下背痛生物力學研究進展

趙夢園

下背痛是最常見的肌肉骨骼疾病之一，給社會造成嚴重的經濟負擔，影響患者的正常生活，甚至對心理造成影響[1]。下背疼痛的機理難以完全闡明，腰椎及相關的肌肉生物力學的改變與下背痛的發生密不可分，本文從生物力學角度出發，淺析腰椎損傷常發生機制，下背痛患者正常活動、妊娠下背痛和矯形鞋墊治療中的生物力學。

1 腰椎功能解剖

腰椎由短的負重椎體和一個神經弓組成，該神經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，而神經弓保護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，椎間盤由纖維環和髓核構成，椎間盤的存在使得椎骨之間運動更為靈活，并將負荷均勻分布到椎體上[2]。

2 常見腰椎損傷機制

2.1 力的壓迫

“壓縮”負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“薄弱環節”。反復的壓力負荷造成的壓縮性損傷是生活中的常見事件，有解剖實驗發現在大多數尸體椎體中，發現了細微骨折和愈合的骨小梁。腰椎作為人體脊柱重要的負重結構，于頸椎和胸椎而言，每一節段都要承受大量符合并進行復雜的運動，在負重狀態下，腰椎活動旋轉中心改變異常明顯[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，但是持續的、反復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功能。腰椎后伸受限于相鄰的神經弓，在一些運動項目中，如體操、板球，腰椎常處于彎曲狀態，如若運動幅度過大或腰椎及相關肌肉組織沒有得到充分休息，很容易造成肌肉、韌帶或椎間小關節的損傷[4]。

2.3 旋轉

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

3 常見下背痛生物力學分析

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，而且負重時間越長，軀干屈曲的角度越大。在一則實驗中[6]，實驗數據來源于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、負荷、不對稱狀態下進行反復軀干屈伸活動，對矢狀面角度數據進行時間歸一化處理，每個數據點采用連續相關時相計算，結果表明協調模式和可變性可能受到軀干前屈-后伸狀態的影響，其中慢性非特異性下背痛患者表現出較低的運動適應性模式，這表明下背痛患者在快速屈曲-后伸的高風險動作可能與軀干節段間較低的協調適應性有關。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名健康成人進行腰椎后伸肌肉力量目標任務，受試者在實驗過程中自行調整腰后伸肌群力的輸出，使力量達到最大等長收縮力量的20%-50%，結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生，但當下背痛發生時，短時間行走又可緩解下背疼痛。下背痛患者步態參數與足踝部活動異常存在著某種聯系，但機制尚不清楚。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，有學者[8]進行對照試驗研究，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，發病原因復雜，其中，生物力學因素改變是不可小覷的原因。隨著時間的進程，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，種種原因致使下背痛的發生[9]。

4 治療中的生物力學分析

下肢生物力學異常可能會導致下背痛的發生，尤其是姿勢性下背痛。韓秀蘭等[10]人通過ICB鞋墊調整下肢生物力學，實驗組在常規康復治療基礎上另加下肢生物力學調整，結果表明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，觀察組在常規的康復治療基礎上增加深層肌肉刺激儀結合矯形鞋墊治療，兩實驗的共同點都是通過調整生物力學鏈的異常變化，改善身體癥狀，增加本體感覺的輸入，提高身體的穩定性。

5 小結

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