第十九章腰推的动力学变化：

活动度增大与活动度减小

从20 世纪40 年代起人们就开始了以脊柱的节段性不稳、正常脊柱的绝对运动和脊柱的运动方式为主题进行研究、探讨和争论。运动病理学和脊柱推拿专业非常重视这些研究课题，这是因为许多脊柱推拿师都认为复合性脊柱关节半脱位（vertebral oubluxati 。。伪mplex , VSC ) 是属于脊柱的动力学内容。而有些人却认为复合性脊椎关节半脱位不属于脊柱的动力学内容。如果能够确定脊椎的运动和藕合的方式，那么将脊柱的动力性损伤作为检测脊稚关节半脱位的客观评价标准似乎是有道理的。本章的重要性在于绝大多数的脊柱推拿师将复合性脊椎关节半脱位的动力学内容视为非常重要的指标。这也是脊柱推拿专业所关注的焦点和治疗重点。
脊柱推拿专业和生物力学专业在很长一段时期内将研究的重点放在脊柱运动单位（spinal motor unit ）的正常和异常运动分析上。对脊柱的运动单位有多种称呼，如脊柱运动节段（甲耐motor 涨茗ment ）、脊柱功能单位（functio 几al sPi 耐unit , FSU ）、脊柱基本单位（the basi 。sPi 耐unit ）等。L 川忱认为脊柱运动节段（甲耐咖tox 哭gment ）较为恰当，这样可以避免与神经学上的运动单位（卿tor unit ）相混淆。在近几年的生物医学杂志上，FSU 这一称呼似乎被广泛采用。它的含义是指两个相临节段的脊椎以及其中的软组织。不管脊柱运动节段这个术语是如何使用的，脊柱运动节段这个概念简化了生物力学研究。但从近年来的生物力学研究结果来看，它不能回答有关完整人体脊柱的许多重要问题。
在这一领域内的生物力学研究方向主要有两个方面：〔 l ）确定脊柱正常运动的各种参数以及脊柱各种藕合运动的方式；( 2 ）确定脊柱，特别是有关脊柱不稳和需要手术或其他治疗手段参与时的异常运动的构成。

第一节早期腰椎运动学研究

早在20 世纪40 年代就开始了对腰椎动力学（屈曲和后伸）的研究。Knut ～在1944 年引用了凡ldeb 二dr 和Guntz 的观点，认为椎间盘的变性是椎体间出现异常运动的原因。在研究中，K 滋ut ～首次采用了屈伸位的X 线片来观察腰推不稳。尽管他未能提出正常腰推的征象，但是他认为椎体间没有滑动（平移）就是正常。如果椎体间有滑动，则表明有椎间盘退变口这可先于其他X 线片征象，可作为预测腰椎不稳的指标。这一观点后来得到Fribe 飞的研究支持。然而有人通过手术中观察与X 线片对比研究，对这一概念的可靠性提出质疑。同年，Fri 阮rg 与凡汉h 发现，在所发现的腰椎不稳的病例中。仅有15 ％患者在x 线片上表现为椎间盘退变，没有什么临床意义。一些研究人员认为在诊断椎间盘变性上，功能位X 线片优于静立位X 线平片。卜坛订治和M ? b 研究也支持Knut ～的观点。
Tanz 是最早试图定量化研究腰椎正常运动类型的学者。他观察了儿童与成人脊柱的屈伸和侧弯运动。结果显示：随着年龄的增长，脊柱活动能力和总的变异系数降低。由于没有重一362 一

复性，因此，没有进行旋转运动的研究。
早在1905 年，LO 爬tt 就对脊柱的祸合运动进行了一些观察。在此之前，尚未对此进行严格细致地讨论和研究。Arkin 曾观察到脊柱在侧弯时，无论初始体位是前屈还是后伸状态，椎体总是向凸侧旋转。之后对脊柱的藕合运动进行了深入的研究。
许多研究人员试图采用定量化的方法来在体研究腰椎的屈伸运动二Allbrook 发现下腰椎的活动度较上腰椎大。结合骨刺形成的特点，他认为骨刺是由于椎间盘间歇性地压迫，引起前纵韧带钙化的结果。
还有人用图像分析的方法对脊柱运动进行了研究，但都仅限于在矢状面对脊柱屈伸运动进行观察。
1967 年有人用定量的方法对脊柱的旋转运动进行了研究。当侧向旋转至最大时，测量椎体间的旋转角度。注意到人体在行走过程中，以第6 至第8 胸椎为中心，上下段脊柱做相反方向的旋转运动。并发现脊柱在侧弯时伴有轴转动，从而证明了脊柱的旋转运动是侧弯运动的组成部分。几nnal 等推测了脊柱各种平面运动的锅合运动。在对有异常运动的24 例患者进行运动点（point of rnotion ）参数检测时，发现65 ％的病变节段存在异常运动。因此，他们认为运用这种点运动参数法可以顶测脊柱的异常运动。
那时临床上实用可靠的脊柱屁伸运动平片的分析方法仍未建立。另外，也没有考虑到脊柱的三维运动情况。对于X 线片征象的解释主要依靠患者临床表现和医生的实践经验，而不是依赖可靠的数据。Fa 仔an 指出评价运动平片的真正困难是确定测量的基准，因为现实中纯粹、单一的脊柱平面运动是不可能存在的。
1977 年，Panjabi 指出了脊柱运动的复杂性和测童的困难性。他认为脊柱的每一种主要运动方式都伴有5 种藕合运动。他讨论并运用脊柱上的自由度，发现离体脊柱实验的缺陷与不足，因为没有考虑到活体状态下脊柱所承受的较大预载荷。
双平面X 线检查技术（立体放射成像）可用于脊柱运动的精确测量，Pope 等通过这种方法对离体及活体上脊柱运动进行了观察。他们发现腰椎有祸合运动，活体上运动节段在所有方向上的运动都具有滞后性。瞬时旋转中心可受到多种因素的影响而发生变化。他们在活体上观察了一些运动形式和加载的偏斜特性。以前，有人对椎体位置的三维测量方法进行了报告，但没有进行运动学的研究。

第二节近年来脊柱运动学的研究进展

近年来，人们才逐渐认识到脊柱的运动不是一种单一的运动。例如脊柱上的任何运动都会同时伴有其他的祸合运动。脊柱的三维分析方法的发展有助于脊柱祸合运动的研究。1975 年，White 和Panj abi 通过对以往文献回顾，全面的总结了当时关于脊柱运动学的研究进展。运动学是力学的组成部分，而在以往的脊柱生物力学研究中没有考虑到各种作用力的影响。本文介绍了一些术语和定义，对目前经常使用的三维坐标系统进行了讨沦。对一些测量脊柱运动学的研究论文也进行了回顾。发现没有人对此进行细致的研究，研究人员只是关注脊柱的旋转运动，而忽视了对脊柱平移运动的研究。有关资料表明脊柱旋转的范围变异较大并对脊柱的藕合运动方式进行了讨论，强调颈椎运动时伴有明显的祸合运动。相对而言，尚无腰椎的藕合运动资料。瞬时旋转轴的应用被认为具有潜在的理论和临床意义。以往对颈推瞬时旋- 363 -

转轴的研究论文寥寥无几。Ro 坛nde ：和O 泌翼tte 对腰椎的瞬时旋转轴做了观察。但这一时期对脊柱平移运动的研究甚少。对椎骨各个解剖部分的功能分析不够全面。对肌肉的刺激研究以及力学因素对活体生理运动的影响也不清楚。
以后逐渐对脊柱三维祸合运动进行研究。但这些研究仍集中在脊柱的运动节段。一项体外实验发现年龄并不影响脊柱运动节段的力学性能；女性运动节段活动度高于男性；椎间盘突出的节段并不影响脊柱的运动。与正常椎间盘或部分退变的椎间盘相比，变性推间盘承受了较大压力且屈伸活动下降；椎间盘突出严重程度与临床症状之间无显著相关性。曰m 既t 首先采用计算机技术对正常人和患者脊柱运动参数进行统计学分析，标志着计算机软件在脊柱运动学复杂的测量与数据分析中应用的开始。从临床发展来看，我们应该认识到．研究应以确定腰椎手术的适应症为目的。而在以往的研究工作中，对脊柱旋转运动正常参数的研究很少。正如前面所提到的，平移运动的研究几乎被完全忽略了。
Weitz 提出脊柱侧弯征象可以作为腰椎间盘突出的定位诊断指标，这可以在腰椎侧位X 线片上确定。他认为椎间盘突出会导致脊柱序列改变或侧弯活动的减少，而这些变化可以在侧位X 线片上准确地定位出来。但至今没有对此实验进行过重复性的研究。
Kirkaldy 一w 筋，等介绍了一种根据脊柱x 线片上不稳定的程度来确定脊柱不稳定的方法。它是在X 线片上确定脊柱的异常运动，即确定脊柱关节运动幅度的增大或减小。但应当强调的是腰椎正常运动的参数仍未确定。
1982 年P 咧abi 、G 咒1 和Takata 首次开展了腰推韧带的生物力学研究。在对第3 和第4 、第4 和第5 腰椎韧带的体外研究中发现，当脊柱前屈时棘上韧带、棘间韧带应变最明显，其次是小关节囊韧带和黄韧带；脊柱后伸时，前纵韧带产生的应变最大。对侧弯时韧带应变情况也做了观察。他们最早进行了脊柱韧带的生物力学性能的研究。在此之前人们对韧带的力学性能及其在脊柱生理运动中的作用从未研究过。有趣的是，在他们的研究中发现明显的椎弓变形，Farfan 在活体脊柱上也进行过相同的研究。
1982 年首次将预载荷引人到体外脊柱生物力学研究中。研究发现第1 和第2 腰推、第2 和第3 腰椎、第3 和第4 腰推与第5 腰椎与第1 能椎的屈伸运动存在显著的差异。研究表明运动节段是脊柱的功能单位，这一概念最早是由Jun 沙纽。S 提出的，脊柱功能单位是脊柱运动学和动力学的最小力学单元。
人们不断寻找一种准确可靠的评估脊柱不稳定的方法。刹igman 等在1984 年将瞬时旋转中心（instant ? us ? ter of otati 叩，ICR ）的概念运用于脊柱。这种方法以前用于人体关节的运动学分析中。然而，一个脊柱运动节段的旋转轴并非固定不变。不断发生变化的旋转轴运动轨迹，称之为“瞬时轴迹”（段ntrode ）。本研究是在体外进行，确定了椎间盘退行性疾病不同阶段的瞬时轴迹，并与正常脊柱做了比较。研究中发现即使在椎间盘变性的最早期也会出现瞬时轴迹大小和位置的显著性改变。尽管实验中有一些错误，但他们认为脊柱屈伸运动的结果准确可靠。这是根据Pan ) abi 的观点：当在腰椎作屈伸运动时，腰椎的轴转动最小，因此在研究中因其不足以影响实验结果，因而不予考虑。
1984 年有人对腰椎正常运动进行了三维X 线分析。由于脊柱运动具有藕合运动性质，即每个主要运动方式同时都伴有其他五种运动方式，因此有必要将三维运动分析法用于准确描述脊柱的运动。此前从未有文献对正常腰椎的三维运动进行过研究。研究所发现的脊柱藕合运动提示在腰椎屈曲过程中，伴随的腰椎侧弯和轴转动不超过4 ．。后伸时超过3 ．的祸合运动一364 一

就应属于运动异常。当然，这个结论不是根据以往的研究得出的，而是根据自己的这项研究得出的。这项研究也认为脊柱的异常运动与临床症状密切相关，而与病理学的关系不大。每个腰稚间屈伸的角度大约14 ’。
而后，这种三维分析方法被用于腰痛的研究。研究发现腰痛患者的腰推活动受限主要是表现在下腰椎，祸合运动的增加表明有不对称的肌肉收缩活动。有腰痛和神经紧张征象的患者表现有脊柱的主要运动和藕合运动减少。研究表明双平面脊柱X 线平片可以显示不同类型患者的运动方式，但无法为临床鉴别诊断提供有用的信息。
有人认为当脊柱出现异常运动时，表明有腰椎运动节段不稳定的假设。由于脊柱的运动存在着个体差异，严格确定正常运动范围非常困难，因此明确病因强于准确的测量。临床上对脊柱运动节段松弛还缺乏认识。一些特异性的症状可能无法与脊柱不稳的特殊类型相结合，但脊柱动力性的屈伸以及侧弯X 线片在临床上具有重要的价值。研究发现一些脊柱运动形式异常与特定脊柱运动节段的损伤有关，这在临床上具有非常重要的价值。
由于缺乏有关腰椎运动和稳定性的知识，临床医师在确定腰椎的异常运动时依靠临床判断和临床经验，而不是依靠实验确定的数据。1 如5 年P 州s 也认为只有通过临床检查才能判断出腰椎不稳。
F 砚门刀oyer 和段l 饰试图根据外科学的观点，对脊柱不稳定性进行分类。他们认为脊柱节段性不稳定是继发于脊柱退变的论点是值得怀疑的。结合临床X 线检查和一些生物力学指标，他们将腰椎不稳定性分为轴转动、平移、脊椎滑脱和术后腰椎不稳定综合征等。每一种不稳定情况在临床上都应给予足够的重视，它们容易发展成为固定性脊柱变形，这可导致椎管狭窄症状的产生。对脊柱推拿师来讲，更感兴趣的是脊椎的向后滑脱。虽然脊椎向后滑脱多见于第5 腰椎和第1 能椎处，但它可发生于脊柱的任何节段。肠hina ～的研究提示高达30 % 的腰痛患者是由第5 腰推和第1 能椎的病变所引起的，但仍没有临床和放射学的方法来确定患者因脊住不稳定性而出现危险。这些作者所介绍的概念并没有考虑到生物力学或外科学的研究结果，尽管这样，临床仍然以此作为治疗方案的依据之一。
Stokes 和外卿eyer 采用双平面X 线片技术对脊柱运动节段和不稳定性进行了分析。他们使用这种方法测量了腰推屈伸运动过程中节段运动间的位移和角位移。通过研究发现，屈伸位双片面X 线片技术对诊断腰推不稳定性没有什么用处。在临床认为是疼痛源或是对封闭有效的小关节病变节段，既没有过度的屈伸活动，也没有向前的剪变形〔平移）。本研究的缺点是无法检测异常或错误的运动，只能对静态时的运动终点进行研究。对于这些缺点可以采用动态X 摄片技术来克服，但需要很大剂量的X 线暴光。对于有人声称采用触诊就可以发现腰椎不稳的证据，作者认为很难客观的评价这些触诊的有效性。
1989 年有人将腰椎屈伸位X 线片用于无症状人群的研究。研究发现，转动的幅度为7 一14 ' ，由于存在这么大的活动范围，所以无法确定更为精确的正常转动范围。每个腰椎运动节段可有2 一3 nun 的平移。本研究结果对早先基于腰稚屈伸动力性摄片作为判断腰椎不稳的主要方法这一结论提出了挑战。美国矫形外科学会对脊柱节段不稳的定义是“超过正常被动运动的脊柱运动节段在载荷作用下所出现的异常表现”。但腰椎的正常运动范围还没有明确。研究发现腰椎平均角运动的变异范围非常大，这样就限制角运动的测量价值。研究还发现角运动的大小与年龄无明显的相关性。有文献认为，当腰椎间的平移运动超过3 ～时可能预示有节段性不稳，对有症状的患者可施行椎体间融合术。根据这个研究结果，应将其看作一365 一

为个人观点，不能代表多数人的意见。腰椎屈伸过程中所表现出3 ～的平移运动应当属于正常。应看到研究中有超过20 ％的无症状受检者除第5 腰稚和第1 骸推之间外，其余其它节段有4 ～以上的移位或较大的平移；至少有10 ％的受检者有3 ～以上的位移。因此本研究提示以腰椎屈伸位X 线片作为诊断腰椎不稳的重要指标值得怀疑。
在Knut ～首次提出脊住不稳概念及其测量方法50 多年后的今天，仍对脊柱不稳的概念以及腰椎不稳的测量方法进行争论。有人认为异常运动是脊柱不稳定的典型表现；而另，一些人认为脊柱正常运动范围的变异系数很大，仅根据运动难以确定脊柱不稳定性。另外，直到1989 年人们还没有进行过全腰椎的运动学研究。Y 朋砚n 刃to 等通过研究发现：在屈伸运动时，下腰椎的活动度比上腰椎大。腰椎整体轴转动时第5 腰椎和第l 散椎间的活动度最小。侧弯时，除第1 和第2 腰椎间活动度稍低以及第2 和第3 腰椎稍高一些外，其余腰椎节段的活动度基本相似。这是一项非常重要的研究，因为实验中考虑到了腰椎的生理性前凸以及腰椎韧带的完整性。尽管还存在一些缺陷，但本实验基本上能真实的反映腰椎的正常力学特征。与实验研究相对的是临床研究，由于测量仪器的精确度不高，很难确定活体上的骨性标志，限制了直接测量。放射诊断是目前较为准确的检验方法。但是由于无法对所测量的平面进行定量地分析，因此传统的X 线片技术无法显示脊柱同时在冠状面和水平面上发生的运动。三维X 线检查可以克服这些缺陷，但临床还未广泛应用。
近来许多X 线研究有助于确定腰椎正常运动范围和探讨腰推不稳定性的方法。Weiler 等采用多张X 线片对12 例正常对照者和36 例腰痛患者的腰部屈伸运动进行了研究，以确定其瞬间旋转轴，即瞬间轴迹。IAR 方法具有一定的准确性和精确度，但应用于临床尚有一定的困难。以后提出了’‘不稳定系数”( instability 瓜tor , IF ）的概念，即在屈伸运动时，运动节段的旋转与平移之间的比率。研究发现退行性脊椎关节病的患者，其lF ＋高于对照组。虽然这种方法还投有运用于临床，但这种检测方法可以作为脊柱不稳的筛选试验。
1988 年有人对腰椎小关节在轴转动过程中是否出现裂缝进行了研究。发现这种现象只有在小关节损伤或腰椎关节过度运动的情况下才会出现。小关节在正常运动时伴有关节和周围脂肪垫的运动。Haas 等对腰椎侧弯位X 线片的可靠性提出了疑问，发现不同的观察者对侧弯数据有不同的解释，得出的结论存在差异，没有什么可靠性。因此研究的结论是“临床上应用腰椎侧弯X 线片对腰椎的生物力学进行分类值得怀疑”。
E 斤山砍等对腰推的主动及被动屈伸运动进行了研究。根据以往对颈椎进行的研究，发现颈椎在主动和被动屈伸活动中存在着明显的差别。本研究得出以下几个重要结论：1 ．腰痛患者无论其病因如何，都会出现脊柱运动功能下降；
2 随着年龄的增长，脊柱的活动能力呈下降趋势；
3 ．训练有素的运动员腰椎旋转和平移的幅度大于其他人；
4 ．不同的患者组群之间腰推活动参数无明显差异。
通过以上研究得出以下结论：由于正常腰椎的运动范围变异较大，应用运动X 线片测量技术值得怀疑。由于活动度减小，因而限制了不同病理组之间差异的研究。因此，运用被动屈伸位X 线片分析腰椎运动节段的运动无助于腰痛患者的鉴别诊断，临床上无法从这项检查技术中得到有用的信息。
研究证实腰椎的旋转和平移运动有较大的变异，同时伴随着各种根合运动。近年来对影响腰椎功能活动的另一个重要因素：体位进行了研究。研究显示体位是影响腰椎藕合运动方一366 一

式的重要参数。不同的脊柱节段，与体位一样共同影响着脊柱的主要运动和藕合运动。体外研究结果显示腰椎的轴转动伴有腰椎的侧弯等祸合运动，这与先前的在体研究非常相似。Lovelt 首先提出了腰椎内在的三维祸合运动并证实了体位方向对脊柱祸合运动的影响。尽管对肌肉活体脊柱精合运动的作用所知甚少，但可以推断肌肉的影响一定很明显。

第三节小结

关于脊柱生物力学的研究还存在许多尚未解决的间题，但根据脊柱运动病理学中的腰椎活动度增大与活动度减小可以得出以下结论：
1 腰椎各水平节段正常活动范围（包括旋转和平移等〕 变异较大；
2 ．由十脊柱运动幅度变异，二维屈伸位X 线片对脊柱不稳的分析没有什么临床应用价值；
3 ．对侧弯运动的研究仍很少，尽管有研究表明腰椎侧弯可以提示椎间盘突出的节段，但这都依赖医生的实践经验和判断。侧弯分析的可靠性仍未得到证实；
4 ．任何功能分析都应考虑到腰椎的主要运动所伴随的三维锅合运动方式。应用立体X 线片就可以准确地分析这些祸合运动；
5 ．体位对祸合运动有重要的影响，肌肉也可能有重要的影响，但影响程度尚不清楚；6 ．在所有的腰椎分析中，必须考虑初始体位及腰椎的前凸状态；
7 ．腰推屈伸位X 线片检查仅在确定腰椎不稳作为外科手术指征的检查方法。对此，White 和Panjabi 制定了相关的诊断标准并确定了相应的检查表；
8 ，瞬间旋转轴或瞬间旋转轴的瞬时轴迹没有显示出临床价值。的确，由于脊住运动是三维的，因而没有瞬时旋转轴。所以取而代之的是脊柱运动的垂直轴（螺旋轴）。
考虑到椎间运动的复杂性，年龄、体位、椎间盘变性、运动方式（主动．／被动）等都影响着脊柱的运动特征。临床上采用的腰椎动力性摄片的价值值得怀疑。经过50 多年的研究我们已经建立了一些较为成熟的检查方法，如计算机数据分析、立体X 线摄片技术和三维成像技术等。这些结果表明腰椎不稳仍须进一步探索。要建立一种临床上实用、可靠和重复性好的腰椎运动检测方法仍是一项任重道远的工作。

参考文献