颈痛与运动表现对颈椎关节间压力的影响:基于 OpenSim 的突破性研究

【字体: 时间:2025年02月12日 来源:Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation 5.2

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  为探究颈痛与运动表现对颈椎关节间压力(CF)的影响,弥补现有研究仅针对健康个体的空白,研究人员开展相关研究。结果显示颈痛组 CF 更高,且峰值 CF 与颈痛、最大自主等长收缩(MVIC)、峰值角度相关。该研究为颈痛防治提供新视角。

  在日常生活中,很多人都被颈痛所困扰,这不仅影响生活质量,还可能带来经济负担。据估计,22 - 70% 的人一生中至少经历过一次颈痛。然而,慢性颈痛的确切病因尚未完全明确,其中生物力学异常被认为是重要因素之一。以往研究虽表明颈椎处于屈曲位时 CF 显著增大,不良姿势导致的过度 CF 可能增加颈痛风险,但这些研究大多是基于健康人群的模拟,缺乏对颈痛患者的研究。同时,肌肉力量、运动速度等与 CF 的关系也尚不明确。为了填补这些理论空白,南方医科大学珠江医院等机构的研究人员开展了一项基于 OpenSim 的横断面研究,相关成果发表在《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》上。
研究人员采用了 3D 运动捕捉系统和多颈椎单元(MCU)等关键技术方法。通过 3D 运动捕捉系统(BTS SMART - DX EVO2)收集 60 名参与者(30 名颈痛患者和 30 名无症状者)的运动学数据,同时使用 MCU 评估参与者的最大自主等长收缩(MVIC)。之后,利用 OpenSim 软件中的 HYOID 模型进行分析,通过逆运动学(IK)、静态优化(SO)和关节反应(JR)分析,计算出 CF。

研究结果


  1. 定性分析:在屈伸、侧屈和旋转运动的整个过程中,颈痛组各节段的关节间 CF 始终高于无症状组。具体数据显示,在屈伸运动时,颈痛组 C4 - C5 和 C5 - C6 节段的标准化峰值关节间 CF 均值比无症状组分别高 13.4% 和 13.1%(前屈阶段)、13.4% 和 13.0%(后伸阶段);侧屈运动时,左侧 C3 - C4、C4 - C5、C5 - C6 和 C6 - C7 节段分别高 10.4%、11.0%、10.8% 和 10.8%,右侧 C3 - C4、C4 - C5、C5 - C6 和 C6 - C7 节段分别高 15.1%、15.6%、15.6% 和 15.1%;旋转运动时,颈痛组 C1 - C2 节段在左、右旋转时分别比无症状组高 8.3% 和 7.0%。
  2. 定量分析
    • 屈伸运动:在 C4 - C5 和 C5 - C6 节段的屈伸阶段单变量回归分析中,标准化峰值 CF 与颈痛、峰值角度、MVIC 均显著相关。多变量回归模型表明,在屈曲阶段,颈痛、峰值角度和 MVIC 能显著解释标准化峰值 CF,C4 - C5 和 C5 - C6 模型分别解释 38% 和 39% 的方差;在伸展阶段,峰值角度和 MVIC 显著解释标准化峰值 CF,两个节段模型均解释 39% 的方差。
    • 侧屈运动:在 C3 - C4、C4 - C5、C5 - C6 和 C6 - C7 节段的左右侧屈单变量回归中,标准化峰值 CF 与颈痛、峰值角度、MVIC 均显著相关。左侧屈四个节段的多变量回归模型中,峰值角度和 MVIC 显著解释标准化峰值 CF,解释方差分别为 30%、31%、32% 和 32%;右侧屈时,C3 - C4、C4 - C5、C5 - C6 节段模型中颈痛、峰值角度和 MVIC 显著解释标准化峰值 CF,C6 - C7 节段则是峰值角度和 MVIC 显著解释,解释方差分别为 29%、30%、31% 和 31%。
    • 旋转运动:在 C1 - C2 节段的左右旋转单变量回归中,标准化峰值 CF 仅与峰值角度显著相关。多变量回归中,左旋转时颈痛和峰值角度显著解释标准化峰值 CF,模型解释 24% 的方差;右旋转时仅峰值角度显著解释,模型解释 9% 的方差。


研究结论与讨论


该研究首次同时收集颈痛患者和无症状者的数据进行肌肉骨骼模拟,全面比较了两组在三个平面运动时 CF 的变化,并探究了颈痛、运动表现特征与 CF 的相关性。研究发现,颈痛组的 CF 在几乎所有运动节段都高于无症状组;峰值角度与峰值 CF 呈正相关;运动时间与峰值 CF 无显著相关性;MVIC 与峰值 CF 呈负相关;颈痛与屈曲、右外侧屈(除 C6 - C7 节段)和左旋转阶段的峰值 CF 显著增加有关。

这些结果揭示了颈痛新的生物力学机制,为肌肉力量训练提供了理论基础。对于医疗保健人员而言,可依据肌肉力量评估设计针对性干预措施,帮助颈痛患者缓解疼痛,也有助于对有颈痛风险人群进行早期预防。不过,该研究存在一定局限性,如横断面研究设计无法推断因果关系,计算机模拟未精确考虑部分解剖结构的 CF,运动表现指标研究不够全面等。未来研究可通过队列研究确定 CF 阈值,开展肌肉力量训练干预的随机对照试验,同时综合考虑更多运动指标,进一步深入探究颈痛的发生发展机制,为颈痛的防治提供更有力的支持。
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