基于MCU和3D-FEA對改善頸椎病療效的前瞻性研究

柯玫瑰，許瑞旭，黃寧穎，郭 海，鄢行輝，吳南茜，竇思東*

1廈門市海滄醫院，福建 廈門361026；

2福建醫科大學附屬泉州第一醫院，福建 泉州362000；

3福建中醫藥大學，福建 福州350122；

4龍巖第二醫院東城門診部，福建 龍巖364000

隨著網絡發展及科技進步，手機功能及應用范圍的拓展，據統計機構Counterpoint Research統計，全球超過半數的人每天累計看手機5 h以上。長時間的低頭導致頸椎病的發病率年年提高。頸型頸椎病是頸椎病的早期階段，也是防止頸椎病進一步發展與惡化的關鍵階段。中國康復醫學會制定的《頸椎病診治和康復指南2010版》［1］指出，頸椎周圍的肌肉、韌帶、關節囊的急慢性損傷，以及動靜力失衡、椎體失穩是頸型頸椎病的發病基礎。電針作為有效的頸型頸椎病治療和康復手段，多年來被廣泛運用于臨床，療效顯著。本研究團隊在前期研究觀察中發現南少林易筋經“托天樁”能顯著改善頸型頸椎病臨床癥狀，且各年齡段對于功法治療反應存在差異。本研究旨在探索在標準電針治療基礎上，采用易筋經“托天樁”功法對頸型頸椎病療效的影響，并對不同年齡段頸型頸椎病患者進行療效觀察，為頸型頸椎病的治療與保養方法提供臨床依據。

1 臨床資料

1.1 病例選擇標準

1.1.1 納入標準 ①臨床表現符合頸型頸椎病；②有典型的頸椎病影像學表現；③年齡16～65歲，病程＜2年者；④有中度以上疼痛和／或影響正常生活，視覺模擬評分（visual and analogue scale，VAS）評分＞5分；⑤對本研究知情同意并簽署知情同意書。

1.1.2 排除標準 ①凝血功能障礙，如血小板減少性紫癜、血友病；②交流溝通有障礙，影響功能評定，或經評估無法完成功法要求動作；③妊娠或哺乳期婦女；④暈針或對電針治療排斥者；⑤頸部骨折、結核、腫瘤等患者；⑥合并嚴重心腦血管、肝腎疾病、胃腸道疾病者；⑦心臟永久起搏器植入者。

1.1.3 脫落標準 ①研究過程中依從性差，不能規律接受治療或無法堅持功法鍛煉者；②研究過程中出現嚴重不良反應事件或并發癥，不宜繼續參加本研究者。

1.2 一般資料

于2016—2019年間在福建中醫藥大學附屬康復醫院及國醫堂就診的符合《頸椎病診治與康復指南2010版》［1］頸型頸椎病患者。經福建中醫藥大學附屬康復醫院倫理委員會審批通過（批件號：2016KY-013-02）。本研究擬納入150例患者，試驗組與對照組納入比為1∶1。采用分層隨機化方法，根據患者就診時年齡分為青年（16～30歲）、中年（31～50歲）、老年（51～65歲），再通過隨機數字表法分為試驗組和對照組。各年齡亞組人數不少于20例。試驗組在標準電針治療4周時同期進行南少林易筋經“托天樁”功法練習，并堅持功法練習至12周，對照組僅進行4周標準電針治療。最終共納入頸型頸椎病患者180例，研究過程中因家庭搬遷、隨孩子讀書搬遷、工作單位變更、外出旅游未能規范接受診療及鍛煉者，致使研究病例脫落24例（13.33%），2組不同年齡階段脫落病例數稍有差異，但總體各脫落12例，2組及不同年齡亞組的性別、年齡、病程差異無統計學意義（P＞0.05）。見表1。

表1 各年齡段一般資料比較（±s）Table 1 Comparison of general data between every age group（±s）

表1 各年齡段一般資料比較（±s）Table 1 Comparison of general data between every age group（±s）

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2 方 法

2.1 治療方法

2.1.1 試驗流程 所有患者在治療前均予VAS、全頸椎薄層CT掃描、頸椎多功能訓練評估系統（mulicervical unit，MCU）評估頸椎各方向活動度及各方向肌力。2組均經標準電針治療4周后再次進行VAS評估。對照組完成電針治療后，進入觀察隨訪階段。試驗組在電針治療同期進行南少林易筋經“托天樁”功法練習至12周。12周后所有患者再次進行VAS量表評分、全頸椎薄層CT掃描、MCU評估頸椎各方向活動度及各方向肌力。

2.1.2 標準電針治療 患者采取俯臥舒適體位，取風池、天柱同側接電針；頸椎夾脊5與頸椎夾脊6同側接電針，每位患者共接4組電針，選用連續波形，頻率30 Hz，電流強度以患者耐受舒適為度，30 min／次，1次／d，5次／周，連續治療4周。

2.1.3 南少林易筋經“托天樁”功法練習 ①訓練內容：兩腳分開，左腳在前，右腳在后，前四后六，雙手抬起，舉于頭上，掌心向上，手指斜向內，掌心內含，如托球向天，目視前方，沉肩松肘，臂成弧形，舌抵上腭，含胸，微收會陰，呼吸自然。上述動作在三維動作分析儀監控下，以獲得武術教練員資格者的“托天樁”動作為范本，規范患者的動作以及各關節角度的控制。②訓練要點：頭正，手圓，肩順，胸出，腰穩，膝曲，脊正。右腳在前同理。每日練習30 min（左腳在前5 min，右腳在前5 min，交替進行），持續練習12周。

2.2 觀察指標

2.2.1 疼痛評估 采用疼痛VAS［2］評估2組治療前、治療4周后、治療12周后頸椎疼痛情況，數值越大表示疼痛越厲害，數值越小表示疼痛緩解。

2.2.2 頸椎各方向活動度及各方向肌力測定 采用美國BTE公司生產的MCU進行檢測。①頸椎各方向活動度：檢測每位患者頸椎前屈、后伸、左右旋轉、左右側屈各個方向的活動度，分別于治療前至治療12周后進行測量，每個方向測量3次取平均值。②頸椎各個方向最大肌力：檢測每位患者頸椎前屈、后伸、左右側屈活動時頸部肌肉最大肌力，每次測量要求患者維持5～10 s，測量3次取平均值，于治療前至治療12周后各測1次。

2.2.3 頸椎CT掃描及三維有限元模型制作 運用64排CT機對患者進行全頸椎薄層CT掃描，將DICOM格式的CT數據圖片導入到Mimics 21.0中建立頸椎3D幾何模型（見圖1），經過逆向工程軟件Geomagic Studio 12.0光順處理后，最后在ANSYS 19.0中建立頸椎的有限元模型，單元數平均為1 018 624，節點數平均為197 256。對所有模型，約束最下位的C7椎體下表面，使下表面各節點完全固定，在C4椎體上終板中心建立參考點，模擬重力對模型加以73.6 N·m的預載荷，施加1.2 N·m扭矩，使模型前屈運動。對頸椎前屈運動時C4-C7椎間盤應力及鉤突關節囊應力進行三維有限元分析（threedimensional finite element analysis，3D-FEA）。于治療前至治療12周后各測1次。

圖1 頸椎3D幾何模型Figure 1 3D geometry model of cervical vertebra

2.3 統計學方法

采用SPSS 20.0軟件進行統計分析。計量資料符合正態分布以（±s）表示，2組之間治療前后變化采用獨立樣本t檢驗，組內自身治療前后比較和組內各亞組間計量資料采用oneway-ANOVA，運用Bonferroni法進行兩兩比較，以P＜0.05為差異有統計學意義；2組各亞組間比較采用獨立樣本t檢驗，以P＜0.017（Ⅰ類錯誤均分為3組）為差異有統計學意義。計量資料不符合正態分布用秩和檢驗，計數資料采用χ2檢驗。

3 結 果

3.1 2組疼痛評分比較

治療前，2組和各年齡亞組VAS評分差異無統計學意義（P＞0.05）。電針治療4周后2組VAS評分均較治療前明顯改善（P＜0.05），組內各年齡組及組間各亞組差異無統計學意義（P＞0.05和P＞0.017），提示治療4周后2組療效差異無統計學意義；治療12周后，試驗組和各亞組VAS評分均低于對照組（P＜0.05，P＜0.017），提示治療12周后功法訓練改善疼痛癥狀優于對照組；治療12周后各年齡亞組疼痛評分緩解程度差異具有統計學意義（P＜0.05），提示青年患者疼痛緩解優于中、老年患者。見表2。

表2 2組疼痛評分比較（±s） 分Table 2 Comparison of pain scores between two groups（±s）Scores

表2 2組疼痛評分比較（±s） 分Table 2 Comparison of pain scores between two groups（±s）Scores

注：與本組治療前比較，1）P＜0.05；與對照組同期比較，2）P＜0.017。Note:Compared with this group before treatment,1)P＜0.05;Compared with the control group during the same period,2)P＜0.017.

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3.2 2組治療前至治療12周后頸椎活動度比較

治療前，2組頸椎各方向活動度相比差異無統計學意義（P＞0.05）。治療12周后檢測，2組在頸椎前屈、后伸、左右側屈、左右旋轉活動度上較本組治療前有不同程度增加（P＜0.05），同期2組間以及各亞組間改善差異均有統計學意義（P＜0.05，P＜0.017）。見表3。

表3 2組治療前和治療12周后頸椎活動度比較（±s） °Table 3 Comparison of cervical mobility between two groups before treatment and after 12 weeks of treatment（±s）°

表3 2組治療前和治療12周后頸椎活動度比較（±s） °Table 3 Comparison of cervical mobility between two groups before treatment and after 12 weeks of treatment（±s）°

注：與本組治療前比較，1）P＜0.05；與對照組同期比較，2）P＜0.017。Note:Compared with this group before treatment,1)P＜0.05;Compared with the control group during the same period,2)P＜0.017.

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3.3 2組治療前至治療12周后頸椎各方向肌力比較

治療前，2組各方向活動最大肌力相比，差異無統計學意義（P＞0.05）。治療12周后，2組在頸椎前屈、后伸、左右側屈各方向上肌力較治療前均有不同程度增加（P＜0.05），同期2組間以及各亞組間改善差異均有統計學意義（P＜0.05，P＜0.017）。見表4。

表4 2組治療前和治療12周后頸椎各方向肌力比較（±s）ibsTable 4 Comparison of muscle strength in all directions of the cervical spine between two groups before treatment and after 12 weeks of treatment（±s）ibs

表4 2組治療前和治療12周后頸椎各方向肌力比較（±s）ibsTable 4 Comparison of muscle strength in all directions of the cervical spine between two groups before treatment and after 12 weeks of treatment（±s）ibs

注：與本組治療前比較，1）P＜0.05；與對照組同期比較，2）P＜0.017。Note:Compared with this group before treatment,1)P＜0.05;Compared with the control group during the same period,2)P＜0.017.

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3.4 2組前屈活動時C4-C7椎間盤應力比較

治療前，2組前屈活動時C4-C7椎間盤應力相比差異無統計學意義（P＞0.05）。治療12周后，2組在頸椎前屈活動時C4-C7椎間盤應力較本組治療前均有不同程度下降，C5-C6下降較明顯；同期同椎間盤節段2組相比，試驗組C4-C7椎間盤應力下降最明顯，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表5。同期、同椎間盤節段相比青年患者頸椎前屈活動時C4-C7椎間盤應力最小，中年次之，老年最大；與治療前相比，青年患者頸椎前屈活動時C4-C7椎間盤應力下降幅度最大，中年患者次之，老年患者幅度最小。

3.5 2組前屈活動時C4-C7鉤突關節囊應力比較

治療前，2組前屈活動時C4-C7同節段鉤突關節囊應力相比差異無統計學意義（P＞0.05）。治療12周后，2組在頸椎前屈活動時C4-C7鉤突關節囊應力較本組治療前均有不同程度下降 （P＜0.05）；同期同節段鉤突關節囊應力2組相比差異有統計學意義（P＜0.05）。見表6。同期、同節段相比青年患者頸椎前屈活動時鉤突關節囊應力最小，中年次之，老年最大；與治療前相比，青年患者頸椎前屈活動時鉤突關節囊應力下降幅度最大，中年患者次之，老年患者幅度最小。

表5 2組治療前后前屈活動時C4-C7椎間盤應力變化比較（±s）MPaTable 5 Comparison of disc stress between C4-C7 during forward flexion activity between two groups before and after treatment（±s）MPa

表5 2組治療前后前屈活動時C4-C7椎間盤應力變化比較（±s）MPaTable 5 Comparison of disc stress between C4-C7 during forward flexion activity between two groups before and after treatment（±s）MPa

注：與本組治療前比較，1）P＜0.05；與對照組同期比較，2）P＜0.05。Note:Compared with this group before treatment,1)P＜0.05;Compared with the control group during the same period,2)P＜0.05.

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表6 2組治療前后前屈活動時C4-C7鉤突關節囊應力變化比較（±s）MPaTable 6 Comparison of stress in the barbicular capsule between C4-C7 during forward flexion activity between two groups before and after treatment（±s）MPa

表6 2組治療前后前屈活動時C4-C7鉤突關節囊應力變化比較（±s）MPaTable 6 Comparison of stress in the barbicular capsule between C4-C7 during forward flexion activity between two groups before and after treatment（±s）MPa

注：與本組治療前比較，1）P＜0.05；與對照組同期比較，2）P＜0.05。Note:Compared with this group before treatment,1)P＜0.05;Compared with the control group during the same period,2)P＜0.05.

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4 討論

4.1 從現代醫學角度看頸椎病

現代醫學認為頸椎病的發生、發展主要是頸椎動靜力失衡及頸椎間盤退變導致［3］。宏觀層次是頸椎生物力學改變，微觀層次是頸椎間盤的退變，兩者共同作用導致頸椎病。由于生活習慣不良、姿勢不當或長期伏案工作導致頸部肌肉動力性失衡引起頸椎曲度變直，這在頸椎病早期的發生發展過程中起著重要作用［4］。頸椎生理曲度變直進一步改變了頸椎間盤應力及鉤突關節囊應力，進而促進頸椎病的發展及惡化。故本研究從宏觀、微觀不同層次入手，研究不同年齡段人群頸椎功能活動度、頸部肌力、椎間盤應力、鉤突關節囊應力。

4.2 電針治療

電針是針刺手法和脈沖電刺激相結合的產物，是臨床常用有效的治療方式。國內外對電針鎮痛原理進行了大量的研究，發現電針能調節中樞β-EP的含量，這可能是其鎮痛的機制［5］。針刺后加上電刺激，不僅明顯加大了下丘腦β-EP的含量，同時使脊髓β-EP含量明顯提高，提示炎癥疼痛可應激性激發內源性阿片肽系統，使下丘腦β-EP釋放量增加而產生一定的鎮痛作用，而電針的刺激加快下丘腦和脊髓β-EP的合成與釋放，提高疼痛閾值，增強鎮痛作用［5］。還有研究表明，反復多次使用電針配合治療，可使針刺的刺激量得到累加，消除或緩解疼痛，作用原理可能與海馬及下丘腦突觸素、鈣離子／鈣調素依賴性蛋白激酶Ⅱ表達上調有密切關聯［6］。在本研究中，電針治療確實使不同年齡段頸型頸椎病患者的VAS顯著降低。

4.3 有限元的臨床研究

有限元研究方法首先由BELYTSCHKO等［7］在1972年引入脊柱生物力學領域。1994年BOZIC等［8］創造單椎體頸椎的有限元模型。VOO等［9］應用成熟的兩節段頸椎三維有限元模型，完成了數項模擬實驗［10-11］。近年來新的頸椎三維有限元模型不斷出現，不僅能清楚還原脊椎韌帶、椎間盤、椎體的各部分結果，還能根據需求靈活調整各類參數，通過變量和定量的改變持續對研究對象進行重復研究［12-14］。有限元分析法是將研究對象分割成小單元的組合體，然后對每個小單元進行分析，得出脊椎內部應力與形變情況。通過有限元分析軟件可以得出不同角度下頸椎椎間盤、韌帶、關節的力學參數，是目前公認安全、有效的評估方法。本課題應用有限元法研究頸型頸椎病下段，發現在前屈活動過程中，2組在椎間盤應力、鉤突關節囊應力上均有不同程度的緩解，而且試驗組改善更明顯，這可能與“托天樁”能使上斜方肌充分放松有關。老年組無論是椎間盤應力還是鉤突關節囊應力都明顯高于青年組，這可能與骨骼肌肌力下降、關節韌帶松弛、椎間盤失水變性有關。

4.4 MCU檢測的優越性

由于目前所建立的頸椎有限元模型大部分模擬的是頸椎組織中的剛性結構部分，對軟組織的研究主要集中在椎間盤、關節、韌帶方面；對頸部肌肉的研究因其力學性質復雜和患者個體差異，難以得到可靠數據而無法建立頸椎肌肉的有限元模型［15］。MCU是由美國BTE公司生產的脊椎功能評價和訓練的儀器，是目前國際上唯一可以客觀量化評估患者等長收縮最大肌力及頸椎關節活動度的測試系統，其優點是：①MCU能客觀量化評價頸椎的功能狀態，彌補臨床影像學診斷的不足；②MCU可以動態監測頸椎在各個不同方向上的活動，為進一步研究頸椎疾病提供有效的數據支持［16］。

4.5 “托天樁”特點

《易筋經》記載：“易者，乃陰陽之道也。”“易”是變通、改換、脫換之意；“筋”指筋骨、筋膜；“經”則帶有指南、法典之意。易筋經就是改變筋骨的方法。長期修煉南少林易筋經能使人神清氣爽，體態輕盈，通過意念導引更能改善人體細胞組織之新陳代謝，對于強健體魄，改善人體的精、氣、神有很大幫助［17］。“托天樁”為少林易筋經內功精華，它的主要特點是動靜相宜，內外協調，靠意念及內氣導引，氣隨意至丹田后，潛氣內轉，周流全身，具有通督強脊的作用［18］。托天樁采用自然呼吸法，意守丹田。預備姿勢：向南而立，兩腳開立，與肩同寬，兩臂自然下垂，身心放松，兩眼向前平視，鼻吸鼻呼。練習時對脊柱動作要求：①頭宜正，保證整個頸椎及周邊組織保持正常生理位置，同時加強了頸椎關節的相關肌肉的穩定性；②雙肩放松，以利于椎體周圍肌肉組織充分放松；③挺胸，鎖定胸椎小關節，根據杠桿原理，使胸椎、頸椎處于正常的前凸后伸的生理位置；④腰部穩定，此時人體腰椎關節保持穩定狀態，從而為頸、胸椎的穩定提供“基底”作用；⑤脊柱處于正直位，此時整個脊柱（包括頸、胸、腰椎）都處于穩定狀態。《黃帝內經》云：“骨正筋柔氣血以流”。托天樁練習使人體上肢、下肢在“拔骨”的同時“伸筋”，功法練習過程中能激活人體筋膜、韌帶、肌腱、關節囊等結締組織，促進機體的血液循環，改善軟組織的營養代謝過程，提高機體的柔韌性、靈活性，改善骨關節結構，解除肌纖維痙攣，緩解肌肉疲勞。長時間進行托天樁功法練習，能糾正脊柱內部的小關節紊亂，在強化脊柱深層核心穩定肌的同時使表層動作肌得到有效的放松，可以改善脊柱兩旁肌肉狀態，維護和強化脊柱的穩定性，進而調整頸椎異常生理曲度。電針治療結合托天樁練習，使療效更持久，復發率更低，而且能調節頸椎異常生理曲度，改善頸椎軟組織生物力學環境，恢復頸椎動靜力平衡狀態和頸椎功能，長期練習能調整和恢復椎體力學平衡，有效緩解頸項部肌肉酸痛［19-21］。

4.6 從中醫學角度看頸椎病

從中醫傳統理論來看，頸型頸椎病與宗筋理論高度相關［22］。“筋”指的是深淺筋膜、肌肉、肌腱、韌帶、關節囊等軟組織［23］。《素問·痿論》中有“宗筋主束骨而利機關”的論述，可理解為“筋”具有調控關節正常活動的功能。古代醫家認為頸痛與肝腎二臟的功能狀態關系密切。《醫述·肩背臂痛》云：“病在腎，則病肩、背、頸項痛。”《證治準繩》云：“頸痛皆由腎虛不能生肝，肝虛無以養筋，筋攣脈滯，故機關不利。”南少林易筋經的練習通過伸筋拔骨使內氣通于經絡、充于皮膚，提升人體正氣，使筋柔、骨正、氣血充盈、臟腑調和、陰陽平衡以利機關。站樁功法練習通過調身、調息、調心，調節自身形、氣、意的狀態。長時間的托天樁功法練習，能使三陽脈的氣血上升，合絡督脈，督脈陽氣均衡，背后三關自然通暢，常練此動作，能使大腦血液灌注量增加，血管彈性提高，從而使氣血供應充分，起到提神醒腦的作用。本課題組在前期研究中發現南少林易筋經“托天式”能通督強脊，改善陽虛患者的體質狀態［24］。本研究從不同年齡段觀察也發現，青年患者頸椎各方向活動度的改善及各方向最大肌力的增加都比中、老年患者效果顯著，這可能與青年患者筋骨剛強、氣血充盈、臟腑功能強健、陰陽充盛有關。

綜上所述，本研究從宏觀、微觀不同層次進行探討，電針結合“托天式”功能鍛煉優于單純電針治療，且青年患者療效更顯著。