脊柱的负荷主要是体重、肌肉收缩力、韧带预应力和外加负荷。在静态力学分析时，脊柱的受力符合牛顿第二定律，即应满足条件：ΣF=0，ΣM=0。对于脊柱每一自由度的力学平衡，可使用“自由体”分析进行研究。脊柱的力学平衡满足如下公式：

ΣF _m+ΣF _e=ΣF _a

ΣF _m×r _m+ΣM _e=ΣM _a

F _m=肌力

F _e=椎间相互作用力

F _a=外力

r _m=肌肉附着点至脊椎中心的矢量

M _e=椎间力矩

M _a=外力矩

脊柱在矢状面有两个曲线，即后凸和前凸，分别为颈椎前凸、胸椎后凸、腰椎前凸和骶椎后凸。脊柱的生理曲度可提供脊柱弹簧能量，使脊椎能承受比笔直状态时更高的负荷量。脊柱矢状面的正常曲度使得脊柱灵活运动、承载轴向负荷的同时维持相应的强度及站立姿势的稳定性。矢状面曲度的改变会很大程度上影响脊柱的力学行为。

脊柱的生理性弯曲使脊柱具有良好的弹性，可以增加脊柱抵抗纵向压缩载荷的能力，有效减轻震荡，保护重要脏器。脊柱生理弯曲的意义可以通过以下力学公式体现。弧形柱的阻尼（R）等于弧数（N）的平方加1，即R=N ²+1。如果脊柱没有弯曲，那么其阻尼仅为1（R=0 ²+1）；而正常脊柱的阻尼为17（R=4 ²+1）。也就是说正常人脊柱的阻尼为无弯曲脊柱的17倍。在行走过程中，脊柱曲度会随行走而发生变化，每一个腰椎平面的增减幅度约为1°~2°。这种变化目的在于吸收和释放能量。再者，脊柱曲度的变化使活动中有关的能量被躯干肌腱吸收，而小部分被脊柱本身的韧带和椎间盘吸收。

椎体承载躯干及上肢主要的轴向负荷（图2-11-1），椎体所须承载的重量从头到尾逐渐增加，椎体本身也逐渐增大，从而保证腰椎能够承受较大的负荷。椎体组成脊柱的前柱，承载80%的轴向负荷（体重）。后方结构（主要是关节突关节）组成脊柱后柱，向下肢传递20%的轴向负荷。当直立时，人体躯干、头部和手臂的质量对下腰椎可产生相当于体重55%的垂直作用力。

人体站立时躯干的重点线往往位于第四腰椎椎体中心的腹侧（Asmussen&Klausen，1962）（图2-11-2），所以脊椎各运动节段在站立时均获得向前的弯曲力矩。因此需要韧带张力和背肌肌力加以平衡。躯干肌肉的外在支持有助于脊椎的稳定，并修正脊柱静力状态时的负荷。其中背肌和腹肌是维持脊柱平衡最重要的肌肉。脊柱后方的肌肉群产生“张力作用”，用来维持直立姿势及保持人体矢状面和冠状面的平衡，这些肌肉群被称为“张力带”。任何前柱或后柱的破坏及疾病均可打破脊柱在骨盆及髋关节上的平衡，导致后方肌肉群的疲劳和疼痛。同样后方肌肉群的损伤及疾患也可使脊柱失去矢状面的平衡。

腹肌的收缩伴随着腹内压力的升高，腹内压的升高可以帮助稳定躯干。腹肌的收缩可以产生两种相互竞争的力学作用：作用于脊柱的屈曲力矩和腹内压产生的伸展力矩，在一定环境下腹肌收缩产生的伸展力矩可能超过屈曲力矩（图2-11-3）。有学者认为脊柱在抬重物过程中腹内压的升高是一种自肩膀至骨盆的直接的传递负荷的方式，从而可以减少对脊柱的压力。另一种生物力学解释是腹肌的收缩是通过增加肌肉的刚度来增强躯干的稳定性。应用腹带可以帮助产生较高的腹内压，有可能减低约15%在抬举时对于脊柱的压力。

站立位时骨盆的位置可影响肌肉收缩施加于脊柱上的负荷。正常站立位时骶骨角与水平线的夹角大约为30°（图2-11-4）。骨盆可依赖横轴倾斜并在两髋关节间运动，其位置的变化可以改变骶骨角的度数。骨盆后倾时骶骨角减小，且腰椎前凸变平。骨盆前倾时骶骨角增大，腰椎前凸和胸椎后凸随之加大。骨盆的前后倾斜均可通过脊柱上静态负荷的变化从而调整保持姿势的肌群的活动。

抬重物和携带物品行走活动时对脊椎负荷的影响因素包括：①物体的位置与脊椎运动中心的关系；②物体的性质：大小、形状、重量和密度；③脊柱前屈或旋转的程度。由于腰椎对弯曲载荷的抵抗能力小于对压缩载荷的抵抗能力。因此抬重物时姿势应尽可能使重物直接以压缩载荷的形式作用于腰椎。重物离脊柱活动中心越靠近，腰椎所受载荷越低（图2-11-5）。正确的抬重物方式应为贴身持物、屈膝起立并保持背部的平直，这种姿势可使脊椎上所受负荷减小。体力劳动中，当脊柱前屈时，脊柱会承受很大的压力（图2-11-6）。

仰卧位时，脊椎负荷最低，因为体重产生的负荷不用脊椎承受。但仰卧位将膝伸直时，由于髂腰肌的牵拉而对腰椎产生一些负荷。若屈髋屈膝，将髂腰肌放松，腰椎所受负荷将进一步减小。因此牵引治疗时，屈髋屈膝的仰卧位更有利于将牵引力均匀作用于整个脊柱。坐位时腰椎承受的负荷要大于站立位。松弛又无支持的坐姿状态下，腰椎承受的负荷要大于直腰坐位姿势状态。原理在于直腰坐位时，骨盆的前倾和腰椎前凸的增加可使重力的屈曲力矩减小，从而降低腰椎负荷（图2-11-7）。