运动改善腰痛患者腰椎稳定肌神经控制研究进展

杨洪杰 刘善云

1 天津体育学院体育教育与教育科学学院（天津301617）

2 盐城工学院体育部（江苏盐城224051）

3 天津体育学院运动训练科学学院（天津301617）

腰痛（low back pain，LBP）是一种以下背、腰骶、臀部疼痛和不适为主要症状的综合征[1]，年发病率约为19%[2]，其中90%左右为非特异性LBP患者[3]。LBP不仅影响患者的平衡、生活质量，还能造成其功能能力障碍甚至残疾[4]，因此成为严重的公共健康问题。美国和英国发布的LBP临床实践指南均推荐运动疗法作为治疗LBP的主要选择[5]；欧洲慢性LBP管理指南更是将运动疗法作为首要干预方法[6]；我国从体医融合和非医疗健康干预的视角也形成了运动疗法治疗腰痛的专家共识[7]。多样化的运动疗法包括有氧运动、核心稳定性训练和传统运动疗法等，较药物治疗具有更加广泛的应用价值[8，9]。

近些年来，研究证实，LBP患者存在腰椎稳定肌激活程度降低、激活模式改变、肌电疲劳指数提高和激活时间延迟等现象[10]，揭示患者腰椎稳定肌的神经控制功能存在异常，并且有研究认为腰椎稳定肌异常可以作为LBP的一个亚组[11]，因此有针对性的干预LBP患者腰椎稳定肌神经控制的运动方案日益增多。本文结合表面肌电及超声检测技术，总结运动干预LBP 患者稳定肌激活程度、激活模式、疲劳指数、激活时间四个方面的效果，为LBP的预防和治疗提供参考。

1 LBP患者腰椎稳定肌的神经控制异常表现

Bergmark[12]定义腰椎稳定肌为所有起自于或附着于椎骨上的肌肉，包括腹横肌、多裂肌、腰方肌等。多裂肌的肌纤维数量多，长度短，附着在各个腰椎之间，产生较大的力矩来稳定腰椎，中立位的脊柱2/3的硬度是由多裂肌的活动提供的[13]，因此，多裂肌是腰椎最主要的稳定肌。腹横肌起源于胸腰筋膜、下6个肋骨、髂嵴和腹股沟韧带的外侧1/3 段，肌束向前内方横行，呈带状走向，使其不依赖于外来作用力的方向，只提供稳定腰椎的力量，同时其收缩与增加腹内压密切相关，因此被认为是重要的腰椎稳定肌。腰方肌起源于髂嵴，插入到12个肋骨和腰椎的横突，功能上腰方肌侧重于侧屈，并在稳定腰椎中起到一定的作用。近些年研究发现，LBP 患者腰椎稳定肌存在肌肉萎缩[14]、脂肪浸润程度提高[15]等形态异常表现，进而自主收缩功能下降[16]，推测其神经控制功能存在障碍。LBP患者腰椎稳定肌的神经控制功能异常主要表现在以下四个方面：

1.1 激活程度降低

肌肉激活程度可以通过肌电的振幅参数以及肌肉厚度变化进行评估，为了进行个体之间和多次测试之间的比较，肌电振幅以及肌肉厚度必须进行标准化处理，肌电振幅经过幅度标准化和时间标准化后表示为最大自主等长收缩的百分比（percentage of maximum voluntary isometric contraction，%MVIC）[1]，而肌肉厚度变化则是运用超声检测技术，以平卧位休息状态时的肌肉厚度作为标准化的基础值，肌肉收缩时的厚度增加值表示为基础值的百分比，称为肌肉活化率[17]。

1.1.1 %MVIC减少

有研究将老年慢性LBP 患者分为剧烈运动诱发LBP组和步行诱发LBP组，均进行腰椎屈曲伸展运动，结果显示步行诱发LBP 组多裂肌振幅的%MVIC 低于剧烈运动诱发LBP组，且两组均低于健康对照组，推测多裂肌的激活程度降低限制患者较大强度的运动[18]。LBP 患者在等速测力仪上进行腰椎伸展运动时，多裂肌振幅的%MVIC较健康人降低，肌电振幅增加速度也降低[19]，推测多裂肌的激活程度降低影响腰部伸肌力量。LBP患者多裂肌振幅的%MVIC在不可预测的负荷扰动后低于健康人，多裂肌振幅峰值的出现却早于健康人[20]，推测不可预测的负荷扰动降低腰椎稳定性、影响腰椎稳定肌正常生理功能的发挥，从而降低LBP 患者多裂肌的激活程度。

1.1.2 肌肉活化率减少

腹部凹陷运动是通过腹横肌、多裂肌、内斜肌、膈肌和盆底肌等腹部肌肉的同步收缩，以使肚脐向上、向里移动，且维持脊柱和骨盆的位置不变[21]，研究显示采用口头指令或视觉反馈指引进行腹部凹陷运动时LBP患者相比健康人腹横肌的肌肉活化率减少[22，23]；不同负荷提拉练习（体重的0%、10%和20%）[24]以及单侧腿部负重练习（体重的0%、25%和45%）[25]时，LBP患者多裂肌、腹横肌的厚度随负荷增加均增加，但肌肉活化率却低于健康人；次最大等长收缩（如仰卧位双腿举起）时，LBP患者相比健康人腰方肌、腹横肌和多裂肌的肌肉活化率降低[16，26]。不稳定支撑面的使用也能降低LBP 患者腰椎稳定肌肌肉活化率，患有LBP 的竞技越野自行车运动员进行仰卧位胸部抬起的等长收缩以及静态骑坐自行车时，腹横肌、多裂肌的肌肉活化率相比健康人减少[27]；LBP患者进行稳定球或座椅上的坐立练习时，腹横肌肌肉活化率相比健康人减少，且随着坐姿稳定性的降低，肌肉活化率的差异会更大[28]。

1.2 激活模式改变

1.2.1 稳定肌与运动肌的协同性改变

根据Bergmark[12]的模型，运动肌力臂长，其首要作用是生成脊柱运动的力矩，并可在对抗外来阻力时传递负荷到稳定肌，如外斜肌、竖脊肌等。由于LBP患者稳定肌的神经控制异常，运动肌产生的负荷过大，与稳定肌的协同比例失调，进而造成两者的激活模式改变。研究发现仰卧位双腿举起等长收缩时，LBP 患者动作疲劳阶段的腹横肌肌肉活化率与健康人相比明显减少，而外斜肌却增加，腹横肌与外斜肌的协同比降低[16]；在Biodex 平衡测量仪上进行动态和静态站立练习时，LBP患者腹横肌肌肉活化率相比健康人降低，而外斜肌却提高，腹横肌与外斜肌的协同比降低[17]。另外，有研究发现健康个体进行俯卧位髋部伸展运动时协同激活多裂肌与竖脊肌的时间占81.0%，而非特异性LBP患者的协同激活时间只有52.2%[29]，稳定肌与运动肌的协同激活时间缩短。

1.2.2 左右侧肌电活动的对称性改变

80%的LBP患者存在多裂肌的萎缩[30]，并常见于腰椎L4、L5 水平[31]，且表现出与症状侧相关的特异性[14，32]。借助表面肌电诊断技术研究发现，LBP患者腰部肌电信号在局部聚集，缺乏左右对称性，表现为患侧多裂肌的肌电活动降低[33]。但患有LBP 的竞技保龄球运动员腹横肌厚度却左右对称，推测这与长期侧旋运动的生物力学作用有关，健康运动员的非优势侧腹横肌总厚度大于优势侧，而患有LBP 的运动员非优势侧腹横肌萎缩，进而使优势侧与非优势侧的腹横肌厚度左右对称[34]。

1.3 肌电疲劳指数提高

肌电疲劳指数是根据肌肉疲劳过程中表面肌电信号中位频率或平均功率频率的斜率下降速率来检测和评价局部肌肉抗疲劳能力的指标，下降速率越快，表明肌肉易疲劳性越高，肌电疲劳指数越高[1]。研究发现，患有LBP 的网球运动员竖脊肌、多裂肌中位频率的斜率下降速率高于健康人，使伸肌易疲劳性提高，耐力时间减少[35]；躯干伸肌等长收缩时LBP 患者多裂肌中位频率的疲劳前30 秒斜率明显低于开始运动后30 秒斜率，而健康人则没有差异，表明LBP患者的中位频率下降速率较快，肌电疲劳指数较高[36]。另外，有研究通过综述躯干伸肌多裂肌、竖脊肌在耐力测试时肌电频域参数的变化特征，认为多裂肌、竖脊肌的肌电疲劳指数可以作为区分LBP患者和健康人的可靠指标[37]。

1.4 激活时间延迟

肌肉激活时间一般指从突发性姿势扰动到肌肉放电活动开始之间的时间段。研究发现健康人的腹横肌、多裂肌在肢体运动之前预先激活[38-42]，以应对施加于脊柱的未知负荷以及四肢快速运动的扰动，保持腰椎节段间的稳定性，但LBP 患者存在稳定肌激活延迟现象，双手快速提举5 kg 的盒子时，腹横肌-内斜肌、多裂肌激活延迟[39]；脚趾屈结合腹部凹陷运动时，腹横肌-内斜肌的激活时间延迟[40]；快速举臂动作时，双侧腹横肌激活延迟[41]，腹横肌-内斜肌与三角肌的激活时间差值减少[42]；身体接受由跑步机引起的扰动时，腹横肌、多裂肌激活时间延迟[38]。

2 运动干预与腰椎稳定肌神经控制功能改善

2.1 运动可提高腰椎稳定肌激活程度

2.1.1 %MVIC增加

核心稳定性与核心力量练习重在激活核心肌群[43]，在提高腰部稳定肌激活程度上效果明显。传统桥式练习如四点支撑，异侧手脚抬起动作相较于一手抬起或一脚抬起，双侧多裂肌振幅的%MVIC 增加[44]。但有关不同体位桥式练习时多裂肌振幅的%MVIC 差异观点不一致，有研究认为俯卧位练习优于仰卧位[45]；有研究认为仰卧位练习优于俯卧位[46]。稳定球、悬吊技术的使用增加了桥式练习的不稳定性，研究发现稳定球桥式练习和悬吊桥式练习可增加LBP 患者内斜肌、多裂肌振幅的%MVIC，且在俯卧位和仰卧位时悬吊桥式练习高于稳定球桥式练习和传统桥式练习，俯卧位时稳定球桥式练习高于传统桥式练习[47]。另外，周期性运动也能提高稳定肌激活程度，研究发现步行时多裂肌振幅的%MVIC增加[48]，LBP患者进行3组机器人骑马运动后内斜肌、多裂肌振幅的%MVIC显著增加[49]。

2.1.2 肌肉活化率增加

核心稳定性练习包括传统桥式练习、稳定球练习、悬吊练习等，不仅能提高稳定肌的%MVIC，而且可以增加稳定肌厚度。研究发现，LBP患者进行6周传统桥式练习和稳定球练习后疼痛程度下降，多裂肌厚度增加，且在次最大等长收缩时肌肉活化率提高[50]；慢性LBP患者在4 周核心稳定性训练结合电疗法治疗后，多裂肌、腹横肌厚度均显著改善[51]。然而，单次垫上桥式运动却不能明显增加患者由仰卧位到站立位时多裂肌的肌肉活化率[52]。不稳定支撑面的使用也会增加患者腹横肌的激活程度，研究发现悬吊练习结合髋部外展内收动态运动时，LBP 患者腹横肌的激活程度大于静态的传统桥式练习[53]；在Biodex 平衡测量仪上进行动态站立相较于静止站立时LBP患者腹横肌肌肉活化率提高[17]。脊柱姿态也能影响腹横肌的自主收缩能力，研究发现仰卧位进行腹部凹陷运动时，脊柱保持中立位姿势相较于屈曲姿势更能提高LBP患者腹横肌肌肉活化率[54]。采用口头指令或视觉反馈指引进行腹部凹陷运动，可以更好地募集腹横肌，提高腹横肌的厚度[22，23，55]和激活程度[52，56]，并且有研究显示LBP患者在进行腹部凹陷运动时腹横肌肌肉活化率高于传统桥式练习[57]。临床中常见的膈式呼吸、吸气肌训练和腹式呼吸等呼吸运动也可有效激活腰部稳定肌[58]，且相比于核心稳定性训练[59]以及腹部凹陷运动[60]，其更能显著提高腹横肌的肌肉活化率。

2.2 运动可优化腰椎稳定肌激活模式

2.2.1 协同稳定肌与运动肌

不稳定支撑面的使用在提高稳定肌激活程度以及降低运动肌激活程度方面效果显著，从而提高稳定肌与运动肌的协同比。研究发现LBP 患者进行3组机器人骑马运动后，多裂肌与髂肋肌的协同比显著提高[49]；LBP患者在Biodex平衡测量仪上进行动态站立相较于静态站立时腹横肌肌肉活化率提高，而外斜肌减少，使腹横肌与外斜肌的协同比提高[17]。研究显示腹部凹陷运动时LBP 患者腹横肌厚度显著增加，而外斜肌厚度变化无显著差异，使腹横肌与外斜肌的协同比提高[23]。

2.2.2 平衡左右侧肌电活动

有针对性地提高患侧的肌电激活程度，改善腰椎两侧稳定肌肌电活动的不对称状况，有助于优化激活模式。研究证实侧桥运动对腰椎单侧腹横肌、多裂肌、内斜肌及外斜肌的募集有较好的效果[45]，但是否能改善LBP患者患侧的稳定肌厚度还未得到证实。长期的侧旋运动如保龄球运动可造成健康人非优势侧腹横肌厚度大于优势侧，但LBP 患者经常进行腰椎侧旋运动能否选择性提高患侧稳定肌厚度还未得到证实[34]，有待于更深入的研究。

2.3 运动可降低腰椎稳定肌疲劳指数

竖脊肌和多裂肌的肌电疲劳指数有较高的肌肉疲劳区分效度（76%～88%），故常被用于监控LBP患者的康复治疗效果[61]。研究发现，LBP患者进行6周弹力带辅助的桥式运动后，多裂肌的中位频率下降速率降低，肌电疲劳指数降低，腰部伸肌耐力提高[50]。研究发现，6周的悬吊训练后，LBP患者多裂肌的肌电疲劳指数下降，腰部伸肌耐力提高并伴随疼痛程度明显降低[62]，表明不稳定支撑面的使用能提高腰部伸肌耐力，降低肌电疲劳指数。

2.4 运动可减少腰椎稳定肌激活时间

在突发性姿势扰动下，中枢神经系统通过前馈控制和反馈控制两种非随意运动控制机制实现腰椎稳定肌先于运动肌预先激活，当稳定肌激活延迟，运动肌产生的快速扰动不能被稳定肌控制时，易导致脊柱错位、损伤甚至LBP 的发生[1]。研究显示有针对性的激活腹横肌的腹部凹陷运动不仅能提高腹横肌的厚度，而且能减少快速举臂时腹横肌与三角肌的激活时间差值，从而提高腰椎负荷扰动时的稳定性[24]；6个月核心稳定性及功能性力量（全身力量、耐力及核心力量）训练后，多裂肌、腹横肌等应对外来扰动时的激活时间减少，并且伴随LBP患者疼痛程度显著降低[63]。

3 小结

3.1 在临床中，腹横肌或多裂肌振幅的%MVIC及肌肉活化率降低、肌电活动的左右对称性改变、稳定肌与运动肌的协同性改变、肌电疲劳指数提高、激活时间延迟对于LBP的评估具有一定的参考价值。

3.2 运动在改善LBP患者腰椎稳定肌神经控制功能异常方面效果显著，在临床中，核心稳定性训练、腹部凹陷运动可用于提高稳定肌激活程度和减少激活时间；不稳定支撑面上的运动可用于提高稳定肌激活程度以及稳定肌与运动肌的协同比；功能性力量训练可用于减少稳定肌的激活时间；核心稳定性训练尤其是悬吊训练可用于降低稳定肌肌电疲劳指数；步行、呼吸运动也可用于提高稳定肌的激活程度。

3.3 LBP患者腰椎稳定肌神经控制异常及运动干预研究日益丰富，但仍存在许多亟待解决的问题：1）运动干预方案众多，比较各种运动方案治疗效果的实证研究较少，因此存在最优运动方案的问题；2）LBP患者腰椎稳定肌神经控制异常的运动干预效果研究多局限于稳定肌肌电时域、频域参数变化的某一方面，综合考虑稳定肌肌电活动变化的研究较少；3）经常进行侧桥练习和侧旋运动可选择性提高健康人单侧腰椎稳定肌厚度，但能否提高LBP患者患侧稳定肌厚度，平衡稳定肌左右侧肌电活动，有待于进一步研究；4）改善腹横肌、多裂肌神经控制的运动干预研究较多，而针对腰方肌的研究集中于LBP 患者神经控制异常的探讨，缺乏运动干预方面的相关研究。