基于MCU和3D-FEA对改善颈椎病疗效的前瞻性研究

柯玫瑰，许瑞旭，黄宁颖，郭 海，鄢行辉，吴南茜，窦思东*

1厦门市海沧医院，福建 厦门361026；

2福建医科大学附属泉州第一医院，福建 泉州362000；

3福建中医药大学，福建 福州350122；

4龙岩第二医院东城门诊部，福建 龙岩364000

随着网络发展及科技进步，手机功能及应用范围的拓展，据统计机构Counterpoint Research统计，全球超过半数的人每天累计看手机5 h以上。长时间的低头导致颈椎病的发病率年年提高。颈型颈椎病是颈椎病的早期阶段，也是防止颈椎病进一步发展与恶化的关键阶段。中国康复医学会制定的《颈椎病诊治和康复指南2010版》［1］指出，颈椎周围的肌肉、韧带、关节囊的急慢性损伤，以及动静力失衡、椎体失稳是颈型颈椎病的发病基础。电针作为有效的颈型颈椎病治疗和康复手段，多年来被广泛运用于临床，疗效显著。本研究团队在前期研究观察中发现南少林易筋经“托天桩”能显著改善颈型颈椎病临床症状，且各年龄段对于功法治疗反应存在差异。本研究旨在探索在标准电针治疗基础上，采用易筋经“托天桩”功法对颈型颈椎病疗效的影响，并对不同年龄段颈型颈椎病患者进行疗效观察，为颈型颈椎病的治疗与保养方法提供临床依据。

1 临床资料

1.1 病例选择标准

1.1.1 纳入标准 ①临床表现符合颈型颈椎病；②有典型的颈椎病影像学表现；③年龄16～65岁，病程＜2年者；④有中度以上疼痛和／或影响正常生活，视觉模拟评分（visual and analogue scale，VAS）评分＞5分；⑤对本研究知情同意并签署知情同意书。

1.1.2 排除标准 ①凝血功能障碍，如血小板减少性紫癜、血友病；②交流沟通有障碍，影响功能评定，或经评估无法完成功法要求动作；③妊娠或哺乳期妇女；④晕针或对电针治疗排斥者；⑤颈部骨折、结核、肿瘤等患者；⑥合并严重心脑血管、肝肾疾病、胃肠道疾病者；⑦心脏永久起搏器植入者。

1.1.3 脱落标准 ①研究过程中依从性差，不能规律接受治疗或无法坚持功法锻炼者；②研究过程中出现严重不良反应事件或并发症，不宜继续参加本研究者。

1.2 一般资料

于2016—2019年间在福建中医药大学附属康复医院及国医堂就诊的符合《颈椎病诊治与康复指南2010版》［1］颈型颈椎病患者。经福建中医药大学附属康复医院伦理委员会审批通过（批件号：2016KY-013-02）。本研究拟纳入150例患者，试验组与对照组纳入比为1∶1。采用分层随机化方法，根据患者就诊时年龄分为青年（16～30岁）、中年（31～50岁）、老年（51～65岁），再通过随机数字表法分为试验组和对照组。各年龄亚组人数不少于20例。试验组在标准电针治疗4周时同期进行南少林易筋经“托天桩”功法练习，并坚持功法练习至12周，对照组仅进行4周标准电针治疗。最终共纳入颈型颈椎病患者180例，研究过程中因家庭搬迁、随孩子读书搬迁、工作单位变更、外出旅游未能规范接受诊疗及锻炼者，致使研究病例脱落24例（13.33%），2组不同年龄阶段脱落病例数稍有差异，但总体各脱落12例，2组及不同年龄亚组的性别、年龄、病程差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

表1 各年龄段一般资料比较（±s）Table 1 Comparison of general data between every age group（±s）

表1 各年龄段一般资料比较（±s）Table 1 Comparison of general data between every age group（±s）

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2 方 法

2.1 治疗方法

2.1.1 试验流程 所有患者在治疗前均予VAS、全颈椎薄层CT扫描、颈椎多功能训练评估系统（mulicervical unit，MCU）评估颈椎各方向活动度及各方向肌力。2组均经标准电针治疗4周后再次进行VAS评估。对照组完成电针治疗后，进入观察随访阶段。试验组在电针治疗同期进行南少林易筋经“托天桩”功法练习至12周。12周后所有患者再次进行VAS量表评分、全颈椎薄层CT扫描、MCU评估颈椎各方向活动度及各方向肌力。

2.1.2 标准电针治疗 患者采取俯卧舒适体位，取风池、天柱同侧接电针；颈椎夹脊5与颈椎夹脊6同侧接电针，每位患者共接4组电针，选用连续波形，频率30 Hz，电流强度以患者耐受舒适为度，30 min／次，1次／d，5次／周，连续治疗4周。

2.1.3 南少林易筋经“托天桩”功法练习 ①训练内容：两脚分开，左脚在前，右脚在后，前四后六，双手抬起，举于头上，掌心向上，手指斜向内，掌心内含，如托球向天，目视前方，沉肩松肘，臂成弧形，舌抵上腭，含胸，微收会阴，呼吸自然。上述动作在三维动作分析仪监控下，以获得武术教练员资格者的“托天桩”动作为范本，规范患者的动作以及各关节角度的控制。②训练要点：头正，手圆，肩顺，胸出，腰稳，膝曲，脊正。右脚在前同理。每日练习30 min（左脚在前5 min，右脚在前5 min，交替进行），持续练习12周。

2.2 观察指标

2.2.1 疼痛评估 采用疼痛VAS［2］评估2组治疗前、治疗4周后、治疗12周后颈椎疼痛情况，数值越大表示疼痛越厉害，数值越小表示疼痛缓解。

2.2.2 颈椎各方向活动度及各方向肌力测定 采用美国BTE公司生产的MCU进行检测。①颈椎各方向活动度：检测每位患者颈椎前屈、后伸、左右旋转、左右侧屈各个方向的活动度，分别于治疗前至治疗12周后进行测量，每个方向测量3次取平均值。②颈椎各个方向最大肌力：检测每位患者颈椎前屈、后伸、左右侧屈活动时颈部肌肉最大肌力，每次测量要求患者维持5～10 s，测量3次取平均值，于治疗前至治疗12周后各测1次。

2.2.3 颈椎CT扫描及三维有限元模型制作 运用64排CT机对患者进行全颈椎薄层CT扫描，将DICOM格式的CT数据图片导入到Mimics 21.0中建立颈椎3D几何模型（见图1），经过逆向工程软件Geomagic Studio 12.0光顺处理后，最后在ANSYS 19.0中建立颈椎的有限元模型，单元数平均为1 018 624，节点数平均为197 256。对所有模型，约束最下位的C7椎体下表面，使下表面各节点完全固定，在C4椎体上终板中心建立参考点，模拟重力对模型加以73.6 N·m的预载荷，施加1.2 N·m扭矩，使模型前屈运动。对颈椎前屈运动时C4-C7椎间盘应力及钩突关节囊应力进行三维有限元分析（threedimensional finite element analysis，3D-FEA）。于治疗前至治疗12周后各测1次。

图1 颈椎3D几何模型Figure 1 3D geometry model of cervical vertebra

2.3 统计学方法

采用SPSS 20.0软件进行统计分析。计量资料符合正态分布以（±s）表示，2组之间治疗前后变化采用独立样本t检验，组内自身治疗前后比较和组内各亚组间计量资料采用oneway-ANOVA，运用Bonferroni法进行两两比较，以P＜0.05为差异有统计学意义；2组各亚组间比较采用独立样本t检验，以P＜0.017（Ⅰ类错误均分为3组）为差异有统计学意义。计量资料不符合正态分布用秩和检验，计数资料采用χ2检验。

3 结 果

3.1 2组疼痛评分比较

治疗前，2组和各年龄亚组VAS评分差异无统计学意义（P＞0.05）。电针治疗4周后2组VAS评分均较治疗前明显改善（P＜0.05），组内各年龄组及组间各亚组差异无统计学意义（P＞0.05和P＞0.017），提示治疗4周后2组疗效差异无统计学意义；治疗12周后，试验组和各亚组VAS评分均低于对照组（P＜0.05，P＜0.017），提示治疗12周后功法训练改善疼痛症状优于对照组；治疗12周后各年龄亚组疼痛评分缓解程度差异具有统计学意义（P＜0.05），提示青年患者疼痛缓解优于中、老年患者。见表2。

表2 2组疼痛评分比较（±s） 分Table 2 Comparison of pain scores between two groups（±s）Scores

表2 2组疼痛评分比较（±s） 分Table 2 Comparison of pain scores between two groups（±s）Scores

注：与本组治疗前比较，1）P＜0.05；与对照组同期比较，2）P＜0.017。Note:Compared with this group before treatment,1)P＜0.05;Compared with the control group during the same period,2)P＜0.017.

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3.2 2组治疗前至治疗12周后颈椎活动度比较

治疗前，2组颈椎各方向活动度相比差异无统计学意义（P＞0.05）。治疗12周后检测，2组在颈椎前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转活动度上较本组治疗前有不同程度增加（P＜0.05），同期2组间以及各亚组间改善差异均有统计学意义（P＜0.05，P＜0.017）。见表3。

表3 2组治疗前和治疗12周后颈椎活动度比较（±s） °Table 3 Comparison of cervical mobility between two groups before treatment and after 12 weeks of treatment（±s）°

表3 2组治疗前和治疗12周后颈椎活动度比较（±s） °Table 3 Comparison of cervical mobility between two groups before treatment and after 12 weeks of treatment（±s）°

注：与本组治疗前比较，1）P＜0.05；与对照组同期比较，2）P＜0.017。Note:Compared with this group before treatment,1)P＜0.05;Compared with the control group during the same period,2)P＜0.017.

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3.3 2组治疗前至治疗12周后颈椎各方向肌力比较

治疗前，2组各方向活动最大肌力相比，差异无统计学意义（P＞0.05）。治疗12周后，2组在颈椎前屈、后伸、左右侧屈各方向上肌力较治疗前均有不同程度增加（P＜0.05），同期2组间以及各亚组间改善差异均有统计学意义（P＜0.05，P＜0.017）。见表4。

表4 2组治疗前和治疗12周后颈椎各方向肌力比较（±s）ibsTable 4 Comparison of muscle strength in all directions of the cervical spine between two groups before treatment and after 12 weeks of treatment（±s）ibs

表4 2组治疗前和治疗12周后颈椎各方向肌力比较（±s）ibsTable 4 Comparison of muscle strength in all directions of the cervical spine between two groups before treatment and after 12 weeks of treatment（±s）ibs

注：与本组治疗前比较，1）P＜0.05；与对照组同期比较，2）P＜0.017。Note:Compared with this group before treatment,1)P＜0.05;Compared with the control group during the same period,2)P＜0.017.

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3.4 2组前屈活动时C4-C7椎间盘应力比较

治疗前，2组前屈活动时C4-C7椎间盘应力相比差异无统计学意义（P＞0.05）。治疗12周后，2组在颈椎前屈活动时C4-C7椎间盘应力较本组治疗前均有不同程度下降，C5-C6下降较明显；同期同椎间盘节段2组相比，试验组C4-C7椎间盘应力下降最明显，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表5。同期、同椎间盘节段相比青年患者颈椎前屈活动时C4-C7椎间盘应力最小，中年次之，老年最大；与治疗前相比，青年患者颈椎前屈活动时C4-C7椎间盘应力下降幅度最大，中年患者次之，老年患者幅度最小。

3.5 2组前屈活动时C4-C7钩突关节囊应力比较

治疗前，2组前屈活动时C4-C7同节段钩突关节囊应力相比差异无统计学意义（P＞0.05）。治疗12周后，2组在颈椎前屈活动时C4-C7钩突关节囊应力较本组治疗前均有不同程度下降 （P＜0.05）；同期同节段钩突关节囊应力2组相比差异有统计学意义（P＜0.05）。见表6。同期、同节段相比青年患者颈椎前屈活动时钩突关节囊应力最小，中年次之，老年最大；与治疗前相比，青年患者颈椎前屈活动时钩突关节囊应力下降幅度最大，中年患者次之，老年患者幅度最小。

表5 2组治疗前后前屈活动时C4-C7椎间盘应力变化比较（±s）MPaTable 5 Comparison of disc stress between C4-C7 during forward flexion activity between two groups before and after treatment（±s）MPa

表5 2组治疗前后前屈活动时C4-C7椎间盘应力变化比较（±s）MPaTable 5 Comparison of disc stress between C4-C7 during forward flexion activity between two groups before and after treatment（±s）MPa

注：与本组治疗前比较，1）P＜0.05；与对照组同期比较，2）P＜0.05。Note:Compared with this group before treatment,1)P＜0.05;Compared with the control group during the same period,2)P＜0.05.

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表6 2组治疗前后前屈活动时C4-C7钩突关节囊应力变化比较（±s）MPaTable 6 Comparison of stress in the barbicular capsule between C4-C7 during forward flexion activity between two groups before and after treatment（±s）MPa

表6 2组治疗前后前屈活动时C4-C7钩突关节囊应力变化比较（±s）MPaTable 6 Comparison of stress in the barbicular capsule between C4-C7 during forward flexion activity between two groups before and after treatment（±s）MPa

注：与本组治疗前比较，1）P＜0.05；与对照组同期比较，2）P＜0.05。Note:Compared with this group before treatment,1)P＜0.05;Compared with the control group during the same period,2)P＜0.05.

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4 讨论

4.1 从现代医学角度看颈椎病

现代医学认为颈椎病的发生、发展主要是颈椎动静力失衡及颈椎间盘退变导致［3］。宏观层次是颈椎生物力学改变，微观层次是颈椎间盘的退变，两者共同作用导致颈椎病。由于生活习惯不良、姿势不当或长期伏案工作导致颈部肌肉动力性失衡引起颈椎曲度变直，这在颈椎病早期的发生发展过程中起着重要作用［4］。颈椎生理曲度变直进一步改变了颈椎间盘应力及钩突关节囊应力，进而促进颈椎病的发展及恶化。故本研究从宏观、微观不同层次入手，研究不同年龄段人群颈椎功能活动度、颈部肌力、椎间盘应力、钩突关节囊应力。

4.2 电针治疗

电针是针刺手法和脉冲电刺激相结合的产物，是临床常用有效的治疗方式。国内外对电针镇痛原理进行了大量的研究，发现电针能调节中枢β-EP的含量，这可能是其镇痛的机制［5］。针刺后加上电刺激，不仅明显加大了下丘脑β-EP的含量，同时使脊髓β-EP含量明显提高，提示炎症疼痛可应激性激发内源性阿片肽系统，使下丘脑β-EP释放量增加而产生一定的镇痛作用，而电针的刺激加快下丘脑和脊髓β-EP的合成与释放，提高疼痛阈值，增强镇痛作用［5］。还有研究表明，反复多次使用电针配合治疗，可使针刺的刺激量得到累加，消除或缓解疼痛，作用原理可能与海马及下丘脑突触素、钙离子／钙调素依赖性蛋白激酶Ⅱ表达上调有密切关联［6］。在本研究中，电针治疗确实使不同年龄段颈型颈椎病患者的VAS显著降低。

4.3 有限元的临床研究

有限元研究方法首先由BELYTSCHKO等［7］在1972年引入脊柱生物力学领域。1994年BOZIC等［8］创造单椎体颈椎的有限元模型。VOO等［9］应用成熟的两节段颈椎三维有限元模型，完成了数项模拟实验［10-11］。近年来新的颈椎三维有限元模型不断出现，不仅能清楚还原脊椎韧带、椎间盘、椎体的各部分结果，还能根据需求灵活调整各类参数，通过变量和定量的改变持续对研究对象进行重复研究［12-14］。有限元分析法是将研究对象分割成小单元的组合体，然后对每个小单元进行分析，得出脊椎内部应力与形变情况。通过有限元分析软件可以得出不同角度下颈椎椎间盘、韧带、关节的力学参数，是目前公认安全、有效的评估方法。本课题应用有限元法研究颈型颈椎病下段，发现在前屈活动过程中，2组在椎间盘应力、钩突关节囊应力上均有不同程度的缓解，而且试验组改善更明显，这可能与“托天桩”能使上斜方肌充分放松有关。老年组无论是椎间盘应力还是钩突关节囊应力都明显高于青年组，这可能与骨骼肌肌力下降、关节韧带松弛、椎间盘失水变性有关。

4.4 MCU检测的优越性

由于目前所建立的颈椎有限元模型大部分模拟的是颈椎组织中的刚性结构部分，对软组织的研究主要集中在椎间盘、关节、韧带方面；对颈部肌肉的研究因其力学性质复杂和患者个体差异，难以得到可靠数据而无法建立颈椎肌肉的有限元模型［15］。MCU是由美国BTE公司生产的脊椎功能评价和训练的仪器，是目前国际上唯一可以客观量化评估患者等长收缩最大肌力及颈椎关节活动度的测试系统，其优点是：①MCU能客观量化评价颈椎的功能状态，弥补临床影像学诊断的不足；②MCU可以动态监测颈椎在各个不同方向上的活动，为进一步研究颈椎疾病提供有效的数据支持［16］。

4.5 “托天桩”特点

《易筋经》记载：“易者，乃阴阳之道也。”“易”是变通、改换、脱换之意；“筋”指筋骨、筋膜；“经”则带有指南、法典之意。易筋经就是改变筋骨的方法。长期修炼南少林易筋经能使人神清气爽，体态轻盈，通过意念导引更能改善人体细胞组织之新陈代谢，对于强健体魄，改善人体的精、气、神有很大帮助［17］。“托天桩”为少林易筋经内功精华，它的主要特点是动静相宜，内外协调，靠意念及内气导引，气随意至丹田后，潜气内转，周流全身，具有通督强脊的作用［18］。托天桩采用自然呼吸法，意守丹田。预备姿势：向南而立，两脚开立，与肩同宽，两臂自然下垂，身心放松，两眼向前平视，鼻吸鼻呼。练习时对脊柱动作要求：①头宜正，保证整个颈椎及周边组织保持正常生理位置，同时加强了颈椎关节的相关肌肉的稳定性；②双肩放松，以利于椎体周围肌肉组织充分放松；③挺胸，锁定胸椎小关节，根据杠杆原理，使胸椎、颈椎处于正常的前凸后伸的生理位置；④腰部稳定，此时人体腰椎关节保持稳定状态，从而为颈、胸椎的稳定提供“基底”作用；⑤脊柱处于正直位，此时整个脊柱（包括颈、胸、腰椎）都处于稳定状态。《黄帝内经》云：“骨正筋柔气血以流”。托天桩练习使人体上肢、下肢在“拔骨”的同时“伸筋”，功法练习过程中能激活人体筋膜、韧带、肌腱、关节囊等结缔组织，促进机体的血液循环，改善软组织的营养代谢过程，提高机体的柔韧性、灵活性，改善骨关节结构，解除肌纤维痉挛，缓解肌肉疲劳。长时间进行托天桩功法练习，能纠正脊柱内部的小关节紊乱，在强化脊柱深层核心稳定肌的同时使表层动作肌得到有效的放松，可以改善脊柱两旁肌肉状态，维护和强化脊柱的稳定性，进而调整颈椎异常生理曲度。电针治疗结合托天桩练习，使疗效更持久，复发率更低，而且能调节颈椎异常生理曲度，改善颈椎软组织生物力学环境，恢复颈椎动静力平衡状态和颈椎功能，长期练习能调整和恢复椎体力学平衡，有效缓解颈项部肌肉酸痛［19-21］。

4.6 从中医学角度看颈椎病

从中医传统理论来看，颈型颈椎病与宗筋理论高度相关［22］。“筋”指的是深浅筋膜、肌肉、肌腱、韧带、关节囊等软组织［23］。《素问·痿论》中有“宗筋主束骨而利机关”的论述，可理解为“筋”具有调控关节正常活动的功能。古代医家认为颈痛与肝肾二脏的功能状态关系密切。《医述·肩背臂痛》云：“病在肾，则病肩、背、颈项痛。”《证治准绳》云：“颈痛皆由肾虚不能生肝，肝虚无以养筋，筋挛脉滞，故机关不利。”南少林易筋经的练习通过伸筋拔骨使内气通于经络、充于皮肤，提升人体正气，使筋柔、骨正、气血充盈、脏腑调和、阴阳平衡以利机关。站桩功法练习通过调身、调息、调心，调节自身形、气、意的状态。长时间的托天桩功法练习，能使三阳脉的气血上升，合络督脉，督脉阳气均衡，背后三关自然通畅，常练此动作，能使大脑血液灌注量增加，血管弹性提高，从而使气血供应充分，起到提神醒脑的作用。本课题组在前期研究中发现南少林易筋经“托天式”能通督强脊，改善阳虚患者的体质状态［24］。本研究从不同年龄段观察也发现，青年患者颈椎各方向活动度的改善及各方向最大肌力的增加都比中、老年患者效果显著，这可能与青年患者筋骨刚强、气血充盈、脏腑功能强健、阴阳充盛有关。

综上所述，本研究从宏观、微观不同层次进行探讨，电针结合“托天式”功能锻炼优于单纯电针治疗，且青年患者疗效更显著。