下背痛生物力學(xué)研究進(jìn)展

趙夢園

下背痛是最常見的肌肉骨骼疾病之一，給社會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，影響患者的正常生活，甚至對心理造成影響[1]。下背疼痛的機(jī)理難以完全闡明，腰椎及相關(guān)的肌肉生物力學(xué)的改變與下背痛的發(fā)生密不可分，本文從生物力學(xué)角度出發(fā)，淺析腰椎損傷常發(fā)生機(jī)制，下背痛患者正?；顒?、妊娠下背痛和矯形鞋墊治療中的生物力學(xué)。

1 腰椎功能解剖

腰椎由短的負(fù)重椎體和一個神經(jīng)弓組成，該神經(jīng)弓圍繞骨板包繞脊髓，椎體承受來自與脊柱軸線的大部分壓力，而神經(jīng)弓保護(hù)脊髓并為肌肉和韌帶提供附著點，相鄰的椎體由椎間盤分隔開，椎間盤由纖維環(huán)和髓核構(gòu)成，椎間盤的存在使得椎骨之間運動更為靈活，并將負(fù)荷均勻分布到椎體上[2]。

2 常見腰椎損傷機(jī)制

2.1 力的壓迫

“壓縮”負(fù)荷作用于脊柱的長軸，垂直于椎間盤，主要由背部和腹部縱向肌肉的張力引起。椎體是脊柱受壓迫時的“薄弱環(huán)節(jié)”。反復(fù)的壓力負(fù)荷造成的壓縮性損傷是生活中的常見事件，有解剖實驗發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)尸體椎體中，發(fā)現(xiàn)了細(xì)微骨折和愈合的骨小梁。腰椎作為人體脊柱重要的負(fù)重結(jié)構(gòu)，于頸椎和胸椎而言，每一節(jié)段都要承受大量符合并進(jìn)行復(fù)雜的運動，在負(fù)重狀態(tài)下，腰椎活動旋轉(zhuǎn)中心改變異常明顯[3]。

2.2 屈曲

腰椎前屈受韌帶限制，如棘上韌帶、棘間韌帶，過度前屈可能會導(dǎo)致韌帶損傷，甚至撕裂。另外，屈曲受限一部分歸因于后背部肌肉，但是持續(xù)的、反復(fù)的前屈運動使得肌肉疲勞，肌力下降，減弱甚至失去了肌肉的保護(hù)功能。腰椎后伸受限于相鄰的神經(jīng)弓，在一些運動項目中，如體操、板球，腰椎常處于彎曲狀態(tài)，如若運動幅度過大或腰椎及相關(guān)肌肉組織沒有得到充分休息，很容易造成肌肉、韌帶或椎間小關(guān)節(jié)的損傷[4]。

2.3 旋轉(zhuǎn)

體育運動中，需要腰椎旋轉(zhuǎn)完成動作的活動很多，比如鐵餅投擲類項目，過度的腰椎旋轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致椎間小關(guān)節(jié)或椎間盤前部區(qū)域的損傷。旋轉(zhuǎn)中心是脊柱運動力學(xué)的一個重要指標(biāo)，它可以將椎體的位移運動的角度聯(lián)合起來評定，便于觀察者研究相鄰椎體間的運動學(xué)特征，有研究表明負(fù)重使正常人旋轉(zhuǎn)中心的運動軌跡異常增大[3]。

3 常見下背痛生物力學(xué)分析

3.1 軀干前屈-后伸活動與下背痛

人體在搬運活動時，軀干常處于前屈-后伸交替運動中，Simpson等[5]報道稱身體重量的20%的背包可以增加軀干的前屈角度，而且負(fù)重時間越長，軀干屈曲的角度越大。在一則實驗中[6]，實驗數(shù)據(jù)來源于22名慢性非特異性下背痛患者和22名健康志愿者的對比研究，實驗中，受試者在不同的速度、負(fù)荷、不對稱狀態(tài)下進(jìn)行反復(fù)軀干屈伸活動，對矢狀面角度數(shù)據(jù)進(jìn)行時間歸一化處理，每個數(shù)據(jù)點采用連續(xù)相關(guān)時相計算，結(jié)果表明協(xié)調(diào)模式和可變性可能受到軀干前屈-后伸狀態(tài)的影響，其中慢性非特異性下背痛患者表現(xiàn)出較低的運動適應(yīng)性模式，這表明下背痛患者在快速屈曲-后伸的高風(fēng)險動作可能與軀干節(jié)段間較低的協(xié)調(diào)適應(yīng)性有關(guān)。為了解下背痛程度是否影響軀干后伸肌群肌力控制，Adrian Pranata等[7]納入33名慢性下背痛患者和20名健康成人進(jìn)行腰椎后伸肌肉力量目標(biāo)任務(wù)，受試者在實驗過程中自行調(diào)整腰后伸肌群力的輸出，使力量達(dá)到最大等長收縮力量的20%-50%，結(jié)果表明下背痛患者力量輸出錯誤率高于健康人群組，說明下背痛患者對腰后伸肌群控制能力下降。

3.2 行走與下背痛

長時間行走可致下背痛的發(fā)生，但當(dāng)下背痛發(fā)生時，短時間行走又可緩解下背疼痛。下背痛患者步態(tài)參數(shù)與足踝部活動異常存在著某種聯(lián)系，但機(jī)制尚不清楚。為了解下背痛足踝過度外翻者在行走過程中與地面作用力情況，有學(xué)者[8]進(jìn)行對照試驗研究，共選取45名受試者，對照組人員僅有足外翻，實驗組受試者為下背痛足踝過度外翻者，結(jié)果顯示對照組在足落地階段不增加垂直地反作用力，而實驗組不僅接受了更高的垂直地反作用力外還有著更多的承重率，這提示行走時足外翻下背痛患者在治療上注意步態(tài)的糾正。

3.3 妊娠期下背痛

下背痛是妊娠期女性常見癥狀，發(fā)病原因復(fù)雜，其中，生物力學(xué)因素改變是不可小覷的原因。隨著時間的進(jìn)程，子宮不斷增大、孕婦體重不斷增加，造成骨盆前傾，重心前移，腰椎負(fù)荷增大，與此同時，腹部肌肉力量下降，腰背肌常處于緊張短縮狀態(tài)，種種原因致使下背痛的發(fā)生[9]。

4 治療中的生物力學(xué)分析

下肢生物力學(xué)異常可能會導(dǎo)致下背痛的發(fā)生，尤其是姿勢性下背痛。韓秀蘭等[10]人通過ICB鞋墊調(diào)整下肢生物力學(xué)，實驗組在常規(guī)康復(fù)治療基礎(chǔ)上另加下肢生物力學(xué)調(diào)整，結(jié)果表明ICB鞋墊的使用可以改善患者雙下肢的受力，更好的支撐身體的重量。類似的治療在陳勝雄等[11]人實驗中有所體現(xiàn)，觀察組在常規(guī)的康復(fù)治療基礎(chǔ)上增加深層肌肉刺激儀結(jié)合矯形鞋墊治療，兩實驗的共同點都是通過調(diào)整生物力學(xué)鏈的異常變化，改善身體癥狀，增加本體感覺的輸入，提高身體的穩(wěn)定性。

5 小結(jié)

脊柱、下肢生物力學(xué)的改變可能導(dǎo)致下背痛的發(fā)生，反之，下背痛患者可能存在脊柱、下肢生物力學(xué)的變化。保障正確生物力的傳遞是預(yù)防下背痛發(fā)生的關(guān)鍵要素之一，從生物力學(xué)視角診治，可能給下背痛的治療帶來另一途徑。