脊柱的生物力學

 

脊柱的生物力學

澄村企業行 李廷暉

  近代生物力學在人體脊柱醫學研究的應用,對於脊柱病和其繼發疾病,有了充分的理解,為結構整治術提供了明確的理論基礎,亦為人體常見疾病的臨床治療指引了正確的方向本篇的內容主要討論正常脊柱結構的生物力學)。生物力學不同於一般如固體力學、流體力學等的力學概念,至少直到今天為止,還沒有一件人造機器能够像人體那樣快速而準確地執行和完成各種複雜的生理活動,而且無論是在意識或無意識的狀態下都是那麽的完美。因此,在探討人體的局部以至整體的力學問題時,必須考慮到生命活動的因素,才不致偏離生物力學的特性,也才能理會它們都是唯一的、沒有備份的道理

  脊柱有三個基本的生物力學功能,即將上半身的體重傳遞到骨盆提供三度空間生理活動保護脊髓和神經根

  脊柱是人體直立狀態的支柱,因地心引力的關係,隨時承受擠壓、彎曲、拉張、剪切、旋轉及其綜合運動的各種應力作用,這些機械應力不僅對脊柱病的發生與演變過程具有一定的影響,亦為脊柱退行性變化的機理提供理論依據

  脊柱是身體骨架的主體結構,既要對抗地心引力,維持身體的姿勢,還要完成各種複雜的運動。它不僅是一個靜力支持結構,也是一個可完成各種生理活動的動力結構,這種力學上的雙重負荷,由脊椎骨及連結脊椎骨的椎間盤、韌帶和關節組織提供內源性的穩定,而肌肉則提供外源性的支持,一旦超越脊柱結構組織的生理負荷而造成上述任何組織損傷,均可帶來嚴重影響

  脊柱的生理活動是多個功能單位的聯合運動,包括沿冠狀軸的屈伸運動沿矢狀軸的側屈運動沿垂直軸的旋轉運動,以及其綜合運動。由於各節段脊柱結構組織構成的不同,它們的運動形式與運動幅度亦有差異,頸段脊柱由於無肋骨、椎間盤相對上較厚、椎板不相重叠、上下關節面平行位等多種因素,有利於頸椎作較大幅度的屈伸、側屈和旋轉活動,是脊柱活動度最大的部份。胸段脊柱受關節面和棘突角度以及肋骨架的限制,整個胸段脊柱幾乎不能屈曲,但可作側屈和旋轉運動。腰段脊柱則因為腰椎關節面有利於屈伸運動,但側屈與旋轉則受到限制。

  如果脊柱像一隻多孔的鋼管,則其穩固性將是相當地完美,而所謂脊柱不穩或失穩將不復存在,則脊柱病與相關的疾病亦無從發生,但人體的活動必然因此而僵化不便。動物(包括人)是靠活動求生存的,脊柱如鋼管樣的設計是非常不合理,而在自然界物種進化當中,一點點不合理,早就被淘汰滅種了。順應適者生存的自然法則,人體脊柱必須犧牲些許穩固性為代價以換取靈活性,因此,形成了以牢固的多節活動結構為基礎的構成形式,解決了靈活與穩固兩方面的矛盾與對立,使得脊柱不僅對體重能够提供可靠的支撑,還能够保持最大限度的彈性和可彎曲性,適應各種繁雜的運動。人類的脊柱經漫長的進化演變到目前的狀態,使之可同時滿足多方面的要求,其結構之精細巧妙,使其功能之發揮,達到了近乎完美的程度。

  就力學觀點而言,脊柱在負重及運動中仍具有一些先天上的不利條件,如腰骶部交界面並非水平,上半身體重通過第腰椎“”在前傾約三十度的斜坡上,存在着沿骶骨底前滑的趨勢,骶骨傾斜角度越大,這種前滑的趨勢越大,亦即上半身體重越重,這種向前下滑出去的趨勢也越大(如同穿着高跟鞋一般)。而阻止這個前滑的力,主要依靠腰骶椎間盤、相應韌帶及其後方的關節突關節等結構,加上腰骶部周圍肌肉的出力共同承擔。比較特別的是處於這種動靜過渡或動靜結合的部位,運動時將承受更大的負荷,尤其是最容易造成腰4~骶1椎間盤損傷的扭力脊柱某些特定部位亦存在類似弱點,如以及交接處皆為容易損傷的部位

  人類是唯一以二脚直立行動的脊椎動物,每天一睜開眼睛,就活動在地心引力的作用之下,「脊柱病」可以說是人類的「專利病」,是宿命,因此,人類常見病之百分之八九十皆源於「脊柱病亦就不足為奇,這也就說明了預防和治療疾病與身體結構整治的奇妙關係,而簡單的倒立位運動整足運動則活用了人體生物力學的巧妙,如此而已!

  脊柱的生理曲度增加了脊柱的穩定度、活動度、彈性和靈活性,而脊柱的主要載荷來自體重、韌帶等結構組織產生的張力和肌肉活動三部份。正常人的脊柱曲度在生理範圍內是可變的,負重變化與姿勢變換都是影響脊柱曲度的主要因素,而同時椎間盤承受的壓力亦隨之改變,根據研究結果顯示,一個體重七十公斤的男人靜止站立時,其第三腰椎間盤所受到的壓力,應為一百四十公斤左右,但實際測得約一百公斤,這是因為腰部的脊柱曲度將壓力傳遞分散到他處的緣故。如果腰椎曲度改變,壓力亦隨之改變,坐姿第三腰椎間盤壓力比立姿大,因為坐姿使腰椎曲度變小。如果坐位時上半身向前傾,將使腰椎變直,曲度消失,壓力可上升至一百九十公斤左右。仰臥位時,壓力只有二十公斤左右(因為脊柱與地面平行,沒有地心引力的正壓力,但腰椎曲度仍然存在,壓力是由腰肌牽拉產生),若墊高下肢維持髖、膝關節屈曲位時,由於腰肌鬆弛,腰椎變直幾乎不受壓力。側臥位時,壓力大約為七十公斤左右。

  脊柱生理曲度可因外傷、姿勢不良、疾病、老化等而呈病理性改變,則身體重力的傳導失去平衡,終將導致脊柱結構異常和肌肉失衡,失穩的脊柱在某些誘因誘發之下,立即出現臨床症狀實際上,在臨床症狀還未出現以前,身體通常已有自覺性的癥候顯現

  因此,不論就預防的觀點或是治療的實踐,倒立位運動既可消弭每日的勞損於日常運動中,防患疾病於未然,亦可從自身體重重力牽引肌肉鍛煉運動中,遂步糾正脊柱結構異常,恢復其生理曲度與穩定性,獲得結構功能的良性循環,增強體質,增進健康

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