负重状态对下腰椎椎体间旋转中心的影响

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.09.010

中国组织工程研究 ›› 2016, Vol. 20 ›› Issue (9): 1282-1288.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.09.010

• 骨与关节生物力学 bone and joint biomechanics • 上一篇下一篇

负重状态对下腰椎椎体间旋转中心的影响

刘佳男^1，2，夏群²，苗军²，李宏达^1，2，魏冬^2，3

¹天津医科大学研究生院，天津市 300070；²天津市天津医院，天津市 300211；³天津中医药大学研究生院，天津市 300193

收稿日期:2016-01-19 出版日期:2016-02-19 发布日期:2016-02-19
通讯作者: 夏群，主任医师，天津市天津医院，天津市 300211
作者简介:刘佳男，男，1990年生，天津市人，汉族，天津医科大学在读硕士，主要从事脊柱生物力学研究。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(81572199，81472140)

Effect of weight-bearing activity on the center of rotation in the lower lumbar vertebrae

Liu Jia-nan^{1, 2}, Xia Qun², Miao Jun², Li Hong-da^{1, 2}, Wei Dong^{2, 3}

¹Graduate School of Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China; ²Tianjin Hospital, Tianjin 300211, China; ³Graduate School of Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, Tianjin 300193, China

Received:2016-01-19 Online:2016-02-19 Published:2016-02-19
Contact: Xia Qun, Chief physician, Tianjin Hospital, Tianjin 300211, China
About author:Liu Jia-nan, Studying for master’s degree, Graduate School of Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China; Tianjin Hospital, Tianjin 300211, China
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China, No. 81572199, No. 81472140

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

双X射线透视成像系统：即双平面透视影像系统，利用两台相互垂直的C型臂，在受试者进行透视期间同时采集双斜位瞬时X射线图像。

脊柱的旋转中心：腰椎作为人体脊柱重要的负重结构，相对于颈椎和胸椎来说，每一节段都要承载大量负荷并进行复杂多样的运动。旋转中心作为脊柱运动力学研究的一个重要定性指标，能将椎体的位移和角度运动统一起来考虑，以阐释相邻椎体间的运动特征。相较于运动范围等参数，能更直观的发现椎体间运动模式的改变。下腰椎(L₄-S₁)作为腰椎退行性疾病的高发节段，获得其在不同载荷下的旋转中心变化特点，不仅有助于了解腰椎退变的发生机制，也能对临床治疗方案的选择提供理论依据。

背景：目前的流行病学调查显示，过度的负重运动是导致腰椎退变的重要危险因素之一, 但负重对于正常人腰椎在体运动模式的影响仍不明了。

目的：探索负重状态下正常人屈伸活动时下腰椎椎体间旋转中心的位置变化特点及规律。

方法：招募无腰椎疾患的健康志愿者14例，年龄(25±5)岁。采用双X射线透视影像系统和螺旋CT检查相结合技术，在计算机软件辅助下，从薄层CT扫描获取腰椎L₄_-₅、L₅-S₁节段三维重建模型，匹配到双X射线透视影像系统捕获的前屈、中立和后伸时腰椎双斜位X射线透视图像上，重现生理载荷及负重状态下腰椎椎体间三维运动状态。在L₄-S₁相邻椎体上建立三维坐标系，从而获得腰椎椎体间在前屈、后伸及整体屈伸运动中的旋转中心点。

结果与结论：(1)生理载荷下：正常人L₄_-₅节段整体屈伸运动的旋转中心点位于椎体中轴前方约1.0 mm处，L₅-S₁节段整体屈伸运动的旋转中心点位于椎体中轴前方约0.7 mm处。(2)负重后：两节段屈伸运动的旋转中心点仅向后方轻微移动约0.5 mm，差异无显著性意义。(3)分别计算对比前屈后伸两部分旋转中心点的位置及其移动范围：负重10 kg后L₄_-₅、L₅-S₁节段旋转中心点的移动范围较无负重时明显增大(P < 0.05)，且负重后L₅-S₁节段前屈部分的旋转中心点位置较无负重时明显向椎体前方偏移 (P < 0.05)。(4)结果提示，负重使正常人旋转中心的运动轨迹异常增大，且腰椎椎体间处于屈曲位时更易受到影响。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

ORCID: 0000-0002-8589-7333 (夏群)

关键词: 骨科植入物, 脊柱植入物, 负重, 健康成人, 腰椎, 三维重建模型, 透视, 在体运动, 屈伸活动, 生理载荷, 旋转中心, 瞬时, 国家自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: Epidemiologic reports have indicated that excessive weight-bearing exercise is one of important risk factors for lumbar degeneration, but the effects of weight-bearing activity on normal lumbar motion pattern are still not clear.
OBJECTIVE: To measure the changing characteristics and rules of position at the center of rotation of the lower lumbar spine during a weight-lifting activity of normal person.
METHODS: Fourteen asymptomatic subjects with a mean age of (25±5) years were recruited for this study. The L4-5 and L5-S1 segments of each subject were CT-scanned to construct 3D models using dual X-ray imaging system and spiral CT examination combined technology in the aid of computer software. The physiological load and lumbar spinal 3D motion under the loading condition were reproduced when matching the flexion, neutrality and extension in the dual X-ray imaging system and on dual oblique lumbar X-ray image. Coordinate systems were established at the vertebral body of L4-S1 to obtain the center of rotation during flexion-to-neutral, neutral-to-extension and the full flexion-extension motion.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Under physiological load, the center of rotation of L4-5 of normal person was located about 1.0 mm anterior to the central axis of the vertebral body, and the center of rotation of L5-S1 was located about 0.7 mm anterior to the central axis of the vertebral body. (2) With weight loading, the center of rotation of both two segments shifted backward about 0.5 mm. There was no statistical difference between these two loading conditions. (3) When the center of rotation in flexion and extension was calculated respectively, the moving range of the center of rotation at both L4-5 and L5-S1 became larger due to taking loads of 10 kg (P < 0.05). In flexion, the center of rotation at L5-S1 significantly shifted forward during a weight-lifting activity (P < 0.05). (4) These results confirm that compared with non-weight-bearing condition, the trajectory of the center of rotation was found to be increased when taking loads, especially during the flexion-to-neutral motion.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

刘佳男，夏群，苗军，李宏达，魏冬. 负重状态对下腰椎椎体间旋转中心的影响[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(9): 1282-1288.

Liu Jia-nan, Xia Qun, Miao Jun, Li Hong-da, Wei Dong. Effect of weight-bearing activity on the center of rotation in the lower lumbar vertebrae[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2016, 20(9): 1282-1288.

图/表（结果） 3

参考文献

[1] Alshami AM. Prevalence of spinal disorders and their relationships with age and gender. Saudi Med J. 2015; 36(6):725-730.

[2] Tian W, Lv Y, Liu Y, et al. The high prevalence of symptomatic degenerative lumbar osteoarthritis in chinese adults: a population-based study. Spine (Phila Pa 1976). 2014;39(16):1301-1310.

[3] Zhang SY, Huang P, Huang X, et al. Study on risk factors and predictive model for lumbar intervertebral disc herniation in the rural population. Zhonghua Liu Xing Bing Xue Za Zhi. 2009;30(11):1152-1155.

[4] Mundt DJ, Kelsey JL, Golden AL, et al. An epidemiologic study of non-occupational lifting as a risk factor for herniated lumbar intervertebral disc. The Northeast Collaborative Group on Low Back Pain. Spine (Phila Pa 1976). 1993;18(5):595-602.

[5] Taghipour-Darzi M, Ebrahimi-Takamjani E, Salavati M, et al. Construct validity of center of rotation in differentiating of lumbar segmental instability patients. J Back Musculoskelet Rehabil. 2014.

[6] Gertzbein SD, Seligman J, Holtby R, et al. Centrode characteristics of the lumbar spine as a function of segmental instability. Clin Orthop Relat Res.1986; (208):48-51.

[7] Schilling C, Pfeiffer M, Grupp TM, et al. The effect of design parameters of interspinous implants on kinematics and load bearing: an in vitro study. Eur Spine J. 2014;23(4):762-771.   [8] Rousseau MA, Bradford DS, Bertagnoli R, et al. Disc arthroplasty design influences intervertebral kinematics and facet forces. Spine J. 2006;6(3): 258-266.

[9] Yoshioka T, Tsuji H, Hirano N, et al. Motion characteristic of the normal lumbar spine in young adults: instantaneous axis of rotation and vertebral center motion analyses. J Spinal Disord. 1990;3(2): 103-113.

[10] Schmidt H, Heuer F, Claes L, et al. The relation between the instantaneous center of rotation and facet joint forces-a finite element analysis. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2008;23(3):270-278.

[11] Schmidt H, Midderhoff S, Adkins K, et al. The effect of different design concepts in lumbar total disc arthroplasty on the range of motion, facet joint forces and instantaneous center of rotation of a L4-5 segment. Eur Spine J. 2009;18(11):1695-1705.

[12] Gertzbein SD, Holtby R, Tile M, et al. Determination of a locus of instantaneous centers of rotation of the lumbar disc by moire fringes: a new technique. Spine (Phila Pa 1976). 1984;9(4):409-413.

[13] Zander T, Rohlmann A, Bergmann G. Influence of different artificial disc kinematics on spine biomechanics. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2009; 24(2):135-142.

[14] Bogduk N, Amevo B, Pearcy M. A Biological basis for instantaneous centres of rotation of the vertebral column. Proc Inst Mech Eng H. 1995;209(3):177-183.

[15] Xia Q, Wang S, Kozanek M, et al. In-vivo motion characteristics of lumbar vertebrae in sagittal and transverse planes. J Biomech. 2010;43(10): 1905-1909.

[16] 胥鸿达,苗军,夏群.生理载荷下腰椎退变滑脱椎管容积的体内三维试验[J].中国组织工程研究,2014,18(53): 8634-8640.

[17] Miao J, Wang S, Wan Z, et al. Motion Characteristics of the Vertebral Segments with Lumbar Degenerative Spondylolisthesis in Elderly Patients.Eur Spine J. 2013; 22(2):425-431.

[18] 王博韬,夏群,苗军,等.应用数字骨科技术观测腰椎失稳节段间在体三维运动特点[J].中华医学杂志,2014,94(29): 2264-2268.

[19] Wang S, Passias P, Li G, et al. Measurement of vertebral kinematics using noninvasive image matching method-validation and application. Spine (Phila Pa 1976). 2008;33(11):E355-E361.

[20] Wang S, Park WM, Gadikota HR, et al. A combined numerical and experimental technique for estimation of the forces and moments in the lumbar intervertebral disc. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 2013; 16(12):1278-1286.

[21] Yao Q, Wang S, Shin JH, et al. Motion characteristics of the lumbar spinous processes with degenerative disc disease and degenerative spondylolisthesis. Eur Spine J. 2013;22(12):2702-2709.

[22] Yao Q, Wang S, Shin JH, et al. Lumbar Facet Joint Motion in Patients with Degenerative Spondylolisthesis. J Spinal Disord Tech. 2013;26(1):E19-E27.

[23] Pearcy MJ, Bogduk N. Instantaneous Axes of Rotation of the Lumbar Intervertebral Joints. Spine (Phila Pa 1976). 1988;13(9):1033-1041.

[24] Samagh Sanjum P, Rosen Charles D, Otarodifard Karimdad, et al. New method for determining apparent axial center of rotation of lumbar and thoracic spine segments. J Rehabil Res Dev. 2011;48(5):587.

[25] Li G, Wang S, Passias P, et al. Segmental in vivo vertebral motion during functional human lumbar spine activities. Eur Spine J. 2009;18(7):1013-1021.

[26] Wang S, Park WM, Kim YH, et al. In Vivo Loads in the Lumbar L3-4 Disc During a Weight Lifting Extension. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2014;29(2):155-160.

[27] Goel VK, Monroe BT, Gilbertson LG, et al. Interlaminar shear stresses and laminae separation in a disc. finite element analysis of the L3-L4 motion segment subjected to axial compressive loads. Spine (Phila Pa 1976). 1995;20(6):689-698.

[28] An KN, Chao EY. Kinematic analysis of human movement. Ann Biomed Eng. 1984;12(6): 585-597.

[29] Anderst W, Baillargeon E, Donaldson W, et al. Motion path of the instant center of rotation in the cervical spine during in vivo dynamic flexion-extension: implications for artificial disc design and evaluation of motion quality after arthrodesis. Spine (Phila Pa 1976). 2013;38(10):E594-E601.

[30] Alapan Y, Sezer S, Demir C, et al. Load sharing in lumbar spinal segment as a function of location of center of rotation. J Neurosurg Spine. 2014;20(5): 542-549.

引言

腰椎作为人体脊柱重要的负重结构，相对于颈椎和胸椎来说，每一节段都要承载大量负荷并进行复杂多样的运动。

Alshami等^[1]的调查研究就发现腰椎是脊柱各节段中最易受到损伤的部位，有高达53.1%的脊柱疾患发生在腰椎。流行病学调查也认为负重下的屈伸运动常常是导致腰椎退变的重要危险因素^[2-4]。

Mundt等^[4]研究发现保持双膝直立，抬举超过约11 kg的重物时，可使腰椎退行性疾病的发病率明显上升。但是日常生活中反复的负重运动如何导致腰椎间盘退变，即负重对于正常人腰椎在体运动模式的影响仍不明了。

旋转中心作为脊柱运动力学研究的一个重要定性指标，能将椎体的位移和角度运动统一起来考虑，以阐释相邻椎体间的运动特征。相较于运动范围等参数，能更直观的发现椎体间运动模式的改变。Taghipour-Darzi等就发现同正常人相比，腰椎失稳患者在椎体间运动范围尚未改变前，旋转中心点的位置可能已经发生偏移^[5]。

许多学者曾采用离体标本、有限元分析等实验方法对下腰椎的运动学进行了研究，但由于技术所限大多数实验设计不能真实再现人体在生理环境下的运动模式，因而报道的下腰椎旋转中心位置存在较大差异^[6-15]。

本课题组利用双X射线透视结合MRI或CT三维重建技术，已经在前期研究中对正常人及常见腰椎疾病患者的在体运动学进行了研究报道^[16-18]，并对该技术的精确性和可重复性进行了验证^[19-20]。

此次实验旨在探索负重下正常人屈伸运动时腰椎椎体间旋转中心的位置变化特点，通过双X射线透视技术观察健康成年人在负重及无负重时，L₄_-₅，L₅-S₁节段屈伸运动的旋转中心点位置有无偏移，以期从运动学角度加深对负重运动的认识，了解不同载荷下腰椎椎体间运动模式的变化特点。

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材料方法

1.1 设计计算机模拟实验。

1.2 时间及地点于2014年10月至2015年6月在天津医院脊柱外科完成。

1.3 对象招募天津医院健康志愿者14例，男6例，女8例，年龄22-41岁，平均(25±5)岁。

纳入标准：脊柱发育正常、无腰痛症状、无“闪腰”等腰部不适病史。每位受试者均签署知情同意书，符合医院医学伦理委员会要求。

排除标准：既往有腰椎手术病史和腰部外伤史，腰骶部畸形以及其他可能影响到实验结果的疾病。

1.4 方法

1.4.1 腰椎三维模型的建立受试者取仰卧位，行CT 薄层扫描(Sensation 16 Siemens，德国)获取 L₄-S₁椎体横断面图像(层厚为0.625 mm，分辨率为512×512像素)。将所得CT图像导入Rhinoceros 4.0造模软件(Robert McNeel & Associ?ates，美国)描记每一层矢状面骨性轮廓图像，将椎体轮廓数字化，建立L₄-S₁的三维模型(图1)。

1.4.2 重现不同载荷下的腰椎运动采用两台相同型号的“C”型臂X射线机(Siemens ARCADIS Orbic，德国)组成双荧光透视系统，两台“C”型臂投射夹角呈90°。受试者站立于C型臂中间，腰椎至于管球中心，在非负重及负重状态(双上肢抱持10 kg重物)下分别采集最大前屈位、中立位及最大后伸位时的图像，每个位置停留约1 s以获得瞬时X射线双斜位透视图像。将透视图像矫正后导入造模软件，在计算机内模拟透视场景。将每一节段腰椎三维模型导入模拟场景，调整受试者每一节段腰椎CT三维模型的空间位置，按照腰椎解剖结构特点使其投射影像分别与两个平面腰椎X射线透视影像完全匹配，再现不同载荷(即生理载荷及双上肢负重10 kg)下人体屈伸运动时腰椎的真实运动状态(图2A)。

1.4.3 腰椎不同解剖部位三维坐标系的建立

腰椎椎体中心点坐标系的建立：以L₄-S₁各椎体外缘轮廓为边界作柱体，使柱体的上下底面与椎体的上下骨性终板平行且相切。柱体的中心点即视为椎体的中心点，并建立三维坐标系。定义X轴(红色)垂直于Y-Z轴所在的矢状面并指向左侧，Y轴(绿色)与柱体底面平行并指向后侧，Z轴(蓝色)垂直于柱体底面并指向头侧；沿X轴，Y轴及Z轴旋转的角度分别为α，β和γ。X，Y轴通过横断面(图2B)。

腰椎骨性椎管中心点坐标系的建立：以L₄、L₅骨性椎管轮廓线所作柱体的中心轴线与上述横断面相交的点定为坐标系的原点(视为骨性椎管中心点)，坐标轴方向与椎体中心坐标系相一致(图2B)。

腰椎棘突尖部坐标系的建立：取L₄、L₅椎体中心点和骨性椎管中心点连线的延长线与棘突尖部的相交点定为棘突部的坐标系原点，坐标轴方向与椎体中心坐标系相一致(图2B)。

1.4.4 腰椎各解剖部位中心点运动学数据的获取及分析通过上述解剖部位点三维坐标系的位置变化，分别获取前屈到中立、中立到最大后伸及整体屈伸运动时L₄相对L₅(L₄_-₅)、L₅相对S₁(L₅-S₁)腰椎椎体中心点、骨性椎管中心点、棘突尖部在正中矢状面的运动范围(range of motion，ROM)。

将3个解剖部位点的运动范围进行线性拟合，计算出椎体间在正中矢状面上活动范围为0的点，即视为正中矢状面上腰椎椎体间前屈运动、后伸运动及屈伸运动中旋转中心所在^[15](图3)。测量每一位受试者的L₄，L₅椎体形态学尺寸，并计算出平均值。考虑到受试者腰椎大小存在个体差异，每位受试者旋转中心的位置需与受试者椎体尺寸的均值进行比较，以实现标准化。将受试者无负重时数据纳入正常对照组，负重下数据纳入负重组，已进行两组间的比较。

1.5 主要观察指标 L₄及L₅椎体骨性结构的矢状径参数，包括椎体前后缘的直径，椎体中心点至椎管中心点的距离以及椎管中心点至棘突尖部的距离；L₄-S₁节段各解剖标记点沿Z轴的线位移数值；L₄_-₅、L₅-S₁节段在前屈运动、后伸运动及整体屈伸运动的旋转中心位置

1.6 统计学分析统计学处理者为第一作者，计量资料以x(_)±s表示，所有数据分析均采用SPSS 18.0软件(SPSS for Windows，IBM，USA)完成，两组间旋转中心的位置差异采用自身配对样本t 检验分析，检验水准α=0.05。

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讨论

脊柱椎体间运动模式的改变是导致其发生退变的重要因素之一^[17^，^21-22]。下腰椎(L₄-S₁)作为腰椎退行性疾病的高发节段，获得其在不同载荷下的旋转中心变化特点，不仅有助于了解腰椎退变的发生机制，也能对临床治疗方案的选择提供理论依据。有关下腰椎椎体间旋转中心的研究，多采用离体标本生物力学测试、有限元分析以及过屈过伸位X射线等方法^[7^，¹⁰^，^23-24]。报道的正常人下腰椎旋转中心位置尚无统一的认识，多集中在椎体中心到椎体中后1/3的位置之间。

体外脊柱生物力学测试研究因其操作简便、可控，且不涉及人体试验伦理问题而应用广泛。Gertzbein等^[6]通过对47具尸体标本进行生物力学试验发现，正常人L₄_-₅节段的旋转中心位于椎间盘的中后部分，这与Schilling等^[7]的离体研究结论相似。而Rousseau等^[8]进行的L₅-S₁节段体外实验则认为，该节段的旋转中心点位于椎体中轴后方5.7-10.6 mm处。这些结果与试验相比，旋转中心位置更加偏向椎体后方，分析差异的原因可能是体外实验受限于缺少神经肌肉的支配、施加特定的旋转扭矩以及模型设计参数不定等因素，使其测量结果不能完全模拟腰椎椎体间真实的瞬时运动所致。

腰椎动力位片由于是在生理载荷下采集，因而能反映人体真实的生理运动模式。Yoshioka等^[9]就通过测量61名健康成年人腰椎动力位X射线片发现，L₄_-₅和L₅-S₁节段旋转中心点分别位于椎体中心后方(2.60±2.77) mm和(4.50±3.04) mm处。其数值虽较上述体外实验与试验更为接近。但考虑到下腰椎解剖结构的个体差异、髂骨影像干扰及节段间运动范围较小等实际困难，通过二维X射线片进行测试其精确性一直不高。例如，Pearcy等^[23]认为，采用腰椎过屈过伸位片测量旋转中心位置，若椎体间屈伸旋转角度小于5°会使测量误差过大。但Li等^[25]的研究就发现腰椎在进行三维运动时，其各节段的旋转角度一般不超过6°。也就是说采用二维X射线片测量旋转中心位置，较大的测量误差很难避免。

此次实验采用双X射线透视成像技术，可根据椎体的三维解剖结构特点精确的匹配到不同运动体位中。相比采用二维X射线片等在体测量方法，不仅实现了三维椎体间运动的测量，还可显著减少主观误差，其精确性前期研究已有报道。实验研究认为正常人在生理载荷下L₄-₅及L₅-S₁节段的屈伸旋转中心位于椎体中轴附近，负重后L₄_-₅，L₅-S₁节段的旋转中心点有向椎体后方轻微移动的趋势，此结果与Schmidt等^[10^，^11]的有限元模型研究报道结果相似，他们认为L₄_-₅节段的旋转中心点位于椎体中轴附近，且当施加在椎体上的旋转扭矩增大时(1.5-7.5 Nm)，旋转中心点的位置也会发生移动。试验中两种载荷状态下，整体屈伸运动的旋转中心点位置无显著差异。但若分别测量前屈及后伸运动时的旋转中心点位置，实验发现负重组L₅-S₁节段前屈时旋转中心点位置较正常组明显向椎体前方移动。分析其原因，可能是在此次实验中受试者双上肢抱持重物模拟抬举运动而非背负重物，前屈时椎体间所受的剪切应力大大增加，使负重对腰椎屈曲位活动有较大影响，旋转中心位置发生偏移。Wang等^[26]的研究发现负重状态下腰椎屈伸运动时，在前屈位和中立位所承受的剪切应力和压缩应力最大。Goel等^[27]也发现腰椎椎体结构较难抵抗剪切应力。这或许是下腰椎在前屈运动时更易受到影响的原因。

An等^[28]认为脊柱的活动并不存在一个固定的旋转中心点，椎体在运动过程的每一瞬间都围绕不同的旋转中心点在转动，而这些点组成了旋转中心的运动轨迹。例如，Anderst等^[29]道了下颈椎屈伸活动时的旋转中心运动轨迹，发现下颈椎旋转中心的移动幅度由C₂至C₇逐渐减小，C₅_-₆节段每屈伸1°时旋转中心点仅移动约0.3 mm。而Gertzbein等^[6^，^12]研究发现，正常人L₄_-₅节段旋转中心运动轨迹的平均长度仅为21 mm，远小于退变后旋转中心运动轨迹的长度(约86 mm)。相似的，实验将腰椎前屈及后伸运动旋转中心点进行比较发现，无负重时下腰椎(L₄_-₅、L₅-S₁)的旋转中心点在腰椎进行活动时的移动范围变化很小，差异无显著性意义，这样对小关节和韧带结构所产生的剪切应力也就很小；但负重10 kg后L₄_-₅及L₅-S₁节段的旋转中心点随前屈和后伸运动出现较大范围偏移，这可能会改变椎体间的应力分布。

Alapan等^[30]就曾利用L₄_-₅节段有限元模型分析发现，强行改变椎体间旋转中心点的位置可使腰椎运动单元的应力分布发生明显变化，并认为正常人旋转中心位置是椎体承受最小阻力运动而产生的结果。以上研究说明，负重可以改变正常人在屈伸运动时的旋转中心位置，不但旋转中心的运动轨迹会异常增大，且腰椎椎体间处于屈曲位时更易受到影响。而这种变化也提示实验人工间盘假体中滑动核设计的重要性。

文章存在的不足：首先，实验参考Mundt等^[4]学者的流行病学调查结果，只观察了负重10 kg后L₄-S₁节段屈伸运动的旋转中心点位置变化特点，缺乏对各种负重载荷下以及旋转、侧弯运动时旋转中心点位置的观察与测量；其次，此次实试验纳入的例数偏少，可能导致统计学上的偏倚。

今后，实验将进一步扩大样本量及研究范围，来获得更全面的腰椎不同负重载荷下三维运动特征。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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[1]	徐峰, 康辉, 魏坦军, 席金涛. 椎弓根螺钉不同固定方法治疗胸腰椎骨折的生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1313-1317.
[2]	姚汝斌, 王仕永, 杨开舜. 微创经椎间孔椎间融合治疗单节段腰椎管狭窄症对腰椎-骨盆平衡的改善作用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1387-1392.
[3]	王海莹, 吕冰, 李辉, 王顺义. 减压植骨融合内固定治疗退变性腰椎滑脱：基于脊柱骨盆参数预测患者的功能预后[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1393-1397.
[4]	吕振, 白金柱. 基于McKenzie技术的腰椎运动链训练应用于腰椎间孔镜术后分期康复的前瞻性研究[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1398-1403.
[5]	梁彦, 赵永飞, 徐帅, 朱震奇, 王凯丰, 刘海鹰, 毛克亚. 影像学评估高选择性神经根封闭辅助退行性脊柱侧凸短节段固定融合的效果[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1423-1427.
[6]	高燕, 赵力聪, 赵洪增, 朱园园, 李杰, 桑德恩. 慢性椎间盘源性下腰痛患者脑静息态低频振幅的改变[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1160-1165.
[7]	侯广原, 张继学, 张志军, 孟祥晖, 段文, 高维陆. 骨水泥强化椎弓根螺钉内固定治疗伴骨质疏松腰椎退行性疾病的1年随访[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 878-883.
[8]	宋成杰, 常恒瑞, 石明鑫, 孟宪中. 侧方入路腰椎融合治疗后的生物力学稳定性的研究与进展[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 923-928.
[9]	杨洋, 姚羽, 沈孝天, 刘佳佳, 薛建华. 退变腰椎间盘中白细胞介素21的表达及意义[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 690-694.
[10]	付拴虎, 秦凯, 卢大汉, 覃海飚, 谷金, 陈勇喜, 覃浩然, 韦家鼎, 伍亮, 宋泉生. 载链霉素硫酸钙人工骨椎间孔镜下植入联合经皮置钉治疗腰椎结核[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 493-498.
[11]	梁彦, 赵永飞, 朱震奇, 刘海鹰, 毛克亚. 微创经椎间孔腰椎椎体间融合固定治疗椎间盘源性脊柱侧凸：冠状面和矢状面平衡的2年随访[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(3): 409-413.
[12]	解志锋, 刘清, 刘冰, 张涛, 李琨, 张春秋, 孙艳芳. 腰椎间盘疲劳损伤的生物力学特性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(3): 339-343.
[13]	田洋, 唐超, 廖烨晖, 唐强, 马飞, 钟德君. CT和MRI在腰椎管狭窄症中测量椎管面积的一致性和可重复性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(24): 3882-3887.
[14]	钱选昆, 黄合飞, 武成聪, 刘克廷, 欧华, 张金鹏, 任静, 万建杉. 计算机导航微创经椎间孔腰椎椎间融合治疗腰椎滑脱[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(24): 3790-3795.
[15]	江丽红, 吴晓锋, 欧阳林, 罗爱芳, 黄丽. 基于代谢组学腰椎间盘退变的计算机辅助诊断[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(24): 3796-3803.