《Experimental Physiology》：Hyper-buoyancy flotation increases cervical disc height and reduces vertebral stiffness, with only partial reversal after acute 1 g axial loading
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暴露于微重力（microgravity）与身高增加、中重度背部/颈部疼痛以及飞行后腰椎和颈椎椎间盘（intervertebral disc，IVD）突出风险升高相关。尽管腰椎病理生理学已有研究，但对颈椎的关注甚少。因此，本研究的目的是确定4小时超浮力漂浮（hy
暴露于微重力（microgravity）与身高增加、中重度背部/颈部疼痛以及飞行后腰椎和颈椎椎间盘（intervertebral disc，IVD）突出风险升高相关。尽管腰椎病理生理学已有研究，但对颈椎的关注甚少。因此，本研究的目的是确定4小时超浮力漂浮（hyper-buoyancy flotation，HBF）及随后15分钟直立1 g暴露对身高、颈椎IVD高度、颈椎肌肉横截面积（cross-sectional area，CSA）和厚度、被动颈椎椎体刚度（passive cervical vertebral stiffness）的影响，以及它们与身高变化和/或颈部疼痛的关联。为探究此问题，12名健康志愿者（5名男性；30.2±7.2岁，66.1±11.7 kg，173.4±8.5 cm）参与了研究。研究人员在HBF前（Pre HBF）、4小时仰卧位HBF后（Post HBF）以及15分钟直立1 g暴露后（Post 1G）评估了身高。在Pre HBF、HBF0、HBF2、HBF4和Post 1G时评估了颈椎IVD高度（C3–T1）、头长肌（longus colli）和颈半棘肌（semispinalis cervicis）的CSA和厚度、被动椎体刚度（C2–L5）以及颈部疼痛。结果显示，4小时HBF显著增加了身高（+1.6±0.5 cm），急性1 g暴露后部分减少（?0.4±0.3 cm）。HBF后所有节段的颈椎IVD高度均增加，在Post 1G时部分逆转，尤其是在下颈椎区域。头长肌和颈半棘肌的CSA和厚度无变化。HBF后被动椎体刚度显著降低（全柱及大部分区域），仅在1 g暴露后部分恢复。HBF期间颈部疼痛增加，1 g暴露后减少。未观察到颈部疼痛与身高或IVD变化之间的关联。然而，HBF4时的颈部疼痛与中颈椎椎体刚度呈正相关（R=0.587，P=0.045）。总体而言，4小时HBF诱发了轻度颈部疼痛，增加了身高和颈椎IVD高度，这些变化在15分钟直立1 g暴露后部分减少。未观察到头长肌或颈半棘肌厚度或CSA的变化。HBF后被动颈椎椎体刚度降低，且在1 g暴露后仍低于基线。HBF4时颈部疼痛与中颈椎椎体刚度之间的正相关提示，椎柱稳定性的调节可能参与症状发生。颈部疼痛与IVD膨胀之间缺乏关联，提示椎体变平可能起作用，因此值得在HBF和航天飞行后进行直接评估。
**研究背景与问题**
暴露于微重力（microgravity）会导致航天员身高增加（可达7 cm）、中重度背部/颈部疼痛，以及飞行后腰椎和颈椎椎间盘（intervertebral disc，IVD）突出风险升高。尽管腰椎病理生理学已有较多研究，但颈椎变化受到的关注极少。现有地面卸载模型如头低位卧床（head-down tilt bed rest，HDTBR）在诱发脊柱变化方面存在局限（如身高增加幅度与正常睡眠相当、腰痛发生率较低），而干浸没（dry immersion，DI）因头部支撑导致颈椎负载不明确。因此，研究人员基于King's College London先前开发的超浮力漂浮（hyper-buoyancy flotation，HBF）模型——利用硫酸镁过饱和溶液水床使身体（包括头部）下沉形成被动纵向姿势——开展本研究，旨在确定4小时HBF卸载及随后15分钟直立1 g暴露对颈椎IVD高度、颈椎肌肉形态（横截面积[CSA]和厚度）、被动椎体刚度及颈部疼痛的影响，并探究这些变化与身高增加之间的关联。论文发表在《Experimental Physiology》。
**主要关键技术方法**
研究人员招募了12名健康志愿者（5名男性，30.2±7.2岁，66.1±11.7 kg，173.4±8.5 cm），符合NASA航天员身高体重标准。技术方法包括：（1）HBF卸载：参与者仰卧于50%填充硫酸镁过饱和溶液（密度1.7 g·cm
?3）的水床上，水温维持34–36°C，持续4小时；（2）身高测量：使用商用测高仪（Seca 217）在Pre HBF、Post HBF和Post 1G时评估；（3）颈椎IVD高度评估：仰卧位下使用便携式超声（HS40，线性阵列6–12 MHz）获取C3–T1各节段前缘IVD高度（标记下位椎体最上前点与上位椎体最下前点之间的距离）；（4）肌肉CSA和厚度：超声评估头长肌（longus colli）和颈半棘肌（semispinalis cervicis）的CSA及厚度（分别于仰卧和俯卧位置）；（5）被动椎体刚度：使用手持式差动椎体刚度传感器（PulStar）在俯卧位测量C2–L5各棘突的被动刚度，预载>18 N触发测量；（6）颈部疼痛评估：采用CHAPS身体疼痛评分量表（0–10分）记录颈痛等级。所有数据采用重复测量ANOVA及Bonferroni校正后t检验分析，相关性采用Pearson相关系数。
**研究结果**
**3.1 站立身高**：4小时HBF后身高显著增加1.6±0.5 cm（+1.0%），15分钟1 g暴露后部分减少0.4±0.3 cm，但仍显著高于Pre HBF水平。
**3.2 颈椎IVD高度**：HBF4时所有节段（C3–T1）前缘IVD高度均显著增加（增幅11%–20%，下颈椎C7–T1增加20%最大）。1 g暴露后下颈椎（C6–T1）高度显著降低约9%，但仍高于Pre HBF；上颈椎（C3–C6）不再显著高于基线。HBF期间IVD高度呈渐进性增加，2小时时仅C3–C4和C7–T1显著增高。
**3.3 颈半棘肌与头长肌CSA和厚度**：HBF卸载及1 g暴露均未对头长肌或颈半棘肌的CSA和厚度产生可检测的显著变化。
**3.4 椎体刚度**：HBF4时被动椎体刚度在全柱、中颈椎、下颈椎及腰椎区域显著降低，上颈椎和胸椎区域无变化。1 g暴露仅使下颈椎刚度显著回升，但全柱、中颈椎及下颈椎刚度仍低于Pre HBF水平。
**3.5 颈部疼痛评分**：HBF诱导了轻度颈痛（10/12报告不适/僵硬），HBF2和HBF4时疼痛评分（1.42±0.35和1.95±0.31）显著高于HBF0（0分），两者间无差异。1 g暴露后疼痛显著降至0.12±0.09，与Pre HBF无差异。
**3.6 相关性**：颈痛评分与身高变化或任何节段IVD高度变化无显著相关。HBF4时的颈痛与中颈椎被动椎体刚度呈正相关（R=0.587，P=0.045），但与全柱或其他区域刚度无关。1 g暴露后颈痛缓解与其他参数无显著相关。
**讨论与结论总结**
讨论部分指出：HBF诱导的身高增加（1.6 cm）与既往4小时研究一致，且部分被1 g暴露逆转，类似于0.2 Gz轴向加载（SkinSuit）的效果；颈椎IVD高度渐进性增加（尤其下颈椎），提示IVD膨胀是早期身高增加的潜在驱动因素，但膨胀幅度小于腰椎，且1 g暴露后逆转不完全（下颈椎仍高于基线），表明需要更长时间重力暴露；头长肌和颈半棘肌CSA/厚度无变化，提示短期卸载不足以引起形态改变，但功能（如激活模式）可能已改变，未来需结合肌电图（EMG）评估；被动椎体刚度卸载后显著降低，1 g暴露仅部分恢复（尤其下颈椎），可能与脊柱曲度变平及负载分享改变有关，且上颈椎和胸椎刚度无显著变化暗示区域特异性；颈部疼痛较腰椎区域（既往研究2.90/10）更轻（1.95/10），且与中颈椎刚度正相关，但与IVD膨胀无关，提示椎体变平而非椎间盘膨胀可能是颈痛的关键机制。
研究结论翻译：4小时HBF增加了身高和颈椎IVD高度，两者在15分钟直立1 g暴露后均部分减少。未观察到头长肌或颈半棘肌肌肉厚度或CSA的变化。HBF后被动颈椎椎体刚度降低，且在1 g暴露后仍低于Pre HBF水平。HBF诱导的轻度颈部疼痛在1 g暴露后得到缓解。HBF4时颈部疼痛与被动中颈椎椎体刚度呈正相关，提示椎柱稳定性的变化可能参与颈部疼痛。颈部疼痛与IVD膨胀之间缺乏关联，提升了椎体变平可能起作用的可能性，但这无法在没有直接曲度评估的情况下确认。因此，未来研究应包括直接评估脊柱曲度，并研究更长时间的HBF暴露，以更好地理解卸载下的脊柱适应。
