生物力学在女性盆底功能障碍性疾病中的应用

毛卉，黄程胜，吴氢凯，周月娣

女性盆底功能障碍性疾病（pelvic floor dysfunction，PFD）是指由于女性盆底支持结构发育障碍、损伤以及缺陷等因素引发的一种疾病，通常表现为压力性尿失禁（stress urinary incontinence，SUI）、盆腔器官脱垂（pelvic organ prolapse，POP）及女性性功能障碍（female sexual dysfunction，FSD）等，该病是降低女性生活质量的常见病。我国SUI的发病率为22.9%（1 197/5 221）[1]。美国相关权威机构表示近年美国SUI的发病率高达25%，其中表现为POP以及大、小便失禁的患者依次为2.9%、9.4%以及17.1%[2]。近年来PFD备受关注，全球大部分国家已将女性健康作为评估公共卫生水平一项不可或缺的硬性指标，甚至还被用作评估某一地区或某一国家文明程度的指标。目前我国也已将提高女性健康，特别是预防女性PFD等工作作为政府的主要工作之一[3]。

生物力学兴起于20世纪60年代中、后期，是力学与生物学、生理学、解剖学、临床医学等相结合的一门既属于力学学科又属于生命学科的新兴学科。就生物力学而言，其具体含义为将相关力学知识与生物学相结合，用以阐述生命过程中相关力学表征的一种学科。随着时间的发展，该学科在整形、骨科等领域中的应用相对成熟，近年来被逐渐应用于妇产科领域[4-6]。现就生物力学在PFD中的应用进行综述。

1 PFD发病机制的生物力学研究

随着医学技术的日益进展，有关PFD发病机制的相关学说不断完善，下面就生物力学方面对之进行阐述。女性骨盆底由韧带、筋膜以及多层肌肉等几部分组成，其由外向内分为3层：①外层，由会阴浅筋膜及其深面的3对肌肉及肛门外括约肌组成；②中层，为泌尿生殖膈；③内层，为盆膈，是骨盆底最坚韧的一层，由肛提肌及其内、外各覆一层筋膜组成。在骨盆底肌肉中，肛提肌起最重要的支持作用。从水平角度，骨盆底可分为前、中、后3部分。一旦骨盆底结构发生损伤或功能障碍，极易导致盆腔器官松弛、脱垂等现象。前盆腔支持结构缺陷可发生尿道和阴道前壁脱垂，中盆腔支持结构缺陷可发生子宫和阴道穹隆脱垂，后盆腔支持结构缺陷可发生阴道后壁脱垂和子宫直肠陷凹疝。

女性盆底的结缔组织（筋膜、韧带）主要由Ⅰ型和Ⅲ型胶原组成。Ⅰ型胶原与支持作用有关，硬度较大，直径较粗；Ⅲ型胶原与组织的弹性有关。对阴道前壁具有支持作用的盆筋膜腱弓由84%的Ⅲ型胶原、13%的弹性蛋白和少量平滑肌构成。女性骨盆底组织受到各种力的作用，如妊娠、分娩、重力、排便、咳嗽等。机械力作用于人骨盆底成纤维细胞后，将会对Ⅰ型以及Ⅲ型胶原的合成造成严重影响，进而破坏原有平衡，使人体胶原含量急剧锐减。受机械力的影响，成纤维细胞会急剧凋亡，进而导致数量不断变少。除此之外，一旦机械力过大，将会严重影响骨架蛋白水平，因而PFD患者的盆底支持组织以及细胞的生物力学特性常会发生一定程度的变化[7]。

成纤维细胞是支持组织不可或缺的重要构成，主要功能是合成且分泌相关胶原蛋白、酶、生长因子以及激素等，以此促进机体的新陈代谢，支持组织结构和功能[8-9]。弹力纤维是结缔组织的主要成分，功能是使形变组织慢慢恢复原始状态，这一切离不开弹性蛋白。弹性蛋白通常位于细胞外基质中，弹性蛋白含量减少将会导致PFD。Zhao等[10]研究提示宫骶韧带弹性蛋白含量减少会导致POP。Luo等[11]通过生物力学模型研究发现，子宫悬吊韧带具有粘弹性行为，在最大外力作用下宫骶韧带可以延伸到自身长度的2倍。上述研究均表明盆底支持结构力学性能的降低可能是导致POP的原因。现已公认PFD是盆底肌肉以及结缔组织损伤所致。Dietz等[12]指出，10%～30%的女性阴道分娩导致的肛提肌撕裂与之后发生PFD有关。van Delft等[13]发现21%的女性在首次阴道分娩后出现肛提肌从耻骨附着处撕脱。肛提肌损伤可能导致肛提肌裂孔扩大和盆腔器官位置下移[14]。

2 PFD诊断的生物力学研究

PFD的诊断主要以患者的主要症状和体征为依据，而影像学检查的应用也越来越多。在PFD患者盆底肌肉的研究方面，临床上借助盆底超声、磁共振成像（MRI）等医学器械能够较为清晰地观察到肛提肌的断裂状态，例如断裂直径、范围大小、损伤部位以及程度等[15]。通常情况下，超声用于软组织检查能够非常清晰地观察到肛提肌的状态。向君彦等[16]借助超声技术观察到了较为清晰的盆底矢状面结构，特别是借助三维超声技术，可观察到较为明晰的横断面信息，最终得到了盆底立体解剖图像。廖林森等[17]借助MRI观察到了PFD患者较为清晰的产后盆底肛提肌裂孔状态。

近年来，有限元分析法成为妇科生物力学研究的热点。国内外对人体软组织的研究尚处于初级阶段，但发展迅速。Hoyte等[18]早在2001年就建立了PFD患者及无PFD妇女的肛提肌三维形态学模型，进而得出结论，即PFD患者常会出现肛提肌损伤情况。著名学者Martins等[19]在2007年针对肛提肌变化情况构建了对应的有限元模型，得出结论：一旦盆底肌肉受力，极易产生肛提肌的病变。中国数字化可视女性盆腔的计算机三维重建于2005年成功建立[20]，主要是从解剖学角度分析盆底。宋红芳等[21]于2012年构建盆底软组织的有限元模型，该研究从力学角度为认识女性PFD提供参考。Luo等[22]开发了一种三维有限元模型用以了解女性POP的发生机制，尤其是直肠脱垂。

触觉成像（tactile imaging，TI）又称“应力成像”或“力学成像”，是一种新型弹性成像技术，通过TI探头，其表面的压力传感器可模仿人的触觉绘制组织弹性图，其行为类似于用人类的手指在临床检查时稍微压缩软组织，通过超声取得压力检测结果的变化模式，TI以往主要用于乳腺和甲状腺结节的诊断[23-24]。阴道触觉成像系统（vaginal tactile imaging，VTI）可获得和绘制阴道内压力数据，是TI在盆底领域的应用。VTI原型包括一个经阴道探头、一个电子单元和一个带数据采集卡的笔记本电脑，该阴道探头内装置了触觉传感器阵列和倾斜传感器，在检查过程中，触觉传感器阵列安装在与阴道壁接触的探头表面[25]。在检查过程中，VTI探头由一次性弹性护套覆盖，随着阴道内探头位置的改变，通过VTI技术能可视化地获取阴道壁的压力，评估盆底肌肉的收缩力量和盆底结缔组织的支持力量[26]。VTI是一种非常有前景的盆底生物力学精准评估新技术。

3 PFD治疗中的生物力学应用

PFD的治疗方式包括行为治疗、保守治疗和手术治疗等，其本质是重建盆底的力学平衡，改善症状，回纳脱垂。

3.1 行为治疗行为治疗是主要的生活方式干预方法，包括避免增加腹内压的活动，定期排空膀胱及排便，尽量保证平稳排便，控制体质量等。

3.2 保守治疗保守治疗是通过盆底肌肉锻炼（PFMT）改善盆底肌状态。PFMT即Kegel训练，是凭借相关锻炼来实现强化盆底肌肉强度、耐力以及支持力等目的。根据英国相关权威机构在2015年所发表的研究结论可知，若存在SUI现象，那么最佳治疗方案就是不间断进行3个月的PFMT[27]。Labrie等[28]认为，若出现SUI，采取PFMT法可以达到较好的恢复效果。生物反馈（biofeed back，BK）辅助的PFMT效果优于单纯的自身锻炼[29]。目前盆底肌力的评价体系多样化，阴道肌肉电生理评估主要包括阴道表面肌电信号评估和阴道压力评估[30-31]。采用生物反馈仪采集阴道表面肌电信号可观察肌肉收缩时的生理变化，间接评定肌肉张力、肌肉收缩力以及肌肉的疲劳程度[32-33]。阴道压力检测代表阴道周围肌群收缩的合力，具有无创、简便、数据直观、性能稳定的优点，也可推荐作为盆底肌力筛查的指标[34]。此外，盆底电刺激治疗、家庭功能康复器也有增强盆底肌力的作用。绝经后妇女阴道局部注射雌激素，能够显著提升盆底肌张力，使盆底组织重新达到丰满。

3.3 手术治疗传统的盆底重建手术主要通过自身组织修补、加强松弛损伤的盆底支持结构、重建盆底力学平衡，达到治疗POP的目的。随着年老及自身组织支持力度逐渐下降，患者术后10年的POP复发率高达25%[35]。随着新型盆底修复技术的不断成熟，再加上相关材料的不断丰富，之前落后的手术方法被淘汰，取而代之的是现代盆底修复手术，降低了术后复发率。新型盆底修复及重建材料的应用不但可以加固盆底组织，而且还可以使筋膜弹性变得更好。目前常用的补片是合成的不可吸收的聚丙烯网片，待补区域的成纤维细胞可直接穿过网片微孔进行生长，从而构成“骨架”结构，恢复盆底支持结构。宋晓晨[36]从生物力学角度进行研究发现，阴道前壁膨出女性的阴道前壁组织弹性降低，僵硬度增加，生物力学性能减退；阴道前壁组织的生物力学特性为各向同性，这种构成能够提供盆底组织各种合适的变形方式，以适应腹腔内压的增加；对临床上常用的3种合成网片的组织相容性及生物力学特性的变化也能很好地适应。张荣[37]深入探讨丝蛋白涂层聚丙烯网片的生物力学特性，发现其能够显著改善聚丙烯网片的生物力学特性。上述研究提示生物力学能评估PFD治疗过程中重建材料的选择和应用。

4 结语

综上所述，生物力学贯穿PFD的发生、发展、康复和治疗的全过程。目前国内外对女性骨盆底的生物力学研究还处于初级阶段，研究结果也不尽一致，但由于计算机技术、医学机械技术与软件技术的发展，生物力学将在妇产科领域中发挥重要作用，在PFD中的应用将更加广泛。