,应力与应变成胡克定律:弹性杆件受拉(或受压)时,应力与应变成正比,即:正比
4、,即: 为应力(单位面积所受的力),为应力(单位面积所受的力), 为应变(单位长为应变(单位长度的伸长或缩短),为弹性系数或弹性模量。度的伸长或缩短),为弹性系数或弹性模量。外力及其分类:外力及其分类:1 1、按分布情况分为体积力和表面力;、按分布情况分为体积力和表面力;2 2、按作用时间分为永久载荷和暂时载荷;、按作用时间分为永久载荷和暂时载荷;3 3、按作用性质分为静载荷和动载荷。、按作用性质分为静载荷和动载荷。外力作用应力应变破坏骨细胞与成骨细胞活性相同成骨细胞活跃骨生长面积加大降低破坏骨细胞活跃骨萎缩面积减小增大 空间极化效应:空间极化效应: 空间极化效应是一切生命物质的基本属性。骨的
5、空间极化效应是一切生命物质的基本属性。骨的空间极化、效应是指骨细胞的活性在应力作用下的方空间极化、效应是指骨细胞的活性在应力作用下的方向性。骨所承受的大部分生理载荷是肌肉的牵拉力,向性。骨所承受的大部分生理载荷是肌肉的牵拉力,体重的载荷不足肌力载荷的体重的载荷不足肌力载荷的0.3%0.3%,这两种力不仅是骨,这两种力不仅是骨发生畸变的载荷,而且也间接控制着骨细胞活性的空发生畸变的载荷,而且也间接控制着骨细胞活性的空间极化、骨的形状、大小和定位。间极化、骨的形状、大小和定位。 骨骼的形状取决于周围环境的纵向骨骼的形状取决于周围环境的纵向和横向载荷。这些载荷受以下因素影响:和横向载荷。这些载荷受以
6、下因素影响:1 1、肌肉牵拉点和方向;、肌肉牵拉点和方向;2 2、肌肉起止是、肌肉起止是以点的方式还是以面的方式;以点的方式还是以面的方式;3 3、各组肌、各组肌肉的相对能量;肉的相对能量;4 4、正常情况下肌肉的定、正常情况下肌肉的定时收缩。时收缩。 应力集中及其后果:应力集中及其后果: 骨折、骨质增生、筋膜肥厚、关节畸形、局部软组织骨折、骨质增生、筋膜肥厚、关节畸形、局部软组织张力增高。张力增高。 显微骨折显微骨折 显微修复显微修复 再骨折再骨折 再修复再修复 对于内固定系统来讲,灾难性的弯曲、松动、断裂的对于内固定系统来讲,灾难性的弯曲、松动、断裂的发生是不可避免的。发生是不可避免的。
7、人体避免应力集中的机制:人体避免应力集中的机制: 关节活动、肌肉收缩、结构形状。关节活动、肌肉收缩、结构形状。(二)椎骨的力学特性(二)椎骨的力学特性 皮质骨壳、松质骨核、软骨终板、椎弓、关节突皮质骨壳、松质骨核、软骨终板、椎弓、关节突 (三)椎间盘的力学特性(三)椎间盘的力学特性 受力与变形、松弛蠕变和滞后、内压与自动封闭受力与变形、松弛蠕变和滞后、内压与自动封闭 (三)椎间连接的力学特性(三)椎间连接的力学特性z限制运动、吸收能量限制运动、吸收能量颈颈33颈颈5 5椎骨的抗压强度椎骨的抗压强度终板的断裂机制终板的断裂机制A A、B B:无蜕变的椎间:无蜕变的椎间盘受压在髓核内产生盘受压在髓
8、核内产生压力,终板的中心部压力,终板的中心部受压;受压;C C、D D:蜕变的椎间盘:蜕变的椎间盘由纤维环传递压力,由纤维环传递压力,终板边缘承受载荷。终板边缘承受载荷。椎弓的断裂载荷椎弓的断裂载荷A A、B B、C C代表三代表三个实验中不同的个实验中不同的加载方式的断裂加载方式的断裂载荷。载荷。椎间盘的各向异性椎间盘的各向异性A A:表示纤维环在:表示纤维环在不同方向的刚度;不同方向的刚度;B B:比较纤维环在:比较纤维环在两个方向的强度。两个方向的强度。 弯曲造成的椎间盘突出,前屈和后伸都在弯曲造成的椎间盘突出,前屈和后伸都在凹侧膨出,而在凸侧椎间盘受拉凹侧膨出,而在凸侧椎间盘受拉 (1
9、 1)椎间盘的)椎间盘的蠕变行为,无蜕变的蠕变行为,无蜕变的间盘(间盘(0 0度)需要相度)需要相对长的时间达到较小对长的时间达到较小变形变形(2 2)承受压缩载荷)承受压缩载荷的无蜕变间盘的无蜕变间盘A A:在髓核内产生:在髓核内产生压力作用于终板压力作用于终板和纤维环和纤维环B B:纤维环内应力:纤维环内应力分布分布(3 3)承受压缩载荷)承受压缩载荷的蜕变间盘的蜕变间盘A A:载荷通过纤维:载荷通过纤维环传递环传递B B:纤维环内应力:纤维环内应力分布分布承载后的间盘内压力承载后的间盘内压力A A: 测量示意图测量示意图B B: 测量结果测量结果间盘损伤后的间盘损伤后的生物力学行为生物力
10、学行为A A:间盘的三种损:间盘的三种损伤方式伤方式B B:载荷:载荷桡度曲桡度曲线线二、脊柱的运动二、脊柱的运动脊柱运动的方向性脊柱运动的方向性坐标系统、运动节段、平移、旋转、耦合运动坐标系统、运动节段、平移、旋转、耦合运动运动脊柱的肌肉运动脊柱的肌肉结构特点、速度杠杆、力量杠杆、运动方式结构特点、速度杠杆、力量杠杆、运动方式脊柱的运动方式:脊柱的运动方式:主动运动、被动运动、负重运动、主动运动、被动运动、负重运动、辅助被动运动。辅助被动运动。以骶骨角作原点的直角坐标系以骶骨角作原点的直角坐标系 以一个运动段的上位椎体为中心的直角坐标系,显以一个运动段的上位椎体为中心的直角坐标系,显示椎体在
11、空间的位移示椎体在空间的位移运动的螺旋轴运动的螺旋轴 颈椎在矢状面上颈椎在矢状面上平移和旋转时,颈曲平移和旋转时,颈曲的曲率半径的大致变的曲率半径的大致变化,显示了颈化,显示了颈1 1、4 4、7 7在完全屈伸过程中在完全屈伸过程中的前后移动的前后移动颈脊柱运动的重要耦合形式颈脊柱运动的重要耦合形式当头颈向右侧弯时,棘突偏向左侧当头颈向右侧弯时,棘突偏向左侧颈脊柱运动的重要耦合形式颈脊柱运动的重要耦合形式当头颈向右侧弯时,棘突偏向左侧当头颈向右侧弯时,棘突偏向左侧下位颈椎瞬时旋转轴的大致位置下位颈椎瞬时旋转轴的大致位置 E E是从中立位到后伸位时是从中立位到后伸位时IARIAR的位置,的位置,
12、F F是从中立位到前屈位是从中立位到前屈位时时IARIAR的位置,的位置,L L表示左侧旋转轴,表示左侧旋转轴,R R表示右侧旋转轴,?表示侧表示右侧旋转轴,?表示侧弯的弯的IARIAR没有公认意见没有公认意见颈椎的旋转运动是椎间盘的高度、直径和材料的函数颈椎的旋转运动是椎间盘的高度、直径和材料的函数脊柱不同节段的旋转角度脊柱不同节段的旋转角度三、脊柱损伤三、脊柱损伤损伤机制损伤机制高能损伤、低能损伤、静力损伤高能损伤、低能损伤、静力损伤损伤部位损伤部位前柱损伤、后柱损伤、脊髓损伤前柱损伤、后柱损伤、脊髓损伤颈椎损伤、胸椎损伤、腰椎损伤、骨盆损伤颈椎损伤、胸椎损伤、腰椎损伤、骨盆损伤损伤治疗损
13、伤治疗保守、手术、微创保守、手术、微创 绞刑骨折的病理机制后侧绞刑骨折的病理机制后侧附件断裂,前侧纤维环分离附件断裂,前侧纤维环分离 存在于存在于X X轴上的强大弯矩造成的拉伸型损伤轴上的强大弯矩造成的拉伸型损伤 双侧关节突脱位的损伤机制双侧关节突脱位的损伤机制四、脊柱失稳四、脊柱失稳失稳的原因失稳的原因损伤、疾病、外科手术损伤、疾病、外科手术失稳的表现失稳的表现结构、功能、特殊姿态结构、功能、特殊姿态失稳的处理失稳的处理治标、治本、标本兼治治标、治本、标本兼治正常脊柱生理曲度正常脊柱生理曲度重力垂线应通过正常重力垂线应通过正常生理曲度各段交界处生理曲度各段交界处五、脊柱畸形五、脊柱畸形先天性
14、畸形先天性畸形发育性畸形发育性畸形姿势性畸形姿势性畸形六、脊柱疼痛六、脊柱疼痛病因学的生物力学因素病因学的生物力学因素诊断学的生物力学因素诊断学的生物力学因素治疗学的生物力学因素治疗学的生物力学因素七、常见脊柱相关疾病七、常见脊柱相关疾病临床表现临床表现一般症状体征一般症状体征特殊症状体征特殊症状体征常用诊断方法常用诊断方法病史采集的价值病史采集的价值鉴别诊断与动态观察鉴别诊断与动态观察作好应急处理作好应急处理交感干交感干 颈段脊椎损伤的临床表现颈段脊椎损伤的临床表现 颈段脊椎损伤在临床以头面部五官症状颈段脊椎损伤在临床以头面部五官症状和颅脑神经症状为主要表现。和颅脑神经症状为主要表现。 颈部
15、神经血管颈部神经血管 颈上神经节及其分支颈上神经节及其分支颈中、下神经节及其分支颈中、下神经节及其分支 一、眩一、眩 晕晕 一般认为,眩晕多由于颈椎错位,局部软组一般认为,眩晕多由于颈椎错位,局部软组织水肿,炎性渗出,肌肉痉挛,刺激压迫椎动脉及织水肿,炎性渗出,肌肉痉挛,刺激压迫椎动脉及其周围的交感神经纤维或颈上神经节,反射性引起其周围的交感神经纤维或颈上神经节,反射性引起椎椎基底动脉系缺血,临床常由于头颈部位置改变基底动脉系缺血,临床常由于头颈部位置改变而发生,故又称而发生,故又称“位置性眩晕位置性眩晕”,轻者呈一过性发,轻者呈一过性发作,过后无任何不适,重则天旋地转,卧床不起,作,过后无任
16、何不适,重则天旋地转,卧床不起,稍改变头颈部位置则症状加剧。眩晕发作时伴有嗯稍改变头颈部位置则症状加剧。眩晕发作时伴有嗯心、呕吐,出冷汗,心悸心慌,四肢冰冷等植物神心、呕吐,出冷汗,心悸心慌,四肢冰冷等植物神经功能紊乱症状。多节颈椎的错位均可诱发眩晕。经功能紊乱症状。多节颈椎的错位均可诱发眩晕。 二、头二、头 痛痛 疼痛的部位可局限于眶周、颞部、枕部、顶部疼痛的部位可局限于眶周、颞部、枕部、顶部或一侧头部,疼痛的程度可从轻微隐痛、不适到刺或一侧头部,疼痛的程度可从轻微隐痛、不适到刺痛或跳痛。常伴有眩晕、眼胀、心悸、鼻塞、出冷痛或跳痛。常伴有眩晕、眼胀、心悸、鼻塞、出冷汗等植物神经功能紊乱症状,
17、有人称之为汗等植物神经功能紊乱症状,有人称之为“颈性偏颈性偏头痛头痛”。我们体会,头痛的部位与颈椎椎体错位的。我们体会,头痛的部位与颈椎椎体错位的方向有关。环椎错位多引起同侧头面部疼痛,枢椎方向有关。环椎错位多引起同侧头面部疼痛,枢椎错位多引起同侧枕颞部的疼痛。错位多引起同侧枕颞部的疼痛。 三、眼部症状三、眼部症状 以眼胀、视力疲劳症状较多见。患者在阅读或看以眼胀、视力疲劳症状较多见。患者在阅读或看电视时,因眼胀、眼涩、流泪、昏花而不能持久,多电视时,因眼胀、眼涩、流泪、昏花而不能持久,多伴有同侧头痛,很多中年患者配镜后,上述症状不能伴有同侧头痛,很多中年患者配镜后,上述症状不能缓解,严重者表
18、现为视力明显下降甚至失明。有的则缓解,严重者表现为视力明显下降甚至失明。有的则表现屈光不正,眼睑下垂等。表现屈光不正,眼睑下垂等。 四、鼻部症状四、鼻部症状 常见症状有鼻塞、流清涕、鼻孔内异样感觉,以常见症状有鼻塞、流清涕、鼻孔内异样感觉,以单侧为多,与环境、气候变化有关。发病与环枢椎错单侧为多,与环境、气候变化有关。发病与环枢椎错位有密切关系,多为错位方向的同侧。可能是由于颈位有密切关系,多为错位方向的同侧。可能是由于颈交感神经受刺激后,鼻粘膜的血管处于敏感状态,对交感神经受刺激后,鼻粘膜的血管处于敏感状态,对正常的物理、化学刺激因素反应强烈,血管的舒缩功正常的物理、化学刺激因素反应强烈,血
19、管的舒缩功能失调,而使鼻粘膜肿胀、充血及出现卡他性渗出。能失调,而使鼻粘膜肿胀、充血及出现卡他性渗出。有的病人出现嗅觉异常,甚至形成过敏性鼻炎。有的病人出现嗅觉异常,甚至形成过敏性鼻炎。 五、咽喉部症状五、咽喉部症状 主要表现为失音、声音嘶哑、咽部异物主要表现为失音、声音嘶哑、咽部异物感感( (即中医的梅核气即中医的梅核气) ),吞咽困难,甚至引起,吞咽困难,甚至引起慢性咽炎而出现咽部不适,分泌物增多,刺慢性咽炎而出现咽部不适,分泌物增多,刺激性咳嗽,激性咳嗽, 咽部疼痛、充血。其原因主要咽部疼痛、充血。其原因主要为颈交感神经刺激后,通过颈上节的分支为颈交感神经刺激后,通过颈上节的分支咽支而引
20、发的症状。咽支而引发的症状。 六、耳部症状六、耳部症状 耳部症状主要表现为耳鸣、耳聋。耳鸣可发耳部症状主要表现为耳鸣、耳聋。耳鸣可发生在单侧或生在单侧或 双侧,声如蝉鸣,甚如机器轰鸣,双侧,声如蝉鸣,甚如机器轰鸣,病情严重者,连日常有声调较高的讲话声、金病情严重者,连日常有声调较高的讲话声、金属碰撞声而难以忍受。头颈部位置改变时症状属碰撞声而难以忍受。头颈部位置改变时症状可减轻或加剧。有些病人表现为耳胀、听力减可减轻或加剧。有些病人表现为耳胀、听力减退,伴同侧枕部牵拉痛。重者可出现耳聋。退,伴同侧枕部牵拉痛。重者可出现耳聋。 七、颅神经症状七、颅神经症状 以第以第9 9、1212对颅神经损伤症
21、状多见。表现为对颅神经损伤症状多见。表现为呛咳、喑哑、伸舌障碍、语言不清、软腭麻痹呛咳、喑哑、伸舌障碍、语言不清、软腭麻痹等。等。 八、循环系统症状八、循环系统症状 颈部交感神经受刺激可出现血压异常颈部交感神经受刺激可出现血压异常( (高血高血压、低血压压、低血压) ),雷诺氏症,以及类冠心病症状,雷诺氏症,以及类冠心病症状,如胸闷、胸痛、气短、心悸等,甚至出现心律如胸闷、胸痛、气短、心悸等,甚至出现心律失常。失常。九、其他症状九、其他症状 颈、肩、臂痛,肌肉萎缩,功能障碍,颈、肩、臂痛,肌肉萎缩,功能障碍,失眠,嗜睡,记忆力减退,二便失调,共济失眠,嗜睡,记忆力减退,二便失调,共济失调,肢体
22、震颤、麻痹,三叉神经痛,血管失调,肢体震颤、麻痹,三叉神经痛,血管神经性水肿,精神分裂症,癫痫,哮喘,以神经性水肿,精神分裂症,癫痫,哮喘,以及消化、内分泌、泌尿生殖等系统的疾病。及消化、内分泌、泌尿生殖等系统的疾病。 胸脊椎损伤的临床表现胸脊椎损伤的临床表现 胸椎两侧为足太阳膀胱经的胸椎两侧为足太阳膀胱经的循行部位,很多内脏的俞穴位于循行部位,很多内脏的俞穴位于这个部位,临床表现主要以内脏这个部位,临床表现主要以内脏的功能失调为主。的功能失调为主。 一、胸脊神经激惹症状一、胸脊神经激惹症状 表现为损伤的神经节段支配区的放射性或局限性表现为损伤的神经节段支配区的放射性或局限性疼痛、麻木、肌肉痉
23、挛或肌肉萎缩。例如胸疼痛、麻木、肌肉痉挛或肌肉萎缩。例如胸7 7至胸至胸1010脊神经受激惹,引起季肋部疼痛或束带感脊神经受激惹,引起季肋部疼痛或束带感, ,胸胸8 8和胸和胸1212脊神经受激惹,产生下腹部及腹股沟区的疼痛并向会脊神经受激惹,产生下腹部及腹股沟区的疼痛并向会阴部放散。阴部放散。 二、植物神经功能紊乱症状二、植物神经功能紊乱症状 上段胸脊椎上段胸脊椎( (胸胸1 1至胸至胸5)5)损伤的症状主要表现为头、损伤的症状主要表现为头、 颈、胸腔脏器和上肢的感觉异常及功能紊乱。与颈脊椎颈、胸腔脏器和上肢的感觉异常及功能紊乱。与颈脊椎交感神经受激惹的症状相似,如头、颈、胸背、上肢的交感神
24、经受激惹的症状相似,如头、颈、胸背、上肢的血管运动机能失调、汗液分泌紊乱。上述部位的皮肤表血管运动机能失调、汗液分泌紊乱。上述部位的皮肤表现为苍白、潮红、冰凉、灼热、多汗或无汗等。心血管现为苍白、潮红、冰凉、灼热、多汗或无汗等。心血管和呼吸系统的功能紊乱亦和上胸椎损伤有关,表现为心和呼吸系统的功能紊乱亦和上胸椎损伤有关,表现为心悸、心律失常、假性心绞痛、胸闷、胸部堵塞和压迫感悸、心律失常、假性心绞痛、胸闷、胸部堵塞和压迫感、呼吸不畅、喘咳或痉挛性呛咳以及哮喘等。、呼吸不畅、喘咳或痉挛性呛咳以及哮喘等。 中下段胸脊椎中下段胸脊椎( (胸胸5 5至胸至胸12)12)损伤的症状主要表现损伤的症状主要
25、表现为腹腔实质性器官和结肠脾曲以前的消化道功能紊为腹腔实质性器官和结肠脾曲以前的消化道功能紊乱症状。以食欲不振、脘腹胀满、胃痛、腹痛、腹乱症状。以食欲不振、脘腹胀满、胃痛、腹痛、腹泻、便秘等消化道功能紊乱症状多见。长期的内脏泻、便秘等消化道功能紊乱症状多见。长期的内脏运动和分泌功能紊乱,最终可导致器官的实质性病运动和分泌功能紊乱,最终可导致器官的实质性病变。如胃十二指肠溃疡、慢性胃炎、胃下垂、慢性变。如胃十二指肠溃疡、慢性胃炎、胃下垂、慢性结肠炎、胆囊炎等。结肠炎、胆囊炎等。 腰脊椎和骶髂关节损伤的临床表现腰脊椎和骶髂关节损伤的临床表现 腰脊椎和骶髂关节损伤主要表现为腰脊椎和骶髂关节损伤主要表
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