模拟腰椎间盘突出的举重运动员患者弯腰提物行为力学研究——基于有限元法

目的弯腰提物这一行为在日常生活与训练中极为普遍,如壶铃摇摆训练与生活物品搬运等。然而,对于那些已经存在腰椎问题的运动员而言,从事此类活动可能具有不确定性。本文通过建立特定的举重运动员L4~L5段椎间盘突出且伴有腰椎生理性垂直患者的个性化腰椎三维有限元模型,探讨其在执行弯腰提物行为时腰椎L1~L5段的内部应力变化,为制定更有效的预防措施和康复治疗策略提供科学依据。方法采用螺旋CT对患者从第1腰椎上缘至第2腰椎下缘沿横截面进行连续扫描,将数据以Dicom格式进行存储,利用医学有限元软件进行建模。提物负荷设置为15、20和25 kg,弯腰角度设置为45°,结合有限元法对其弯腰提物行为腰部受力特点进行分析。结果屈曲角度随重量提升呈增长趋势,但增长率有所下降,所有椎间盘等效应力显示一侧应力明显,退变椎间盘应力最大。所有椎骨应力变化集中在椎骨一侧,L5椎骨的俯视面上半面应力较大,其余椎骨则为下半面应力较大。结论这些结果暴露了患者患侧区域执行动作的力学传递异常和潜在风险。了解患病腰椎在面对弯腰提物行为时的生物力学反应对于运动员腰椎预防和康复治疗以及作为外骨骼装甲的人体设计支撑条件改善相应的康复装置具有重要指导意义。