脊柱相关疾病非手术治疗一般只能缓解症状，不能解决根本问题，但病程后期大多需要手术治疗。无论是微创还是传统开放手术，都会损伤相关组织，而这些损伤会改变正常结构的生物力学性能，最常见的是应力遮挡导致相邻节段负荷增加，加速了邻近节段的退变，最终引发一系列临床症状。

脊柱相关的临床疾病依然是当今社会影响人类健康和生活质量的主要问题，如腰痛、坐骨神经痛、成年或青少年脊柱畸形、脊柱肿瘤以及脊柱创伤等。脊柱是人体的重要力学支撑与运动结构，而与这些疾病相关的生物力学问题在很大程度并没有被认识清楚。

脊柱结构复杂，其主要力学功能是承担并传递压缩、弯曲和扭转的综合载荷。轴向应力方面，中立站立位时前柱和中后柱分别承担 80%和 20%的载荷，且在前屈时前柱应力增加，后伸时中后柱应力增加。而正常行走时，前柱承受载荷将增大到体质量的1～1.5 倍。

脊椎骨的解剖与生物力学

从颈椎至骶骨，椎骨的横截面积逐渐增加，生物力学强度也逐渐增强。脊柱屈曲时，体质量载荷更多作用于椎体，而后伸时则对后部椎弓产生更大的压力。但是随着年龄增加，特别是60岁以后，椎弓所承受的体质量载荷比例逐渐增加。

椎体的强度随着年龄的增长而下降，尤其是女性，绝经后激素改变导致骨小梁连接不良。同时椎体皮质小梁间室的强度下降女性大于男性，导致女性的椎体强度下降速度是男性的两倍，且女性脊柱承受的应力和载荷均高于男性，这也解释了为何女性更容易发生椎体骨折。至于老年性骨折也是由于椎体皮质中骨小梁发生吸收、间隙增大，最终导致骨质疏松继而引发骨折。

椎间盘主要承受拉伸、压缩及剪切的联合载荷。正常站立情况下椎间盘前部承受的载荷较后部高，前部的纤维环承受载荷高于处于椎间盘中部的髓核，从而在力学结构上形成前部纤维环对髓核和后部纤维环的挤压作用，这与椎间盘的退行性变密切相关。另一方面，随着年龄增长，椎间盘水分含量降低导致作用于椎间盘对载荷缓冲、分散和转移能力降低，必然加速其退变。

关节突关节和椎间盘共同构成三关节复合体，是腰椎运动节段的重要组成部分，发挥着抗压缩、抗剪力、抗旋转和抗张力作用。在不同姿势下腰椎椎间小关节承受的压缩负荷可从 0增到35%, 在腰椎退变致椎间隙狭窄情况下，椎间小关节和椎板甚至承担高达70%的轴向压缩负荷。

当腰椎承受剪切载荷时，关节突关节大约承受了总载荷的 1/3，其余/3 由椎间盘承受。脊柱后方结构，由黄韧带、关节突关节囊、棘上韧带、棘间韧带等组成的后方韧带复合体在维持和评价脊柱稳定性方面也起着至关重要的作用，其损伤情况和神经功能状态、骨折形态一起组成了胸腰段脊柱脊髓损伤程度评分系统对胸腰椎损伤的诊治具有重要意义。

椎间盘的解剖与生物力学

椎间盘由外层的纤维环和内部的髓核及上下软骨终板构成, 是脊柱功能单位的负载活动中心。从应力分布看, 正常椎间盘的最大压应力集中在髓核, 以后侧为甚, 纤维环的应力也集中在后侧, 并沿着后外侧传导。

? 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。

? 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。

? 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。

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。

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。