下腰痛的生物力学特点及康复_胡永善

收稿日期:2003-04-10;修订日期:2003-06-08
作者简介:胡永善(1948-),男,江苏籍,主任医师,教授,博士生导师研究方向:运动的中枢性控制与周围性影响的研究 专家笔谈
下腰痛的生物力学特点及康复
胡永善
(复旦大学附属华山医院康复医学科,上海 200040)
摘要:下腰痛为临床常见病,尽管其病因复杂,但生物力学的改变始终是一重要原因,下腰椎及其周围组织的生物力学改变无可避免地导致组织病理、生化、解剖等方面的问题,并互为因果,导致下腰痛迁延难愈和反复发作。

椎间盘力学特性的改变、椎间盘退变以及椎间盘的突出等与下腰痛的发生直接相关;脊柱运动环节中小关节突生物力学特点的改变,后关节紊乱及由此而引起的不稳定因素对于下腰痛的发生发展,以及预后都有着重要的影响,此外,腰腹肌的稳定性对于下腰痛预后有着重要的作用。

可见下腰痛的康复治疗必须立足于下腰椎及其周围组织的生物力学改变和变化。

关键词:生物力学;下腰痛;小关节;后关节紊乱;椎间盘突出
中图分类号:R681 53 文献标识码:A 文章编号:1005-7234(2004)02-0073-03
前 言
下腰痛为临床常见病,尽管其病因复杂,但生物力学的改变始终是一重要原因,下腰椎及其周围组织的生物力学改变无可避免地导致组织病理、生化、解剖等方面的问题,并互为因果,导致下腰痛迁延难愈和反复发作,因此,有必要重温一下下腰痛生物力学的一些特点,并制定相应的康复对策。

1 腰椎间盘生物力学特点及其与疼痛的关系
1 1 椎间盘力学特性的改变
椎间盘维持着中轴骨髂的正常功能,通过相邻的椎体来稳定脊柱并维持其排列。

椎间盘允许椎骨间相互运动,从而使脊柱具有柔韧性,同时还可以吸收分布到脊柱上的纵向载荷和能量,其结构决定了它具有这多种功能[1,6,7]。

椎间盘的生物力学功能不仅仅取决于纤维环和髓核,也取决于软骨终板。

正常椎间的力学功能可总结如下:髓核在静态载荷下主要作为一种液体产生较大的流体静力学压力。

髓核中高浓度带负电的蛋白多糖产生的膨胀压力机制,加上纤维环的完整性,可维持椎间盘的高度,并对承载和转移载荷的机制起一定作用。

纤维环较高的拉伸模量显示纤维非常适合于抵抗较大的拉伸应力[1]。

特别是具有最大拉伸模量的外纤维环能在压缩、弯曲或旋转载荷下,最大限度地减轻椎间盘膨胀和降低纤维环产生的应变。

椎间盘的物理变化(如脱出)一方面是因为腰椎运动环节承受了较高的旋转负荷所致[2]。

在人体振动实验研究中,已经确定了腰椎段的运动特征和自振动频率,腰椎段运动环节的组织在全身51H z 自振动频率运动中有最大的受伤可能性[2,8]。

许多交通工具的工作频率都接近于人体自振动频率,因此,汽车司乘人员最易患腰背损伤疾病[14]。

负荷与承受振动作用时间关系是一条典型的疲劳曲线。

当负荷超过70%时,实验样品仅仅只能承受几次振动;当负荷低于30%时,几乎所有实验样品都能承受5000次以上的振动负荷而不出现疲劳现象,在轴向压缩力作用下,骨折总是先出现在终板位置,纤维环不会损伤[8,11]。

腰椎承受重复性屈曲负荷和轴向扭转负荷会使终板、关节平面、纤维环及关节韧带等过早出现损伤。

另一方面:压缩力引起的椎间盘损伤会加重它的退行性变化,退行性病变的椎间盘稳定性差和向外凸出增大,这时的间盘性能就像一个厚壁圆柱筒,而不是一个压力腔,作用于髓核上的应力就成为较大的压缩应力,而不是相对较小的拉伸应力,髓核也会出现严重的扭曲[7,8]。

由年龄而发生的椎间盘结构、成分和功能退化、以及腰椎过分疲劳或受到暴力损伤造成中轴骨的两种临床最常见疾病:脊椎退变性疾病和椎间盘突出。

椎间盘的退化还可以导致相邻椎体的活动受到限制,椎间关节面可能出现退变或进一步加剧,除活动受限外,脊椎退变性疾病还可以引起疼痛,当骨刺压迫脊髓或神经根时将导致神经功能障碍,由于椎
间盘组织的退化变性,造成椎间盘突出的危险性增加,椎间盘突出可造成下腰痛及神经功能障碍。

1 2 椎间盘退变与疼痛
一些资料提示椎间盘退变引起腰痛可能有以下三种机制:(1)椎间盘结构和生物力学特性的改变,使神经末梢敏感的介质的释放和神经血管向退变椎间盘内生长;(2)椎间盘结构和生物力学特性的变化引发了椎体、椎间关节、脊柱韧带及肌肉的受力和排列的改变;(3)椎间盘对所承受的负荷进行吸收和分散的能力降低[1]。

这些改变可以导致对骨髂、脊柱韧带、关节囊和肌肉的神经末梢刺激性增加。

由于改变脊柱的生物力学功能和椎间关节的排列,椎间盘退变的远期结果可引发或/和加速椎间关节骨关节炎的进程。

除了这些结构和受力改变以外,包括细胞坏死在内的细胞和基质的变化也与椎间盘退变有关,而这一变化可能与细胞浆的释放、自由基及其它基质降解后的分子碎片有关。

这些物质中的一部分使感觉神经末梢敏感,从而引起腰痛。

虽然正常情况下神经纤维和血管不能涌透入外环的表层,但在退变椎间盘的纤维环内甚至髓核都已发现神经和血管,而且这些改变是和腰背痛密切相关的[2]。

1 3 椎间盘突出与疼痛
临床研究表明椎间盘突出和疼痛的关系非常复杂。

有些病人,腰痛症状先于椎间盘突出,然而当突出出现时腰痛症状却有所减;另外一些病人并无前驱症状,一旦突出发生,机械压力和突出髓核组织的化学炎症刺激被考虑为导致神经根疼痛的原因。

物理治疗中的常规牵引治疗,目前仍是国内外公认的疗效较为确定、较为安全的首选方法,近年来三维牵引床的临床应用,提供了牵引的角度与疗效可能相关的思路[9-11]。

2 小关节突的生物力学特点及不稳定因素
脊柱运动环节的后部要素就是构成椎弓的部件:椎弓根、椎弓板、椎间关节以及棘突和横突。

棘突、横突、副突和乳突是肌肉附着点的作用力杠杆。

最长的杠杆是横突和棘突。

腰椎段起作用的每一块肌肉都是附着于运动环节后部组件的某处。

作用于棘突和关节突上的肌力最终都被传递到椎弓板上。

因此,疾病、损伤或手术原因造成椎弓板强度减弱也会使腰椎的稳定性降低。

椎弓根将作用于后部组件上的所有力(如肌肉牵拉力和弯曲力)传递到椎体上。

如果椎骨向前滑移,椎骨上的下关节突的移动就会被下位椎骨的上关节突阻止,它们之间的作用回答也会被传递到椎体上,椎弓根被迫弯曲,椎弓根下部受到压缩,椎弓根上部受到牵拉。

椎弓根是厚壁式圆柱体,生来就是承受这种力矩作用的。

上下关节突之间的椎弓板是关节的一部分,即 关节内部分 ,椎弓板通常在此加厚,使得它能够承受较大的弯曲力量。

椎体之间的关节也被称为椎间关节。

上下关节突形成的这些关节面是透明软骨。

椎间关节的主要功能是控制脊柱运动,在抵抗扭转力矩和剪切力时有重要作用,同时也有抵抗压缩负荷的功能。

正常情况下,腰椎的椎间关节和椎间盘一起承受大约80%的扭转力,椎间关节占其中的一半,其余的20%是由被动受力的韧带结构提供的。

在剪切力和纵向压缩力作用下,负荷也是椎间关节和椎间盘分担的。

一旦切除单个椎间关节的连接,可承担的负荷显著下降[3,4]。

椎间关节所承担的负荷大小与运动环节是屈曲运动还是伸展运动紧密相关。

坐姿下的腰椎段前曲使得椎间关节几乎没有支撑作用,受力很小,这时椎间盘受压却要比站立姿势下高得多。

3 下腰椎肌性稳定与腰腹肌训练的必要性
脊柱的稳定系统由三个子系统组成,1 包括椎体、椎间小关节、椎间盘和韧带的被动骨髂韧带系统;2 由肌肉和肌腱组成的主动系统;3 位于肌肉、肌腱和韧带中的各种张力传感器[1]。

这三个系统的功能相辅相成,为脊柱完成复杂、准确的运动提供保障,尤其是主动的骨髂肌肉系统在维持脊柱的稳定中起到了非常重要的作用,研究表明,独立的韧带只能承受2kg的负荷,其余承受力的增加主要来自于脊柱周围肌肉的协调平衡[6,7]。

研究表明,下腰痛的力学改变是明确的,并在下腰痛的发生和和发展中占据重要地位,患者由于疼痛而产生的肌肉反射性抑制,以及患者由于活动受限导致较长时间的肌肉静力性负荷不足及运动缺乏,引起肌肉不同程度的废用性萎缩,从而使稳定系统发生病理改变,进一步引起腰椎不稳[2,16]。

下腰痛大多数发作是与腰部软组织的长期使用,过疲劳有关。

故强调下腰痛患者的休息尤其是平卧的休息,这时的椎间盘所受的压力为最小,仍然
受到重视。

以训练腰背肌为主的麦肯基方式治疗下腰痛,虽然已被大量临床报道证明是有效的。

但是仍然有大量的下腰痛患者存在这腹肌萎缩的问题,值得重视。

以威廉姆氏方法为代表的腹肌训练仍受推荐[15,16]。

4 腰椎的旋转范围和正骨手法
后关节于1911年被确认为下腰痛的一个发生点,后关节紊乱是脊椎内源性稳定系统的生物力学特点发生异常的重要因素。

后关节承担脊柱轴向负荷的3%~25%。

脊柱屈曲及旋转时后关节承受上下及侧向剪应力,以减轻椎间盘的应力负荷[6]。

后关节可能因脊柱过分负重及屈曲或旋转运动过猛而受损伤。

有报道在生前有症状者的尸体解剖中发现后关节关节面骨折、关节囊撕裂、软骨裂及血肿等改变而X片正常[7]。

其他致痛原因有滑膜嵌顿、软骨撞击、关节半脱位、关节软骨软化、关节囊及滑膜炎症等设想。

X片、CT和M RI对后关节紊乱俱无特异性诊断作用,其诊断和治疗至今尚无一致的规范。

症状较轻者有时只需减少脊柱活动数天可能自愈。

症状较重者宜作推拿及手法治疗。

第一步在疼痛区上、下、左、右反复进行滚法或一指禅推法约5 ~10分钟使肌肉充分放松,第二步再行整复手法。

方法有俯卧位下肢牵拉法、压脊法及坐位扳法和卧位斜扳法[12,13]。

由于胸椎后关节趋向于与矢状面平行,故宜用下肢牵拉法及压脊法;下腰椎后关节面与矢状面约成45 角,故宜用坐位扳法和卧位斜扳法;另有背负法,可适用于所有部位[11]。

整复手法时能听到 咔 的一声,常示效果较好。

据研究,腰椎各椎体间旋转平均活动度除L5~S1为5 外,其余均为2 ,故斜扳时不应强求幅度太大和有 咔 声[5,10]。

第三步作整理手法,作卧位滚、按、揉、叩等手法使肌肉放松。

如施行上述手法后效果不显著,可先以1/2体重作持续牵引20~30分钟,然后再行上述手法,可能效果较佳。

由于可能存在关节组织损伤,手法完成后宜注意休息,1周内避免用力持重及脊柱快速旋转动作以防止症状复发。

以后进行加强腰背肌及腹肌的锻炼,以改善脊柱的稳定性。

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