脊柱的整体生物力学特点
1．人类属于脊椎动物亚门，是第一个真正站起来的脊椎动物，是目前生物进化中的最高阶段。为了适应环境，我们的脊柱需要经受久坐和站立的考验，一直也在慢慢进化着。但是，随着人类生活和工作方式的剧烈改变，进化的速度远远赶不上变化的速度。所以，目前我们的脊柱是人体中最早发生退变的器官，脊柱相关疾病和生物力学关系异常密切。要想研究透彻脊柱相关疾病，必须研究清楚脊柱生物力学。
2．脊柱生物力学是一门运用物理和机械原理研究椎骨及相连的软组织生物结构力学规律的学科。研究脊柱生物力学对理解脊柱创伤和退变机制、研发植入器械和保护装置、预防和治疗脊柱相关疾病有着重要作用。
3.脊柱是人体的中轴，上承托颅，下接下肢带，其有24块椎骨、1块骶骨和1块尾骨连结而成。除第1、2颈椎之间外各椎体间由椎间盘连结，椎体前面有前纵韧带，后面有后纵韧带分别与椎间盘紧密纤维连结，椎弓间由黄韧带连结，棘突间由棘突间韧带、棘突上韧带连接。各椎骨的椎孔与上下椎间孔借连接结构组成的椎管、神经根管容纳并保护脊髓、神经和血管等组织。
4.人体脊柱的稳定性分内源性和外源性稳定结构。内源性稳定结构是脊椎自身的各个组成结构，其前方稳定结构包括：椎体、椎间盘和前、后纵韧带，即三柱学说中的前柱和中柱的前半部分；后方稳定结包括：椎弓、椎管、黄韧带、关节突关节、棘突、棘间韧带及棘上韧带所组成，是三柱学说中的中柱后半部分和后柱。外源性稳定结构主要是附着于内源性稳定结构上的神经肌肉系统。脊柱不同节段的解剖学及生物力学特点对脊柱的稳定性影响不同，对于腰椎而言，其后方结构对于维持其稳定性起到十分重要的作用。
5.脊柱必须协调刚性和可塑性这两个对立关系的力学要求，这就要依靠脊柱的特殊的解剖结构去实现这一要求。脊柱作为一个整体可看作是船的桅杆，立于骨盆之上，向头部延伸，肩胛带相当于桅杆的主帆帆架，所有韧带和肌肉等张装置，排列成支柱状，将其主体与其附着点连接起来。当双腿平行站立时，躯干处于对称体位，脊柱上的两侧张力是对称的，此时，"桅杆"垂直耸立。当单腿站立，躯体重量由一侧下肢支撑时，骨盆向对侧倾斜，椎体因受力而发生以下弯曲：腰椎向支撑足对侧凸起，胸椎向支撑足侧凸起，颈椎向支撑足对侧凸起，这是由椎体外系统调控不同体位下的肌肉张力以恢复新的平衡。因此，脊柱的形态能在维持其刚性同时，还能进行适应性调整。
6.脊柱为了实现对各种体位的适应调整，常发生共轭现象，是指同时发生在同一轴或另一轴上的平移和旋转运动现象。因颈椎和腰椎的活动度较大，故常发生共轭现象。例如寰枢椎关节就有显著的共轭现象，这与该关节的双凸形状和齿突的方向有关。腰椎也有数种共轭运动形式，最明显的共轭运动之一是侧屈和屈伸活动之间的共轭。
脊柱的功能单位和负荷
1.脊柱的功能单位即运动节段是能够反应脊柱节段力学行为的基本单位，是由两个脊椎和它们之间的软组织构成，分前部和后部即前后方稳定结构。功能单位是一个有机的整体系统，其任何环节异常都导致整个运动链的活动障碍。而脊柱的运动一般是几个或多个节段的联合动作，称之为偶联运动。根据不同的运动轴，脊柱一般有 4组对称的动作，即绕冠状轴的屈伸运动，绕矢状轴的侧屈运动，绕垂直轴的旋转运动，还可以做环转运动。这些动作的运动性质和范围主要由关节突关节面的方向和形状、椎间盘的厚度形状、韧带的位置强度弹性及厚薄决定，同时也与年龄、性别、锻炼程度和退行程度等有关。脊柱是一个有机整体，整个人也是一个有机整体。因此，脊柱的运动多为各部位的联合运动，并且需要多种运动方式联合，并依靠骨盆、头部甚至上下肢配合的运动，任何部位的运动受限时，要完成某些特定动作时，那么其他部位的运动就会增加。
2.脊柱除了稳定、运动、保护内脏神经等功能以外还有一个重要的功能就是支撑负荷我们的人体。①脊柱在放松直立位时，椎间盘压力来自于间盘内压、该椎间盘以上的体重和作用在该运动节段肌肉活动的应力等。体重为 60kg 的男性，第三腰椎间盘的载荷大约为 60kg，约为该椎间盘以上体重的两倍。②但脊柱在屈曲时其压应力和拉应力均增加，如果在屈曲状态下再加上旋转运动时又增加了扭转负荷，使椎间盘的应力进一步增加。③在放松无支撑的坐位时，腰椎所承受的负荷比放松直立位时要大。④有靠背支撑坐位时，腰椎上的载负荷小于无支撑坐位时。⑤微屈膝屈髋仰卧位时，因没有体重产生的载荷，脊柱承受量最小。⑥伸膝仰卧位时，腰肌对脊柱的拉力产生少量负荷。⑦在髋和膝关节有支撑下屈曲时，由于腰肌放松使腰椎前凸变直负荷减小，牵引下负荷可以进一步减小。⑧运动期间，脊柱常受到相当大的反复作用的机械负荷，可能导致一个或多个生物结构微观和宏观的解剖结构损伤。⑨在运动期间或反复职业性劳累期间，脊柱不仅要承受上位体重及肌肉活动所产生的负荷，还要承受作用于人体额外的频繁的负荷导致负荷超量严重，甚至突破生理极限，造成脊柱生理功能的下降，导致脊柱的各种损伤，导致脊柱退变、骨折、椎间盘突出、腰椎管狭窄、脊柱侧弯等。
脊柱侧弯的生物力学特点
脊柱侧弯是脊柱最常见的三维畸形，其是一个或多个节段在冠状面上偏离中线的侧弯、矢状面上的前弯或脊椎体在纵轴上的旋转。最为常见的类型是特发性脊柱侧弯，其病因与遗传、生长发育、神经肌肉因素、内分泌系统等有关，但目前还无明确证据表明其存在单一的致病因素。快速生长期脊椎不对称生长的自身生物力学调节加重了特发性脊柱侧弯的进展。其脊柱负载及椎体生长的不平衡是其主要原因，其中椎体旋转力和前屈力占据主要因素。其次较常见的是退变性脊柱侧弯，其侧弯顶点节段更容易出现椎体及关节突关节的应力集中，而后伸、旋转运动可加大椎体、椎间盘及关节突关节的应力，从而加重加快其发展，因此避免脊柱的过度后伸及旋转运动可适当延缓侧弯角度的进展。