《Clinical Biomechanics》：Investigating the association between paraspinal soft tissue stiffness and spinal geometry during controlled forward flexion: A cross-sectional case-controlled investigation
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阿迪·米萨尼|埃梅里克·伯尼尔|艾哈迈德·奥德|马克·德里斯科尔加拿大魁北克省蒙特利尔市谢尔布罗克街西845号，麦吉尔大学机械工程系肌肉骨骼生物力学研究实验室，邮编H3A 0C3摘要背景这项前瞻性病例对照研究旨在探讨静息状态下多裂肌、竖脊肌以及胸腰筋膜的表观机械硬度是否与脊柱弯曲
阿迪·米萨尼|埃梅里克·伯尼尔|艾哈迈德·奥德|马克·德里斯科尔
加拿大魁北克省蒙特利尔市谢尔布罗克街西845号，麦吉尔大学机械工程系肌肉骨骼生物力学研究实验室，邮编H3A 0C3
摘要
背景
这项前瞻性病例对照研究旨在探讨静息状态下多裂肌、竖脊肌以及胸腰筋膜的表观机械硬度是否与脊柱弯曲度以及控制性屈曲时的活动范围有关。
方法
15名慢性非特异性下背痛患者和18名无症状参与者接受了使用经过验证的IndentoPro设备进行的非侵入性俯卧位肌组织硬度检测。在指导下的60°屈曲动作过程中，通过表面肌电仪记录双侧躯干及髋部肌肉的激活情况，并将其与最大自主收缩值进行标准化对比。同时使用运动约束装置限制屈曲路径，X射线荧光成像技术用于检测L2-S1椎间旋转角度，而3D动作捕捉系统则用于测定腰椎前凸角和胸椎后凸角。组间差异通过独立t检验和Mann-Whitney U检验进行分析，同时计算效应量（科恩d值、等级相关r值），并利用斯皮尔曼相关性分析硬度与运动学参数之间的关联。
研究结果
与对照组相比，下背痛患者的胸腰筋膜硬度更高（d=1.1，p≤0.05），腰椎活动范围更小（d=0.9，p≤0.05），腰椎前凸角下降程度也更明显（d=0.8，p≤0.05）。竖脊肌硬度与胸椎后凸角呈正相关（p=0.4，p≤0.05），而胸腰筋膜硬度则与L4-L5及L5-S1椎间旋转角度呈负相关（p=-0.4，p≤0.05），同时与胸椎后凸角的变化率呈正相关（p=0.4，p≤0.05）。表面肌电检测结果显示，各组躯干肌肉的激活程度处于较低到中等水平，组间差异并不显著。
结论解读
静息状态下较高的表观椎旁组织硬度与脊柱几何形态的变化存在关联。
引言
从生物力学的角度来看，脊柱硬度可定义为施加负载与所产生的运动量之比，它是由三个子系统协同作用共同决定的：被动脊柱结构（椎骨、椎间盘、韧带、小关节囊）、主动肌肉系统，以及负责调控肌肉激活与协调的神经控制单元（Panjabi，1992）。在这一框架下，椎旁软组织的机械与几何特性是维持脊柱稳定的重要因素。腰椎后的椎旁组织包括位于两侧的多裂肌和竖脊肌，它们的主要功能是伸展并稳定脊柱（Macintosh和Bogduk，1986；Gilchrist等人，2003）。这些组织由于具有粘弹性，能够对拉伸产生主动与被动的抵抗力。在实验性诱导椎间盘退变的兔子模型中，Brown等人（2011）发现退变椎段及其相邻椎段的多裂肌硬度有所增加，这可能与影响椎段硬度的结构重塑有关。不过，这类变化也可能源于纤维化等过程（Agha等人，2020），因此未必属于有益的适应性改变，也无法直接对应人体内的实际情况。
胸腰筋膜在维持脊柱稳定性方面也起着重要作用。El Bojairami和Driscoll（2022）通过建模研究发现，在受到350牛顿的前屈扰动力作用时，胸腰筋膜的激活能够使模型在恢复脊柱至原有位置方面的能力提升多达75%，其作用机制在于减少椎体位移并降低椎间盘压力，这一效果优于基准模型。若再结合躯干肌肉与腹内压的协同激活，脊柱稳定性的提升幅度可达到93%。不过，这些数值是基于特定模型结构与加载条件得出的，且采用了简化的材料与边界假设，同时并未考虑动态的神经肌肉控制机制，因此应将其视为探讨这些组织相对机械潜能的假设性依据，而非对体内脊柱稳定性贡献的直接定量评估。
已有研究通过手持式压入法与剪切波弹性成像技术，研究了随着年龄增长及出现机械性下背痛时这些组织机械特性的变化，这类技术能够反映反映粘弹性特征及低水平肌肉张力的静息状态下的组织硬度。Wu等人（2021）发现老年人的腰椎竖脊肌硬度高于年轻人。同样，Vatovec和Voglar（2024）通过系统性回顾与元分析发现，下背痛患者的静息状态下多裂肌与竖脊肌硬度均高于无症状对照组。Liu等人（2024）对30名慢性非特异性下背痛患者进行剪切波弹性成像检测，发现其胸腰筋膜、竖脊肌及多裂肌的剪切模量均高于健康对照组。这些研究结果支持这样一种假设，即静息状态下椎旁组织机械特性的改变与下背痛之间存在关联，同时也为进一步研究这类特性如何影响脊柱稳定性及代偿性运动模式提供了依据。
椎旁组织的质量与几何结构也与脊柱排列的变化相关。Jun等人（2016）发现，竖脊肌与多裂肌的脂肪变性加重会伴随腰椎前凸度与胸椎后凸度的降低。Masaki等人（2015）则指出，竖脊肌厚度减小是胸椎后凸角变化的独立影响因素。然而，目前还缺乏关于椎旁组织机械特性如何与运动过程中的腰椎活动及胸椎代偿性旋转之间关系的体内研究。
本研究的目的是探讨静息状态下脊柱组织的表观硬度与脊柱几何代偿之间的关系。具体而言，是在60°的标准前屈动作过程中，通过检测L2-S1椎间旋转角度、腰椎活动范围以及脊柱弯曲度（腰椎前凸角、胸椎后凸角）的变化来定义几何代偿。本研究以下背痛患者作为椎旁组织机械特性发生改变的模型群体，与健康人群进行比较，旨在探究静息状态下组织硬度差异如何影响脊柱几何结构，进而为理解脊柱稳定性的三子系统模型提供依据。
章节节选
研究设计与研究对象
这项横断面研究已获得机构审查委员会的批准（IRB编号：2023–9180），研究需纳入15名慢性非特异性下背痛患者以及18名性别匹配的健康对照组。下背痛患者是从魁北克下背痛联盟平台中筛选出的，他们需符合特定的纳入标准与排除标准。下背痛组的纳入标准为：有至少3个月的慢性复发性非特异性下背痛病史，且在过去至少一半的时间里这种疼痛带来了困扰。
研究结果
共对40名下背痛患者进行了研究，其中25人因不符合筛选标准被排除，最终留下15名下背痛患者和18名对照组。参与者的基本信息及问卷调查结果分别汇总于表1与表2中。
讨论
在标准的60°前屈动作测试中，椎旁组织静息状态的表观硬度发生变化，这与脊柱的几何代偿反应存在关联。具体来说，静息状态下较高的表观组织硬度会导致L4-L5及L5-S1椎间旋转角度减小，而胸椎后凸角则增大。需要注意的是，这些测量结果仅能反映椎旁组织在静息状态下的表观机械行为，无法体现神经肌肉控制的作用，而后者其实是非常重要的因素。
结论
综上所述，在标准的压入与屈曲测量条件下，下背痛患者静息状态下的椎旁组织表观硬度高于无症状对照组。而且，这种组间差异与在标准60°前屈动作测试中脊柱几何代偿模式的改变存在关联。因此，这些研究结果应当被视作
作者贡献说明
阿迪·米萨尼：论文撰写——审阅与编辑、初稿撰写、可视化处理、结果验证、研究监督、项目管理、方法设计、实验实施、正式数据分析、数据整理、研究概念构思。埃梅里克·伯尼尔：论文撰写——审阅与编辑、研究监督、项目管理、方法设计、研究概念构思。艾哈迈德·奥德：论文撰写——审阅与编辑、研究监督、资源协调、项目管理、方法设计。马克·德里斯科尔：论文撰写——审阅与编辑、研究监督、资源协调、项目
未引用参考文献
Massé-Alarie等人，2016年
van der Hulst等人，2010年
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
