颈椎手法的生物力学研究与探索
作者：姜宏 施杞
单位：姜宏，苏州市中医院 (215003 苏州)；施杞，上海中医药大学
关键词：
中国中医骨伤科990229 手法在颈椎病的非手术疗法中占具重要的地位。本文以颈椎手法的临床与实验研究进展为线索，并结合笔者开展的一些研究，对颈椎手法的生物力学问题及临床应用作一探索，以饷读者。
1 颈椎手法的分类与生物力学特征
关于颈椎手法的分类，根据形态与力度大致可分为整骨手法(如定点旋转手法、侧搬手法)和理筋手法(如揉法、推法、拿法)二大类。临床上一般多以整骨手法作为颈椎病手法的核心步骤。《中国接骨图说》记载了颈椎手法治疗的熊顾法，其母法乃先端提，子法一是牵引兼旋转、二是轻旋、三是牵、旋整理舒筋。颈椎病的澳式手法主要分五个步骤进行：①拔伸牵引②旋转颈椎③松动棘突④松动横突⑤松动椎间关节。[2]Haldeman等，[1]将脊柱手法主要分成七类：①非特定的长杠杆手法；②特定的短杠杆高速脊柱调整手法；③主动或功能手法；④手工牵引；⑤活动手法；⑥软组织按摩；⑦穴位按压手法。Kawchuk[3，4]将颈椎手法主要分为旋转、侧搬、揉压等五种手法，并观察到，颈椎按脊疗法时，作用于颈椎的平均力为117N，力的平均持续时间(始→终)为101.71msec。John[5]的研究报告了手法作用于颈椎的外负荷(力和力矩)，X轴27磅、Y轴29磅、Z轴18磅。
, 百拇医药
尽管颈椎的手法流派纷呈，其技巧形态、作用力及着力点、线、面不尽相同，然从生物力学角度分析，无论何种流派，哪种单一或复合手法，其效应途径与作用环节主要通过手法时运动-力学的动态变化，以一定量的力学刺激作用(压、张、磨擦、振动、旋转及其复合力)，刺激的转换(热与生物电效应、生化效应、生物力学效应)及其时空变化作用于颈椎，并依赖其结构(空间序列)和功能(运动序列)的高度统一，产生颈椎病的防治效应。具体分析，其产生的力不外乎使颈椎发生伸屈、侧屈、旋转或它们的组合变形。Triano[9]认为手法的共同特征在于：给脊柱和它周围组织施加外部负荷以影响脊柱及其周围组织。我们通过颈椎手法的动压力测试显示，旋转手法时颈椎受力4～9kg，平均压强0.40±0.18N/cm2，屈伸手法2～3kg，平均压强0.19±0.05N/cm2，侧搬手法2～4kg，压强0.21±0.05N/cm2，摇颈手法4～8kg，压强0.37±0.10N/cm2。对照张长江[10]的研究报告，其测得定点旋转复位力为1～9kg范围，其中50%的复位力在2～4kg之间。我们的研究结果与其相近。
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颈椎半脱位(关节微小移位，颈椎失稳，椎间关节紊乱)是颈椎病的病因病理环节之一，也是施行旋转手法等整骨手法的解剖学、生理学及其生物力学的依据。颈椎半脱位的发生率约占颈椎病患者的14.8～20%。手法治疗颈椎病多应用于颈型、神经根型、混合型，其显效率约为60%，总有效率约为90%。[17，18]目前，在临床上仍难以定量施行手法操作。对于手法力量的运用，大体上只能根据个人的经验粗略分成轻、中、重三个等级。过轻达不到治疗效应，过重则易导致副作用甚至医源性损伤。我们在实验中也观察到，与正常颈椎相比较，损伤颈椎在手法后的应变、位移变化明显大于前者，故颈椎退行性改变较重时，手法中应注意施力的轻重缓急。根据生物力学的观点，手法的轻重与其形式、压力大小、运动速度、作用点、作用方向及时间等因素有关。其中力是最主要的因素。如何根据辨病辨证对手法进行定量操作(角度、速度、力度、时间)，使其达到有力、持久、深透的效果，尚有待人们深入研究。
2 手法治疗颈椎病的生物力学机制探讨
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2.1 手法对颈椎动静力学平衡(内外稳定)的调整作用
以往不少学者基于临床研究认为，手法治疗颈椎病的作用机制有：[6～11]①镇痛止麻，②加宽椎间隙，扩大椎间孔，整复椎体滑脱，解除神经受压，⑤松介神经根及软组织粘连，④缓介肌紧张与痉挛，⑤消除半脱位。关于手法对颈椎生物力学的影响以往报道不多，国内虽有学者[12，13]运用电-机械测量方法观察斜搬、旋转手法对腰椎生物力学的影响，但其未能拓展至对颈椎的研究。目前认为，[10]颈椎病的病理变化与祖国医学描述的“骨错缝，筋出槽”有关。有学者认为，[10]骨错缝，筋出槽是颈椎病的早期病理改变，其现代医学解释包括以下三个特征；①颈部肌肉痉挛，②小关节紊乱，③韧带松弛，部分发生剥离。其中退行性改变后的一系列变化可视为“骨错缝”(如椎节松动、错位与不稳)，继发性滑膜嵌顿、韧带剥离可称作“筋出槽”，二者又常互为因果，由此加重颈椎生物力学平衡的破坏。Haldema[1]也认为长期反复半脱位，可引起肌肉痉挛，平衡失调，产生慢性创伤性炎症并出现相应的临床症状。我们认为，骨错缝、筋出槽在生物力学方面的改变在于：①颈椎载荷-应变(应力)与位移的异常增加②颈椎刚度下降，处于不稳定状态。[19]
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在实验中我们观察到，多数手法均可不同程度地降低椎体、椎间盘、小关节与韧带的应变(应力)与位移，提高其刚度，从而调整了颈椎的静力性平衡，增强了颈部的稳定性。实验结果[19]还显示，损伤颈椎应变(应力)与位移均较正常颈椎有异常增加。其中，轴向载荷下，椎体应变较正常平均增加70%，总体位移平均增加27%，颈椎出现刚度下降而于放失稳状态。手法治疗可逆向改变这种状况，其中椎体应变平均下降64%，提示稳定性得到加强，从而可能减轻血管神经所受的病理性刺激。手法后颈椎上述生物力学的调整与改变，又可视为骨错缝、筋出槽得以纠正的前因后果。适宜的手法虽可不断调整颈椎病患者所受的异常力学环境，但值得注意的是，对脊髓型颈椎病患者或霍夫曼氏征阳性患者，如需手法，临床上应仅作理筋手法，不作整骨手法。
2.2 手法对颈椎椎间盘粘弹性与应力分布的调整作用
椎间盘是颈椎承载系统中最为关键的部分。椎间盘的宏观力学行为具有粘弹性。研究进展表明，[14，15]椎间盘的蠕变和髓核与纤维环所受应力的重新分布有关，其过程不仅包含着结构的变形，而且也包含了液体的自由交换。其中，水分子向髓核中运动对椎间盘粘弹性的维持具有重要意义。人体椎间盘的蠕变特性，在很大程度上和椎间盘的含水量有关。，即髓核含水率越多，蠕变速率越小；含水越少，蠕变速率越大。由于椎间盘含水量和年龄相关，因此，中老年及退行性病变严重者，其椎间盘蠕变速率大，缓冲时间短，冲击响应强，故易导致颈部急慢性损伤。此外，松弛、蠕变幅度越大，颈椎保持生理平衡的稳定性能越差。
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迄今为止，有关手法对颈椎间盘蠕变、松弛影响的实验国内外未见报告。我们在研究中发现，[19，20]旋转手法可使椎间盘蠕变速率降低7～13%，平衡时间延长5分钟，应力松弛率降低10%，载荷平均下降57%，即产生与椎间盘退变逆向变化的蠕变松弛特性。此表明旋转手法对颈椎间盘的流变学特性具有一定的调整作用-改善颈椎间盘的粘弹性与应力分布。当然，椎间盘是粘弹性组织，在生理状态下可受手法挤压而变化，去除手法恢复至原形状，属于弹性变化而呈线性变化，一旦受压或受拉过度即呈非线性阶段，属于塑性阶段，此时椎间盘又易发生损伤。大岛博[16]的研究显示，长时间或反复过度的应力作用，如压缩应力、振动载荷因抑制椎间盘基质合成，并使其含量下降，故有可能导致椎间盘变性。适度的应力对维持椎间盘正常营养是必不可少的，但异常高应力环境却是导致椎间盘退变的重要因素，其可以改变椎间盘软骨细胞的周围环境。我们通过研究也发现，[19]损伤颈椎椎间盘在手法中所承受的应变变化幅度与载荷远远大于正常颈椎，由此可见，力学上异常受载是椎间盘退变的重要原因。对此，临床上要恰当地掌握手法的力度，避免粗暴手法、重手法或长期反复手法。我们的实验结果还表明，[19]椎间盘蠕变趋向平衡的时间一般为10～15分钟左右，并达到饱和。嗣后即使时间再增加很多，应变也不会再增大。对此，为适应椎间盘的这种粘弹性规律，临床上理筋手法时间亦可掌握在15分钟左右，此有待深入研究。
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3 展望
推拿、按摩、正骨疗法正成为我国医学科学技术对外输出的内容之一。对手法的生物力学机制研究以及手法的改进、提高不仅有待深入开展，同时也有着国际间广泛合作的良好前景。手法治疗颈椎病的效应环节，一方面和针刺、理疗及其他物理疗法有类似之处，但另一方面，正骨、矫正与运动关节类手法又具备纠正关节微小移位或半脱位、松介粘连、调整动静平衡、回纳位移某些组织等独特效应，因而具有积极的病因病理上的治疗作用。
当然，目前人们对颈椎手法的科学认识，问题仍究多于答案，基础研究落后于临床治疗，此有待今后不断深入探索。
参考文献
1.Haldeman,S:Spinal manipulative therapy.Clinical Orthopeadics and related research,1983,179:62～70
, http://www.100md.com
2.潘之清.实用脊柱病学.山东科学技术出版社，1996，370～391
3.Kawchuk Herzog W.Biomechanical characterization of five novel methods of cervical spine manipulation.J Manipulative Physiol Ther,1993,16(9):570
4.Kawchuk,Herzog W,Hasler EM.Forces generated during spinal manipulative therapy of the cervical spine.A pilot study.J Manipulative Physiol Ther,1992,15(5):275
5.John J.Triano.Studies on the Biomechanical effect of a spinal adjustment.J Manipulative Physiol Ther,1992,15(1):71
, http://www.100md.com
6.David J.Chiropractic management and manipulative therapy for MRI documentea cervical disc herniation.J Manipulative Physiol Ther,1994,(3):177
7.Kefshauge.rotation:A valid premanipulative dizziness test?Do it predict safe manipulation.J Manipulative Physiol Ther,1994,17(1):15
8.Brouillette DL.Chiropactic treatment of cervical radiculopathy caused by a herniated cervlical disc.J Manipulative Physiol Ther,1994,17(2):119
, http://www.100md.com
9.Triano J.Studies on the Biomechanical effect of a spinal adjustment.J Manipulative Physiol Ther,1992,15:71
10.张长江.颈椎病中医防治.中医古籍出版社，1986，42～50;122～129
11.Herzoy W.Forces exerted during spinal manipulative therapy.Spine ,1993,18(9):1206
12.候筱魁，董凡，赵文成，等.斜搬时腰椎后部结构的动态观察和生物力学分析.中华骨科杂志，1993，()1：51
13.蒋位庄.腰后关节紊乱症的病机和手法治疗的生物力学研究.中国骨伤，1994，(3：5)
, 百拇医药
14.Cyron BM.外力反复作用下的腰椎间盘蠕变.国外医学创伤与外科问题基本分册，1983，2：125
15.马洪顺.人脊柱椎间盘应力松驰实验研究.中国生物医学工程学报，1992，(4)：294
16.大岛博.椎间板の小扩におよび基质合成能と力学的ストレス.临整外，1994，29(4)：351
17.徐山.提旋复位法治疗颈椎病3687例.中医杂志，1993，34(5)：289
18.王道全.国内颈椎病分型推拿研究近况.福建中医药，1992，23(4)：54
19.姜宏.牵引推拿对颈椎生物力学影响的实验研究.中医博士论文集粹.上海中医药大学出版社，1996，170～174
20.姜宏，郑清波，施杞.颈椎急慢性损伤的生物力学研究概况.中医正骨，1996，8(6)：31
(收稿：1998-4-27), 百拇医药
单位：姜宏，苏州市中医院 (215003 苏州)；施杞，上海中医药大学
关键词：
中国中医骨伤科990229 手法在颈椎病的非手术疗法中占具重要的地位。本文以颈椎手法的临床与实验研究进展为线索，并结合笔者开展的一些研究，对颈椎手法的生物力学问题及临床应用作一探索，以饷读者。
1 颈椎手法的分类与生物力学特征
关于颈椎手法的分类，根据形态与力度大致可分为整骨手法(如定点旋转手法、侧搬手法)和理筋手法(如揉法、推法、拿法)二大类。临床上一般多以整骨手法作为颈椎病手法的核心步骤。《中国接骨图说》记载了颈椎手法治疗的熊顾法，其母法乃先端提，子法一是牵引兼旋转、二是轻旋、三是牵、旋整理舒筋。颈椎病的澳式手法主要分五个步骤进行：①拔伸牵引②旋转颈椎③松动棘突④松动横突⑤松动椎间关节。[2]Haldeman等，[1]将脊柱手法主要分成七类：①非特定的长杠杆手法；②特定的短杠杆高速脊柱调整手法；③主动或功能手法；④手工牵引；⑤活动手法；⑥软组织按摩；⑦穴位按压手法。Kawchuk[3，4]将颈椎手法主要分为旋转、侧搬、揉压等五种手法，并观察到，颈椎按脊疗法时，作用于颈椎的平均力为117N，力的平均持续时间(始→终)为101.71msec。John[5]的研究报告了手法作用于颈椎的外负荷(力和力矩)，X轴27磅、Y轴29磅、Z轴18磅。
, 百拇医药
尽管颈椎的手法流派纷呈，其技巧形态、作用力及着力点、线、面不尽相同，然从生物力学角度分析，无论何种流派，哪种单一或复合手法，其效应途径与作用环节主要通过手法时运动-力学的动态变化，以一定量的力学刺激作用(压、张、磨擦、振动、旋转及其复合力)，刺激的转换(热与生物电效应、生化效应、生物力学效应)及其时空变化作用于颈椎，并依赖其结构(空间序列)和功能(运动序列)的高度统一，产生颈椎病的防治效应。具体分析，其产生的力不外乎使颈椎发生伸屈、侧屈、旋转或它们的组合变形。Triano[9]认为手法的共同特征在于：给脊柱和它周围组织施加外部负荷以影响脊柱及其周围组织。我们通过颈椎手法的动压力测试显示，旋转手法时颈椎受力4～9kg，平均压强0.40±0.18N/cm2，屈伸手法2～3kg，平均压强0.19±0.05N/cm2，侧搬手法2～4kg，压强0.21±0.05N/cm2，摇颈手法4～8kg，压强0.37±0.10N/cm2。对照张长江[10]的研究报告，其测得定点旋转复位力为1～9kg范围，其中50%的复位力在2～4kg之间。我们的研究结果与其相近。
, 百拇医药
颈椎半脱位(关节微小移位，颈椎失稳，椎间关节紊乱)是颈椎病的病因病理环节之一，也是施行旋转手法等整骨手法的解剖学、生理学及其生物力学的依据。颈椎半脱位的发生率约占颈椎病患者的14.8～20%。手法治疗颈椎病多应用于颈型、神经根型、混合型，其显效率约为60%，总有效率约为90%。[17，18]目前，在临床上仍难以定量施行手法操作。对于手法力量的运用，大体上只能根据个人的经验粗略分成轻、中、重三个等级。过轻达不到治疗效应，过重则易导致副作用甚至医源性损伤。我们在实验中也观察到，与正常颈椎相比较，损伤颈椎在手法后的应变、位移变化明显大于前者，故颈椎退行性改变较重时，手法中应注意施力的轻重缓急。根据生物力学的观点，手法的轻重与其形式、压力大小、运动速度、作用点、作用方向及时间等因素有关。其中力是最主要的因素。如何根据辨病辨证对手法进行定量操作(角度、速度、力度、时间)，使其达到有力、持久、深透的效果，尚有待人们深入研究。
2 手法治疗颈椎病的生物力学机制探讨
, http://www.100md.com
2.1 手法对颈椎动静力学平衡(内外稳定)的调整作用
以往不少学者基于临床研究认为，手法治疗颈椎病的作用机制有：[6～11]①镇痛止麻，②加宽椎间隙，扩大椎间孔，整复椎体滑脱，解除神经受压，⑤松介神经根及软组织粘连，④缓介肌紧张与痉挛，⑤消除半脱位。关于手法对颈椎生物力学的影响以往报道不多，国内虽有学者[12，13]运用电-机械测量方法观察斜搬、旋转手法对腰椎生物力学的影响，但其未能拓展至对颈椎的研究。目前认为，[10]颈椎病的病理变化与祖国医学描述的“骨错缝，筋出槽”有关。有学者认为，[10]骨错缝，筋出槽是颈椎病的早期病理改变，其现代医学解释包括以下三个特征；①颈部肌肉痉挛，②小关节紊乱，③韧带松弛，部分发生剥离。其中退行性改变后的一系列变化可视为“骨错缝”(如椎节松动、错位与不稳)，继发性滑膜嵌顿、韧带剥离可称作“筋出槽”，二者又常互为因果，由此加重颈椎生物力学平衡的破坏。Haldema[1]也认为长期反复半脱位，可引起肌肉痉挛，平衡失调，产生慢性创伤性炎症并出现相应的临床症状。我们认为，骨错缝、筋出槽在生物力学方面的改变在于：①颈椎载荷-应变(应力)与位移的异常增加②颈椎刚度下降，处于不稳定状态。[19]
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在实验中我们观察到，多数手法均可不同程度地降低椎体、椎间盘、小关节与韧带的应变(应力)与位移，提高其刚度，从而调整了颈椎的静力性平衡，增强了颈部的稳定性。实验结果[19]还显示，损伤颈椎应变(应力)与位移均较正常颈椎有异常增加。其中，轴向载荷下，椎体应变较正常平均增加70%，总体位移平均增加27%，颈椎出现刚度下降而于放失稳状态。手法治疗可逆向改变这种状况，其中椎体应变平均下降64%，提示稳定性得到加强，从而可能减轻血管神经所受的病理性刺激。手法后颈椎上述生物力学的调整与改变，又可视为骨错缝、筋出槽得以纠正的前因后果。适宜的手法虽可不断调整颈椎病患者所受的异常力学环境，但值得注意的是，对脊髓型颈椎病患者或霍夫曼氏征阳性患者，如需手法，临床上应仅作理筋手法，不作整骨手法。
2.2 手法对颈椎椎间盘粘弹性与应力分布的调整作用
椎间盘是颈椎承载系统中最为关键的部分。椎间盘的宏观力学行为具有粘弹性。研究进展表明，[14，15]椎间盘的蠕变和髓核与纤维环所受应力的重新分布有关，其过程不仅包含着结构的变形，而且也包含了液体的自由交换。其中，水分子向髓核中运动对椎间盘粘弹性的维持具有重要意义。人体椎间盘的蠕变特性，在很大程度上和椎间盘的含水量有关。，即髓核含水率越多，蠕变速率越小；含水越少，蠕变速率越大。由于椎间盘含水量和年龄相关，因此，中老年及退行性病变严重者，其椎间盘蠕变速率大，缓冲时间短，冲击响应强，故易导致颈部急慢性损伤。此外，松弛、蠕变幅度越大，颈椎保持生理平衡的稳定性能越差。
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迄今为止，有关手法对颈椎间盘蠕变、松弛影响的实验国内外未见报告。我们在研究中发现，[19，20]旋转手法可使椎间盘蠕变速率降低7～13%，平衡时间延长5分钟，应力松弛率降低10%，载荷平均下降57%，即产生与椎间盘退变逆向变化的蠕变松弛特性。此表明旋转手法对颈椎间盘的流变学特性具有一定的调整作用-改善颈椎间盘的粘弹性与应力分布。当然，椎间盘是粘弹性组织，在生理状态下可受手法挤压而变化，去除手法恢复至原形状，属于弹性变化而呈线性变化，一旦受压或受拉过度即呈非线性阶段，属于塑性阶段，此时椎间盘又易发生损伤。大岛博[16]的研究显示，长时间或反复过度的应力作用，如压缩应力、振动载荷因抑制椎间盘基质合成，并使其含量下降，故有可能导致椎间盘变性。适度的应力对维持椎间盘正常营养是必不可少的，但异常高应力环境却是导致椎间盘退变的重要因素，其可以改变椎间盘软骨细胞的周围环境。我们通过研究也发现，[19]损伤颈椎椎间盘在手法中所承受的应变变化幅度与载荷远远大于正常颈椎，由此可见，力学上异常受载是椎间盘退变的重要原因。对此，临床上要恰当地掌握手法的力度，避免粗暴手法、重手法或长期反复手法。我们的实验结果还表明，[19]椎间盘蠕变趋向平衡的时间一般为10～15分钟左右，并达到饱和。嗣后即使时间再增加很多，应变也不会再增大。对此，为适应椎间盘的这种粘弹性规律，临床上理筋手法时间亦可掌握在15分钟左右，此有待深入研究。
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3 展望
推拿、按摩、正骨疗法正成为我国医学科学技术对外输出的内容之一。对手法的生物力学机制研究以及手法的改进、提高不仅有待深入开展，同时也有着国际间广泛合作的良好前景。手法治疗颈椎病的效应环节，一方面和针刺、理疗及其他物理疗法有类似之处，但另一方面，正骨、矫正与运动关节类手法又具备纠正关节微小移位或半脱位、松介粘连、调整动静平衡、回纳位移某些组织等独特效应，因而具有积极的病因病理上的治疗作用。
当然，目前人们对颈椎手法的科学认识，问题仍究多于答案，基础研究落后于临床治疗，此有待今后不断深入探索。
参考文献
1.Haldeman,S:Spinal manipulative therapy.Clinical Orthopeadics and related research,1983,179:62～70
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2.潘之清.实用脊柱病学.山东科学技术出版社，1996，370～391
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12.候筱魁，董凡，赵文成，等.斜搬时腰椎后部结构的动态观察和生物力学分析.中华骨科杂志，1993，()1：51
13.蒋位庄.腰后关节紊乱症的病机和手法治疗的生物力学研究.中国骨伤，1994，(3：5)
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15.马洪顺.人脊柱椎间盘应力松驰实验研究.中国生物医学工程学报，1992，(4)：294
16.大岛博.椎间板の小扩におよび基质合成能と力学的ストレス.临整外，1994，29(4)：351
17.徐山.提旋复位法治疗颈椎病3687例.中医杂志，1993，34(5)：289
18.王道全.国内颈椎病分型推拿研究近况.福建中医药，1992，23(4)：54
19.姜宏.牵引推拿对颈椎生物力学影响的实验研究.中医博士论文集粹.上海中医药大学出版社，1996，170～174
20.姜宏，郑清波，施杞.颈椎急慢性损伤的生物力学研究概况.中医正骨，1996，8(6)：31
(收稿：1998-4-27), 百拇医药