基于有限元结论探析脊柱不良应力与疲劳综合征的相关性

摘    要：

通过分析目前有限元法研究脊柱生物力学的结论，总结常见的脊柱不良应力的类型。并结合中医学理论，解剖学认识，自主神经功能及实验室指标，探讨其与疲劳综合征的中医学病机，相关症状、体征及理化指标的联系。探析脊柱不良应力与疲劳综合征的相关性，以期抛砖引玉，为疲劳综合征的进一步实验研究及临床治疗探索新思路。

关键词：疲劳综合征;脊柱不良应力;有限元;

《灵枢·经脉》载“人始生，先成精，精成而脑髓生，骨为干……”五体与藏精气的五脏，同由精气化生，在后天的生长运化过程中，通过经络府俞，阴阳会通。中医学整体观念中首先重视人体自身的完整与统一，强调人体的内外相因，形神相合。疲劳综合征（chronic fatigue syndrome,CFS）是一组以6个月以上疲劳为主，复杂症状群，其定义已明确了CFS属于功能紊乱综合征的一种。脊柱任何部分的位置性位移、旋转性位移等，均可使人体肌骨系统的生物组织变形或生理性平衡关系失效[1]。1974年有限元分析法首次应用于椎间盘的研究中，也标志着有限元分析法 正式应用于脊柱疾病研究的领域。笔者拟通过观察近期运用有限元分析法所建几何相似性及力学相似性均经有效性验证的三维模型数据，分析脊柱不良应力和CFS之间的相关性。

有限元研究结论与脊柱不良应力

1脊柱相关有限元模型

目前应用于脊柱生物力学的研究中的有限元建模方法，主要是利用运用薄层CT、高分辨率MRI等设备，获取椎体及其附属组织结构的三维坐标数据[2]，这些数据被分解成为有限个单元集 合体。进而根据人体脊柱运动及椎体间相对运动，等特定状态之，得出各部分间的应力、位置、形态及间质的变化，以探查其生物力学变化，组织损伤过程等结果。

2脊柱不良应力的有限元分析

脊柱不良应力是脊柱在病理性载荷下，椎体、关节突关节、椎弓板，以及椎间盘、韧带复合体等附属组织结构，因病理性改变而承受的，异常与生理载荷的压缩、牵拉、剪切、扭矩等不良生物力[3]。据目前有限元研究结论数据，脊柱不良应力的类型可以概括为脊柱形态异常及组织结构的病理改变，导致的脊柱单元集 合体在垂直轴的移位，及失状轴、冠状轴、垂直轴的旋转[4]，进而产生不良和应力。现将近期有限元法研究脊柱生物力学的结论，以脊柱不良应力的原因归类如下。

2.1脊柱形态异常的不良应力表现

脊柱的形态异常主要表现为椎体侧弯、生理曲度、棘突不共线、旋转、错缝等。见表1。

2.2脊柱结构病理改变的不良应力表现

组织结构的病理改变主要表现为如骨质破坏、滑膜组织增生、韧带的钙化等见表2。

上述有限元分析法的研究结论中，有关脊柱不良应力的表现可概括为：椎体组织结构不良移位引起的静息态时椎体及附属结构的高应力（压力、张力、扭矩力等），或病理改变产生的各类理化改变，使肌肉内力及肌肉控制冗余性改变，以及在不同工况下有限元模型的关节力矩改变、人体做功形式发生变化等。

脊柱不良应力的进一步认识

既往与脊柱稳定相关的经典“三柱理论”，以及与其稳定性相关的“绳塔论”等观点均认为，脊柱的稳定是基于椎体、椎管、关节突关节等完整骨性结构的支撑，及其附属肌群、椎间盘、韧带等的力学平衡所共同维系的[25]。有研究证实，大部分的椎体棘突不共线是无症状的，近90%的腰椎间盘突出症，经保守治疗是有限的[26]，而且在有文献记载的，可通过治疗脊柱病症而改善的内科、神经内科、精神科等疾病已达70余种，其中有许多疾病与CFS有症状的交汇。

1脊柱不良应力的中医病理机制

足太阳膀胱经起于目内眦，绕过头顶，夹脊抵腰中，络肾属膀胱；督脉的循行起于少腹，行于后背正中，督脉与膀胱经的循行部位，生理功能及病理变化与脊柱都有着密切的关系。《灵枢·经脉》中载足太阳膀胱经的经脉病候“……冲头痛，目似脱，项如拔……是主筋所生病者……”《说文》载“筋者，肉之力也”。中医学中的筋弛、筋缓等症产生，使诸骨失于约束，自然出现脊柱应力的异常，而筋缓与现代疲劳综合征的症状基本相同。《素问·骨空论篇》载“督脉为病，治在骨上……”骨上可以认为是椎体棘突，这是通过纠正脊柱损伤来治疗督脉相关疾患的最早记载。综上，调整脊柱不良应力来治疗脏腑疾病的方法，在中医学理论中早有记载。

表1 脊柱形态异常的不良应力表现

表2 脊柱结构病理改变的不良应力表现

2脊柱不良应力与自主神经系统

自主神经的交感节排列于脊柱两侧，与来自左、右迷走神经的副交感神经纤维相拮抗，共同维持机体内脏的自主运动[27]。自主神经的传出神经分布至人体重要脏器、大血管及免疫器官、内分泌腺，并调节这些器官的功能，也受到神经中枢的控制，共同调节内脏活动[28]。分别位于2～3颈椎横突前面、C6水平面甲状腺下动脉前方、C7横突与第一肋之间前方颈椎阶段的，颈上、颈中、颈下神经节；位于胸肋关节之前，上下连成8～10对，组成胸椎旁神经节的两条交感干；腰椎体前外侧，腰大肌内侧缘的腰神经节；以及位于骶髓2～4的骶中间外侧核的骶神经节，组成了自主神经基本的外在神经节。如上所述的有限元分析结论中，应力不良造成的周围组织增生、钙化、痉挛、凋亡或张力不平衡致使椎体移位、结构改变等表现，势必会刺 激、激惹到自主神经节或神经干，产生自主神经功能紊乱[29]。

3脊柱不良应力的相关症状

颈椎曲度异常、旋转、平行移位或韧带钙化、骨质增生等病理变化，造成椎管继发性狭窄、椎间盘应力分布改变、关节突关节受力异常，或是保持脊柱稳定性的周围组织张力增加，扭矩力产生。致使颈部交感激惹，就会产生眩晕、头痛、神经免疫性高血压、心房颤动[30]等症。位于第1的颈上神经节与第2颈神经间的交通支的多样性是颈性眩晕及神经性头痛症状多样性的结构基础[31]。胸腰段骨量减少或压缩骨折致使运动工况下目标节段相邻椎体稳定性降低，激惹胸椎旁神经节，就会出现如上腹痛或餐后不适等症为主的肠易激综合征[32]，或者出现躯体感觉异常，如在腹腔镜术中气腹所用的CO2能刺 激椎旁神经节而引起疼痛[33]。腰椎[34]及骶骨应力不良均可影响肠系膜从、上腹下丛等导致便秘、肠梗阻等[35]。因此，脊柱不良应力是脊柱结构功能异常与自主神经功能紊乱的病理衔接，而自主神经功能紊乱也是功能性脏腑疾病的主要原因。

脊柱不良应力与CFS

对于CFS的中西病机研究到目前仍没有一致看法，但大部分研究的影响因素与观察指标都与脊柱应力不良有着密切的关系。

1 CFS与脊柱不良应力病机联系

《金匮要略》载“千般疢难，不越三条，一者，经络受邪入脏腑，为内所因也”是对机体外在疾病影响脏腑的记载。“虚劳”“伤劳倦”“虚损”等中医学概念，都属于CFS的范畴。中医学理论以藏象为中心，分布于脊柱两侧的背俞穴是脏腑之气输注于背腰的腧穴，《灵枢·背腧》载有“背中大腧，在杼骨之端，肺腧在三焦之间……”是对背俞穴最早的描述。背俞穴中的大部分腧穴在其功能主治中，就有“主羸瘦虚损”“狂惑忘误”“头痛、腋下肿胀”“心下悲凄”“胸满呕吐，留结烦闷”“咽肿难言”等记载，已涵盖CFS所有症状体征。督脉起于少腹下，行于人体后正中线而循脊里，入络脑贯穿整个脊柱，一身之阳气总督于此。阳气主推动人体正常代谢，凡是温暖、明亮；运动、亢进的都属于阳的范畴。督脉虚损导致运化不足、推动无力，便会出现脏腑功能低下，出现与CFS相关的各种症状。综上所述，以督脉及膀胱经为主的背俞功能带[36]异常导致的脏腑功能失调，与CFS密切相关。

现代医学大量研究表明CFS与人体多个系统的功能代谢异常相关[37]，而脊柱的不良应力与神经、免疫、内分泌系统网的功能异常有着明确的联系[38]。如研究发现受刺 激的脊髓背根神经节能延伸至椎间盘内部加速椎间盘的退变[39]，而退变的髓核细胞和破坏的纤维环细胞会产生大量的促炎因子，并经血管活性肽、P能物质等使神经肽激活，并影响免疫、内分泌系统[40]使人体产生疲劳、发热等CFS相关症状。当T12或L1椎体应力不良，使胃肠道蠕动减慢，菌群失调[41]，而微生物群及异常的代谢产物，可作为准确识别的疲劳综合征的指标[42]。如上不再赘述，大量与CFS有关的理化因子的报道结果联系起来，最终的病变源头都指向了脊柱应力的异常。

2 CFS诊断标志征与脊柱应力不良

2003年加拿大专家及2011年国际共识，在1994年的CFS美国诊断标准的基础上，加入神经免疫衰竭作为其必须的诊断标准之一[43]。基于尸体解剖的研究发现[44]，破坏椎体间稳定结构，在运动时关节突关节可出现侧摆式错位，并能够直接压迫交感神经节。并有临床研究证明，T7、T10椎体的旋转移位，可明显增加2型糖尿病的患病率[45]。目前对于CFS的诊断标准[46]，包括排除持续六个月及以上疲劳，有记忆或注意力受损；咽痛；淋巴结肿大；肌肉疼痛；多关节关节（非炎症）疼痛；紧张性偏头痛；睡眠障碍；自主神经及情绪障碍等8个主要症状中，均与脊柱不良应力有直接关系。综上可以确定，脊柱不良应力可直接或间接的导致CFS的临床表现。

小结

《灵枢·刺节真邪》载“腰脊者，身之大关节也”，这里的关也可以理解为闭藏精气的意思，强调了脊柱在人体运动系统及气机生化代谢中的重要性。由于脊柱结构复杂，运动形式多样，脊柱损伤的在体动态观察及测量具有极大的难度。有限元法模拟静态及不同运动像下，分析报道脊柱及其周围组织各个部位的应力、形变、及材质改变等结论，为脊柱不良应力的总结提供了相对准确的数据。目前临床研究中，脊柱不良应力与脊柱功能带的中医病机影响，与神经、免疫、内分泌网，以及与CFS诊断标志性的症状和体征都有着明确关系。并希望通过进一步的临床及实验室研究，观察测量与CFS有着明确关系的脊柱不良应力的矢量数据，以及与其密切相关的具体理化因子数据，为CFS临床及实验研究提供参考。

参考文献：元永金,李兴兰,敬胜伟等.基于有限元结论探析脊柱不良应力与疲劳综合征的相关性[J].中医药临床杂志,2023,35(07):1273-1277.DOI:10.16448/j.cjtcm.2023.0706.

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