腰椎关节松动手法及冲击手法下力在关节突关节内的传导特征

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.17.016

中国组织工程研究 ›› 2016, Vol. 20 ›› Issue (17): 2546-2554.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.17.016

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腰椎关节松动手法及冲击手法下力在关节突关节内的传导特征

张军¹，王飞²，刘强¹，张慧³，孙培栋⁴，梁栋柱⁴，赵平²

1中国中医科学院望京医院筋伤手法治疗研究室，北京市 100102；2解放军空军总医院中西医结合正骨治疗科，北京市 100142；3北京德尔康尼骨科医院康复科，北京市 100143；4南方医科大学人体解剖学教研室，广东省广州市 510515

收稿日期:2016-03-09 出版日期:2016-04-22 发布日期:2016-04-22
通讯作者: 王飞，在读博士，主治医师，解放军空军总医院中西医结合正骨治疗科，北京市 100142
作者简介:张军，男，1967年生，吉林省长春市人，汉族，2002年中国中医科学院毕业，博士，主任医师，主要从事脊柱疾病的临床与实验研究。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(81373657)

Conduction characteristics of human lumbar facet joint pressures during simulated spinal manipulation versus spinal mobilization

Zhang Jun¹, Wang Fei², Liu Qiang¹, Zhang Hui³, Sun Pei-dong⁴, Liang Dong-zhu⁴, Zhao Ping²

1Department of Sinew Injury Manual Therapy Research, Wangjing Hospital of China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100102, China; 2Department of TCM Manipulative Orthopedics, Air Force General Hospital of Chinese PLA, Beijing 100142, China; 3Department of Rehabilitation Medicine, Beijing DCN Orthopedic Hospital, Beijing 100143, China; 4Department of Human Anatomy, Southern Medical University, Guangzhou 510515, Guangdong Province, China

Received:2016-03-09 Online:2016-04-22 Published:2016-04-22
Contact: Wang Fei, Studying for doctorate, Attending physician, Department of TCM Manipulative Orthopedics, Air Force General Hospital of Chinese PLA, Beijing 100142, China
About author:Zhang Jun, M.D., Chief physician, Department of Sinew Injury Manual Therapy Research, Wangjing Hospital of China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100102, China
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China, No. 81373657

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

腰椎关节松动手法：目前国际上最为流行的腰椎旋转类手法中的一种。手法体位有侧卧位和坐位两种，文章中模拟体位为坐位。通过接近受累腰椎关节被动活动末端的小幅度活动使关节得以松解，增加椎间关节的活动度，纠正受累腰椎节段的力学紊乱状态。其施力特征是低速度低幅度，没有明显冲击。

腰椎关节冲击手法：腰椎旋转类手法中的另一种。手法体位同样有侧卧位和坐位两种，文章中模拟体位为坐位。手法过程分为预加载相、冲击相和消退相，通过快速冲击冲破关节受限，增加椎间关节的活动度，纠正受累腰椎节段的力学紊乱状态。其施力特征是高速度低幅度，冲击时间只有150 ms。

背景：腰椎关节松动手法和腰椎关节冲击手法的目的都是纠正椎间关节的半脱位状态，但两种手法下力在关节突关节内如何传导尚不十分清楚。

目的：测量腰椎关节松动手法和冲击手法过程中关节突关节压力的变化，探讨两种手法对关节压力作用的异同。

方法：12具成年男性新鲜尸体腰椎标本(T₁₂-S₂)随机分为2组。一组模拟松动手法(n=6)：预加载15°，速度3 (°)/s，最大加载角度20°，速度1 (°)/s，L₅棘突水平推力9 N；另一组模拟冲击手法(n=6)：预加载15°，速度3 (°)/s，最大加载角度20°，冲击速度33 (°)/s，L₅棘突水平推力22 N。采用Tekscan压力分布测量系统测量手法过程中双侧L₄_-₅和L₅-S₁关节突关节的压力。

结果与结论：①两种手法过程中(向右侧旋转再回到中立位)，右侧关节压力先逐渐减小再逐渐增大，左侧关节压力先逐渐增大再逐渐减小；②两种手法下右侧关节压力差异无显著性意义(P > 0.05)，冲击手法左侧关节最大压力大于松动手法(P < 0.05)；③冲击手法右侧关节压力下降速度大于松动手法(P < 0.01)，上升速度差异无显著性意义(P > 0.05)，冲击手法左侧关节压力上升速度和下降速度均大于松动手法(P < 0.01)；④两种手法下旋转同侧关节压力先减小后增大，旋转对侧关节压力先增大后减小，手法结束后关节压力均恢复到手法前状态；⑤冲击手法下关节压力变化速度和幅度高于松动手法。冲击手法比松动手法造成关节突关节损伤的可能性大，使用冲击手法时注意把握冲击速度和力度。
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: 0000-0002-6918-3779(王飞)

关键词: 骨科植入物, 脊柱植入物, 脊柱手法, 松动术, 腰椎, 椎关节突关节, 压力, 国家自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: The aim of spinal mobilization and spinal manipulation is to correct vertebral subluxation. However, facet joint pressures are not clear during these two therapies.

OBJECTIVE: To compare human lumbar facet joint pressures during simulated high-velocity, low-amplitude spinal manipulation versus low-velocity, low-amplitude spinal mobilization.

METHODS: Totally 12 adult fresh lumbar spinal specimens (T₁₂-S₂) were divided into two groups randomly. Parameters of simulated spinal mobilization (n=6): preload angle 15° (speed 3°/s), maximum angle 20° (speed 1°/s), with 9 N horizontal force to L₅ spinous process. Parameters of simulated spinal manipulation (n=6): preload angle 15° (speed 3°/s), impulse angle 20° (impulse speed 33°/s), with 22 N horizontal force to L₅ spinous process. Pressures of bilateral L₄_-₅/L₅-S₁ facet joints were measured with Tekscan system.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) During two spinal manipulative therapies (rotation to the right and then back to the neutral position), pressures of right facet joints decreased first and then increased gradually, while pressures of left facet joints changed oppositely. (2) Pressures of right facet joints were similar regardless of manipulation type (P > 0.05). The maximum pressure of left facet joints was larger during manipulation than that during mobilization (P < 0.05). (3) Descending speed of pressures of right joint was larger during manipulation than that during mobilization (P < 0.01), and no significant difference in ascending speed of pressure of right facet joints was detected (P > 0.05). Both ascending and descending speeds of the left facet joints were larger during manipulation than that during mobilization (P < 0.01). (4) During two spinal manipulative therapies, pressures of ipsilateral facet joints decreased first and then increased, while pressures of contralateral facet joints increased first and then decreased. Joint pressure after treatment restored to that before treatment. (5) Impulse speed and magnitude of pressures of facet joints during manipulation were larger than that during mobilization. Facet joints are more possible to be injured during manipulation than that during mobilization. During manipulation, we should pay attention to the speed and intensity of the impact.
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

Key words: Lumbar Vertebrae, Manipulation, Orthopedic, Pressure, Tissue Engineering

张军，王飞，刘强，张慧，孙培栋，梁栋柱，赵平. 腰椎关节松动手法及冲击手法下力在关节突关节内的传导特征[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(17): 2546-2554.

Zhang Jun, Wang Fei, Liu Qiang, Zhang Hui, Sun Pei-dong, Liang Dong-zhu, Zhao Ping. Conduction characteristics of human lumbar facet joint pressures during simulated spinal manipulation versus spinal mobilization[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2016, 20(17): 2546-2554.

图/表（结果） 14

2.1 加载角度松动手法加载旋转角度先平缓增加，到达峰值后再平缓减小。冲击手法加载旋转角度先平缓增加，后陡然到达峰值，之后平缓减小(见图2A)。松动手法最大旋转角度略大于冲击手法(t=9.168，P < 0.01)，差别只有1.43°(见图3A)。

2.2 加载扭矩松动手法加载扭矩先平缓增加，到达峰值后再平缓减小。冲击手法加载扭矩先平缓增加，后陡然到达峰值，之后平缓减小(见图2B)。松动手法与冲击手法最大加载扭矩差异无显著性意义(t=1.556，P > 0.05，见图3B)。

2.3 关节突关节压力松动手法过程中腰椎向右侧旋转时右侧关节压力逐渐减小到0，左侧关节压力逐渐增大至峰值，腰椎向中立位回复时右侧关节压力逐渐增大至手法前状态，左侧关节压力逐渐减小至手法前状态。冲击手法过程中左右两侧关节压力变化趋势与松动手法相似，所不同的是快速冲击时左侧关节压力快速到达峰值，压力增加幅度高于松动手法，见图4，5。

2.4 手法初始、手法结束以及手法过程中最小或最大关节压力两种手法间L₅-S₁、L₄_-₅右侧关节压力差异均无显著性意义(P > 0.05)，冲击手法L₅-S₁、L₄_-₅左侧关节最大压力均大于松动手法(P < 0.05)。每种手法下L₅-S₁、L₄_-₅右侧关节最小压力均小于初始压力和结束压力(P < 0.01)，L₅-S₁、L₄_-₅左侧关节最大压力均大于初始压力和结束压力(P < 0.01)，见图6及表1-4。

2.5 关节压力变化速度冲击手法L₅-S₁、L₄_-₅右侧关节压力下降速度均大于松动手法(P < 0.01)，上升速度差异无显著性意义(P > 0.05)；冲击手法L₅-S₁、L₄_-₅左侧关节压力上升和下降速度均大于松动手法(P < 0.01)，见图7及表5-8。

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引言

材料方法

1.1 设计随机对照解剖学观察实验。

1.2 时间及地点于2015年9至12月在南方医科大学医用生物力学实验室完成。

1.3 材料

1.3.1 实验标本 12具成年男性新鲜尸体腰骶段，由南方医科大学人体解剖教研室提供。解剖排除标本存在的变异、骨病，截取T₁₂-S₂节段，保留椎间关节各韧带结构，剔除皮肤、皮下组织，以及椎旁浅层和深层肌肉，保持小关节和关节囊的完整性。标本以双层保鲜膜包裹密封，于-20 ℃低温冰箱保鲜、保湿待用。实验前一天取出标本置于冰箱的冷藏层内过夜，让标本自然解冻。

1.3.2 实验材料 BOSE动/静态材料试验机(BOSE ELECTROFORCE USA Model 3510-AT System ID:100273)。Tekscan压力分布测量系统(美国Tekscan公司)：包括压力显示和分析软件I-Scan 6.03以及Tekscan 6900压力传感器，测量范围0-7.585 MPa。

1.4 方法

1.4.1 标本制备标本自然解冻后，将标本上端的T₁₂椎体和下端的S₂椎体分别置入方形模具，用聚甲基丙烯酸甲酯(上海新世纪齿科材料有限公司)包埋，露出L₁-S₁节段。实验过程中间断喷洒磷酸盐缓冲盐水(PBS，pH=7.4)以保持标本湿润，实验间歇用PBS浸湿的纱布包裹标本。将12个腰椎标本随机分为2组，每组6具，一组模拟松动手法，一组模拟冲击手法。

1.4.2 腰椎手法模拟实验过程中室温保持在25 ℃左右。将准备好的腰椎标本固定于BOSE动/静态材料试验机，头端用方形夹具固定，尾端固定于台钳上。于L₅棘突根部用手电钻打一直径2 mm的孔，穿入细钢丝并将钢丝一端打结固定，钢丝的另一端通过一个定滑轮后分别悬挂9，22 N砝码，使L₅棘突受到水平拉力，用于模拟手法时拇指定点推力(见图1A)。为使标本的黏弹性影响降至最小，实验前对标本进行小量程加载/卸载预处理。加载10 N•m扭矩持续10 s，然后卸载，记录旋转角度。两次加载间隔3 min以使标本恢复到生理状态^[12]。重复加载/卸载10 N•m扭矩直到连续3次加载标本旋转角度相同(±0.1)°。BOSE动/静态材料试验机采用角度控制模式，具体参数如下：

松动手法(向右侧旋转)：预加载角度15°，速度 3 (°)/s，最大加载角度20°，速度1 (°)/s，回复速度3 (°)/s。L₅棘突水平加载9 N。向下加载300 N模拟身体上半部质量。

冲击手法(向右侧旋转)：预加载角度15°，速度 3 (°)/s，最大加载角度20°，速度33 (°)/s，回复速度 3 (°)/s。L₅棘突水平加载22 N。向下加载300 N模拟身体上半部质量。

1.4.3 关节突关节压力测量用尖刀将L₄_-₅和L₅-S₁双侧关节突关节的关节囊切开，依次将用塑料薄膜包裹的1，2，3，4号Tekscan 6900压力传感器插入L₅-S₁右侧关节间隙、L₄_-₅右侧关节间隙、L₅-S₁左侧关节间隙和L₄_-₅左侧关节间隙(见图1B)。将传感器另一端插入Tekscan手柄。启动Tekscan压力分布测量系统，采集模拟手法过程中上述关节突关节的应力。

1.5 主要观察指标模拟手法过程中标本加载角度、扭矩参数，腰椎关节突关节内压力。

1.6 统计学分析采用SPSS 19.0软件对数据进行统计分析。模拟两种手法时标本最大加载角度和最大加载扭矩比较均采用独立样本t 检验；模拟两种手法下以及手法不同阶段的关节压力比较采用方差分析，组间两两比较采用LSD检验；模拟两种手法下关节压力变化速度比较采用独立样本t 检验；每种手法下关节压力上升和下降速度比较采用配对t 检验，以P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

3.1 模拟手法加载参数的确定从文献[6-7，10，13-17]中提取两种腰椎手法力学参数的在体测量数据如下：冲击手法预加载力88 N，持续时间5 s，冲击力323 N，冲击时间150 ms，L₅棘突水平推力22 N。根据肩到脊柱的垂直距离是25 cm，计算出预加载扭矩22 N•m，冲击扭矩80.8 N•m。松动手法预加载力88 N，持续时间5 s，最大力135 N，持续时间5 s，L₅棘突水平推力9 N。预加载扭矩为22 N•m，冲击扭矩为33.8 N•m。

但是，在预实验中对标本施加扭矩达到23 N•m时，标本已达到最大旋转角度23°，此时已出现韧带等结构的异响。标本可承受的扭矩与在体测量数据差别非常大，可能有以下原因：在体手法时相当一部分扭矩分散到脊柱周围的软组织上，而离体标本却没有；在体手法扭矩计算时力臂采用肩到脊柱的垂直距离(约25 cm)，而离体标本加载时力臂远小于这一数值；在体手法时骨盆可随之发生旋转，而离体标本骶骨被固定在台钳上。因此无法将在体测量的数据移植到该离体实验中，参考既往的研究方案^[10-11]，结合预实验情况，遂将扭矩控制调整为角度控制：松动手法预加载角度15°，速度3 (°)/s(时间5 s)，最大角度20°，速度1 (°)/s(时间5 s)，回复速度3 (º)/s。冲击手法预加载角度15°，速度3 (°)/s(时间5 s)，最大角度20°，速度33 (°)/s(时间150 ms)，回复速度3 (°)/s。

3.2 关节压力传感器的选择关于关节突关节压力测定的方法有直接测量和间接测量两类。前者是将测量仪器放在关节内测量外负荷下或运动中关节内的受力情况，如采用压敏片和压阻式压力传感器^[18-27]。后者是通过相关数据推断关节内受力情况或通过数学模型进行推算，比如通过关节表面的应变测量推断关节内应力^[28-29]，以及有限元分析^[30-32]。压敏片测量方法相对简单，可以获得关节接触面积和压力信息，但只能测量峰值压力，不能反映压力的动态变化。压阻式压力传感器只能反映被测点的应力变化，而关节接触面各点的压力不同，因此难以反映整个关节的压力。关节表面应变测量结果受应变片放置位置和数量影响大，不能分析应力分布面积，且操作要求精细。有限元分析法的不足之处是有限元模型的精确性对选取单元的个数有很大的依赖性，单元选取的数目越多，模型的精确性就越强，反之亦然^[33]。

针对上述情况，本研究采用了Tekscan压力分布测量系统进行关节内应力的测量，该系统采用柔性薄膜网格状触觉压力传感器，可以对任何接触面的压力分布进行静态和动态测量，以直观、形象的二维、三维彩色图像实时显示压力分布的轮廓和各种数据。同时可以满足关节突关节面形态不规则，运动过程中关节面各处的压力不相等的特点。Tekscan压力传感器由两片很薄的聚酯薄膜组成，其中一片薄膜内表面铺设若干行、另一片薄膜内表面铺设若干列的带状导体。导体外表涂有特殊的压敏半导体材料涂层。当两片薄膜合为一体时，这些横向导体和纵向导体的交叉点就形成了压力传感点阵列，呈网格状。当外力作用到传感点上时，半导体的阻值会随外力成比例变化，压力为零时，阻值最大，压力越大，阻值越小。本研究采用的6900型传感器为14 mm×14 mm矩形，带状导体的行和列间距均为1.27 mm，每个传感点所占的面积是1.612 9 mm²，整个传感器共有121个传感点。关节突关节接触面上各点压力不同，Tekscan 6900压力传感器可以实时将手法过程中关节接触面上各点的压力采集下来，自动求和作为整个关节的压力。该测量系统的优点是可以动态反映整个接触面上不同点的压力^[34]，缺点是需要切开关节囊，破坏了关节的完整性，使得测量结果与真实压力可能有差别。有研究提示将犬的脊柱关节囊切开会导致关节压力产生微小的变化^[35]。

3.3 松动手法与冲击手法中关节突关节压力的变化实验中模拟手法均为向右侧旋转，于L₅棘突施加一水平向左的推力，观察L₄_-₅和L₅-S₁两对关节的压力。发现向右侧旋转过程中右侧关节压力逐渐下降，左侧关节压力逐渐上升，向中立位回复过程中右侧关节压力逐渐上升，左侧关节压力逐渐下降。手法结束时两侧关节压力基本恢复到手法前的状态。在冲击瞬间左侧关节压力突然升高，明显区别于松动手法，理论上右侧关节压力也会突然下降，实验获得数据显示右侧关节压力在冲击手法和松动手法中最小值是0，下降幅度、速度没有差别，考虑可能与关节囊切开及Tekscan压力传感器不能测量负压有关，因此冲击过程中右侧关节的真实压力可能是突然下降至负压状态。临床上实施手法时分别向右侧和向左侧旋转1次，这样两侧的关节压力分别经历了一次下降和一次上升的过程。手法治疗的目的是纠正受累关节的半脱位状态^[3]，解剖学观察发现腰椎关节突关节内有“半月板样结构”^[36-37]，关节半脱位状态下这些“半月板样结构”可能存在嵌顿等异常，当受累节段的两侧关节突关节分别经历压力下降和上升过程时，有利于解除“半月板样结构”的嵌顿状态，也有利于增加受累关节的活动度。关节压力的下降也为手法伴随的气穴现象提供了佐证。手法过程中关节压力下降使得关节滑液中的微气泡膨胀，压力快速下降的情况下气泡炸裂发出响声^[38]。有研究也发现颈椎冲击手法比无冲击手法出现咔哒声的次数多，胸椎手法时冲击加速度越大，出现咔哒声的概率越高。

此次实验数据显示左侧L₄_-₅关节压力峰值在冲击手法下大于松动手法，压力上升和下降的速度在冲击手法下也大于松动手法。左侧L₅-S₁关节亦如此。提示冲击手法和松动手法不仅在手法形式上有差别，手法施力特征有差别，而且力在关节突关节内的传导特征也有差别。腰椎关节突关节囊上分布有低阈值的机械感受器和机械敏感性伤害感受器，手法过程中产生的关节压力可能会激活这些感受器。既往研究表明，大的关节压力可能会激活机械敏感性伤害感受器^[12]，而且，关节压力的快速变化可能会对机械感受器产生异常刺激。这可能是临床上冲击手法比松动手法更容易造成患者腰痛加重的一个原因。

此次研究结果显示，松动手法和冲击手法(均向右侧旋转再回到中立位)过程中定点椎体上位和下位关节突关节的压力发生变化，右侧关节压力先下降后上升，左侧关节压力先上升后下降，手法结束后关节压力恢复到手法前的状态。冲击手法下左侧关节压力上升和下降速度快，压力峰值大。提示两种手法下力在关节突关节内的传导特征有差别，有助于从生物力学角度认识手法纠正关节半脱位状态、手法伴随咔哒声的产生、手法可能造成腰痛加重等问题。今后，将进一步研究关节压力变化与手法有效性和安全性的关系。
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

腰椎关节松动手法及冲击手法下力在关节突关节内的传导特征

Conduction characteristics of human lumbar facet joint pressures during simulated spinal manipulation versus spinal mobilization

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