颈椎牵引的力学试验与临床应用研究

1、颈椎牵引的力学试验与临床应用研究 文章来源： 2006-7-28 11:40:30 颈椎牵引的力学试验与临床应用研究中国康复理论与实践 2000年第4期第6卷 综述作者：谢财忠纪树荣单位：谢财忠（南京军区南京总医院康复医学科，南京210002）；纪树荣（中国康复研究中心，北京100077）关键词：颈椎；力学；牵引摘要：颈椎牵引是治疗颈椎病的重要方法。近年来，由于运动学和力学的发展，人们对其作用机理有了更深入细致的认识。本文描述了脊柱颈段不稳的力学运动学特性、颈椎发病的力学因素及与颈椎牵引三要素(角度、时间、重量)有关的力学试验，以便为临床诊断和治疗颈椎病提供便利。中图分类号：R49文献标识码：

2、A文章编号：1006-9771(2000)04-0171-04颈椎牵引是治疗颈椎病的重要方法之一。其中牵引的角度、时间、重量是影响颈椎牵引疗效的3个重要因素。为了阐明其治疗作用机理，进一步指导临床治疗，目前国内不少学者根据生物力学的观点，结合有关力学实验，在这方面进行了深入的研究和探讨。本文就脊柱颈段不稳的力学运动学特性、颈椎发病的力学因素、颈椎牵引的力学试验等3个方面的研究情况综述如下。1颈椎的力学运动学特性维持颈椎稳定性的因素很多，一般分为内源性因素(椎体、椎间盘、韧带和小关节)和外源性因素(颈部肌肉)。脊柱生物力学不稳定的主要依据为内源性稳定系统，其中韧带的张力与椎间盘的内压力在内源性稳

3、定系统中起重要作用。当人站立时，一个椎间盘承受的压力，比它上面的体重还要大。1960年Hachemson就指出：人在坐位时一个椎间盘所承受的压力比躯体重量大3倍，人跳跃时椎间盘所承受的压力比静止时大2倍(即体重的6倍)。实验还证实，脊柱屈曲加旋转时受力是椎间盘损伤的主要原因。颈屈曲侧弯时，椎间盘一部分受到牵拉，另一部分受到挤压；当旋转时，椎间盘还会受到剪力(shear force)。所以颈屈曲加旋转时，可使颈椎间盘同时受到张力、压力和剪力的作用。Ranfan发现，正常椎间盘扭转16才会发生损伤，而退变的椎间盘扭转14.5即可发生损伤。对于脊柱不稳的诊断需要从解剖学、生物力学和临床体征等多种因素

4、综合考虑，这样才能为治疗提供一个基本的、系统的和客观的依据。1985年Pope1和Panjabi提出了脊柱刚度的减小或柔度的增加是脊柱失稳的表现。1989年Panjabi2又提出了脊柱多向不稳的概念，即脊柱的不稳要与相应的运动方向结合起来。由于脊柱本身存在屈伸、侧弯和旋转3个方向的角度位移运动和上下、前后、左右3个方向的线位移位运动，如果在某一方面的角度位移运动过大则表现为脊柱在该方向的失稳。对颈椎来讲，第1、2颈椎骨特征属特殊型颈椎，其余5个属于普通型颈椎。枕颈屈伸范围共35，后伸为25，前屈为10，并能轻度侧弯。寰枢椎的活动主要是旋转，是围绕齿状突进行的，其旋转度占整个颈椎旋转度的50%，

5、愈靠下的颈椎活动节段，其旋转度愈小。如第6至第7颈椎节段的旋转度比第4至第5颈椎的为小。此外，寰枢椎间尚有515的屈曲活动，10的后伸活动。下颈椎活动度很大，前后屈伸或左右侧弯的中心线在椎体内，旋转的中轴线在椎间盘内。每节段活动时，椎间盘如球在两椎体间旋转，而小关节则以滑动来引导椎体间的伸屈或侧弯。了解上述颈椎的解剖学和运动学特性，便于临床诊断和治疗颈椎病。2颈椎发病的力学因素颈椎病的病因有外伤、劳损及解剖变异等，劳损是其主要原因。劳损归根到底就是颈椎长时间的受力问题。占氏3、涂氏4等人的调查结果显示：屈颈工作或常向一侧转动者比正常人的颈椎病患病率高出35倍。这证实了长期慢性劳损在颈椎病发病中

6、的重要性。颈椎由椎体、椎间盘、小关节和韧带组成。任何部位的受力不均衡均会引起病理性改变，进而引发各种症状和体征。骨骼是一种反馈控制系统。头颅位置的改变对颈椎施以持续的应力作用。许氏的研究指出：颈部劳损后必然会引起椎体后(外)侧部、小关节、钩椎关节等部位的骨质增生，以扩大受力面积，使应力扩大到最佳应力值状态。杨氏5等通过观察颈椎骨骼标本后所发现的骨质增生部位与尹氏6等通过尸体解剖所发现的骨质增生部位均与许氏的结果相符。小关节前方有椎间盘及颈神经根，后方是椎管与脊髓，它的应变增生必然会对这些部位的组织产生刺激或压迫，产生神经根型或脊髓型颈椎病。钩椎关节的应变、增生向外侧方可占据横突孔，压迫椎动脉；

7、向后侧方可占据椎间盘，压迫神经根；向内后方可占据椎管，压迫脊髓；增生物还可刺激周围的交感神经纤维。因此，钩椎关节处应力应变的增生可引起各型颈椎病。祝氏7通过钩椎关节的形态与骨质性颈椎病的关系研究证实了这点。椎体的后部紧邻椎管和脊髓，后外侧部为椎间管的内口，按照应变引起垂直应力方向增生的规律，侧仰、侧卧位低枕的应变力应变所致的突向后外侧方的骨赘，就会产生脊髓、脊膜及神经根受压迫刺激的症状和体征。8“颈椎病以颈椎间盘病变为先导”，这一点已为众多学者认同。脊柱的载荷主要由体重、肌肉和外部施加的载荷产生。911长期持久的超生理应力作用，必然会促进颈椎间盘的退变、蠕变、破坏，最终导致椎间盘高度变小，而诱

8、发椎体其它部位退变；如果纤维环破裂，髓核突出，则直接诱发颈椎病。当椎间盘受压缩载荷时，其内压力为外部施加的单位面积载荷的1.5倍，纤维环后部的拉压力为所加轴向载荷的405倍。作为脊柱一部分的椎间盘是在复杂方式下承受载荷的，通常为压、弯曲和扭转载荷的综合。脊柱屈伸和侧弯主要在椎间盘中产生拉压应力和压应力，而旋转则产生剪切应力。另外，颈椎所受的最大主应力集中在下颈段(C4C7)，特别是C5、C6及其椎间盘。这一点已由余氏12等用点测法证实，也进一步说明了颈椎病患者下颈段发病率高的原因。3与牵引有关的力学实验和临床应用脊柱由刚性相对较大的椎体和刚性相对较小的间盘及附属韧带组成。实验发现，构成脊柱的椎

9、体、间盘、韧带的力学性质不是弹性的，而是典型的粘弹性材料。脊柱加载后不是发生弹性形变，而是发生蠕变，即当压力保持恒定时，应变随时间增加而增大。颈椎牵引就是使脊柱发生蠕变。依据这一力学原理，国内不少学者对颈椎牵引的角度、时间、重量分别进行了力学试验。现将有关实验结果介绍如下。3.1牵引重量对颈椎稳定性的影响颈椎间盘是整个颈椎承载系统中最为关键的部分，通常椎间盘组织在载荷作用下，能使位移和形变加大。尽管有关牵引重量与治疗效果的报道不少，但真正具有实用价值且能提供理论依据的不多。为了探讨重量对颈椎稳定性的影响，1999年姜宏13等采用力学试验观察和研究了不同牵引重量对颈椎稳定性的影响。其方法为：采用

10、5具意外伤亡的新鲜尸体颈椎标本(C1C7)，先后制成正常和C5C6颈椎间盘部分切除的颈椎生物力学模型，运用生物力学电测技术观察不同牵引重量对颈椎稳定性的总体位移(压缩载荷位移)和椎间盘位移的影响。结果发现：75N压缩载荷下，切除组比正常组的压缩载荷位移增加27%(P0.01)，椎间盘膨出位移增加59%(P0.01)。牵引下颈椎压缩载荷位移，其在两组中均随着牵引重量的增加而增加，前屈15，4、6、8kg牵引下，切除组比正常组的位移分别增加了22.7%、7%、17%(P0.05)，椎间盘位移也呈类似变化。牵引后的3种位移增加幅度以46kg时较适度。作者在文中指出：椎间盘急慢性损伤后，颈椎稳定性下降

11、，对部分颈椎病患者(神经根型、颈型颈椎病)采用轻度前屈位46kg的牵引方法，更符合颈椎的生物力学原理。对于年老体弱、骨质疏松、椎间盘退变、脊髓型或日后需要手术治疗者，牵引力量宜4kg以下，以免造成颈椎拉伸位移大而导致或加重颈椎不稳。3.2牵引角度有关治疗效果与牵引角度的报道不少，有人主张30牵引，有人主张垂直牵引，也有人主张1520牵引1415。任何一个角度的牵引，各椎体都可受到牵引力的作用，颈椎生理曲度都可发生一定的变化。但要使最大的应力集中在病变部位，这就需要选择一定的牵引角度。1992年李晶16通过力学试验在这方面进行了探讨。其方法为：采用光弹性实验方法，对颈椎模型进行力学分析，并给出了

12、颈椎牵引角度与最大应力位置的关系。结果发现：最大应力的位置与牵引角度有关。牵引角度小时，最大应力位置靠近颈椎上段，随着牵引角度的增大，最大应力的位置逐渐下移。颈椎生理曲度改变时，牵引角度与最大应力位置的关系也相应改变。因此作者指出：临床上应根据颈椎增生的不同部位和生理曲度的改变情况来选择牵引角度。病变在颈椎上段的以小角度牵引，病变在颈椎下段的以较大角度牵引。同时应结合病情适当调整牵引角度。3.3牵引时间牵引时间是颈椎牵引中又一重要指标。关于牵引时间与治疗效果的关系，也是众说纷纭。有的主张持续牵引，有的主张间歇牵引。报道的时间长短不一，一次治疗短则510分钟，长则5060分钟，还有的主张大重量牵

13、引几秒后放松，再重复多次。近年来报道较多的牵引时间是1530分钟。综观这些报道都是临床经验，缺乏理论依据。1995年李晶等17从生物力学观点出发，采用马洪、蔡力、张泽涵等的应力松弛蠕变试验在这方面进行了研究。其方法为：采用Kelvin粘弹性模型理论拟合脊柱等蠕变实验数据，用所得蠕变曲线确定颈椎牵引的时间。结果发现：在最初的一段时间内(1020分钟)应变随时间上升较快，而后逐渐减慢，最后达到饱和，随后即使时间再增加很多，应变也不会再增大。因此作者指出：牵引时间以1030分钟比较合适。4小结综上所述，颈椎病治疗的生物力学研究表明：颈椎长时间的受力或受力不均衡，是颈椎发病的主要原因。除特殊情况需手术治疗外，均应采用非手术的牵引方法以改善颈椎受力情况，维持颈椎的力学稳定性。颈椎牵引的三要素(时间、角度、重量)决定治疗效果。重量一般采用46kg；时间选择在1030分钟；角度以前屈位15左右为宜。由于颈椎病是一种多因素引起的综合征，不同的人，不同的病变部位，有不同的症状和体征，在治疗上必须区别对待。颈椎牵引时需注意如下几点：(1)对年老体弱、骨质疏松、椎间盘多处退变、脊髓型或日后需手术治疗者，牵引重量宜4kg左右；对神经根型、椎动脉型颈椎病患者采用轻度前屈位6kg左右的牵引方法。(2)对病变在颈椎上段(C