力學退變性腰椎病指與維持腰椎力學平衡和穩定有關的腰椎骨關節及相關肌肉、筋膜、韌帶退變所致的以腰痛和腰腿痛為主要臨床表現的疾病總稱，其發生與持續靜態負荷和動態負荷、額外負荷、增齡性因素均相關。該文就力學相關性退變腰椎病的病因進行闡述，通過對人體力學平衡特點和腰椎失力學平衡發生機制的分析，總結失力學平衡功能性代償和結構性代償方式，并詮釋腰椎失力學平衡的臨床分型，希望能更好地為腰椎疾患的診治提供參考依據。
引用本文： 任玲, 雷中杰, 楊霖, 姜俊良, 熊恩富. 力學源性退變性腰椎病的原因探討與思考. 華西醫學, 2020, 35(10): 1257-1262. doi: 10.7507/1002-0179.201908145 復制
腰椎在脊柱平衡和人體整體平衡中占有重要地位。腰椎平衡受腰椎以上人體結構和功能的影響，也受腰椎以下的骨盆及髖下肢結構和功能的影響，而腰椎的失力學平衡與代償對脊柱平衡和人體整體平衡的影響也特別明顯[1-3]。筆者經過查閱文獻，并結合臨床所診治的患者，發現腰肌勞損、腰痛、腰椎骨質增生、腰椎小關節紊亂、腰椎間盤源性腰腿痛、反復發作的腰椎間盤突出癥、非腰椎間盤突出性腰腿痛、腰肌筋膜炎等臨床常用診斷所涉及“疾病”或“問題”的基本特征及有關信息都反映出與腰椎失力學平衡及其代償有關。經四川大學華西醫院生物醫學倫理委員會審查［審批號：2020 年審（221）號］，本文現結合四川大學華西醫院康復醫學中心門診患者影像學資料，就腰椎力學平衡及力學源性腰椎退變的原因作如下綜述。
1 人體力學平衡的特點
人體平衡是人體在靜止狀態或運動狀態時的重心線豎直地落在支撐面上的狀態。人體重心是人體全部環節所受重力的合力作用點（總重心），人體重心位置會隨著人體運動中身體姿勢的變化而改變。
對于結構與功能正常的肌肉骨骼系統，當人體以兩肩下垂的對稱靜態站立時，人體重心位置的水平位置在第 1 至第 5 骶椎之間，左右方向位置上接近人體正中線，前后方向上位置在骶骨和恥骨之間。此時，人體靜態重心力線在其左右方向和前后方向上都是平衡的，成為人體站立時維持身體靜態平衡的最佳體位。原因是這時身體的重心力線更多地在支撐面中心區域內，相關的骨性及非骨性結構都會用與自身結構相適應的負荷來維系這種姿勢，有利于人體健康[4-5]。雖然身體這種靜態平衡姿勢有利于人體健康，但不可持續。因為維持這樣的靜態平衡需要全身肌肉、筋膜、骨骼、關節、韌帶結構之間的協調統一行動。此種情況下，身體一側結構處于持續張力負荷狀態，另一側結構則處于持續被抑制狀態，長久下去反倒導致各結構內部及各結構之間在運動過程中的平衡、協調功能損害，人體的姿勢維持及其空間定位系統（視覺、本體感覺和內耳前庭）、腦脊髓神經控制系統等也都難以維系這種緊張狀態（站崗軍人也需每 2 小時換崗），因此只適用于站立平衡訓練。
人們日常生活、工作需要人體經常處于運動狀態并能維持平衡，在這個過程中人體重心力線移出支撐面而使身體處于失力學平衡狀態而開始了“失平衡再平衡”的動態平衡模式。當身體向一側彎曲、身體重心也跟著向彎曲側方向移動而影響平衡時，中樞神經系統通過肌肉-骨骼系統的杠桿作用、關節活動方向與角度調節、肌肉力量及其能量提供、姿態（或體位）調節等控制身體于動態力學平衡狀態，保證人體隨意活動與力學作業過程平穩、平滑地順利進行，避免跌倒、損傷。
2 人體重心變化對脊柱平衡的影響
脊柱區的椎骨、椎間盤及其相連的韌帶維持脊柱的內在力學平衡；軀干區的肌肉完成包括脊柱的前后左右方向上的彎曲和旋轉運動任務并保證著脊柱的動態平衡。人們站立位工作時，除骨盆與髖膝踝關節運動參與外，主要借助腰椎各個方向上的彎曲來完成確定的勞動任務，此時身體重心力線向彎曲側方向移動，增加了腰椎穩定結構的應力負荷。這些在彎曲側方向上的壓應力負荷和突出側方向上的牽張應力負荷如果過大或持續作用時間過長，就容易造成腰椎結構損傷、功能下降而失去平衡能力。此種情況下，張洲等[6]認為中樞神經系統主導的運動控制來維持腰椎的穩定性及運動。
3 影響脊柱力學平衡的因素
3.1 持續的靜態負荷與動態負荷
脊柱不同節段承受應力負荷的量和方式存在差異，總體上講，脊柱負荷為某段以上的體重、肌肉張力和外在負重的總和。脊柱靜態負荷主要來源于人體的 3 個倒三角形力學結構。其中，中倒三角形力學結構以雙側肩峰為底邊，沿胸椎兩側向下將頭、頸、軀干之負荷集中于腰骶椎。故腰椎不僅僅是承重的主要結構，同時也是人體重力傳導的主要結構[7]。
腰椎承受的動態應力負荷與脊柱、髖下肢和骨盆運動有關。當人體站立以髖關節為支點時，改變腰椎正常彎曲度，力矩會隨著彎曲度加大而加大，力矩增大程度與脊柱彎曲度加大成正比，這也是腰椎運動幅度越大越容易導致腰椎損傷的一個因素[8-11]。
骨盆作為脊柱基座，可以以兩側髖關節為軸心完成前傾、后傾、側傾和旋轉運動，提高腰椎運動能力，在腰椎失力學平衡時也可提供補償。
3.2 額外負荷
人們日常生活、工作時，脊柱的骨關節、韌帶、肌肉、筋膜等需要承受經由頭頂部、雙上肢及頸肩背部附加于身體的額外負荷。當這些負荷量過大，超出了一次性承受能力時，或者雖然負荷量不大，但需要持續承受（如姿勢不良）時，脊柱的這些結構會受到損傷。
3.3 年齡因素
隨著年齡增加，肌肉骨骼系統的結構與功能逐漸退化，神經控制能力也逐漸下降，脊柱難以或不能承受本來可以承受的各種應力負荷，特別是腰椎。
4 腰椎失力學平衡的發生
腰椎需要承受軀體的靜態應力負荷、動態應力負荷及人體負重后所帶來的負荷，加上生理活動范圍較大[12]，活動頻繁，其損傷的機會比脊柱其他節段多。腰椎可以單獨完成前后左右方向上的彎曲運動和旋轉運動，當腰椎的旋轉運動加入到腰椎彎曲運動時，腰椎的彎曲程度可以增加。脊柱前屈活動的最初 50～60° 是由腰椎來完成的，通過骨盆前傾可使前屈曲度增大。按照脊椎三柱負重原理，腰椎向前屈曲時，腰椎前部的椎體及其椎間盤承受壓應力負荷加大，腰椎后方的小關節及其他軟組織承受牽拉應力負荷增大，過大的壓應力負荷和牽拉應力負荷都可以成為腰椎骨關節、韌帶、肌肉、筋膜損傷的因素[12-14]。同理，腰椎其他方向上的彎曲運動也會導致腰椎結構相似的應力負荷改變而遭受損傷。
腰椎小關節主要對抗軸向旋轉和水平剪切，參與腰椎各個方向上的彎曲運動和旋轉運動。腰椎過多過大范圍的彎曲和旋轉運動都可以損害與小關節功能有關的韌帶、肌肉、筋膜組織，引起小關節囊松弛、小關節面之間錯位與關節軟骨損傷，繼而影響位于該區域的腰脊神經功能[13-17]。
5 腰椎失力學平衡的代償方式
代償是人體應對機體功能紊亂的基本方式，但所有代償方式都是在神經-肌肉-骨骼調節系統作用下進行的。腰椎失力學平衡的代償方式分為功能性代償與結構性代償，多從功能性代償開始，緊跟著的是結構性代償。結構性代償方式與功能性代償方式的最大區別是結構性失代償沒有可復性。
5.1 功能性代償
在功能性代償階段，由于沒有明顯結構異常，腰椎可以通過功能調節方式恢復平衡狀態。腰椎彎曲方向上的骨結構被強化來達到承受加大的壓應力負荷需要，韌帶、筋膜和肌肉長度縮短以減少該區域骨性結構的過多搖晃與不穩定[18]；而在其突出側方向上的肌肉、韌帶、筋膜等結構和功能被強化來對抗牽引應力負荷，促使腰椎重心力線恢復正常。功能性代償是腰椎失力學平衡代償的最初階段，失代償具有可復性，即通過自身調整或按照醫生和治療師的指導性方案調整即可恢復腰椎的功能和能力，對腰椎功能活動能力沒有影響。
5.2 結構性代償
結構性代償是在功能性代償基礎上產生的。當腰椎失力學平衡發展到需要結構性代償時，腰椎內源性和外源性結構及其功能已經出現異常。根據代償方式的不同，結構性代償可以分為早期結構性代償和后期結構性代償。早期結構性代償利用了腰椎仍然可以運動的特點，以腰椎內外穩定結構的過度自身運動（失穩）來調節，使失力學平衡腰椎“回復”到平衡狀態，這時的腰椎平衡會隨身體運動而在失平衡與相對再平衡之間波動。后期結構性代償時腰椎骨關節大多處于固定狀態而不能運動，失力學平衡代償需要腰椎以外的與身體平衡有關的骨性與非骨性結構來完成。
5.2.1 早期結構性代償
如果在功能性代償階段的失平衡狀態持久存在，例如習慣性不良姿勢，腰椎彎曲方向上和突出方向上的軟組織的結構和功能會發生適應性改變和/或廢用。彎曲方向上縮短的軟組織難以被動拉長，成為矯正彎曲阻力；而突出方向上被拉長的軟組織也失去矯正彎曲的動力功能。腰椎彎曲過程中同時伴有旋轉運動，與腰椎旋轉有關的軟組織結構和功能也會發生類似于腰椎彎曲時發生的改變而失去應有的旋轉復位功能。
在早期結構性代償階段，由于患者主要依靠腰椎自身的內源性和外源性穩定結構調節來維持腰椎力學平衡，導致腰椎自身穩定性下降（不穩），與腰椎穩定有關的韌帶、肌肉及肌筋膜結構以及功能異常會刺激、牽拉、擠壓腰骶區神經并引起嚴重腰腿痛[18-20]。
5.2.2 后期結構性代償
后期結構性代償是腰椎失力學平衡最嚴重階段，腰椎內源性和外源性穩定結構異常嚴重，基本上喪失了通過腰椎過度運動代償能力，腰椎固定彎曲、骨刺增生、椎間盤和小關節退變等將使腰椎固定于“畸形”位置，主要借助腰椎以外的身體結構補償來保持身體的力學平衡，與腰椎穩定有關的腰骶部、腹部、骨盆等區域的韌帶、肌肉筋膜等遭受到刺激、牽拉程度較輕，臨床癥狀體征也減輕[10]。
6 腰椎失力學平衡代償的臨床分期
近年來，我們發現非典型性腰腿痛與退變性腰椎不穩，其臨床表現與放射學特征符合前述腰椎失力學平衡表現，采用恢復和改善腰椎失平衡的力學性治療可以明顯提高療效。因此，我們將患者的腰椎失力學平衡代償的臨床分期分為功能性代償期、早期結構性代償期和后期結構性代償期 3 個時期。
6.1 功能性代償期
此期的基本臨床特征是功能性失力學平衡具有可復性。患者有腰部疲勞、不適、活動能力下降等，往往描述腰部在某一個或幾個方向上的活動能力下降，和/或腰部維持某種姿勢的持續時間縮短而需要不停地以調整姿勢來應對，和/或臥床休息久時出現腰部不適和疼痛而在起床活動后得以消除，和/或喜歡接受一些腰部、臀部和下肢的“放松性”按摩。站立位體格檢查時可以發現脊柱有姿勢異常，但腰椎的功能活動能力沒有受到影響。病程長的患者 X 線照片上可能發現“骨刺形成”“腰椎側彎”“腰椎旋轉”等存在（圖1）。
圖1
功能性代償期典型患者腰椎 X 線片
a. 腰椎正位片，示腰 4 以上旋轉（黑箭）；b. 腰椎側位片，示腰 4/5 過度活動（黑箭）；c. 腰椎過伸位片，示腰 4/5 過伸位時腰 4 椎體回復（黑箭）。門診患者，女，22 歲，腰 4 以上旋轉，腰 4/5 過度運動
6.2 早期結構性代償期
此期功能性與結構性代償并存，但以腰椎自身過度運動代償為主（圖2）。腰椎功能性補償能力下降，失代償癥狀會明顯加重，多伴有單側不同程度的腰痛、臀部疼痛及下肢放射痛。這類疼痛與放射痛的范圍廣泛，沒有表現出單一神經根或者單一周圍神經受到刺激的特點，更多的像是多處或者多數神經-血管受到影響的疼痛、麻木或者脹痛。而且這類疼痛與放射痛可以明顯表現出力學性特點，疼痛的發生與身體突然用力或突然變換體位有關，變換體位時或者站立時加重，坐位休息或臥床放松時疼痛明顯緩解或完全消失，但從坐位起身或在臥位翻身疼痛又會出現。
圖2
早期結構性代償期典型患者腰椎 X 線片
a. 腰椎過屈位片；b. 腰椎過伸位片。門診患者，女，27 歲，腰 4-5 穩定性下降（白箭）
疼痛與放射痛可以反復多次發生，我們觀察到，腰腿痛可以再次出現在同一側也可以在另一側，每次發作多有相似的誘發因素以及伴有相同或者相似的臨床表現。患者可以因疼痛而嚴重影響日常生活與家務勞動能力，影響工作任務完成能力。疼痛與放射痛持續時間從數天至數月不等，通常的治療效果不佳。
站立位檢查時，腰椎姿勢異常明顯且難以糾正，腰椎側彎、旋轉及運動功能受限，軀干區和/或下肢的某些肌肉、筋膜、韌帶緊張。疼痛嚴重者行走跛行或扶拐或需家人扶持，腰側面、髂骨嵴、股骨大粗隆上區及后方、髂前上棘下區及骶骨邊緣壓痛并有向臀部和下肢放射痛麻脹癥狀，腰部某些方向運動可誘發或加重臀部和下肢癥狀。腰腿痛臨床表現與周圍神經卡壓疼痛類似，也像肌筋膜炎的疼痛，具有“非典型性腰腿痛”特征[19, 21]。
在正側位和功能位 X 線照片上可以發現腰椎側彎、椎體前方或側面骨刺形成、椎間隙變窄、棘突偏移、椎體前方和后方的正常弧形線不連續或者椎節錯位、椎骨旋轉等，腰椎過伸過屈位往往可以發現椎節間過度運動存在（圖3）。
圖3
早期結構性代償期典型患者腰椎 X 線片
a. 腰椎側位片；b. 腰椎過屈位片；c. 腰椎過伸位片。門診患者，女，44 歲，腰 4 椎體向前滑脫（黑箭）
早期結構性代償期是臨床癥狀最重、體征最明顯、放射學異常最多的時期，不但持續時間長，患者痛苦也最明顯，臨床就診多為 40～70 歲患者。究其原因，一方面退變腰椎骨關節及其軟組織結構承受應力負荷能力明顯下降并存在腰椎過度運動；另一方面，這個年齡段人群因工作、家務勞動及仍在為兒孫忙碌，腰椎承受的應力負荷并未減少甚至還有增加。在這些因素作用下，失力學平衡腰椎小關節、韌帶、肌肉筋膜的過度過多異常運動會刺激、牽拉或擠壓穿行于腰椎側面和后方的腰骶脊神經而促使疼痛出現、加重甚至反復發作[3, 22]。
6.3 后期結構性代償期
此期腰椎多失去運動能力，失力學平衡以腰椎以外身體結構補償為主。患者出現明顯腰椎甚至整個脊柱畸形，如腰椎固定性側彎、腰椎前凸、胸椎后凸、骨盆傾斜、脊柱旋轉、長短腿等；由于可運動的腰椎節段減少，患者癥狀體征及對功能和能力的影響遠不如早期結構性代償期嚴重。腰椎正側位和功能位照片上可以發現腰椎側彎處的骨刺明顯增多特別是平行骨刺，部分患者 X 線平片可見側彎方向上增生明顯而張力側沒有或骨刺很少（圖4），表明患者站立和運動過程中身體重心力線向彎曲方向移動已經越過了該椎節彎曲處而不得不用過度增長的骨刺作為直接承重結構。
圖4
后期結構性代償期典型患者腰椎 X 線片
a. 腰椎正位片，示右側骨刺相對較多（黑箭）；b. 腰椎側位片，示腰 1 椎體旋轉（黑箭）。門診患者，女，77 歲，與對側相比側彎方向骨刺較多，且有旋轉與代償
后期結構性代償期患者年齡多大于 70 歲，腰椎代償目標是以姿勢改變來保持身體重心力線在支撐面內，有時需擴展支撐面來保持身體平衡和避免跌倒。
7 結語
本文以脊柱生物力學為基礎，重點探索了腰椎失力學平衡及其代償對腰椎肌肉骨骼結構和功能的影響、對人體整體功能和活動能力的影響、與退變性腰痛/腰腿痛的關系[23-25]。筆者認為：① 對于一個肌肉骨髂系統沒有結構缺陷也沒有嚴重損傷的個體，發生脊柱的側彎、駝背、旋轉，出現雙肩不等高、行走姿勢異常、骨盆傾斜度異常、長短腿等改變，都與失力學平衡有關；② 臨床上常見的腰肌勞損、腰椎骨質增生、腰椎小關節紊亂、非腰椎間盤突出性腰腿痛、腰肌筋膜炎等，從發生、發展過程及相關的臨床表現來看，大多與腰椎長期承受異常應力負荷有關。因此我們更愿意統稱這類伴隨著年齡增長、腰椎骨關節及相關軟組織結構退變與腰椎功能下降的腰椎問題為腰椎力學失平衡性腰痛和腰椎病[26]。
腰椎在脊柱平衡和人體整體平衡中占有重要地位。腰椎平衡受腰椎以上人體結構和功能的影響，也受腰椎以下的骨盆及髖下肢結構和功能的影響，而腰椎的失力學平衡與代償對脊柱平衡和人體整體平衡的影響也特別明顯[1-3]。筆者經過查閱文獻，并結合臨床所診治的患者，發現腰肌勞損、腰痛、腰椎骨質增生、腰椎小關節紊亂、腰椎間盤源性腰腿痛、反復發作的腰椎間盤突出癥、非腰椎間盤突出性腰腿痛、腰肌筋膜炎等臨床常用診斷所涉及“疾病”或“問題”的基本特征及有關信息都反映出與腰椎失力學平衡及其代償有關。經四川大學華西醫院生物醫學倫理委員會審查［審批號：2020 年審（221）號］，本文現結合四川大學華西醫院康復醫學中心門診患者影像學資料，就腰椎力學平衡及力學源性腰椎退變的原因作如下綜述。
1 人體力學平衡的特點
人體平衡是人體在靜止狀態或運動狀態時的重心線豎直地落在支撐面上的狀態。人體重心是人體全部環節所受重力的合力作用點（總重心），人體重心位置會隨著人體運動中身體姿勢的變化而改變。
對于結構與功能正常的肌肉骨骼系統，當人體以兩肩下垂的對稱靜態站立時，人體重心位置的水平位置在第 1 至第 5 骶椎之間，左右方向位置上接近人體正中線，前后方向上位置在骶骨和恥骨之間。此時，人體靜態重心力線在其左右方向和前后方向上都是平衡的，成為人體站立時維持身體靜態平衡的最佳體位。原因是這時身體的重心力線更多地在支撐面中心區域內，相關的骨性及非骨性結構都會用與自身結構相適應的負荷來維系這種姿勢，有利于人體健康[4-5]。雖然身體這種靜態平衡姿勢有利于人體健康，但不可持續。因為維持這樣的靜態平衡需要全身肌肉、筋膜、骨骼、關節、韌帶結構之間的協調統一行動。此種情況下，身體一側結構處于持續張力負荷狀態，另一側結構則處于持續被抑制狀態，長久下去反倒導致各結構內部及各結構之間在運動過程中的平衡、協調功能損害，人體的姿勢維持及其空間定位系統（視覺、本體感覺和內耳前庭）、腦脊髓神經控制系統等也都難以維系這種緊張狀態（站崗軍人也需每 2 小時換崗），因此只適用于站立平衡訓練。
人們日常生活、工作需要人體經常處于運動狀態并能維持平衡，在這個過程中人體重心力線移出支撐面而使身體處于失力學平衡狀態而開始了“失平衡再平衡”的動態平衡模式。當身體向一側彎曲、身體重心也跟著向彎曲側方向移動而影響平衡時，中樞神經系統通過肌肉-骨骼系統的杠桿作用、關節活動方向與角度調節、肌肉力量及其能量提供、姿態（或體位）調節等控制身體于動態力學平衡狀態，保證人體隨意活動與力學作業過程平穩、平滑地順利進行，避免跌倒、損傷。
2 人體重心變化對脊柱平衡的影響
脊柱區的椎骨、椎間盤及其相連的韌帶維持脊柱的內在力學平衡；軀干區的肌肉完成包括脊柱的前后左右方向上的彎曲和旋轉運動任務并保證著脊柱的動態平衡。人們站立位工作時，除骨盆與髖膝踝關節運動參與外，主要借助腰椎各個方向上的彎曲來完成確定的勞動任務，此時身體重心力線向彎曲側方向移動，增加了腰椎穩定結構的應力負荷。這些在彎曲側方向上的壓應力負荷和突出側方向上的牽張應力負荷如果過大或持續作用時間過長，就容易造成腰椎結構損傷、功能下降而失去平衡能力。此種情況下，張洲等[6]認為中樞神經系統主導的運動控制來維持腰椎的穩定性及運動。
3 影響脊柱力學平衡的因素
3.1 持續的靜態負荷與動態負荷
脊柱不同節段承受應力負荷的量和方式存在差異，總體上講，脊柱負荷為某段以上的體重、肌肉張力和外在負重的總和。脊柱靜態負荷主要來源于人體的 3 個倒三角形力學結構。其中，中倒三角形力學結構以雙側肩峰為底邊，沿胸椎兩側向下將頭、頸、軀干之負荷集中于腰骶椎。故腰椎不僅僅是承重的主要結構，同時也是人體重力傳導的主要結構[7]。
腰椎承受的動態應力負荷與脊柱、髖下肢和骨盆運動有關。當人體站立以髖關節為支點時，改變腰椎正常彎曲度，力矩會隨著彎曲度加大而加大，力矩增大程度與脊柱彎曲度加大成正比，這也是腰椎運動幅度越大越容易導致腰椎損傷的一個因素[8-11]。
骨盆作為脊柱基座，可以以兩側髖關節為軸心完成前傾、后傾、側傾和旋轉運動，提高腰椎運動能力，在腰椎失力學平衡時也可提供補償。
3.2 額外負荷
人們日常生活、工作時，脊柱的骨關節、韌帶、肌肉、筋膜等需要承受經由頭頂部、雙上肢及頸肩背部附加于身體的額外負荷。當這些負荷量過大，超出了一次性承受能力時，或者雖然負荷量不大，但需要持續承受（如姿勢不良）時，脊柱的這些結構會受到損傷。
3.3 年齡因素
隨著年齡增加，肌肉骨骼系統的結構與功能逐漸退化，神經控制能力也逐漸下降，脊柱難以或不能承受本來可以承受的各種應力負荷，特別是腰椎。
4 腰椎失力學平衡的發生
腰椎需要承受軀體的靜態應力負荷、動態應力負荷及人體負重后所帶來的負荷，加上生理活動范圍較大[12]，活動頻繁，其損傷的機會比脊柱其他節段多。腰椎可以單獨完成前后左右方向上的彎曲運動和旋轉運動，當腰椎的旋轉運動加入到腰椎彎曲運動時，腰椎的彎曲程度可以增加。脊柱前屈活動的最初 50～60° 是由腰椎來完成的，通過骨盆前傾可使前屈曲度增大。按照脊椎三柱負重原理，腰椎向前屈曲時，腰椎前部的椎體及其椎間盤承受壓應力負荷加大，腰椎后方的小關節及其他軟組織承受牽拉應力負荷增大，過大的壓應力負荷和牽拉應力負荷都可以成為腰椎骨關節、韌帶、肌肉、筋膜損傷的因素[12-14]。同理，腰椎其他方向上的彎曲運動也會導致腰椎結構相似的應力負荷改變而遭受損傷。
腰椎小關節主要對抗軸向旋轉和水平剪切，參與腰椎各個方向上的彎曲運動和旋轉運動。腰椎過多過大范圍的彎曲和旋轉運動都可以損害與小關節功能有關的韌帶、肌肉、筋膜組織，引起小關節囊松弛、小關節面之間錯位與關節軟骨損傷，繼而影響位于該區域的腰脊神經功能[13-17]。
5 腰椎失力學平衡的代償方式
代償是人體應對機體功能紊亂的基本方式，但所有代償方式都是在神經-肌肉-骨骼調節系統作用下進行的。腰椎失力學平衡的代償方式分為功能性代償與結構性代償，多從功能性代償開始，緊跟著的是結構性代償。結構性代償方式與功能性代償方式的最大區別是結構性失代償沒有可復性。
5.1 功能性代償
在功能性代償階段，由于沒有明顯結構異常，腰椎可以通過功能調節方式恢復平衡狀態。腰椎彎曲方向上的骨結構被強化來達到承受加大的壓應力負荷需要，韌帶、筋膜和肌肉長度縮短以減少該區域骨性結構的過多搖晃與不穩定[18]；而在其突出側方向上的肌肉、韌帶、筋膜等結構和功能被強化來對抗牽引應力負荷，促使腰椎重心力線恢復正常。功能性代償是腰椎失力學平衡代償的最初階段，失代償具有可復性，即通過自身調整或按照醫生和治療師的指導性方案調整即可恢復腰椎的功能和能力，對腰椎功能活動能力沒有影響。
5.2 結構性代償
結構性代償是在功能性代償基礎上產生的。當腰椎失力學平衡發展到需要結構性代償時，腰椎內源性和外源性結構及其功能已經出現異常。根據代償方式的不同，結構性代償可以分為早期結構性代償和后期結構性代償。早期結構性代償利用了腰椎仍然可以運動的特點，以腰椎內外穩定結構的過度自身運動（失穩）來調節，使失力學平衡腰椎“回復”到平衡狀態，這時的腰椎平衡會隨身體運動而在失平衡與相對再平衡之間波動。后期結構性代償時腰椎骨關節大多處于固定狀態而不能運動，失力學平衡代償需要腰椎以外的與身體平衡有關的骨性與非骨性結構來完成。
5.2.1 早期結構性代償
如果在功能性代償階段的失平衡狀態持久存在，例如習慣性不良姿勢，腰椎彎曲方向上和突出方向上的軟組織的結構和功能會發生適應性改變和/或廢用。彎曲方向上縮短的軟組織難以被動拉長，成為矯正彎曲阻力；而突出方向上被拉長的軟組織也失去矯正彎曲的動力功能。腰椎彎曲過程中同時伴有旋轉運動，與腰椎旋轉有關的軟組織結構和功能也會發生類似于腰椎彎曲時發生的改變而失去應有的旋轉復位功能。
在早期結構性代償階段，由于患者主要依靠腰椎自身的內源性和外源性穩定結構調節來維持腰椎力學平衡，導致腰椎自身穩定性下降（不穩），與腰椎穩定有關的韌帶、肌肉及肌筋膜結構以及功能異常會刺激、牽拉、擠壓腰骶區神經并引起嚴重腰腿痛[18-20]。
5.2.2 后期結構性代償
后期結構性代償是腰椎失力學平衡最嚴重階段，腰椎內源性和外源性穩定結構異常嚴重，基本上喪失了通過腰椎過度運動代償能力，腰椎固定彎曲、骨刺增生、椎間盤和小關節退變等將使腰椎固定于“畸形”位置，主要借助腰椎以外的身體結構補償來保持身體的力學平衡，與腰椎穩定有關的腰骶部、腹部、骨盆等區域的韌帶、肌肉筋膜等遭受到刺激、牽拉程度較輕，臨床癥狀體征也減輕[10]。
6 腰椎失力學平衡代償的臨床分期
近年來，我們發現非典型性腰腿痛與退變性腰椎不穩，其臨床表現與放射學特征符合前述腰椎失力學平衡表現，采用恢復和改善腰椎失平衡的力學性治療可以明顯提高療效。因此，我們將患者的腰椎失力學平衡代償的臨床分期分為功能性代償期、早期結構性代償期和后期結構性代償期 3 個時期。
6.1 功能性代償期
此期的基本臨床特征是功能性失力學平衡具有可復性。患者有腰部疲勞、不適、活動能力下降等，往往描述腰部在某一個或幾個方向上的活動能力下降，和/或腰部維持某種姿勢的持續時間縮短而需要不停地以調整姿勢來應對，和/或臥床休息久時出現腰部不適和疼痛而在起床活動后得以消除，和/或喜歡接受一些腰部、臀部和下肢的“放松性”按摩。站立位體格檢查時可以發現脊柱有姿勢異常，但腰椎的功能活動能力沒有受到影響。病程長的患者 X 線照片上可能發現“骨刺形成”“腰椎側彎”“腰椎旋轉”等存在（圖1）。
圖1
功能性代償期典型患者腰椎 X 線片
a. 腰椎正位片，示腰 4 以上旋轉（黑箭）；b. 腰椎側位片，示腰 4/5 過度活動（黑箭）；c. 腰椎過伸位片，示腰 4/5 過伸位時腰 4 椎體回復（黑箭）。門診患者，女，22 歲，腰 4 以上旋轉，腰 4/5 過度運動
6.2 早期結構性代償期
此期功能性與結構性代償并存，但以腰椎自身過度運動代償為主（圖2）。腰椎功能性補償能力下降，失代償癥狀會明顯加重，多伴有單側不同程度的腰痛、臀部疼痛及下肢放射痛。這類疼痛與放射痛的范圍廣泛，沒有表現出單一神經根或者單一周圍神經受到刺激的特點，更多的像是多處或者多數神經-血管受到影響的疼痛、麻木或者脹痛。而且這類疼痛與放射痛可以明顯表現出力學性特點，疼痛的發生與身體突然用力或突然變換體位有關，變換體位時或者站立時加重，坐位休息或臥床放松時疼痛明顯緩解或完全消失，但從坐位起身或在臥位翻身疼痛又會出現。
圖2
早期結構性代償期典型患者腰椎 X 線片
a. 腰椎過屈位片；b. 腰椎過伸位片。門診患者，女，27 歲，腰 4-5 穩定性下降（白箭）
疼痛與放射痛可以反復多次發生，我們觀察到，腰腿痛可以再次出現在同一側也可以在另一側，每次發作多有相似的誘發因素以及伴有相同或者相似的臨床表現。患者可以因疼痛而嚴重影響日常生活與家務勞動能力，影響工作任務完成能力。疼痛與放射痛持續時間從數天至數月不等，通常的治療效果不佳。
站立位檢查時，腰椎姿勢異常明顯且難以糾正，腰椎側彎、旋轉及運動功能受限，軀干區和/或下肢的某些肌肉、筋膜、韌帶緊張。疼痛嚴重者行走跛行或扶拐或需家人扶持，腰側面、髂骨嵴、股骨大粗隆上區及后方、髂前上棘下區及骶骨邊緣壓痛并有向臀部和下肢放射痛麻脹癥狀，腰部某些方向運動可誘發或加重臀部和下肢癥狀。腰腿痛臨床表現與周圍神經卡壓疼痛類似，也像肌筋膜炎的疼痛，具有“非典型性腰腿痛”特征[19, 21]。
在正側位和功能位 X 線照片上可以發現腰椎側彎、椎體前方或側面骨刺形成、椎間隙變窄、棘突偏移、椎體前方和后方的正常弧形線不連續或者椎節錯位、椎骨旋轉等，腰椎過伸過屈位往往可以發現椎節間過度運動存在（圖3）。
圖3
早期結構性代償期典型患者腰椎 X 線片
a. 腰椎側位片；b. 腰椎過屈位片；c. 腰椎過伸位片。門診患者，女，44 歲，腰 4 椎體向前滑脫（黑箭）
早期結構性代償期是臨床癥狀最重、體征最明顯、放射學異常最多的時期，不但持續時間長，患者痛苦也最明顯，臨床就診多為 40～70 歲患者。究其原因，一方面退變腰椎骨關節及其軟組織結構承受應力負荷能力明顯下降并存在腰椎過度運動；另一方面，這個年齡段人群因工作、家務勞動及仍在為兒孫忙碌，腰椎承受的應力負荷并未減少甚至還有增加。在這些因素作用下，失力學平衡腰椎小關節、韌帶、肌肉筋膜的過度過多異常運動會刺激、牽拉或擠壓穿行于腰椎側面和后方的腰骶脊神經而促使疼痛出現、加重甚至反復發作[3, 22]。
6.3 后期結構性代償期
此期腰椎多失去運動能力，失力學平衡以腰椎以外身體結構補償為主。患者出現明顯腰椎甚至整個脊柱畸形，如腰椎固定性側彎、腰椎前凸、胸椎后凸、骨盆傾斜、脊柱旋轉、長短腿等；由于可運動的腰椎節段減少，患者癥狀體征及對功能和能力的影響遠不如早期結構性代償期嚴重。腰椎正側位和功能位照片上可以發現腰椎側彎處的骨刺明顯增多特別是平行骨刺，部分患者 X 線平片可見側彎方向上增生明顯而張力側沒有或骨刺很少（圖4），表明患者站立和運動過程中身體重心力線向彎曲方向移動已經越過了該椎節彎曲處而不得不用過度增長的骨刺作為直接承重結構。
圖4
后期結構性代償期典型患者腰椎 X 線片
a. 腰椎正位片，示右側骨刺相對較多（黑箭）；b. 腰椎側位片，示腰 1 椎體旋轉（黑箭）。門診患者，女，77 歲，與對側相比側彎方向骨刺較多，且有旋轉與代償
后期結構性代償期患者年齡多大于 70 歲，腰椎代償目標是以姿勢改變來保持身體重心力線在支撐面內，有時需擴展支撐面來保持身體平衡和避免跌倒。
7 結語
本文以脊柱生物力學為基礎，重點探索了腰椎失力學平衡及其代償對腰椎肌肉骨骼結構和功能的影響、對人體整體功能和活動能力的影響、與退變性腰痛/腰腿痛的關系[23-25]。筆者認為：① 對于一個肌肉骨髂系統沒有結構缺陷也沒有嚴重損傷的個體，發生脊柱的側彎、駝背、旋轉，出現雙肩不等高、行走姿勢異常、骨盆傾斜度異常、長短腿等改變，都與失力學平衡有關；② 臨床上常見的腰肌勞損、腰椎骨質增生、腰椎小關節紊亂、非腰椎間盤突出性腰腿痛、腰肌筋膜炎等，從發生、發展過程及相關的臨床表現來看，大多與腰椎長期承受異常應力負荷有關。因此我們更愿意統稱這類伴隨著年齡增長、腰椎骨關節及相關軟組織結構退變與腰椎功能下降的腰椎問題為腰椎力學失平衡性腰痛和腰椎病[26]。
