脊柱稳定的生物力学及整脊学思考

脊柱稳定的生物力学及整脊学思考

邹培

（解放军昆明总医院 昆明 650032）

人类从爬行到直立，脊柱及其稳定性起到了主要的作用。脊柱作为人体的中柱，具有负重、保持人体平衡和运动、保护脊髓及内脏等多种功能。由于脊柱本身的结构和功能特点，保持脊柱的稳定性具有重要的意义。脊柱一旦失稳，除了导致脊柱本身及相关结构组织的病变以外，还可通过血管、神经的反射作用使相应的脊髓节段支配的内脏产生功能上的异常。因而，脊柱的稳定成为倍受关注的问题。

1．脊柱稳定的生物力学：脊柱的稳定是由外源性和内源性两个系统来维持的。前者主要是指肌肉系统。根据肌肉的作用范围，脊柱肌肉可分为两大类。一类肌肉的起、止点均在脊柱，如多裂肌、棘突间肌、横突间肌等，其作用主要是维持脊柱的生理弧度和在矢状面和冠状面上的稳定；另一类是直接附着于胸廓和骨盆间的肌群，如骶棘肌和腹肌，这些肌肉比较粗壮，对维持脊柱的稳定和抵抗外来载荷起重要作用。两部分肌肉协同作用，共同保证脊柱的平衡与稳定。肌肉既是脊柱稳定的因素，也是脊柱活动的原动力。在静态下靠自身的张力维持脊柱的姿态，受力时则以主动收缩来增强脊柱的稳定。因而，在生物力学上被称作动态稳定系统。后者指脊柱及其韧带结构。脊柱运动单元的本身结构：椎体、椎间盘、关节突、韧带和关节囊等结构的弹性模量较高，承受外力时变形小，在生物力学上被称作静态稳定系统。脊柱在以上两个系统的共同维系下，保持其稳定和正常的生理曲度，从而发挥其正常功能。

2．脊柱失稳的生物力学：“失稳”是一个力学的概念。稳定性是反应载荷与其作用下发生的位移之间的关系。在同样大小的载荷下，位移最小，稳定性就最强。不稳的结构就意味着这种结构不处于最好的平衡状态。脊柱的稳定性是指脊柱结构维持本身生理平衡位置的能力。脊柱的稳定性反应了载荷与载荷作用下发生位移之间的关系。脊柱失稳是指脊柱维持本身生理平衡位置的能力丧失而导致椎体移位超出生理限度的病理过程。它意味着在正常的生理载荷下椎骨间出现了异常活动、应变或变形。这一定义强调了位移与稳定性的关系，被称为机械性失稳。在临床上，腰椎与脊髓、神经根以及血管有着密切的关系。所以，在正常生理载荷下，腰椎不能保持椎体间的正常关系，使脊髓、神经根受到刺激或者伤害，或因结构改变而出现功能障碍性疼痛或畸形。从生物力学的角度来看，脊柱失稳就是脊柱的平衡状态的被打破。包括动态平衡的被打破和静态平衡的被打破。

2.1．动态平衡：脊柱的动态平衡可以表现在躯体姿态和功能（外在平衡），也可以表现在脊柱周围肌肉收缩力和关节囊韧带张力的平衡（内在平衡）。这一平衡系统相互协调，相互为用，维系了脊柱的平衡，保持了人体的正常生命活动。在动态平衡的研究中人们提出了众多的假说。其中，最具代表性的是“桅杆假说”和“木桶假说”。前者认为：脊柱的骨性结构与骨连接共同构成了帆船的桅杆，而脊柱周围的附着的肌肉就犹如稳定桅杆的缆绳。各个方向上的缆绳张力均衡，桅杆便稳定，否则可能出现倾斜或者断裂。在脊柱表现为椎曲的改变。与桅杆假说相似的还有“旗杆假说”和“塔型假说”。“木桶假说”认为：脊柱作为一个负重系统，其强度不是各个部分强度的叠加，而是其中最薄弱的那一部分。犹如盛水的木桶，其容量不是取决于围成木桶最长的那块木板，恰恰是决定于最短的那块。

2.2．静态平衡：脊柱椎体、椎间盘、关节突、韧带和关节囊等结构所维系的静态稳定系统被打破的因素较多。以上稳定脊柱的结构受3种因素的控制：遗传、激素活性和载荷。超限的载荷和不良的载荷可以导致脊柱失稳这是大家所熟知的。激素活性和应力集中引起的骨形态的改变，从而由结构改变引发的功能改变，进而对脊柱稳定的影响也应当引起足够的重视和关注。

3．整脊学思考

3.1．恢复脊柱稳定在整脊学中的意义：脊柱失稳将导致脊柱本身及其与之相关的内脏器官的病变。这是不争的事实。设法恢复脊柱的稳定，治疗脊柱因之而导致的疾病，以及由此而引发的相关内脏疾病无疑是有积极意义的。这便是整脊学的使命。中医整脊科，运用中医原创思维研究人体脊柱系统功能解剖、运动力学，用手法为主的中医疗法调整气血、筋骨，使气血协调并恢复或改善脊柱力学平衡，从而达到防治脊柱劳损伤病的目的。并以“理筋、调曲、练功”三大治

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疗原则来完成其治疗目的。而且，以恢复脊柱生理曲度（椎曲）为疗效评价的重要标准。这在整脊学上是有进步意义的。

3.1.1.练功对维系脊柱稳定的价值应当给予足够重视：练功对于改善全身的代谢状态，重新分配椎体以及相关韧带和小关节的载荷有着重要的价值。其代谢的改善，有利于脊柱稳定系统保持较好的状态，有利于脊柱的稳定。尤其是，避免了不良载荷持久的作用和应力集中带来的不利于脊柱稳定的结构和功能的改变。也是巩固“调曲”治疗结果的关键。所以，应当给予足够的重视。在方法上，古人有很好的经验可以借鉴。“五禽戏”、“八段锦”、“易筋经”都是古人留下的宝贵财富。韦以宗编制的“健脊强身十八式”①对脊柱动力稳定系统的训练几乎全部囊括了。现在的问题是，在整脊过程中如何规范、系统的问题。

3.1.2.重视腹肌的训练：腹肌在维持脊柱稳定的动力系统中有重要作用，由于生活方式的改变，腹肌的力量较之骶脊差，这对于脊柱的稳定无疑是不利的。因此，在整脊过程中强调腹肌的训练应当引起重视。

3.2.重视脊柱失稳的病因学研究：椎间盘在脊柱稳定中的价值和其退变后导致脊柱失稳的因素在脊柱疾病的研究中得到了公认。然而，维系脊柱稳定的结构和因素很多，导致脊柱失稳的因素也很多如果不全面的研究，很难顾此失彼，甚至找不到关键所在。

3.2.1.椎间盘退变一直被认为是引起脊柱失稳的主要原因②③。椎间盘的主要生物力学功能是对抗压缩力并对脊柱的活动产生决定性影响。椎间盘与后方的小关节面共同承受并分散载荷，同时制约脊柱过多的活动。由于纵间韧带牵拉，即使在不负重的情况，间盘自始至终存在预应力，这一特点有利于其承受更大的负荷。椎间盘髓核的结构同时包含固相及液相组织，是典型的双相物质的复合材料结构，因而，其生物力学特性是介于硬组织和软组织之间。具有明显的粘弹性特征。已有的研究认为，随着年龄的增长，椎间盘的髓核含水量减少，弹性降低，从而给脊柱的稳定带来危害。这一认识的基础，除了来于临床的观察外，还有椎间盘髓核作为粘弹性固体的材料特性的认识。现有的认识：椎间盘髓核在幼儿时髓核含水分为88%，18岁下降为80%，老年时下降为70%。然而，到底髓核的含水量到什么范围，粘弹性改变在生物力学上有意义？迄今为止尚未见相关研究。因为在人体，具有粘弹性体征的组织，还有松质骨和肌腱等。④⑤这就引发一个思考：髓核含水量的减少在椎间盘退变中的作用是否需要重新认识和评价。或者说，髓核的含水量降低到什么范围对椎间盘的退变有实质意义。这是需要深思和深入研究的问题。毕竟，到了老年髓核的含水量还有70%。

3.2.2.引起脊柱失稳的原因应当说是很多的。有创伤性的、病理性的、先天性的、退行性的、医源性的，等等。就创伤性而言，就有急性损伤和慢性损伤。由于人们生产、生活方式的改变，长时间的低头和坐位引起的维持姿势肌群的疲劳和劳损，改变着运动系统的发病年龄和疾病谱，也改变或增加了脊柱失稳的因素。因而，全面、深入研究脊柱失稳的病因，对于制定有效的治疗起着决定性的意义。

3.3.被忽略了的脊柱稳定因素：在脊柱生物力学中认为，脊柱的稳定靠脊柱的外源性和内源性两个系统来维持。这只是就脊柱本身而言。从某种意义上来讲，也只能认为是主要的稳定系统。人体是一个有机的整体，无论任何一个器官的结构或功能出现异常，难免会给整个机体带来影响。脊柱作为人体的中柱，其稳定的失衡会对其他的器官带来影响，引起相关疾病；同样，其他器官或组织结构的病变也必将对其稳定性带来影响。在脊柱本身的稳定系统和四肢的骨、关节、韧带和肌肉的健康，胸廓腹压骨盆以及四肢姿势和功能对维系脊柱的稳定也起着不可忽视的作用。虽然，这些因素被认为是脊柱稳定的辅助因素，但它却是影响脊柱稳定的充分条件。但是，在研究脊柱稳定和治疗脊柱失稳时恰恰忽略了这些因素。尤其是在上述因素成为脊柱失稳的原始病因时，忽略了它其结果是不言而喻的。

参考文献

[1] 韦以宗.中国整脊学.第一版.北京.人民卫生出版

社.1996；319-330.

[2] 杨克勤主编.脊柱疾患的临床与研究.第一版.北京

出版社.1993；619-620.

[3] 赵定麟主编.脊柱外科学.第一版.上海科学技术文

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[4] 王玉发张忠君黑发志等.跟骨、月骨、头状骨

松质骨粘弹性实验研究.生物医学工程学杂志2003；03： 434-438.

[5] 刁小明、于庆巍.大骨节病对跟腱粘弹性影响实验

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