基于有限元結論探析脊柱不良應力與疲勞綜合征的相關性*

元永金，李興蘭，敬勝偉，梁翠英，馬萬里，王艷菊，白雪琴

1 甘肅省蘭州市中醫醫院 甘肅蘭州 730000

2 甘肅中醫藥大學定西校區 甘肅定西 743000

《靈樞·經脈》載“人始生，先成精，精成而腦髓生，骨為干……”五體與藏精氣的五臟，同由精氣化生，在后天的生長運化過程中，通過經絡府俞，陰陽會通。中醫學整體觀念中首先重視人體自身的完整與統一，強調人體的內外相因，形神相合。疲勞綜合征（chronic fatigue syndrome，CFS）是一組以6個月以上疲勞為主，復雜癥狀群，其定義已明確了CFS屬于功能紊亂綜合征的一種。脊柱任何部分的位置性位移、旋轉性位移等，均可使人體肌骨系統的生物組織變形或生理性平衡關系失效[1]。1974年有限元分析法首次應用于椎間盤的研究中，也標志著有限元分析法正式應用于脊柱疾病研究的領域。筆者擬通過觀察近期運用有限元分析法所建幾何相似性及力學相似性均經有效性驗證的三維模型數據，分析脊柱不良應力和CFS之間的相關性。

有限元研究結論與脊柱不良應力

1 脊柱相關有限元模型

目前應用于脊柱生物力學的研究中的有限元建模方法，主要是利用運用薄層CT、高分辨率MRI等設備，獲取椎體及其附屬組織結構的三維坐標數據[2]，這些數據被分解成為有限個單元集合體。進而根據人體脊柱運動及椎體間相對運動，等特定狀態之，得出各部分間的應力、位置、形態及間質的變化，以探查其生物力學變化，組織損傷過程等結果。

2 脊柱不良應力的有限元分析

脊柱不良應力是脊柱在病理性載荷下，椎體、關節突關節、椎弓板，以及椎間盤、韌帶復合體等附屬組織結構，因病理性改變而承受的，異常與生理載荷的壓縮、牽拉、剪切、扭矩等不良生物力[3]。據目前有限元研究結論數據，脊柱不良應力的類型可以概括為脊柱形態異常及組織結構的病理改變，導致的脊柱單元集合體在垂直軸的移位，及失狀軸、冠狀軸、垂直軸的旋轉[4]，進而產生不良和應力。現將近期有限元法研究脊柱生物力學的結論，以脊柱不良應力的原因歸類如下。

2.1 脊柱形態異常的不良應力表現 脊柱的形態異常主要表現為椎體側彎、生理曲度、棘突不共線、旋轉、錯縫等。見表1。

2.2 脊柱結構病理改變的不良應力表現 組織結構的病理改變主要表現為如骨質破壞、滑膜組織增生、韌帶的鈣化等見表2。

表2 脊柱結構病理改變的不良應力表現

上述有限元分析法的研究結論中，有關脊柱不良應力的表現可概括為：椎體組織結構不良移位引起的靜息態時椎體及附屬結構的高應力（壓力、張力、扭矩力等），或病理改變產生的各類理化改變，使肌肉內力及肌肉控制冗余性改變，以及在不同工況下有限元模型的關節力矩改變、人體做功形式發生變化等。

脊柱不良應力的進一步認識

既往與脊柱穩定相關的經典“三柱理論”，以及與其穩定性相關的“繩塔論”等觀點均認為，脊柱的穩定是基于椎體、椎管、關節突關節等完整骨性結構的支撐，及其附屬肌群、椎間盤、韌帶等的力學平衡所共同維系的[25]。有研究證實，大部分的椎體棘突不共線是無癥狀的，近90%的腰椎間盤突出癥，經保守治療是有限的[26]，而且在有文獻記載的，可通過治療脊柱病癥而改善的內科、神經內科、精神科等疾病已達70余種，其中有許多疾病與CFS有癥狀的交匯。

1 脊柱不良應力的中醫病理機制

足太陽膀胱經起于目內眥，繞過頭頂，夾脊抵腰中，絡腎屬膀胱；督脈的循行起于少腹，行于后背正中，督脈與膀胱經的循行部位，生理功能及病理變化與脊柱都有著密切的關系。《靈樞·經脈》中載足太陽膀胱經的經脈病候“……沖頭痛，目似脫，項如拔……是主筋所生病者……”《說文》載“筋者，肉之力也”。中醫學中的筋弛、筋緩等癥產生，使諸骨失于約束，自然出現脊柱應力的異常，而筋緩與現代疲勞綜合征的癥狀基本相同。《素問·骨空論篇》載“督脈為病，治在骨上……”骨上可以認為是椎體棘突，這是通過糾正脊柱損傷來治療督脈相關疾患的最早記載。綜上，調整脊柱不良應力來治療臟腑疾病的方法，在中醫學理論中早有記載。

2 脊柱不良應力與自主神經系統

自主神經的交感節排列于脊柱兩側，與來自左、右迷走神經的副交感神經纖維相拮抗，共同維持機體內臟的自主運動[27]。自主神經的傳出神經分布至人體重要臟器、大血管及免疫器官、內分泌腺，并調節這些器官的功能，也受到神經中樞的控制，共同調節內臟活動[28]。分別位于2～3頸椎橫突前面、C6水平面甲狀腺下動脈前方、C7橫突與第一肋之間前方頸椎階段的，頸上、頸中、頸下神經節；位于胸肋關節之前，上下連成8～10對，組成胸椎旁神經節的兩條交感干；腰椎體前外側，腰大肌內側緣的腰神經節；以及位于骶髓2～4的骶中間外側核的骶神經節，組成了自主神經基本的外在神經節。如上所述的有限元分析結論中，應力不良造成的周圍組織增生、鈣化、痙攣、凋亡或張力不平衡致使椎體移位、結構改變等表現，勢必會刺激、激惹到自主神經節或神經干，產生自主神經功能紊亂[29]。

3 脊柱不良應力的相關癥狀

頸椎曲度異常、旋轉、平行移位或韌帶鈣化、骨質增生等病理變化，造成椎管繼發性狹窄、椎間盤應力分布改變、關節突關節受力異常，或是保持脊柱穩定性的周圍組織張力增加，扭矩力產生。致使頸部交感激惹，就會產生眩暈、頭痛、神經免疫性高血壓、心房顫動[30]等癥。位于第1的頸上神經節與第2頸神經間的交通支的多樣性是頸性眩暈及神經性頭痛癥狀多樣性的結構基礎[31]。胸腰段骨量減少或壓縮骨折致使運動工況下目標節段相鄰椎體穩定性降低，激惹胸椎旁神經節，就會出現如上腹痛或餐后不適等癥為主的腸易激綜合征[32]，或者出現軀體感覺異常，如在腹腔鏡術中氣腹所用的CO2能刺激椎旁神經節而引起疼痛[33]。腰椎[34]及骶骨應力不良均可影響腸系膜從、上腹下叢等導致便秘、腸梗阻等[35]。因此，脊柱不良應力是脊柱結構功能異常與自主神經功能紊亂的病理銜接，而自主神經功能紊亂也是功能性臟腑疾病的主要原因。

脊柱不良應力與CFS

對于CFS的中西病機研究到目前仍沒有一致看法，但大部分研究的影響因素與觀察指標都與脊柱應力不良有著密切的關系。

1 CFS與脊柱不良應力病機聯系

《金匱要略》載“千般疢難，不越三條，一者，經絡受邪入臟腑，為內所因也”是對機體外在疾病影響臟腑的記載。“虛勞”“傷勞倦”“虛損”等中醫學概念，都屬于CFS的范疇。中醫學理論以藏象為中心，分布于脊柱兩側的背俞穴是臟腑之氣輸注于背腰的腧穴，《靈樞·背腧》載有“背中大腧，在杼骨之端，肺腧在三焦之間……”是對背俞穴最早的描述。背俞穴中的大部分腧穴在其功能主治中，就有“主羸瘦虛損”“狂惑忘誤”“頭痛、腋下腫脹”“心下悲凄”“胸滿嘔吐，留結煩悶”“咽腫難言”等記載，已涵蓋CFS所有癥狀體征。督脈起于少腹下，行于人體后正中線而循脊里，入絡腦貫穿整個脊柱，一身之陽氣總督于此。陽氣主推動人體正常代謝，凡是溫暖、明亮；運動、亢進的都屬于陽的范疇。督脈虛損導致運化不足、推動無力，便會出現臟腑功能低下，出現與CFS相關的各種癥狀。綜上所述，以督脈及膀胱經為主的背俞功能帶[36]異常導致的臟腑功能失調，與CFS密切相關。

現代醫學大量研究表明CFS與人體多個系統的功能代謝異常相關[37]，而脊柱的不良應力與神經、免疫、內分泌系統網的功能異常有著明確的聯系[38]。如研究發現受刺激的脊髓背根神經節能延伸至椎間盤內部加速椎間盤的退變[39]，而退變的髓核細胞和破壞的纖維環細胞會產生大量的促炎因子，并經血管活性肽、P能物質等使神經肽激活，并影響免疫、內分泌系統[40]使人體產生疲勞、發熱等CFS相關癥狀。當T12或L1椎體應力不良，使胃腸道蠕動減慢，菌群失調[41]，而微生物群及異常的代謝產物，可作為準確識別的疲勞綜合征的指標[42]。如上不再贅述，大量與CFS有關的理化因子的報道結果聯系起來，最終的病變源頭都指向了脊柱應力的異常。

2 CFS診斷標志征與脊柱應力不良

2003 年加拿大專家及2011年國際共識，在1994年的CFS美國診斷標準的基礎上，加入神經免疫衰竭作為其必須的診斷標準之一[43]。基于尸體解剖的研究發現[44]，破壞椎體間穩定結構，在運動時關節突關節可出現側擺式錯位，并能夠直接壓迫交感神經節。并有臨床研究證明，T7、T10椎體的旋轉移位，可明顯增加2型糖尿病的患病率[45]。目前對于CFS的診斷標準[46]，包括排除持續六個月及以上疲勞，有記憶或注意力受損；咽痛；淋巴結腫大；肌肉疼痛；多關節關節（非炎癥）疼痛；緊張性偏頭痛；睡眠障礙；自主神經及情緒障礙等8個主要癥狀中，均與脊柱不良應力有直接關系。綜上可以確定，脊柱不良應力可直接或間接的導致CFS的臨床表現。

小 結

《靈樞·刺節真邪》載“腰脊者，身之大關節也”，這里的關也可以理解為閉藏精氣的意思，強調了脊柱在人體運動系統及氣機生化代謝中的重要性。由于脊柱結構復雜，運動形式多樣，脊柱損傷的在體動態觀察及測量具有極大的難度。有限元法模擬靜態及不同運動像下，分析報道脊柱及其周圍組織各個部位的應力、形變、及材質改變等結論，為脊柱不良應力的總結提供了相對準確的數據。目前臨床研究中，脊柱不良應力與脊柱功能帶的中醫病機影響，與神經、免疫、內分泌網，以及與CFS診斷標志性的癥狀和體征都有著明確關系。并希望通過進一步的臨床及實驗室研究，觀察測量與CFS有著明確關系的脊柱不良應力的矢量數據，以及與其密切相關的具體理化因子數據，為CFS臨床及實驗研究提供參考。