呼吸训练在非特异性腰痛中的研究进展

张琦 张恩铭

(北京体育大学 北京 100084)

据报道，腰痛在西方国家是一个主要的健康问题，它与人们的医疗支出、工作缺勤、生活功能障碍密切相关，是最常见的肌肉骨骼疾病[1]，而腰痛又可根据是否有具体的病理原因，分为特异性腰痛（specific low back pain）和非特异性腰痛（nonspecific low back pain,NLBP），特异性腰痛是指腰痛症状来自于特定的病理生理机制，诸如感染、骨质疏松、类风湿性关节炎、骨折或肿瘤等，非特异性腰痛是指没有明确病因的腰痛症状，即无法追踪到特定的病理起源的腰痛症状，有研究表明，大约90%的下腰痛患者均为非特异性腰痛[2]，当非特异性腰痛的持续时间超过3个月以上，则被定义为慢性非特异性腰痛[3]。

腰痛被认为是一种“生理解剖—心理—社会诱发疾病”，特别是NLBP在目前临床上就其诊断和机制的研究依旧没有统一的界定标准，所以目前针对NLBP的治疗采用多学科综合治疗，涉及多个方面，其目的均是为了减轻患者疼痛、减少残疾和功能障碍，以及对患者的心理进行疏导，从而使得NLBP患者能更好地回归生活、回归工作[4]。虽然众多学者对NLBP的治疗进行了探讨和研究，但是对于目前众多用于治疗NLBP的干预手段，均缺乏证据证明其临床疗效及长期的治疗效果[2-4]，近年来由于研究领域的深入，在对人体呼吸系统的研究中，发现正确的呼吸力学能够有效地保证脊柱的稳定性，吸气肌的状态（如膈肌）对姿势控制也有着密不可分的关系，除此之外，呼吸还兼备对人体心血管、神经系统的调节作用，因此越来越多的研究将呼吸与NLBP相结合，希望能够基于呼吸这一新角度，来探索出NLBP的具体原因或是提供新的治疗方案。

1 非特异性腰痛的病因分析

伤害性刺激在急性疼痛中起主要作用，脊柱中的各种结构可根据其神经支配构成疼痛的源头，但是仅仅依靠解剖学上的数据是无法对疼痛进行临床解释的，在慢性疼痛中，心理社会因素会变得非常相关，对于解释人们对腰痛的反应非常重要[5]。在非特异性腰痛患者中发现了脊柱的稳定性及灵活性下降、运动控制障碍、本体感觉异常、神经疼痛抑制异常等不良表现，但其具体的病理原因仍无法确定，许多因素被认为是疼痛的可能原因，或是能够影响疼痛的发展和随后的过程，如椎间盘、韧带、肌肉、神经、大脑控制及诸多环境心理因素。

有研究表明，男性椎间盘间隙狭窄和腰痛的比值（OR）为1.9[6]，而在椎间盘退化的研究中这一数值更为显著，OR大于2[7]。尽管如此，一项对腰痛及其病因的系统综述则表明，在个体水平上，任何通过核磁共振（MRI）诊断的病变都不能被确认为引起腰痛的原因，因为这种MRI上解剖的异常在无症状的人群中也存在[8]。3项[9-11]对多裂肌横截面积与腰痛关系的研究发现，腰痛患者的多裂肌横截面积与健康人群有明显差异，几乎所有的下腰痛患者都会存在核心肌肉力量薄弱的现象，这使得腰痛患者的躯干稳定性下降，进而导致身体运动的改变。有研究表明，腰痛患者核心肌肉力量下降会导致下肢本体感觉的传入异常，而本体感觉的不良又进一步恶化了核心肌群的失衡[12]，椎体的稳定性还与周围的韧带有关，诸如前纵韧带防止脊柱过伸、后纵韧带防止脊柱过屈、保护脊髓的黄韧带等。Yoshiiwa T[13]等发现腰椎黄韧带的肥大与腰椎的稳定性及年龄大小呈正相关，这提示腰椎不稳可能导致相应阶段的黄韧带代偿性肥大，相比黄韧带，较薄弱的棘间韧带、横突间韧带，在大范围的脊柱活动中，则更容易受到损伤，韧带的受损或异常影响了脊柱的内在稳定性，从而加速了腰椎及椎间盘的退行性变。腰椎的活动性不仅与椎间盘有关，还与其椎体小关节有关，腰椎小关节由椎体的上下关节突构成，关节面接近矢状面，从而在脊柱的整体运动中，腰椎负责更多的屈伸活动度，旋转则受到一定的限制。1911年，国外学者Goldthwaith首次提出引起腰痛的一个重要因素可能是腰椎小关节的退变，椎体双侧关节突关节与椎间盘构成“三关节复合体”，当小关节发生病变产生异常导致椎体不对称的运动模式产生后，“关节复合体”则会受到过多的压力负荷，最终破坏了脊柱的稳定性引起腰痛[14]，目前针对小关节病变引起腰痛的病理机制仍存在争议，国外一项临床研究针对176名无影像学异常的NLBP患者实施了椎体小关节的封闭治疗，选用短效的利多卡因和长效的布比卡因进行对比，当患者对两者均产生反应且疼痛的缓解时间与麻醉的药物作用时间相符合，则被判定为是关节突源性疼痛，结果显示只有15%的患者达到阳性标准（疼痛缓解了50%以上）[15]，因此腰椎小关节病变是否是导致腰痛的因素需要进一步探讨。

根据一项前瞻性病例对照研究发现，肿瘤坏死因子a（TNFa）在腰痛中可能具有病理生理学的作用，在6个月的观察中，腰痛组TNFa阳性个体的比例始终高于对照组[16]，其他实验研究表明，从退行性髓核提取的神经生长因子可能在疼痛传递中起作用，因为神经生长因子促进轴突生长并诱导P物质的产生[17]，这些发现的临床意义还需要进一步阐明。

长期以来，日常生活中的不良姿势或职业行为导致的力学因素被认为是腰痛诱发的一个风险因子，国外一项对医护工作者的研究中发现，工作环境和工作状态的不同与腰痛有着显著的相关性[18]，但是根据Bradford-Hill评估标准的8次系统评估发现，职业坐姿、异常姿势、站立或者步行、推拉、屈曲和扭转及大重量工作都不太可能是引起下腰痛的独立原因[19]。除此以外，有研究还表示肥胖及吸烟均会导致下腰痛的风险增加[20-22]。

引起腰痛的潜在原因很多，导致其具体的发病原因和机制还存在许多争议，需要进一步研究探讨，它不仅可能存在着自身组织和神经源性的病变，同时也与患者所处的社会环境及患者的心理因素有关，正是由于这种复杂性，所以目前将其划分为一种由“解剖生理—社会—心理”诱发的疾病，需要多学科的综合干预。

2 呼吸与NLBP的相关性

人体每时每刻都在进行着呼吸，每天大约需要进行2万多次呼吸，呼吸对人体的生命维持至关重要，是外界与机体进行气体交换的过程，肺本身是不具备扩张能力的，所以呼吸运动是通过肌肉的收缩带动胸廓的运动，使得肺部被动进行伸缩来完成吸气和呼气，根据肌肉对胸廓的运动作用又可分为吸气肌和呼气肌，包括膈肌、腹部肌肉、肋间外肌等，通过分析可以看出，呼吸功能与脊柱的稳定性具有许多相同的解剖结构，所以众多学者开始对腰痛患者的呼吸特征进行研究与探讨。

膈肌是整个呼吸动作中最重要的肌肉，膈肌的收缩与放松所带来的胸腔扩张和缩小是驱动整个呼吸过程中的主要引擎，它起于胸骨、肋骨和腰椎，并止于中心腱，将人体的胸腔和腹腔隔开，在正常的潮汐呼吸中，其承担了约80%的呼吸工作，同时膈肌在脊柱控制中也起着非常重要的作用。Lotte Janssens[23]等人发现NLBP患者会比健康群体出现更早的膈肌疲劳，并认为这可能是复发性NLBP的潜在机制，国外一项病例对照研究也发现了LBP患者在躯干稳定受到挑战时会出现呼吸模式的改变[24]，Pavel等人的研究也证明了相同的观点，其发现在CLBP患者的膈肌运动中，当出现姿势性控制任务时，膈肌的偏移和运动减少[25]。所以，当呼吸的需求增加时，则会影响对脊柱的控制，尤其是在腰痛患者中，当人体无法平衡膈肌在呼吸需求和姿势控制时，便会出现脊柱的稳定性破坏。

在姿势控制中，本体感觉发挥着重要的作用，游离神经末梢与分布在韧带、肌腱和关节囊中的感受器相连，当这些深层的感受器察觉到了人体躯干的运动变化时便会产生本体感觉，神经末梢将这些信号传入中枢系统进行更高级别的信息整合引发反馈调节。有研究表明，LBP的本体感觉降低，导致在身体遇到不断变化时，姿势控制能力受损，正常人体在进行姿势控制时，需要踝关节、膝关节、髋关节及脊柱在相应水平上的本体感觉输入，而NLBP患者由于本体感觉的下降或欠缺，导致出现与健康个体不同的姿势控制策略，其没有多节段的运动链控制，而是更多地依赖于踝关节的本体感觉使用[26]，而LBP患者本体感觉的缺失可能又是由于呼吸相关肌肉的功能障碍导致，首先LBP个体与健康个体相比，膈肌更容易出现疲劳性及控制障碍[23-25]，Lotte Janssens等人发现吸气肌的负荷增加会迫使健康人体转向不佳的姿势控制策略，更多地依靠踝关节的调控，背部肌肉的本体感觉信号减少，而这种背部本体感觉信号的减弱与背部肌肉氧合作用和血流量的减少有关，这可能表明吸气肌对背部肌肉的氧气供应和血流供应有一定影响[27]，其在此基础上进行了后续实验，发现在对吸气肌进行负荷训练后，在姿势控制期间，NLBP个人对背部的本体感觉信号增加，并且活动能力加强，LBP的严重程度下降[28]，吸气肌的训练，除了锻炼到相应的吸气肌，也刺激了参与姿势控制的皮肤、肌肉和关节感受器，增高了感觉传入信号，从而改善了定位、感知身体的能力，而这些可能之前因为疼痛信号的传入被扰乱，所以吸气肌的功能可能还在于对交感神经的调节及修正疼痛闸门控制，改善疼痛调节机制[27-29]。所以，通过吸气肌的负荷能力，能影响到躯干的稳定功能，可以改善本体感觉的传递和姿势控制策略的选择，这些变化使得人体在应对姿势变化时能更好地通过本体感觉的传输进行更合适的姿势控制。

与健康人群相比，NLBP患者的呼吸特征发生了改变，并且通过呼吸锻炼可以改善呼吸系统的特性，如呼吸肌耐力、膈肌活动度、胸廓的扩张及不良的呼吸模式[30]，这些都只是解剖运动学层面上的改变，NLBP的病因复杂多样，涉及更多神经调节及心理的影响，慢性腰痛患者脑内结构及神经感知功能变化的临床依据越来越多[31,32]，腰痛患者常会产生焦虑的心情，焦虑引起的交感神经系统兴奋又会触发一系列的生理反应，如心率升高、肌肉紧张、呼吸急促等，这些又会加重腰痛的程度导致恶性循环，甚者焦虑本身就是腰痛的诱发因素之一，研究表明膈式呼吸通过增加血液中的二氧化碳水平刺激副交感神经，能够有效减少压力和焦虑[33]。Shirley Telles等也得到了相似的结果，其发现瑜伽练习可以改变慢性腰痛患者的自主神经平衡，更多地刺激迷走神经的支配[34]，身心训练如瑜伽、太极拳和气功都已经被证实可以激活副交感神经系统，但是是如何达到这些效果的仍不清楚，需要进一步探讨。Michael S.Chin发现相比单独的呼吸训练或者肌肉训练，有节奏的呼吸伴随肌肉的交替收缩对激活副交感神经有更强烈的效果，这可能有助于解释身心训练的减压益处[35]。由此可以看出，呼吸与腰痛有着密不可分的联系。

3 呼吸训练治疗NLBP的相关研究

传统的保守治疗往往集中在运动和手法治疗干预上，但没有明确的证据能表明这些方法在减轻疼痛和增强功能方面显著有效，并且缺乏长期随访的治疗证据。基于多种因素的限制，对于腰痛患者的治疗目前在寻找一种新的治疗方法，而呼吸疗法作为一种集身体意识、呼吸、冥想和运动于一体的疗法，具有更高的操作性、安全性和持久性。

Janssens L等人[28]在已经证明LBP的个体和健康个体在吸气负荷下呼吸会降低躯干对背部本体感觉依赖，为了探讨吸气肌训练是否影响LBP患者姿势控制时本体感觉的运用，将28例LBP患者随机分为高强度吸气肌训练组和低强度吸气肌训练组，经过持续8周，每周7d，每天2组30次的呼吸训练后，高强度呼吸训练组的呼吸功能显著增强，腰痛明显减轻，本体感觉增强。Wolf E Mehling[36]等人将36名慢性腰痛患者分为呼吸治疗组和常规物理治疗组，经过6～8周的干预后，发现呼吸疗法可以明显改善CLBP患者的病情，所带来的疼痛减轻和功能变化与长期的物理治疗作用相当。Erik J.Groessl[37]等人通过将150名CLBP的腰痛军人随机分为瑜伽治疗组和延迟瑜伽治疗组（6个月后进行瑜伽训练），干预计划为每次1h，每周2次，持续12周的瑜伽训练，实验结果表明，包含呼吸训练的瑜伽改善了退伍军人的健康状况及腰痛残疾评分。Padmini Tekur[38]等人将80名CLBP患者随机分为瑜伽治疗组和腰痛理疗组，经过1周的疗程后，与理疗组相比，瑜伽组在生活质量和压力值方面表现出明显的改善，实验结果表明，包含呼吸训练的瑜伽比理疗锻炼更能提高生活质量和脊柱柔韧性。Suttinee P[39]等人将72名患有NLBP的上班族随机分为气功组和一般治疗组，气功组进行为期6周的气功练习，每周1h，研究结果表明，气功组参与者的疼痛强度和背部功能残疾显著降低，背部的活动范围、核心肌肉力量、心率、呼吸频率和精神状态都显著高于对照组。Kang[40]等将20名CLBP患者随机分为呼气训练组和运动疗法组，经过每次30min，每周4次，持续6周的干预后，两组受试者腹部肌群、竖脊肌活动增加，组间比较Oswestry残疾指数有明显差异。

虽然这6项随机对照实验都表明了呼吸训练对NLBP患者有一定的治疗效果[28,36-40]，但是他们使用了不同的呼吸干预方式，Janssens等[28]选择的是针对呼气肌的负荷训练，Mehling、Kang等[36,40]则是利用语言和触觉对患者的呼吸模式进行指引，使参与者意识到自己呼吸运动的微妙感觉，目的是促进一种自发的、无输入的熟练呼吸模式，其余3者[37-39]则是通过瑜伽或者气功的方式来对患者进行训练，与此同时6项实验的结果采用了不同的结果衡量标准和对照组设计，VAS[28,36,37,39]由于简单方便使用居多，关于腰痛残疾障碍的功能量表主要分为2种，即The Oswestry Disability Index（ODI）[28,40]及Roland-Morris量表[36,37,39]，其他标准根据各项实验的目的相应有所区别，如吸气肌力量和背部本体感觉测定[28]、压力量表和直腿抬高实验[38]、心率及核心稳定[39]、肌电[40]等。由于呼吸方案、评定标准、对照组的不同设计，很难确定哪一种方法更加有效，对于呼吸训练对于腰痛患者治疗效果的机制也欠缺统一。例如，Janssens等[28]认为吸气肌负荷训练可以治疗LBP的原理在于呼吸训练增强了膈肌功能及改变了疼痛闸门控制，从而对背部本体感觉依赖性增加，但还需要进一步的前瞻性研究揭示这种关联是否与非特异性下腰痛的发生和复发有关，Kang等[40]则认为呼吸训练使腹部肌群和竖脊肌的激活增强，从而对维持躯干的稳定性增加，瑜伽、气功[37-39]虽然被证实可以作为治疗NLBP的一种手段，但是其干预过程不仅包含呼吸的锻炼，还包括体式、冥想等，所以需要进一步探讨这些方式中针对NLBP患者影响最大的部分。

虽然呼吸治疗的效果与物理治疗效果一样，并具备更高的安全性、依从性[36]，但是目前仍然缺乏一个较为统一的评价标准，关于呼吸训练和腰痛的随机对照的研究目前尚欠缺，对于呼吸训练的长期疗效和呼吸与其他治疗的联合疗效需要更进一步的探讨。

4 结语

目前，针对NLBP的具体病因还需要更深入的实验研究，考虑其潜在致痛的多种因素需要新的方法和新的视野去看待，呼吸的研究为其提供了新的角度，但是目前对于人体呼吸系统及呼吸训练的研究更多集中于心肺康复方向，缺乏与腰痛针对性的研究。呼吸训练的作用在自主神经调节、矫正不良呼吸模式、增强心肺功能、激活核心力量等方面都较为显著，同时由于其方便易行、经济安全的特征也受到越来越多的关注和应用，但是如何找到最佳的呼吸模式，如对呼吸的频率、深度、吸气与吐气的时间比、膈式呼吸等；如何定义好呼吸训练的负荷，如吸气肌阻力、持续时间、呼吸肌耐力或爆发力的训练等；如何选择良好的评定指标；如何在临床正确评估呼吸训练的疗效都需要进一步研究和大量的实验验证。

未来的研究应该侧重于呼吸的内在机理及比较不同类型的呼吸方案及其对NLBP的影响，具体而言应考虑比较呼吸运动的类型、呼吸训练的频率、呼吸运动的持续时间和呼吸训练干预的长期影响的研究，一旦进行了更多高质量的随机对照实验，就应该对这些实验进行系统综述和meta分析，以针对呼吸训练对腰痛的治疗产生高质量的临床建议。