腰痛的生物力学机制和简明治疗技术

前主要从事基于生物力学和运动医学原理的现代骨科康复技术的研究和推广工作。

专家简介

北京积水潭医院康复医学科主任，主任医师，

医学硕士。曾从事脊柱外科工作多年，完成大

型脊柱外科手术近两千例。近年主要从事骨科

疾病的保守治疗。在广泛研究和吸收欧美先进

的康复理论与技术的基础上，结合自己丰富的

临床经验，使用以悬吊运动训练（S.E.T）为核

心的现代康复治疗技术，治疗了超过一万例慢

性颈肩腰膝疼痛患者，取得了良好的效果。目郭险峰腰痛的生物力学机制和

简明治疗技术北京积水潭医院郭险峰导语

慢性腰痛是一组彼此关联的病理变化的共同外在表现

准确定位产生疼痛的部位和具体原因可以为治疗提供良好的指导

腰椎各部位在伸展、屈曲位置承受的压力产生很大变化

腰椎稳定肌群也称核心肌群，在腰椎稳定性中起重要作用学习目标初步掌握慢性腰痛的诊断思路初步掌握腰椎各部位的受力分析初步掌握腰椎稳定肌群和运动肌群的特点内容概括0102腰椎生物力学简介神经肌肉系统在腰椎稳定性中的作用1腰椎生物力学

简介影响脊柱稳定性的因素结构性稳定器：椎体的形状与大小，

关节面的形状、大小与方向动力性稳定器：韧带、纤维环、关节

面软骨

流体力学稳定器：髓核的膨胀度随意性稳定器：外层肌肉（动力肌）

内层肌肉（稳定肌）ABCD脊柱稳定性的三亚系模型

Panjabi的脊柱稳定性“三亚系模型”（1992年）：被动亚系（韧带和骨骼）、

主动亚系（肌肉）和神经控制亚系（反

馈和控制）

被动亚系特指关节和韧带结构；主动亚系特指相关肌肉；控制亚系特指神经肌肉运动控制系统，它可以接受来自脊柱稳定性有关肌肉的信息，然后控制主动亚系的有关肌肉活动，参与稳定型维持被动亚系主动亚系脊柱稳定性的三亚系模型

神经控制亚系主动亚系

去除肌肉后，腰椎可以在极其轻度的负载之下就会变得非常不稳定

腰部竖脊肌是完成搬举动作的主要背伸肌肉；旋转运动主要由腹斜肌收缩完成

而腰部节段运动控制主要由腰部多裂肌活动完成，用以控制搬举和旋转运动的腰椎节段稳定性；神经控制亚系

神经控制亚系主要接受来自主动亚系和被动亚系的反馈信息，判断用以维持脊柱稳定性的特异性需要，然后启动相关肌肉的活动，实现稳定性控制的作用。损伤后神经控制功能没能得到彻底康复也可以使得再次损伤的危险性提高神经控制亚系

神经控制亚系能够预测即将发生的肢体运动，然后启动相关肌肉活动来保持肌肉稳定性，如在上肢运动发生之前多裂肌和腹横肌活动先行启动。而LBP患者这些肌肉的启动时间相对较晚，表现出明显的神经控制功能障碍

LBP患者腰部脊柱稳定性的神经控制功能较差且在初期损伤后的功能恢复不能自动进行，需要采用特殊的方法加以训练CNS的双重运动控制策略随意运动

控制

表层运动肌的随意运动控制

＋深部稳定肌的下意识运动控制

下意识运

动控制

位于背部肌肉深层；起于髂嵴、骶骨和脊椎横

突，止于上2～3位棘突中线，纵贯脊柱；有单

一节段独立的的神经支配；Ⅰ型纤维为主。

是维持脊柱形态和稳定性的最为重要肌肉多裂肌Multifidus多裂肌功能评价MRI

超声波动态等速肌力

PC－MRI

Head

coil静态等长肌力多裂肌功能评价

表面肌电（sEMG）

神经肌肉系统活动时的生物电变化经表面电极引导、放大、显示和记录所获得的一维电压时间序列信号

在控制良好的条件下，sEMG信号活动的变化在很大程度上能够定量反映局部肌肉疲劳、肌肉活动水平和肌肉激活模式等活动特征的变化规律sEMG应用研究

矢状面屈伸试验：屈放松现象消释，诊断率76％，抗干扰差Kuopio大学博士论文（1995）Teuvo

Sihvonen:Low

back

pain,Paraspinal

EMGand

Forgotten

Dorsal

Rami在所有上肢和下肢的快速运动中，

腹横肌先于所有主动肌收缩之前开始收缩Hodges

et

al

1997

&

1999OnsetDeltoideusOnsetTrA

Medial

deltoidTransversus

abdominisInternal

obliqueExternal

obliqueRectus

abdominisMultifidus

Shoulder

abductionPersons

with

back

pain腰椎解剖简介腰椎受力分析

许多躯干肌肉与脊柱长轴平行，当背肌产生保护和拉动脊柱的张力时，也会产生作用于脊柱的很高的压力。即使在放松的直立或坐位，肌肉产生的张力也相当于自上而下的体重的2倍

在活动时如前屈并抬起重物，背肌需要产生更大的力来克服上身的重力作用及所抬举物体的重量

有研究报告，腰椎间盘的压力在平躺时候是150N～250N，直立位时是500N～800N，挺直坐位时是700N～1000N，当弯腰抬起10kg的重物时候是1900N

另一个生物力学试验报告，在健康青年分别提起14kg和29kg的重物的时候，L4/5椎间盘的压力大约分别升高到4kN和

5.5KN腰椎关节突关节压力的变化

腰椎关节突的面积很小，因此压力的改变很容易导致关节突关节面上所承受的压强的改变

在中立位，大约只有1%的压力通过关节突向下传递腰椎关节突关节压力的变化

而当腰椎前凸加大到2°时，压力增加到16%。而且，前凸这一姿势使增加的压力主要集中于关节面的下缘，所以进一步导致非常高的应力集中

而当腰椎轻度前屈时，上关节突与下关节突的关节面比较平行，则两者之间的接触应力也比较小腰椎管容积的变化

与中立位相比,中度屈曲时,腰椎管的横截面积增加达到12%,而后伸时降低达到15%

在后伸位椎管容积减少的原因有两个，一个是黄韧带向前膨隆，另一个是后伸位导致构成椎管侧壁的椎弓根更加靠近

老年人黄韧带弹性下降，在腰椎后伸时，黄韧带无法像年轻人那样弹性回缩，而是形成皱褶，当这些皱褶向前侵入椎管时，就更进一步加重了椎管的狭窄。腰椎管狭窄的病人出现间歇跛行可用这一机制解释2神经肌肉系统在腰椎

稳定性中的作用

Rood(1972)根据功能的不同，将背

部肌肉区分为稳定肌和运动肌两类

稳定肌通常位于深部、具有单关节

或者单一节段分布、通过离心收缩

控制椎体活动和具有静态保持能力；

运动肌一般位于表层、具有双关节或者多关节分布、通过向心收缩控制椎体的运动和产生功率稳定肌（stabilisor）与运动肌（mobilisor）局部肌肉（Local）与全局肌肉（Global）稳定肌与运动肌比较

稳定肌

位于背部深层

腱膜状（aponeurotic）

慢肌为主

耐力活动时激活

选择性弱化

募集较差，可以被抑制

在30-40％MVC条件下激活

运动肌

位于背部浅层

梭状（fusiform）

快肌为主

爆发性活动时激活

优先募集

缩短和紧张

在大于40％MVC条件下激活

Bergmark（1989）还根据肌肉解剖位置的差异，将背部肌肉分为局部肌肉和全局肌肉

局部肌肉通常均起源于脊椎，它们的活动控制脊柱的弯曲度和维持脊柱的机械稳定性；多裂肌是最重要的局部肌肉

腰大肌、最长肌胸段会对腰椎施加强大的拉力，可能是某些患者腰痛的原因之一腰椎的稳定机制"Global"

muscles

"Local"

muscles•腹横肌•多裂肌•腰大肌膈肌

腹直肌

腹内外斜肌

竖脊肌

腰方肌

The

Pelvic

floor

核心肌肉系统（局部稳定肌）为神经网络所控制，意识无法直接控制。在外层运动肌开始收缩前和收缩时，神经网络按照自己收集的信息（本体感觉等）制定工作计划，控制和协调内层肌肉为运动服务，意识不能持续的干预这一过程

神经网络的兴奋度依赖于大量传入的神经冲动，当人体站立时，此一系统时刻感知着外界环境和人体运动系统的各种情况并作出反应。所以卧床48小时（或失重）后稳定肌群（多裂肌）开始萎缩，原因在于神经网络系统活性的下降运动感觉系统

结构上的问题及髓核的自然脱水过程导致力量在关节区域的分布和传递异常(通常无法逆转这一过程）

控制上的问题（局部稳定性下降）导致力量在关节区域的分布和传递异常(通常可以逆转这一过程）

力量在关节区域的分布和传递异常导致这一区域的结构微型、反复的损伤，出现慢性疼痛运动系统疾病的病理过程

损伤激发修复反应，慢性劳损导致慢性炎症

在机械性损害（局部不稳定）和化学性损害（慢性炎症）的长期作用下，出现结构改变（代偿与永久损坏）

结构的代偿性表现：关节骨质增生、韧带钙化、关节囊钙化、突出的椎间盘钙化（后三者是椎管狭窄的主要原因）

结构的永久性破坏：纤维环的断裂、关节软骨的退变运动系统疾病的病理过程脊柱退变的过程01结构破坏神经肌肉功能

紊乱

04

02结构增生炎症

05

03髓核高度降低，纤维环松弛

运动肌——短缩、激痛点、纤维化、代偿性紧张

稳定肌——萎缩、被拉长

神经网络——兴奋水平下降、控制紊乱

韧带——炎症、增生、钙化

关节囊——松弛、损伤、增生

关节软骨——退变、炎症

椎体——炎症、终板硬化、增生与骨刺

椎间盘——髓核高度降低、纤维环松弛，应力集中，纤维环断裂、修复（痛觉纤维长入）、钙化，髓核突出、吸收、钙化脊柱的病理改变

早期以机械性不稳定为主，中期出现炎症，晚期为结构破坏（间盘突出）和增生。椎间盘的退变伴随始终

机械性不稳定：运动训练和生活指导，急性期辅助以矫形器

炎性：药物、理疗、针灸、按摩，生活指导，牵伸和有氧训练，微创手术（射频和激光）对疾病的整体认识

结构破坏和增生：肌肉能力增强的代偿、肌肉保护韧带（本体感觉训练和肌肉力量训练）、生活方式指导、矫形器（围领和足垫）、生活环境的改变、体位代偿（腰椎间盘突出和腰椎管狭窄患者的腹肌训练）、手术对疾病的整体认识

ADL能力

功能性运动平衡与本体感觉

肌肉势能健康营养患者教育心肺功能心理情况与适应能

力l

关节活动度与关节稳定

组织愈合诊断；急性期处理；手术技术；康复技术Physician

Treatment临床治疗例如：诊断、疼痛管理－药物、营养咨询Physiotherapy物理治疗师例如：整复、牵引、稳定运动单元、电疗......Medical

Training

Therapy

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