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腰椎的生物力学构成以及腰椎易损性原因

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成年人中的腰痛发生率约为80%,其中7%~11%转为慢性腰痛,腰痛是仅次于感冒的第二大疾病。腰痛持续t>3个月,一般认为即是慢性腰痛。中国传统的腰痛治疗办法包括卧床休息、按摩、牵引、理疗(中频电疗等)、正骨、简单的腰背肌力量训练(小燕飞、五点支撑),以及口服非甾体消炎药物(芬必得、扶他林等)、肌肉松弛剂,口服中成药(活血化瘀类药物),针灸等。

过去10年,欧美多个国家陆续发表了慢性腰痛治疗指南,其结论基于循证医学的证据,有一定的参考性,多数治疗指南认为运动训练、非甾体消炎药、生活方式指导、手法治疗等有一定疗效。在欧美国家,慢性腰痛的从业人员包括物理治疗师、全科医生、康复医生、骨科医生等,主要的治疗手段包括腰椎稳定性训练、手法正骨、有氧训练、药物治疗等,与中国的治疗手段有所差异,欧美国家更注重患者本人的积极参与和主动的运动训练。

近年来,各个流派的腰痛治疗技术传入我国(如悬吊运动训练技术等),经实际验证,确有疗效,逐渐在康复医学界推广并扩展至社区医疗体系。正常脊柱本身具有稳定性

Write等(1987)最先提出脊柱稳定性的概念,认为在生理条件下脊柱各结构能够维持其相互间的正常位置关系,不会引起脊髓或者脊神经根的压迫和损害,称为“临床稳定”,而当脊柱丧失这一功能时,叫作“临床不稳定”。影响脊柱稳定性的因素包括四大类:①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;②动力性稳定器――韧带、纤维环、关节面软骨;③流体力学稳定器――髓核的膨胀度;④随意性稳定器――整体运动肌和局部稳定肌。

Panjabi于1992年提出了保持脊柱稳定性“三亚系模型”:被动亚系、主动亚系和神经控制亚系。

被动亚系主要由椎体、小关节突和关节囊、韧带等成分组成。

主动亚系由肌肉和肌腱组成。采用去除肌肉的实验证明,缺乏相应的肌肉的支持,腰椎可以在极其轻度的负载之下变得非常不稳定。

神经控制亚系主要接受来自被动亚系和主动亚系的反馈信息,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。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。而慢性腰痛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。脊柱周围肌肉保持脊柱稳定

根据功能和解剖位置的不同,将脊柱周围肌肉区分为局部稳定肌和整体运动肌两类。在肌肉保持脊柱稳定的作用中,局部稳定肌起到主要作用,整体运动肌主要作为身体运动所需的动力的来源,负责做功,而在保持脊柱稳定性方面起到辅助作用。

整体运动肌 位于表层,在双关节或者多关节分布,如连接胸廓和骨盆,这些肌肉收缩通常可以产生较大的力量,通过向心收缩控制椎体的运动和产生功率。

局部稳定肌 通常起源于脊椎,它们的主要作用是控制脊柱的弯曲度和维持脊柱的机械稳定性,通常位于深部,在单关节或者单一节段分布,通过离心收缩控制椎体活动,具有静态保持能力。脊柱最重要的局部稳定肌为多裂肌,其他如腹横肌等也起到类似作用。

腰部多裂肌处在腰部肌肉中的最内侧,每块多裂肌由5个不同的肌束组成,每一束由一系列来自棘突和椎板的肌纤维束组成。椎板的肌纤维嵌入到下一个椎体的横突,第5腰椎的肌纤维嵌入到第1骶椎的背侧骶骨小孔上。

有一些多裂肌中最深的肌纤维依附在椎骨关节突的关节囊,可以保持关节囊的紧张度,避免关节软骨之间的撞击。多裂肌的作用包括提供脊柱的节段稳定、保持脊柱的自然生理前凸、控制小关节的运动、调整椎体间压力和负荷的分配,多裂肌是唯一一块主要起保护椎骨作用的肌肉。腰部多裂肌在低负荷功能性活动中(日常生活)一致性的激活可能反映了它在保持腰椎稳定性中的作用。

稳定肌群的功能障碍以肌肉萎缩、功能抑制为主;运动肌群的功能障碍则更多地表现为肌肉的过度紧张和短缩。稳定肌群和运动肌群的区别,见表1。为何腰椎容易损伤及发生退行性改变?

腰椎受力情况分析 日常生活中,腰椎承受较大压力,这些压力成为腰椎损伤和退行性改变的一个重要原因。腰前屈并抬起重物时,需要背部、臀部等肌群收缩以提供力量,可以把腰椎理解为支点,搬起的重物由于距离腰椎较远,其杠杆力臂较长,而背部和臀部肌群距离作为支点的腰椎较近,其杠杆力臂较短必须产生较大的力量来弥补自身力臂过短的缺陷,椎间盘内压的测定反映了这一压力变化的情况。

有研究报告,腰椎间盘的压力在平躺时候是150~250 N,直立位时是500~800N,挺直坐位时是700~1000N,当弯腰抬起10 kg的重物时候是1 900 N。另一个生物力学试验报告,在健康青年分别提起14 kg和29 kg的重物的时候,L4/5椎间盘的压力大约分别升高到4 000 N和5 500 N。在向前弯腰时,腰椎间盘内压增加(因为腰部的弯曲力矩加大)、髓核向后移动(相邻椎体后缘张开、前缘靠近)、后侧纤维环承受的应力急剧增加。向后伸展腰部时,力学表现相反。因此,部分纤维环撕裂的年轻患者在急性期恐惧弯腰、N绳肌代偿性紧张限制弯腰的动作。

腰椎关节突的面积较小 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,因此,在姿势的改变中,腰椎关节突关节是很容易受到影响的。当腰椎前凸加大时,关节面间的压强增加。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。部分中年患者腰椎关节突关节退变并出现关节炎时,患者在腰前凸增大的姿势(站立、腰后伸等)腰痛加重,在腰后凸的姿势(坐姿、蹲姿等)腰痛减轻。部分患者仰卧时腰痛加重,可能与患者仰卧时腰大肌紧张致腰前凸有关,患者在仰卧时屈髋屈膝(腰大肌放松)或侧卧并轻度屈髋,则腰痛可以减轻。

与中立位相比,中度屈曲时,腰椎管的横截面积增加12%,而后伸时降低15%。在后伸位椎管容积减少的原因有2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,会进一步加重椎管的狭窄。腰椎管狭窄患者被迫采取坐位或蹲位,其目的在于使腰椎恢复至轻度屈曲的状态,从而增加腰椎管横截面积。很多腰椎管狭窄的患者可以骑自行车而不能长距离行走,就在于骑车时腰椎处于轻度屈曲的状态。

主动运动在腰椎稳定性中的重要作用

长时间卧床休息会导致腰部稳定肌群的萎缩,有研究表明,卧床48 h后腰部稳定肌群即开始萎缩,这提示较长时间的卧床对患者可能弊大于利;而另一方面,过度劳累会导致腰部结构劳损。在腰痛的治疗中,强调无痛下生活(避免超出身体生理上限的负荷)、无痛下运动(通过运动防止主动亚系和神经控制亚系的功能下降)。

学术信息

抗生素干扰婴儿肠道微生物组

在我们的肠道里,生活着许多微生物群落,它们在调控人体代谢和免疫防御功能上起着关键作用。这些微生物群落的集合被称为肠道微生物组。美国《科学转化医学》杂志6月15日发表的研究结果显示,使用抗生素会降低婴儿肠道微生物组的多样性和稳定性。

在世界大部分地区,对患病婴幼儿用抗生素治疗已成常规做法,美国孩子在2岁时平均有过3个疗程的抗生素治疗。

美国纽约大学等机构的研究人员用2年时间追踪观察了43名美国婴儿的肠道微生物组,收集了这些婴儿的排泄物样本及其母亲在分娩前后的排泄物样本。研究表明,母亲身体内外的微生物组可能通过母乳喂养和皮肤接触等方式,对婴儿肠道微生物组的发展施加影响。使用抗生素、剖宫产和主要喂食配方奶粉都会降低婴儿肠道微生物组的多样性。

在另一项研究中,美国马萨诸塞综合医院等机构的研究人员和芬兰同行采集了39名芬兰儿童3岁之前的排泄物样本。结果发现,抗生素治疗会导致婴儿期孩子的肠道微生物组稳定性下降,在治疗后,一些肠道微生物会暂时携有对抗生素耐药的基因。

先前的一些研究曾将肠道微生物组与肥胖症、糖尿病、哮喘和过敏联系在一起。因此,研究人员将继续追踪他们的研究对象,以了解肠道微生物组在受到上述干扰后会对健康出现哪些长期影响。

摘自:健康报