2.1  纳入文献基本情况  研究内容由第一作者依据纳入排除标准独立提取，主要侧重腰椎间盘、髓核、纤维环及软骨板的生物力学特性相关研究。共纳入49篇文献，从腰椎间盘结构特点、不同载荷的影响、腰椎间盘内压力、腰椎间盘退行性改变的生物力学特点、腰椎间盘的力学模型建立以及腰椎间盘相关问题的发生机制几个方面进行归纳和总结(图1)。
2.2  纳入资料的研究结果特征
2.2.1  腰椎间盘的结构及生物力学特点
髓核：髓核是一种液态物质，它包括一个由散在分布糖蛋白的Ⅱ型胶原网络，因此，组织中水分含量较高，由此产生的渗透性膨胀是髓核力学定义上的一个典型特征。除了腰段髓核稍靠向椎间盘后部，所有髓核都位于椎间盘的中部，内部胶状物由纤维环所包围，纤维环有纤维软骨组织构成。当椎间盘受压时，髓核承受的75%的压力，其余25%的压力分布到纤维环，事实上，髓核还会通过本身变形转移部分压力到纤维环上，而髓核同时具有稳定脊柱运动的功能^[1]。一些学者就正常与退变髓核细胞的黏弹性固体蠕变特征以及变形能力进行研究，发现正常和退变髓核细胞都表现为典型的黏弹性固体蠕变特征；退变髓核细胞黏弹性与正常髓核细胞相比没有明显变化，退变髓核细胞的变形能力比正常髓核细胞差^[2-3]。
纤维环：纤维环为多层致密的结缔组织彼此斜行交织而成，自边缘向中心分布，纤维环内含纤维软骨及丰富的胶原纤维。胶原纤维以髓核为中心，呈层状排列(20-25层)。外层由Ⅰ类胶原纤维构成，由外向内Ⅱ类胶原纤维逐渐增多，到达髓核处均为Ⅱ类胶原纤维，各层之间有黏合物质牢固结合。许海委等[4]通过探讨不同脱细胞处理方法对猪尾椎间盘纤维环生物力学特性及组织结构的影响，为建组织工程纤维环提供实验依据，并得出以下结论：Triton X-100 组处理后的猪尾椎间盘纤维环无细胞残留，结构无破坏，基质成分及力学性能保存良好，适合于构建组织工程纤维环。王宇等^[5]提出纤维环超弹性纤维加强材料本构模型，并对这个模型进行模拟分析和实体标本实验，经验证可以用于人体椎间盘纤维环的模型建立与生物力学分析。董兴成[6]通过对兔椎间盘纤维环支架进行脱细胞处理，也发现脱细胞方法对纤维环支架胶原成分和生物力学无明显的影响，而纤维环经脱细胞处理后可作为组织工程椎间盘纤维环支架材料。
软骨板：软骨板又称软骨终板，由透明软骨和骨性结构两部分组成，终板软骨是由水合的蛋白聚糖分子附着于胶原纤维构成的网络而组成。此板与上下椎体骨面相邻，是胎儿时期供应椎间盘的血管通过处，是以后椎体与椎间盘组织液彼此渗透的通道^[7]。中央较薄，周围增厚隆起，形成一环状骨突^[8]。终板的头侧是椎间盘，尾侧是椎体，正常人椎间盘临近的终板阻止富含水的髓核突入临近的椎体中，同时吸收了由于脊柱机械负荷产生的流体静力压^[9]。终板易受力学破坏的影响，这是椎间盘结构的薄弱环节。Natarajan等^[10]运用有限元模型分析在不同条件下引发椎间盘退变的可能性，实验表明椎体运动节段的力学破坏总是始于终板和其下骨质的分离。
终板表面的生物力学特性分布并不是均一的，不同部位的最大抗压强度不同。一些实验证明腰椎终板表面外周部的生物力学强度大于中央部，最大压缩力由前向后有逐渐增大的趋势，腰椎终板的最大抗压部位位于终板的后外侧部，腰椎终板最大抗压力与骨密度呈显著正相关，骨密度对腰椎终板生物力学分布无明显影响^[11]。而在垂直压缩载荷下，较上位的椎间盘软骨终板的压力高于相对下位的椎间盘软骨终板的力。在200-800 N的范围内，椎间盘软骨终板上的压力与载荷相正相关，两者呈线性关系；脊柱不稳标本及脊柱后路内固定后标本其上、下位椎间盘软骨终板压力大于正常标本的相应压力，且压力中心有后移趋势；在施加交变的垂直压缩载荷时，椎间盘软骨终板上的压力不但与载荷的振幅有关，而且随着载荷频率的增加而增加^[12]。
2.2.2  不同载荷对腰椎间盘及相关结构的影响  椎间盘能承担和传递负荷，同时限制腰部过度运动，因此具有重要的机械限制和承载功能。同时，由于椎间盘的位置处在两个椎体之间，同时其内外结构组成的特异性，因此椎间盘在机械和功能上均发挥重要作用。脊柱的稳定与腰椎结构的完整性及周围肌肉韧带的附着密切相关，如果腰椎后部任何结构(椎板、关节突、椎弓根峡部、棘突、韧带)损伤均可使腰椎失稳，导致轴向位移增加，间盘水平位移量增加，强刚度下降^[13]。日常生活中，椎间盘以复杂的方式承担负荷，通常是压缩、屈曲和扭转的组合。腰椎的屈曲、伸展及侧屈可对椎间盘产生拉伸和压缩应力，而腰椎旋转是椎间盘的受力主要为剪切应力。
李建军等^[14]就C5-6、T12-L1、L4-5椎间盘及相邻椎体的压缩力学特性进行了研究，研究结果表明应力为5 MPa以内，椎间盘纤维环向外膨出明显，变形量较大，软骨板变形，压缩位移和应变增加较大，当应力达到7 MPa后，软骨板发生骨折，椎间盘在压应力作用下，变形不成线性关系而呈指数关系变化，且3个节段的弯曲实验，更能全面的反映椎间盘与相邻椎体的压缩力学特性。孙培栋^[15]发现脊柱单节段的坚强固定对其邻近节段的生物力学影响主要与其所受生理载荷有关，在后伸运动中，邻近L2/3节段椎间盘压增加幅度随载荷的增加而减小，而椎弓根应力随着载荷的增加而呈线性增加，故持久保持脊柱后伸状态可能是小关节退变的一个诱发因素。还有学者应用有限元分析能形象模拟腰椎活动节段各种载荷下的应力分析，发现不同运动条件下，腰椎运动生理节段的应力集中部位不同，当侧屈时屈侧椎体后部小关节及椎间盘部为应力集中，拉伸侧呈张应力，轴向旋转时后部小关节及椎间盘后部应力较高，屈曲加旋转时椎体及椎间盘前缘，后部小关节处出现应力集中^[16]。
2.2.3  腰椎间盘内压力  椎间盘处于受压状态时，单位面积上所承受的压力大约是外力的1.5倍，因髓核只能轻微压缩，压力使得椎间盘向周围膨出，外围的拉伸应力主要由周围的环状纤维环承担。据估计，椎间盘纤维环后部所承受的拉伸应力是轴向负荷的四五倍。由于椎间盘几何形状的不同，胸椎纤维环所承受的压力要远小于腰椎纤维环的压力。腰椎椎间盘直径与高度的比值较大，因此椎间盘的周围应力也较小。鲍春雨等^[17]研究发现椎间盘内部应力前屈位大于后伸位；且均由上至下呈逐渐增大的趋势。对于内压力，在中医手法安全性验证以及各种手术安全性验证方面，一些学者进行了研究，得出以下结论：循环载荷条件下，坐位椎间盘内压均高于卧位，扳法操作过程中，椎间盘内压增高，会加重退变间盘形变，而且从直立位到侧卧位，正常人腰椎的各椎间盘的相对位移大小因性别差异有很大的不同^[18-19]；椎间盘摘除使近端节段的压力性负荷增加，机制与脊柱载荷重分布有关。进行相关术式改进后，明显减少各向运动时相邻近节段内压力性负荷，从而可降低或避免相邻节段退变的发生率^[20-21]。
2.2.4  腰椎间盘退行性改变的生物力学特点  腰椎间盘退变是椎间盘内组织进行性结构丧失的一种异常表现，主要是因为黏多糖含量减少，导致亲水性下降。当椎间盘含水量降低时，它的弹性降低，储存能量和传递负荷的能力降低，这些改变导致椎间盘脆性增加，承受应力的能力降低。有些学者认为一定大小的剪切应力将会导致椎间盘的退变，载荷与椎间盘退变之间有一定关系^[22]。一些实验表明适度施压有利于软骨细胞合成代谢，对于椎间盘内的干细胞数量也有提升，而持续施加高压则促进分解代谢基因的表达，进而有利于椎间盘的修复以及对于椎间盘退行性改变的预防^[23-27]。Sauerland等^[28]认为椎间盘的代谢更多地依赖于间断性的压力负荷，且与压力负荷的频率和强度相关。Lotz等^[29]研究发现过度的压缩负荷会导致蛋白多糖的合成减少。Lotz 等^[30]的研究证明，异常应力作用可引起椎间盘细胞凋亡。Hutton等^[31]认为异常应力作用下，累计负荷的时间增加也可加快椎间盘细胞的凋亡，使4-硫酸软骨素和蛋白多糖合成减少。Rannou等^[32]在以鼠为模型的实验中，通过施加过度载荷诱导纤维环细胞凋亡，并导致了鼠椎间盘退变。Ruberté等^[33]研究发现，单一水平的椎间盘退变会增加与其邻近椎间盘损伤的风险。有人运用材料力学的第四强度理论就腰椎减压对不同程度退变椎间盘应力分布影响进行研究，发现与健康椎间盘相比，轻度退变椎间盘的运动范围增加，髓核内von Mise应力值在椎间盘轻、中度退变时增加，重度退变时下降，纤维环基质von Mises应力值在轻度退变的椎间盘中增加^[34]。也有研究表明，椎间盘突出后，椎间盘的承载功能下降，关节突的应力水平升高，小关节的负荷增加，从而导致腰椎稳度下降。而退变椎间盘的应力分布发生改变，纤维环周边承受较大应力，髓核的压应力明显降低，软骨终板的应力集中在外周偏后，关节突关节面的应力明显增大^[35-37]。
2.2.5  腰椎间盘的力学模型  目前的力学模型建立主要依靠三维有限元分析的技术，有限元方法可以直观对临床研究的必要补充。就腰椎间盘突出症、腰椎间盘退行性病变、中医手法、手术术式进行模拟，做出生物力学分析，进而对临床实践做出指导，但就建立一个符合腰椎间盘生理参数的模型还有待研究。有研究显示，当模拟按压作用力加至最大300 N时，后伸10°位时临床治疗效果最好，其次为水平位时，最后为前屈30°位时的治疗效果，且应用三维有限元模型可以很好的模拟各种腰部按压手法的状态，并可以得到与生物力学实验基本一致的结果^[38]。在手法过程中，三节段髓核内压力明显降低、椎间距增大、椎间孔容积增大、神经根发生一定的位移^[39]。一些临床手术以及临床推拿手法的实验中验证了腰椎间盘具有生物力学拉伸蠕变特性，并且正常椎间盘样本，随着拉伸荷载增加，其拉伸位移量比退变椎间盘大，正常椎间盘蠕变极限时间比退变椎间盘短^[40-42]。而Chagnon等^[43]发现在有效压力下，纤维环在初始阶段发生蠕变，随后才是髓核的蠕变，该学者认为纤维环的强度、纤维环与髓核之间的渗透度，影响了压力的分布。最近，Noailly 等^[44]研究确定了纤维环的结构参数，完善了人工椎间盘或特殊椎间盘病变模型。

[1]        周士枋,丁伯坦.运动学[M].北京:华夏出版社,2004:42. [2]        任龙韬,卫陈刚,牛建鹏,等.正常与退变髓核细胞的变形能力[J]. 中国组织工程研究,2012,16(48):9030-9033. [3]        范少勇,黄科棣,黄志荣,等.水凝胶替代摘除猪腰椎间盘髓核的生物力学分析[J]. 中国骨科临床与基础研究杂志,2012,4(3):198-202. [4]        许海委,徐宝山,杨强,等. 不同脱细胞方法对猪尾纤维环生物力学特性及组织结构的影响[J]. 医用生物力学,2013,28(4):     448-453. [5]        王宇,彭雄奇.人体椎间盘纤维环各向异性超弹性材料本构模型的数值验证[J]. 西北工业大学学报,2010,28(4):536-540. [6]        董兴成. 组织工程椎间盘纤维环支架构建的实验研究[D]. 第二军医大学,2013. [7]        胡声宇.运动解剖学[M].北京:人民体育出版社, 2000,84. [8]        Kozak JA,Heilman AE,O Brien JP. Anterior lumbar fusion options: Technique and graft materials. Clin Orthop. 1994; 3000 :45-51. [9]        Broberg KB. On the mechanical behaviour of the intervertebral disc. Spine. 1983;8:151-165. [10]     Natarajan RN, Ke JH, Andersson GB. A model to study the disc degeneration process. Spine. 1994; 19:259-265. [11]     侯洋.腰椎终板生物力学特性及其与骨密度关系的实验研究[D].第四军医大学,2010. [12]     肖学军. Tekscan系统测量腰椎软骨终板压力及后路固定对腰椎刚度的影响[D].南方医科大学,2011. [13]     卢廷胜,王以进,尹海磊,等. 半椎板成形术对腰椎抗压强度的影响[J]. 中国矫形外科杂志,2013,21(23):2389-2391. [14]     李建军,张远石,王溪源,等. C5-6、T12-L1、L4-5椎间盘与相邻椎体的压缩力学特性[J].生物医学工程研究,2010,29(3): 193-196. [15]     孙培栋. L3/4不同运动范围对邻近运动节段的生物力学影响[D].南方医科大学,2009. [16]     刘强. 循环载荷条件下模拟腰椎扳法对椎间盘内压的影响[D].中国中医科学院,2013. [17]     鲍春雨,刘晋浩.人体脊柱腰椎节段三维有限元模型的研究与分析[J]. 机械设计,2009,26(9):61-63. [18]     吕立江,包家立,范炳华,等. 杠杆定位手法作用下正常腰椎间盘的应力-应变特性初探[J]. 浙江中医药大学学报,2013,37(10): 1156-1159. [19]     张兰凤,董黎敏,王永清,等.负重及非负重下腰椎间盘的位移测量及意义[J].天津理工大学学报,2013,29(6):50-54. [20]     高巍巍,李殿宁,宋逸先,等.人体新鲜脊柱椎间盘样本拉伸蠕变的实验研究[J].中医药导报,2011,17(1):25-26+29. [21]     姚女兆,王文军,金大地. 新型人工髓核置换对邻近上节段三维运动与椎间盘内压影响的实验研究[J]. 医用生物力学, 2011, 26(1):81-86. [22]     夏冬冬,林胜磊,赵浩增,等. 建立剪切应力导致椎间盘退变模型[J].医用生物力学,2013,28(5):490-495. [23]     邓超,蔡显义,孙永青,等. 压力影响干细胞向兔椎间盘内迁移的初步研究[J]. 中国中医骨伤科杂志,2013,21(12):4-7. [24]     孙旗. 静水压下川芎嗪对兔椎体终板软骨细胞相关基因表达的影响[D].北京中医药大学,2014. [25]     陈江. 静水压下芹菜素对人椎间盘髓核细胞凋亡及基质代谢的影响[D].北京中医药大学,2011. [26]     Handa T,Ishihara H,Ohshima H,et al. Effects of hydrostatic pressure on matrix synthesis and matrix metalloproteinase production in the human lumbar intervertebral disc. Spine. 1997; 22: 1085-1091. [27]     Ishihara H,McNally DS,Urban JP, et al. Effect of hydrostatic pressure on matrix synthesis in different regions of the intervertebral disk. Appl Physiol. 1996; 80: 839-846. [28]     Sauerland K,Raiss RX,Steinmeyer J. Proteoglycan metabolism and viability of articular cartilage explants as modulated by the frequency of intermittent loading osteoarthritis cartilage. Osteoarthritis Catilage. 2003;11: 343-350. [29]     Lotz JC,Collons OK,Chin JR,et al．Compression-induced degeneration of the intervertebral disc: An invivo mouse model and finite-element study. Spine. 1998; 23: 2493 -2506. [30]     Lotz JC,Chin JR. Interverebral disc cell death is dependent on the magnitude and duration of spinal loading.Spine. 2000; 12: 1477-1483. [31]     Hutton WC, Toribatake Y, Elmer WA, et al. The effect of compressive force applied to the intervertebral disc invivo. A study of proteoglycans and collagen. Spine. 1998; 23: 2524-2537. [32]     Rannou F, Lee TS, Zhou RH,et al. Intervertebral disc degeneration: the role of the mitochondrial pathway in annulus fibrosus cell apoptosis induced by overload. Am J Pathol. 2004; 164: 915-924. [33]     Ruberté LM, Natarajan RN, Andersson GB. Influence of single- level lumbar degenerative disc disease on the behavior of the adjacent segments-a finite element model study. J Biomech. 2009; 42(3):341-348. [34]     邢泽军.腰椎减压对不同程度退变椎间盘应力分布影响的有限元分析[D].中国协和医科大学,2010. [35]     黄菊英,李海云,吴浩. 腰椎间盘突出症力学特征的仿真计算方法[J]. 医用生物力学,2012,27(1):96-101. [36]     黄菊英,李海云,菅凤增,等.腰椎间盘突出症有限元模型的建立与分析[J]. 中国现代神经疾病杂志,2012,12(4):394-398. [37]     闫家智,吴志宏,汪学松,等.腰椎间盘退变后应力变化的有限元分析[J]. 中国医学科学院学报,2009,31(4):464-467. [38]     杨学锋,李具宝,李延红,等.模拟按压手法腰椎运动节段三维有限元模型分析[J].中国中医骨伤科杂志,2009,17(10):18-19. [39]     李成山,张晓刚.模拟拔伸按压手法对腰部结构生物力学变化的影响[J]. 中国中医骨伤科杂志,2013,21(3):15-17. [40]     秦明芳,柴晟,黄立新,等.不同工况对腰椎运动节段作用的三维有限元模型分析[J].广西医科大学学报.2010,27(3):417-419. [41]     卫陈刚. 正常和退变髓核细胞粘弹性的测量[D].山西医科大学, 2011. [42]     葛磊,李康华,胡建中,等.腰椎间盘摘除和假体置换对相邻近端节段椎间载荷的影响[J].中南大学学报(医学版),2009,34(3): 230-235. [43]     Chagnon A, Aubin CE, Villemure I. Biomechanical influence of disk properties on the load transfer of healthy and degenerated disks using a poroelastic finite element model. J Biomech Eng. 2010;132(11):111006. [44]     Noailly J, Planell JA, Lacroix D. On the collagen criss-cross angles in the annuli fibrosi of lumbar spine finite element models. Biomech Model Mechanobiol. 2011;10(2):203-219. [45]     段红光.腰椎间盘突出症的发病机制和诊断[J].中国全科医学, 2012,15(36):4227-4230. [46]     段吉芳.腰椎间盘突出症病人的康复保健与健康教育[J].内蒙古中医药,2012,31(2):124-125. [47]     彭宝淦,吴闻文,侯树勋,等.椎间盘源性下腰痛的发病机制[J].中华外科杂志,2004,42(12):19-23. [48]     石善龙.腰椎间盘突出合并侧隐窝狭窄症的发病机制及诊治探讨[D].成都中医药大学,2006. [49]     金晓娜,张党锋.腰椎间盘突出症的发病机制及健康教育[J].医学理论与实践,2011,24(10):1152-1154.

[1]	徐 峰, 康 辉, 魏坦军, 席金涛. 椎弓根螺钉不同固定方法治疗胸腰椎骨折的生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1313-1317.
[2]	张同同, 王中华, 文 杰, 宋玉鑫, 刘 林. 3D打印模型在颈椎肿瘤手术切除与重建中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1335-1339.
[3]	吕 振, 白金柱. 基于McKenzie技术的腰椎运动链训练应用于腰椎间孔镜术后分期康复的前瞻性研究[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1398-1403.
[4]	陈心敏, 李文标, 熊凯凯, 熊晓燕, 郑利钦, 李木生, 郑永泽, 林梓凌. 钉道强化股骨近端防旋髓内钉治疗老年A3.3型股骨转子间骨折：最佳骨水泥量有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1404-1409.
[5]	周继辉, 李新志, 周 游, 黄 卫, 陈文瑶. 髌骨骨折修复内植物选择的多重问题[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1440-1445.
[6]	高 燕, 赵力聪, 赵洪增, 朱园园, 李 杰, 桑德恩. 慢性椎间盘源性下腰痛患者脑静息态低频振幅的改变[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1160-1165.
[7]	刘志超, 张 帆, 孙 旗, 康晓乐, 袁巧妹, 柳根哲, 陈 江. 不同静水压下人椎间盘髓核细胞的形态和活性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1172-1176.
[8]	曾燕华, 郝延磊. 许旺细胞体外培养及纯化的系统性综述[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1135-1141.
[9]	许玉林, 沈 师, 卓乃强, 杨惠麟, 杨 超, 李 洋, 赵 恒, 赵 露. 髋臼后柱骨折3种不同钢板固定后站立及坐立位下的生物力学比较[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 826-830.
[10]	蔡群斌, 邹 霞, 胡剑涛, 陈心敏, 郑利钦, 黄培镇, 林梓凌, 姜自伟. 有限元法分析尖顶距与股骨近端防旋髓内钉固定股骨转子间骨折稳定性的关系[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 831-836.
[11]	宋成杰, 常恒瑞, 石明鑫, 孟宪中. 侧方入路腰椎融合治疗后的生物力学稳定性的研究与进展[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 923-928.
[12]	杨 洋, 姚 羽, 沈孝天, 刘佳佳, 薛建华. 退变腰椎间盘中白细胞介素21的表达及意义[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 690-694.
[13]	谢崇新, 张 磊. 保留与不保留残端重建前交叉韧带术后膝关节退变的比较[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 735-740.
[14]	徐东紫, 张 婷, 欧阳昭连. 心脏组织工程领域全球专利竞争态势分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 807-812.
[15]	吴子健, 胡昭端, 谢有琼, 王 峰, 李 佳, 李柏村, 蔡国伟, 彭 锐. 3D打印技术与骨组织工程研究文献计量及研究热点可视化分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 564-569.

人类的脊柱是一个复杂的结构，由24块独立的椎骨、1块骶骨、1块尾骨以及连结它们23块椎间盘、关节和韧带装置构成。各椎骨的宽度，自第2颈椎至第1骶椎逐渐增大，而自第2骶椎至尾椎，又逐渐减小，这与脊柱受力有关。
脊柱构成人体躯干的中轴和支柱，具有支持负重的功能，其正常弯曲可使身体总重心稍向后移，移至人体中轴的垂线上，有利于维持身体平衡、人体直立和行走；脊柱是一个拱形结构，有良好的弹性，起着传递压力，缓冲震动的作用，脊柱可完成各种基本运动，成为运动时的杠杆。脊柱各椎骨间的运动幅度虽然有限，但整个脊柱的运动范围仍很大，它的主要功能是保护脊髓，将头部和躯干的负荷传递到骨盆。24个椎间关节都借助于临近关节开展3个平面的运动。脊柱稳定性的维持要依靠椎间盘和脊柱周围附着的肌肉和韧带，椎间盘和韧带维持脊柱内部的稳定性，脊柱周围肌肉则为脊柱提供外部支持作用。椎体主要承担来自于躯干上部的压力负荷，这种压力负荷从上向尾椎逐渐增大。因此腰椎的椎体比胸椎和颈椎的椎体厚而宽，这些较大的结构保证了腰椎能够承受较大的负荷。
椎间盘位于两个椎体之间，是一个具有流体力学特性的结构，由髓核、纤维环和软骨板3部分构成，其中髓核为中央部分，纤维环为周围部分，包绕髓核，软骨板为上、下部分，直接与椎体骨组织相连。腰椎间盘能承担和传递负荷，同时限制腰部过度运动，同时，由于椎间盘的位置处在两个椎体之间，同时其内外结构组成的特异性，因此具有重要的机械限制和承载作用。而腰椎是人体活动度较大，承重最多的部分，整个腰椎间盘的厚度为8-10 mm，纤维软骨内粗大的胶原纤维保证了纤维环承受屈曲和扭转时的高负荷量。
日常活动中，椎间盘以复杂的方式承担符合，通常是压缩、屈曲和扭转的组合。腰椎的屈曲、伸展以及侧屈可对腰椎间盘产生拉伸和压缩应力，而腰椎旋转时椎间盘的受力主要为剪切应力。腰椎间盘的内压力主要来源于前后纵韧带和黄韧带，而当椎间盘处于受压状态时，单位面积上所承受的压力大约是外力的1.5倍，因髓核只能轻微压缩，压力使得椎间盘向周围膨出，外围的拉伸应力主要由周围的环状纤维环承担。正因为腰椎间盘的受力如此复杂，所以腰椎间盘在临床上出现的问题较多，因此文章主要针对近年腰椎间盘的生物力学研究进展进行综述如下。

1.1  资料来源 
检索人相关内容：第一作者。
检索时间范围：2009至2014年。
检索词：中文检索词为“椎间盘，髓核，生物力学，纤维环，软骨板”。英文检索词为“intervertebral diac，nucleus pulposus，biomechanics，fibrosis annulus，Cartilage”。
检索数据库：中国期刊全文数据库，网址(www.cnki. net/)；PubMed 数据库，网址 (http://www.ncbi.nlm. nih. gov/pubmed/)。
1.2  资料的纳入与排除标准
纳入标准：①腰椎间盘、髓核、纤维环及软骨板结构的相关研究。②腰椎间盘、髓核、纤维环及软骨板生物力学特性的相关研究。
排除标准：重复及陈旧文献。
1.3  对纳入文献的评价  计算机检索得到5 072篇文献，阅读标题与摘要进行筛选，排除与此文无关及重复陈旧的文献。对于同一领域选择近期发表或在权威杂志上发表的文章。文献的类型主要包括实验研究、临床研究及综述文献。

对腰椎间盘的生物力学特性的研究，有助于充分了解腰椎间盘相关问题的发生机制及发展过程和造成的不良后果。段红光^[45]认为突出腰椎间盘的机械性压迫和来自突出腰椎间盘组织的化学刺激是腰椎间盘突出症的主要发病机制。而段吉芳^[46]在对腰椎间盘突出合并侧隐窝狭窄症的临床观察中，对手术组和非手术组进行疗效对比的时候，观察到腰椎间盘生物力学的研究对于发病机制的影响。彭宝淦等^[47]在探索椎间盘源性下腰痛的发病机制时发现了生理老化椎间盘和疼痛椎间盘的形态学差异，这也有可能在进一步的研究中得出腰椎间盘的生物力学影响作用。
对于腰椎间盘的日常保健及如何能更好的运用“力”这个物理因子解决腰椎间盘的问题具有指导意义。有学者在通过对一系列文献研究认为腰椎间盘突出症是腰椎间盘退行性改变的结果^[48-49]，机械压迫、炎性刺激、自身免疫是引起腰痛和下肢根性神经痛等症状的可能原因，而医护人员可以通过对腰椎间盘的生物力学的认识对腰椎间盘突出的患者在生活护理中减少腰椎及腰椎间盘上的有害负荷(比如剪力、过多过强的压缩拉伸载荷等)、减缓其退变进展、休息固定、腰椎牵引、腰部功能锻炼等方面进行指导，从而减少腰椎间盘突出症的发生，使患者的功能损害减少到最低限度，尽早回归社会。而目前对于腰椎间盘相关疾病的主要运动性训练都是针对于相关肌群的肌力的训练，而对于有针对性的作用于腰椎间盘的力学训练还比较少见。通过合理的三位有限元技术对腰椎间盘相关疾病进行建模，对于疾病的治疗和保健进行更准确的作用和预测，可以减少临床治疗的成本。
只有把腰椎间盘自身的生物力学性质研究透彻全面，才能使临床治疗更有针对性、更加安全、有效。

1 此问题的已知信息：腰椎的屈曲、伸展以及侧屈可对腰椎间盘产生拉伸和压缩应力，而腰椎旋转时椎间盘的受力主要为剪切应力。腰椎间盘的内压力主要来源于前后纵韧带和黄韧带，而当椎间盘处于受压状态时，单位面积上所承受的压力大约是外力的1.5倍，因髓核只能轻微压缩，压力使得椎间盘向周围膨出，外围的拉伸应力主要由周围的环状纤维环承担。
2 文章增加的新信息：在腰椎间盘的结构及生物力学特点方面，退变髓核细胞的变形能力比正常髓核细胞差，一些新型材料可以模拟纤维环在腰椎间盘中的力学结构。对腰椎间盘的生物力学特性的研究，有助于充分了解腰椎间盘相关问题的发生机制及发展过程和造成的不良后果。
3 临床应用的意义：对于腰椎间盘的日常保健及如何能更好的运用“力”这个物理因子解决腰椎间盘的问题具有指导意义。只有把腰椎间盘自身的生物力学性质研究透彻全面，才能使临床治疗更有针对性，更加安全有效。

脊柱构成人体躯干的中轴和支柱，具有支持负重的功能，其正常弯曲可使身体总重心稍向后移，移至人体中轴的垂线上，有利于维持身体平衡、人体直立和行走；脊柱是一个拱形结构，有良好的弹性，起着传递压力、缓冲震动的作用，脊柱可完成各种基本运动，成为运动时的杠杆。脊柱各椎骨间的运动幅度虽然有限，但整个脊柱的运动范围仍很大，它的主要功能是保护脊髓，将头部和躯干的负荷传递到骨盆。24个椎间关节都借助于临近关节开展3个平面的运动。脊柱稳定性的维持要依靠椎间盘和脊柱周围附着的肌肉和韧带，椎间盘和韧带维持脊柱内部的稳定性，脊柱周围肌肉则为脊柱提供外部支持作用。椎体主要承担来自于躯干上部的压力负荷，这种压力负荷从上向尾椎逐渐增大。因此腰椎的椎体比胸椎和颈椎的椎体厚而宽，这些较大的结构保证了腰椎能够承受较大的负荷。

	阅读次数
	全文
	摘要