下背痛生物力学研究进展

2020-11-23赵梦园

体育科技文献通报 2020年2期

赵梦园

下背痛是最常见的肌肉骨骼疾病之一，给社会造成严重的经济负担，影响患者的正常生活，甚至对心理造成影响[1]。下背疼痛的机理难以完全阐明，腰椎及相关的肌肉生物力学的改变与下背痛的发生密不可分，本文从生物力学角度出发，浅析腰椎损伤常发生机制，下背痛患者正常活动、妊娠下背痛和矫形鞋垫治疗中的生物力学。

1 腰椎功能解剖

腰椎由短的负重椎体和一个神经弓组成，该神经弓围绕骨板包绕脊髓，椎体承受来自与脊柱轴线的大部分压力，而神经弓保护脊髓并为肌肉和韧带提供附着点，相邻的椎体由椎间盘分隔开，椎间盘由纤维环和髓核构成，椎间盘的存在使得椎骨之间运动更为灵活，并将负荷均匀分布到椎体上[2]。

2 常见腰椎损伤机制

2.1 力的压迫

“压缩”负荷作用于脊柱的长轴，垂直于椎间盘，主要由背部和腹部纵向肌肉的张力引起。椎体是脊柱受压迫时的“薄弱环节”。反复的压力负荷造成的压缩性损伤是生活中的常见事件，有解剖实验发现在大多数尸体椎体中，发现了细微骨折和愈合的骨小梁。腰椎作为人体脊柱重要的负重结构，于颈椎和胸椎而言，每一节段都要承受大量符合并进行复杂的运动，在负重状态下，腰椎活动旋转中心改变异常明显[3]。

2.2 屈曲

腰椎前屈受韧带限制，如棘上韧带、棘间韧带，过度前屈可能会导致韧带损伤，甚至撕裂。另外，屈曲受限一部分归因于后背部肌肉，但是持续的、反复的前屈运动使得肌肉疲劳，肌力下降，减弱甚至失去了肌肉的保护功能。腰椎后伸受限于相邻的神经弓，在一些运动项目中，如体操、板球，腰椎常处于弯曲状态，如若运动幅度过大或腰椎及相关肌肉组织没有得到充分休息，很容易造成肌肉、韧带或椎间小关节的损伤[4]。

2.3 旋转

体育运动中，需要腰椎旋转完成动作的活动很多，比如铁饼投掷类项目，过度的腰椎旋转可能导致椎间小关节或椎间盘前部区域的损伤。旋转中心是脊柱运动力学的一个重要指标，它可以将椎体的位移运动的角度联合起来评定，便于观察者研究相邻椎体间的运动学特征，有研究表明负重使正常人旋转中心的运动轨迹异常增大[3]。

3 常见下背痛生物力学分析

3.1 躯干前屈-后伸活动与下背痛

人体在搬运活动时，躯干常处于前屈-后伸交替运动中，Simpson等[5]报道称身体重量的20%的背包可以增加躯干的前屈角度，而且负重时间越长，躯干屈曲的角度越大。在一则实验中[6]，实验数据来源于22名慢性非特异性下背痛患者和22名健康志愿者的对比研究，实验中，受试者在不同的速度、负荷、不对称状态下进行反复躯干屈伸活动，对矢状面角度数据进行时间归一化处理，每个数据点采用连续相关时相计算，结果表明协调模式和可变性可能受到躯干前屈-后伸状态的影响，其中慢性非特异性下背痛患者表现出较低的运动适应性模式，这表明下背痛患者在快速屈曲-后伸的高风险动作可能与躯干节段间较低的协调适应性有关。为了解下背痛程度是否影响躯干后伸肌群肌力控制，Adrian Pranata等[7]纳入33名慢性下背痛患者和20名健康成人进行腰椎后伸肌肉力量目标任务，受试者在实验过程中自行调整腰后伸肌群力的输出，使力量达到最大等长收缩力量的20%-50%，结果表明下背痛患者力量输出错误率高于健康人群组，说明下背痛患者对腰后伸肌群控制能力下降。

3.2 行走与下背痛

长时间行走可致下背痛的发生，但当下背痛发生时，短时间行走又可缓解下背疼痛。下背痛患者步态参数与足踝部活动异常存在着某种联系，但机制尚不清楚。为了解下背痛足踝过度外翻者在行走过程中与地面作用力情况，有学者[8]进行对照试验研究，共选取45名受试者，对照组人员仅有足外翻，实验组受试者为下背痛足踝过度外翻者，结果显示对照组在足落地阶段不增加垂直地反作用力，而实验组不仅接受了更高的垂直地反作用力外还有着更多的承重率，这提示行走时足外翻下背痛患者在治疗上注意步态的纠正。

3.3 妊娠期下背痛

下背痛是妊娠期女性常见症状，发病原因复杂，其中，生物力学因素改变是不可小觑的原因。随着时间的进程，子宫不断增大、孕妇体重不断增加，造成骨盆前倾，重心前移，腰椎负荷增大，与此同时，腹部肌肉力量下降，腰背肌常处于紧张短缩状态，种种原因致使下背痛的发生[9]。

4 治疗中的生物力学分析

下肢生物力学异常可能会导致下背痛的发生，尤其是姿势性下背痛。韩秀兰等[10]人通过ICB鞋垫调整下肢生物力学，实验组在常规康复治疗基础上另加下肢生物力学调整，结果表明ICB鞋垫的使用可以改善患者双下肢的受力，更好的支撑身体的重量。类似的治疗在陈胜雄等[11]人实验中有所体现，观察组在常规的康复治疗基础上增加深层肌肉刺激仪结合矫形鞋垫治疗，两实验的共同点都是通过调整生物力学链的异常变化，改善身体症状，增加本体感觉的输入，提高身体的稳定性。