魯田田，張藝宏

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脊柱機(jī)能測量研究現(xiàn)狀

魯田田，張藝宏

成都體育學(xué)院，四川 成都，610000。

脊柱是人的主心骨，對人體健康有著極為重要的作用，并影響人體的生活和運(yùn)動(dòng)功能。文章對脊柱的生理解剖特點(diǎn)、脊柱測量與研究狀況進(jìn)行綜述，以了解脊柱研究的重要性，目前流行的測量方法，以及研究現(xiàn)狀。

脊柱；機(jī)能；測量；研究；現(xiàn)狀

1 關(guān)于脊柱

1.1 脊柱的解剖特點(diǎn)

根據(jù)解剖學(xué)原理，人體脊柱是由椎骨（24塊）、骶骨（1塊）、尾骨（1塊）以及將它們串聯(lián)成一體的椎間盤（23個(gè)）、相關(guān)關(guān)節(jié)和韌帶所構(gòu)成。其中間是由椎孔連成的椎管，椎管內(nèi)由脊髓構(gòu)成[1]。脊柱是由24塊形狀不規(guī)則的椎骨利用23個(gè)椎間盤、椎小關(guān)節(jié)以及相關(guān)關(guān)節(jié)韌帶連結(jié)而成，同時(shí)一個(gè)獨(dú)立的椎骨則是由椎體、椎弓、上下關(guān)節(jié)突、棘突以及橫突構(gòu)成[2]。其中頸椎7塊（T1-T7）、胸椎12塊（T1-T12）、腰椎5塊（L1-L5）。從側(cè)面觀察脊柱，脊柱共有四個(gè)生理性彎曲，即頸曲（向前）、胸曲（向后）、腰曲（向前）、骶曲（向后）。椎體位于椎骨前部形狀為塊狀，主要構(gòu)成成分是骨松質(zhì)，表面骨密度較薄，椎體最薄弱的地方是其前緣，容易發(fā)生骨折；脊柱動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)主要是由橫突和棘突構(gòu)成，是因?yàn)榧缓蜋M突是脊柱肌肉的主要附著點(diǎn)；由于第七頸椎的特殊形態(tài)：其棘突較長，由此其可以看做是人體體表的骨性標(biāo)志之一[3]。由成王燾[4]等人編著的《人體骨肌系統(tǒng)生物力學(xué)》一書中對于脊柱系統(tǒng)解剖的結(jié)構(gòu)中寫到：頸椎椎體較小，橫斷面呈橢圓形，上、下關(guān)節(jié)突的關(guān)節(jié)面呈水平面。胸椎則以最中間為典型，上位胸椎與頸椎相似，下位類似于腰椎，椎體的從上往下逐漸增大。腰椎椎體高大，椎孔呈三角形，其大小介于頸椎椎孔與胸椎椎孔間。

1.2 脊柱的功能及運(yùn)動(dòng)

脊柱頸部椎體主要職責(zé)為支撐頭顱及控制頸部以上活動(dòng)度，頭顱重心位于頸部前 2/3 和后 1/3 的交界處；胸部椎體重心稍微偏后（胸廓前后徑的后 1/4），與胸廓共同分擔(dān)胸以上軀體的重量；腰部椎體重心居中，略微前凸，以支撐體重，由此可以看出頸段是整個(gè)脊柱承重最大的一段[5]。脊柱作為人體的中軸骨骼，是身體的支柱，其具有人體骨骼中獨(dú)特的負(fù)重、減震、緩沖、保護(hù)以及運(yùn)動(dòng)等功能[6]。除以上功能外，脊柱還有支撐人體于直立位；允許運(yùn)動(dòng)和活動(dòng)以及保護(hù)脊髓、馬尾、脊膜和血管等功能[7]。由于脊柱是由23個(gè)椎間盤將相鄰兩個(gè)椎體連接的纖維軟骨盤，因此脊柱的運(yùn)動(dòng)形式就相對來說更加多樣化的，有三維方向（前后、左右、環(huán)轉(zhuǎn)）及六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)方式。脊柱在冠狀軸主要做前曲和后伸運(yùn)動(dòng)；在矢狀軸主要做左、右側(cè)曲運(yùn)動(dòng)；在垂直軸主要做左、右回旋運(yùn)動(dòng)；在混合軸做環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

1.3 脊柱生長發(fā)育特點(diǎn)

脊椎的形態(tài)及結(jié)構(gòu)是人體區(qū)別于某些動(dòng)物能夠直立行走的重要支撐，因此，脊柱的生長發(fā)育也就與人體的生長發(fā)育密切相關(guān)。脊柱的發(fā)育階段最早出現(xiàn)在人體胚胎時(shí)，在早期時(shí)，每側(cè)體節(jié)腹內(nèi)側(cè)面分出一團(tuán)間充質(zhì)細(xì)胞，為生骨節(jié)。隨后根據(jù)生長發(fā)育生骨節(jié)逐漸中線脊索周圍移動(dòng)[8]。最開始時(shí)生骨節(jié)組織的節(jié)段包圍脊索與體節(jié)對應(yīng)，當(dāng)人體胚胎再進(jìn)一步生長發(fā)育的時(shí)候，每個(gè)生骨節(jié)的尾部便開始變得細(xì)密，并且?guī)允贾饾u與下位生骨節(jié)的頭端相連，形成新的節(jié)段我們稱之為稱椎骨原，即后來的脊柱的脊椎椎體[9]。

脊柱的胸曲和骶曲是在新生兒出生時(shí)就已形成，為了保持身體的平衡，在幼兒開始抬頭后逐漸形成前凸的頸曲，在兒童開始站立時(shí)腰部則開始向前凸，逐漸形成腰曲，其特點(diǎn)是為了將身體重心垂線后移，以保持人體的前后平衡。脊柱生長發(fā)育最重要階段是0-5歲時(shí)，青春期后將會進(jìn)入一個(gè)新的增長期。有資料表明，到 6-7 歲時(shí)脊柱的幾個(gè)自然彎曲為韌帶所固定[10]。鄔佳霖[11]提到：脊柱生長發(fā)育時(shí)嬰幼兒時(shí)期是最快階段，青春期是第二個(gè)高峰，主要體現(xiàn)在身高的變化上，10-16歲的少年兒童容易受到脊柱疾病的影響。楊紅軍等人[23]的研究也闡述，出生后脊柱的發(fā)育高峰期在嬰幼兒期和青春期來臨以前這兩個(gè)時(shí)期。

經(jīng)過調(diào)查后發(fā)現(xiàn)有研究提出，我國人群中慢性病死亡率在逐年升高。李聰聰[12]提出：人體80%的慢性病和衰老都是由脊柱的變形和彎曲所導(dǎo)致。神經(jīng)系統(tǒng)掌控著人體大部分的疾病，是由于神經(jīng)系統(tǒng)掌控著人體的內(nèi)分泌系統(tǒng)以及五臟六腑等器官，但是神經(jīng)系統(tǒng)的好壞又由人體中軸骨骼（脊柱）的形態(tài)所影響著，人體神經(jīng)系統(tǒng)由12對腦神經(jīng)和31對脊椎自律神經(jīng)構(gòu)成，然大多數(shù)的神經(jīng)都是依靠穿過脊髓管分布到身體的各個(gè)地方及內(nèi)臟器官中去，由此便變相的控制著身體的新陳代謝，一旦脊椎發(fā)生病變時(shí)，將會壓迫人體的神經(jīng)影響人體的正常調(diào)節(jié)功能，并使氣血調(diào)節(jié)失常。將會引發(fā)較多的慢性疾病。Yamada等[13]研究發(fā)現(xiàn)，脊柱側(cè)彎患者與正常人相比較，在位置覺、震動(dòng)覺以及前庭功能都有研究意義，而先天性的脊柱側(cè)彎患者并未發(fā)現(xiàn)此異常，可以得出脊柱側(cè)彎患者本體感覺通道功能障礙可能為原發(fā)病變，而且側(cè)彎程度及側(cè)彎左右側(cè)與對照組相比也有研究意義。由此，脊柱的健康與人們健康生活有著較大的聯(lián)系。

2 脊柱機(jī)能概念

脊柱機(jī)能包括脊柱姿勢、脊柱穩(wěn)定性以及脊柱柔韌性[14]。

脊柱姿勢，指的是脊柱所處的空間位置，可以直接、直觀的反應(yīng)脊柱的形態(tài)是否處于良好狀態(tài)，而良好的脊柱姿勢不僅能夠合理的分布上體的重量，也可避免肌肉一直處于緊張狀態(tài)[15]。

脊柱穩(wěn)定性的概念最初是由Write[16]等人提出，認(rèn)為在生理?xiàng)l件下脊柱的各結(jié)構(gòu)能夠維持其與椎體之間的正常位置關(guān)系，而不會引起脊髓或者脊神經(jīng)根的迫和損害，稱為“臨床穩(wěn)定”（clinical stability），而當(dāng)脊柱喪失這一功能吋，稱為“臨床不穩(wěn)定”（clinical instability）。Michael A.Adams[17]等人則提出了脊柱節(jié)段性不穩(wěn)定的概念，節(jié)段性不穩(wěn)定是指在脊柱的某一節(jié)段正?；顒?dòng)范圍內(nèi)小的異常的椎間傾向?，F(xiàn)在所說的脊柱穩(wěn)定就是指脊柱的節(jié)段穩(wěn)定性。

人體的活動(dòng)范圍與脊柱的活動(dòng)度密切相關(guān)，而脊柱活動(dòng)度大小的主要影響因素是脊柱的柔韌性，脊柱柔韌性在一定程度上關(guān)系到身體的靈活性。同時(shí)，良好脊柱柔韌性還可以預(yù)防損傷。有研究[18]指出：脊柱姿勢以及脊柱的柔韌性與人體的腰背健康有著密切聯(lián)系。

3 脊柱測量

羅曦娟[19]關(guān)于脊柱測量工具在其研究中提到：在一開始進(jìn)行脊柱測量時(shí)使用的是非侵入性測量方法，最早時(shí)是由腳墊板、標(biāo)尺、立竿和可以移動(dòng)的毫米刻度尺組成的測量儀器。隨著時(shí)間的推進(jìn)，放射性的測量方法已成為了先當(dāng)今脊柱測量最主要也是最為精確的手段，如：雙向立體X片、立體CT等，還有莫爾云紋測量和傳感器測量。

苗欣[20]在其博士論文《藝術(shù)體操運(yùn)動(dòng)員脊柱側(cè)彎特征及椎旁肌功能變化的研究》中提到：對于脊柱側(cè)彎的影像學(xué)檢查方法有X光片檢查、CT多平面三維重建、普通MRI及MR三維曲面重建。孫佳佳[21]提到：AIS的輔助檢查方法有許多，而經(jīng)常使用的是站位正位Ｘ線片檢查，還有脊柱測量儀（spinal scan）、脊柱形態(tài)測量儀（spinal mouse）、Moire 云紋照像，CT以及MRI、超聲等。

3.1 放射性射線測量法

其代表主要是指 X 射線測量法[22]，而X射線測量法又分為兩種，其中一種是最為簡單的平面X射線，而另一種則是立體多層次的X射線。X射線測量的主要原理是運(yùn)用放射性的射線穿透過人體，以形成所需要的圖像。其主要特點(diǎn)有：圖像清晰度較高，對于脊柱形態(tài)的判定有較高的準(zhǔn)確性，被譽(yù)為測量脊柱的“金標(biāo)準(zhǔn)”。但相對的，射線穿過人體也將伴隨著輻射的問題，對人體會造成一定的傷害，因此，此類測量法并不能完全普及及使用。CT掃描法要優(yōu)于X射線測量法，有相對較高的價(jià)值，但還是無法避免輻射對人體的損害。

3.2 莫爾云紋測量法

莫爾云紋測量法是一種利用光學(xué)來測量脊柱的方法，簡言之就是通過等高線圖像來反映人體背部的三維形態(tài)的測量手段，對于脊柱側(cè)彎的判定與普查中意義較大。此測量方法的原理主要是運(yùn)用光線通過一個(gè)均勻的光柵投射到人體背部，形成不同亮度的條紋，這就是莫爾云紋[23]。通過此測量法測量出來的圖形可以清晰的看到脊柱的形態(tài)，對于診斷脊柱是否彎曲及一些列的問題有一定的價(jià)值。此方法使用的是光線穿透，所以準(zhǔn)確性無法保證。

3.3 脊柱形態(tài)測量儀

脊柱電腦測量儀是一種無創(chuàng)、無輻射的測量背部脊柱形態(tài)和運(yùn)動(dòng)能力，以及進(jìn)行脊柱機(jī)能健康評定分析的測量系統(tǒng)。使用時(shí)簡單、便捷、以及脊柱測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，主要應(yīng)用于脊柱疾病診斷、脊柱篩查以及脊柱康復(fù)等多個(gè)領(lǐng)域。具有代表性的是Idiag Spinal Mouse脊柱電子測量儀，其主要特點(diǎn)有：（1）安全、無創(chuàng)、無輻射；（2）測試儀器與系統(tǒng)之間所測量的數(shù)據(jù)及結(jié)果通過無線藍(lán)牙進(jìn)行相互傳輸，安全可靠；（3）軟件系統(tǒng)在設(shè)立之處已將中國人群的指標(biāo)放入其中，將測試數(shù)據(jù)及結(jié)果導(dǎo)入系統(tǒng)后會將脊柱的角度和活動(dòng)度自動(dòng)生成，且會形成相對的數(shù)據(jù)、表格以及曲線圖，以便精確直觀；（4）在數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件系統(tǒng)后還會自動(dòng)生成三維脊柱圖形，以便更直觀的評價(jià)與分析；（5）還會得出脊柱機(jī)能的總體評價(jià)及得分，對脊柱的姿勢、穩(wěn)定性及柔韌性分別得出其相對應(yīng)的評價(jià)及得分。這種測量技術(shù)主要是利用大地傾角傳感測量，測量方法有3種模式（矢狀面、額狀面、評分），10種姿勢（矢狀面站立和坐位垂直、前屈、后伸，額狀面站立位垂直、前屈、后伸，站立位負(fù)重）。脊柱電子測量儀使用大輪記錄C7和第三骶椎骨之間（S3）的長度。在脊柱電子測量儀的機(jī)體內(nèi)有一個(gè)可移動(dòng)的綠色“容器”。內(nèi)置的電子傳感器可記錄該位置與垂直平面的角度。通過采用復(fù)雜的算法，脊柱電子測量儀軟件使用結(jié)果數(shù)據(jù)計(jì)算脊柱形狀并提供一個(gè)廣泛的評價(jià)選擇。

這種儀器最早使用于2004年的歐洲，目前國內(nèi)外關(guān)于脊柱形態(tài)測量儀相關(guān)文獻(xiàn)較少，但現(xiàn)有的文獻(xiàn)儼然可以證明Idiag Spinal Mouse脊柱電子測量儀測量結(jié)果的可靠性及準(zhǔn)確性。Wang XQ 等[24]和 RB.Post[25]兩篇研究論文中都清晰表明 Spinal Mouse 這種類型傳感器的測試儀器所測量出的結(jié)果的精準(zhǔn)性。張智海，李茂廷等[26]認(rèn)為：Spinal mouse脊柱電子測量儀可以準(zhǔn)確測量出脊柱中各個(gè)椎體間的角變化，且與“金標(biāo)準(zhǔn)”X射線相比有很好的可靠性、重復(fù)性以及可信性，是對測量脊柱各個(gè)節(jié)段的運(yùn)動(dòng)能力及活動(dòng)度評價(jià)相對較好的一種無創(chuàng)無輻射的測量工具。同時(shí)，Post等[27]運(yùn)用此儀器對人體脊柱前屈、后伸、左右側(cè)屈活動(dòng)度進(jìn)行量化測量，得出了相對可靠的數(shù)據(jù)及結(jié)果。Mannion等[28]使用Spinal Mouse為做完腰椎手術(shù)后2個(gè)月左右的患者進(jìn)行腰部活動(dòng)度的測量，并取得了很好的重復(fù)性和可靠性。馮強(qiáng)，周譽(yù)[29]認(rèn)為Spinal Mouse脊柱測量儀具備良好的重測信度，與X線片比，也具有一定的效度，在一定程度上可以代替X線片作為測量方法。Zürich[30]通過研究，更加確定了“The Spinal Mouse”儀器的可靠性，文中對胸椎、腰椎與骶椎的有效性和可信度進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：“The Spinal Mouse”儀器在某些脊柱疾病檢測方面有臨床評價(jià)意義。

綜上所述，以上各種脊柱測量法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但如若需要大范圍的、大樣本量的普通人群測試，放射性射線測量法就顯的不切實(shí)際，畢竟對青少年的生長發(fā)育產(chǎn)生一定的影響[31,32]，而莫爾云紋測量法的精準(zhǔn)度又相對較差，由此說來，符合大樣本量普通人群測試且所測數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度相對較高的，唯有Idiag Spinal Mouse脊柱電子測量儀最為符合。同時(shí)，多種研究也證實(shí)了Spinal Mouse脊柱測量儀在脊柱機(jī)能評價(jià)、脊柱形態(tài)、脊柱疾病檢測等方面的有效性和可信度[26,27,29,33-36,50,51]。

4 脊柱研究現(xiàn)狀

在一項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，我國脊柱出現(xiàn)異常的人群中，全部來自于中學(xué)生與小學(xué)生，其中中學(xué)生占比70.5%，小學(xué)生占比29.5%[37]。同時(shí)有報(bào)道指出[38]，在脊柱的各種疾病中，脊柱側(cè)彎發(fā)病率較高，國內(nèi)普查達(dá)到1.06%，在我國出現(xiàn)此脊柱疾病的15歲以內(nèi)的孩童中就有3億多，數(shù)量之龐大，讓人瞠目結(jié)舌。有相關(guān)研究指出[39]，兒童脊柱姿態(tài)不合格比例33%；柔韌性不合格比例43%；穩(wěn)定性不合格比例46%。通過數(shù)據(jù)可以看到兒童青少年脊柱健康問題儼然成為全社會所需要關(guān)心以及迫切需要解決的重要問題，但經(jīng)過查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，目前我國對于脊柱機(jī)能評價(jià)類文獻(xiàn)較少，而對于青少年兒童脊柱機(jī)能評價(jià)的文獻(xiàn)資料也就更加匱乏，且大樣本量的研究更是鳳毛麟角，而這其中較多的都是個(gè)案研究或特定研究。

如針對某一人群的脊柱機(jī)能評價(jià)，李娜[40]在其論文《蘇州市公務(wù)員脊柱機(jī)能狀況分析》中提到：40歲以上公務(wù)員脊柱機(jī)能差，占78%；在脊柱姿勢差者中同樣為40-45歲公務(wù)員比例高，為23.2%；同樣在脊柱柔韌性和穩(wěn)定性中，40歲以上的公務(wù)員比例相對較高。且40歲前后差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。李聰聰[41]對久坐人群進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：久坐人群的脊柱機(jī)水平、脊柱姿勢不良狀況明顯；且男性久坐人群的脊柱姿勢和脊柱穩(wěn)定性相對較差；女性出現(xiàn)問題較多的則是姿勢和柔韌性。

另外還有，訓(xùn)練干預(yù)對于脊柱機(jī)能的影響，大量研究[42-44]研究得出，提高核心穩(wěn)定性、加強(qiáng)核心力量可以對兒童青少年脊柱的柔韌性、穩(wěn)定性及脊柱姿勢顯著提高，更甚可以預(yù)防脊柱方面的疾病，由此可以看出，體育鍛煉對于脊柱的影響及作用明顯。

有學(xué)者[45-49]經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)：脊柱各個(gè)椎關(guān)節(jié)發(fā)生病變的主要原因在于椎體生理曲度發(fā)生了變化，研究還發(fā)現(xiàn)脊柱發(fā)生生理彎曲除了有局部癥狀外，還有腦神經(jīng)、內(nèi)臟癥狀的影響。兒童青少年是國家的未來和希望，遂對于兒童青少年的脊柱機(jī)能評定刻不容緩，希望可以及早發(fā)現(xiàn)及早治療。

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Research Status of Spine Function and Measurement

LU Tiantian, ZHANG Yihong

Chengdu Sport University, Chengdu Sichuan, 610000, China,

Spine is the backbone of the human body, human health has a very important role, and affect the human life and sports functions. This article summarizes the physiological and anatomical characteristics of the spine, spinal measurement and research status, in order to understand the importance of spinal research, current popular measurement methods, and research status.

Spine; Function; Measurement; Research; Status quo

1007―6891（2019）02―0048―05

10.13932/j.cnki.sctykx.2019.02.12

G804.49

A

2019-01-28

2019-02-08