張智慧，黃昌林，王 帥

振動(dòng)是引起下腰痛的重要危險(xiǎn)因素，流行病調(diào)查研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)駕駛員中腰痛的患病率比其他不接觸振動(dòng)的人們要高很多，并且其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［1］。國(guó)外Pope等實(shí)驗(yàn)研究車輛振動(dòng)可以使駕乘人員腰椎產(chǎn)生垂直和水平運(yùn)動(dòng)，并且下腰椎的水平位移最大，腰椎的諧振區(qū)在4～6 Hz，當(dāng)振動(dòng)頻率與腰椎的諧振區(qū)重疊，產(chǎn)生諧振時(shí)可加大對(duì)腰部的損傷［2］。腰椎間盤是引起下腰痛的主要部分已廣為人知，但研究諧振對(duì)腰椎間盤組織的影響情況卻鮮有報(bào)道。本課題通過觀察諧振頻率對(duì)兔腰椎間盤組織的形態(tài)學(xué)影響，以期探討振動(dòng)對(duì)椎間盤組織產(chǎn)生損傷的機(jī)制，并進(jìn)一步為振動(dòng)所致椎間盤源性下腰痛尋找積極有效的預(yù)防方法。

1 材料和方法

1.1 研究對(duì)象和實(shí)驗(yàn)造模 新西蘭大白兔90只，雌雄不限，體重 1.5～2 kg，8 月齡，隨機(jī)分為 5 組，分別為：正常對(duì)照組；造模對(duì)照組；振動(dòng)4 Hz組；振動(dòng)5 Hz組；振動(dòng)6 Hz組。每組各18只，各組在同一條件下分籠飼養(yǎng)。分別在實(shí)驗(yàn)2、4、6周隨機(jī)抽取6只動(dòng)物處死。

正常對(duì)照組動(dòng)物進(jìn)行自由活動(dòng)；造模對(duì)照組動(dòng)物模仿駕駛員強(qiáng)迫直立臀位坐于固定籠中，無(wú)振動(dòng)；振動(dòng)組（振動(dòng)4 Hz組、振動(dòng)5 Hz組、振動(dòng)6 Hz組）實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模仿駕駛員姿勢(shì)強(qiáng)迫直立臀位坐于特制振動(dòng)籠中，以保證振動(dòng)時(shí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物臀部完全接觸振動(dòng)。振動(dòng)時(shí)間2 h，1次/d。振動(dòng)時(shí)造模對(duì)照組動(dòng)物置于固定籠中，時(shí)間2 h，1次/d。其他非振動(dòng)時(shí)間，各組動(dòng)物處于同一環(huán)境條件下進(jìn)行喂養(yǎng)。

1.2 主要試劑 甲醛溶液，由鄭州化學(xué)三廠提供；蘇木素染液、伊紅染液，均由福州邁新生物技術(shù)開發(fā)公司提供。

1.3 主要實(shí)驗(yàn)儀器 振動(dòng)臺(tái)，由天津宏達(dá)試驗(yàn)儀器有限公司提供；操作臺(tái)，由洛陽(yáng)新思路電氣有限公司提供；BM－VII型生物組織包埋機(jī)，由孝感市宏業(yè)醫(yī)用儀器有限公司提供；Tissue－Tek VIPTM 5Jr型全封閉組織自動(dòng)脫水機(jī)，由日本櫻花公司提供；賽默飛世爾自動(dòng)染色機(jī)，由Thermo公司提供；RM 2128型切片機(jī)，由LEICA公司提供；光學(xué)顯微鏡BX－40型，由OLYMPUS公司提供。

1.4 標(biāo)本采集及處理 每組分別于實(shí)驗(yàn)第2、4、6周隨機(jī)抽取6只實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，采用耳源靜脈空氣栓塞法處死，取出腰5～6椎間盤，修剪整齊后，生理鹽水進(jìn)行清洗；椎間盤標(biāo)本組織置于10%甲醛溶液固定72 h，置入10%硝酸脫鈣液3 d脫鈣后，切開修材，流水沖洗，自動(dòng)脫水機(jī)脫水；12 h后石蠟包埋，沿正中橫斷面切片，切片厚4 μm，60℃烤箱烤片30 min，放入自動(dòng)染色機(jī)，行常規(guī)HE染色，經(jīng)過60 min染色后，取出切片，中性樹脂封膠。石蠟切片經(jīng)過HE染色后，顯微鏡下觀察椎間盤組織的病理學(xué)改變。

1.5 組織病理學(xué)評(píng)分 采用標(biāo)準(zhǔn)五分法對(duì)實(shí)驗(yàn)兔椎間盤組織進(jìn)行病理學(xué)評(píng)分以便于進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，科學(xué)判斷椎間盤組織受損情況。具體方法如下：顯微鏡下（10×40）每張切片隨機(jī)選5個(gè)視野，觀察椎間盤髓核組織、膠原纖維等的病理學(xué)變化并按標(biāo)準(zhǔn)予以評(píng)分，取5個(gè)視野平均分值為標(biāo)本得分。病理學(xué)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：基質(zhì)成分多，髓核組織飽滿，形狀規(guī)則；膠原纖維纖細(xì)，排列致密整齊，評(píng)1分；基質(zhì)成分減少，髓核組織松散，形狀不規(guī)則；膠原纖維增粗增多，出現(xiàn)梭形或不規(guī)則形態(tài)的細(xì)胞，排列不規(guī)整，評(píng)2分；髓核組織干癟，出現(xiàn)裂隙、巨大空泡，距纖維環(huán)距離增寬；膠原纖維扭曲，排列紊亂，纖維環(huán)出現(xiàn)裂隙，評(píng)3分；髓核組織出現(xiàn)寬大裂隙；膠原纖維裂隙寬大，評(píng)4分；髓核組織出現(xiàn)斷裂，細(xì)胞分布極其散亂，形狀極不規(guī)則；纖維環(huán)出現(xiàn)斷裂，評(píng)5分。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用 SPSS14.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以±s表示，組間差異比較采用單因素方差分析，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 動(dòng)物椎間盤組織病理學(xué)變化 見表1、2、3。

2.2 病理學(xué)評(píng)分 采用單因素方差分析，組間具有顯著性差異，其中振動(dòng)6 Hz組椎間盤組織病理學(xué)評(píng)分明顯高于其他組別（P＜0.05），且組內(nèi)每時(shí)期病理學(xué)評(píng)分隨時(shí)間逐漸升高（P＜0.05），在 6周達(dá)到高峰；振動(dòng)5 Hz病理學(xué)評(píng)分高于振動(dòng)4 Hz組及造模對(duì)照組，且組內(nèi)每時(shí)期病理學(xué)評(píng)分隨時(shí)間逐漸升高（P＜0.05），在6周達(dá)到高峰；振動(dòng)4 Hz組病理學(xué)評(píng)分與造模對(duì)照組比較無(wú)顯著性差異，但在第四、六周明顯高于同期正常對(duì)照組（P＜0.05），見表 4。

表1 2周時(shí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物腰L5～6椎間盤組織病理學(xué)主要表現(xiàn)

表2 4周時(shí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物腰L5～6椎間盤組織病理學(xué)主要表現(xiàn)

表3 6周時(shí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物腰L5～6椎間盤組織病理學(xué)主要表現(xiàn)

表4 各組動(dòng)物不同時(shí)間點(diǎn)椎間盤組織病理學(xué)評(píng)分（±s）

表4 各組動(dòng)物不同時(shí)間點(diǎn)椎間盤組織病理學(xué)評(píng)分（±s）

注：與同期正常對(duì)照組比較，*P＜0.05；與同期造模對(duì)照組比較，#P＜0.05；與同期振動(dòng) 4 Hz 組比較，△P＜0.05；與同期振動(dòng) 5 Hz 組比較，▲P＜0.05；與同期振動(dòng) 6 Hz組比較，★P＜0.05。 與同組前時(shí)期比較，☆P＜0.05

組別 2周 4周 6周正常對(duì)照組 1.12±0.08#△▲★ 1.14±0.11#△▲★ 1.13±0.11#△▲★造模對(duì)照組 1.18±0.10*▲★ 1.58±0.16*▲★☆ 2.02±0.18*▲★☆振動(dòng) 4Hz 組 1.23±0.09▲★ 1.66±0.15*▲★☆ 2.16±0.29*▲★☆振動(dòng) 5Hz 組 1.58±0.10*#△★ 2.19±0.20*#△★☆ 3.26±0.36*#△★☆振動(dòng) 6Hz 組 1.86±0.13*#△▲ 2.98±0.14*#△▲☆ 4.03±0.25*#△▲☆

3 討 論

3.1 椎間盤組織的解剖基礎(chǔ) 椎間盤主要是由中央的髓核、周圍圍繞的纖維環(huán)及上下兩層軟骨板組成的一個(gè)密封體，承擔(dān)著傳導(dǎo)和緩沖壓力負(fù)荷的功能，保持著脊柱的穩(wěn)定性。中央髓核是一種彈性膠狀物質(zhì)，髓核中含有蛋白多糖及大量水分。蛋白多糖分子通過與水分子結(jié)合保持髓核內(nèi)的水分。椎間盤周圍纖維環(huán)主要由膠原纖維、軟骨細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)組成，纖維環(huán)的纖維束相互斜行交叉重疊，使纖維環(huán)成為堅(jiān)實(shí)的組織，和細(xì)胞基質(zhì)共同維持著椎間盤的壓力平衡，承受負(fù)荷，使椎間盤具有良好的黏彈性和抗壓性［3，4］。 人體在振動(dòng)環(huán)境中，動(dòng)態(tài)載荷對(duì)脊柱組織間產(chǎn)生的應(yīng)力與應(yīng)變是同樣大小靜態(tài)載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力與應(yīng)變的2～3倍［5］。當(dāng)其振動(dòng)頻率與人體組織的振動(dòng)頻率相同或接近時(shí)，會(huì)發(fā)生諧振，使組織的振動(dòng)幅度越來(lái)越大，最終造成組織撕裂、出血等損傷或其他功能性傷害［6］。

3.2 椎間盤組織形態(tài)學(xué)改變 在顯微鏡下觀察椎間盤組織病理學(xué)變化，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)組動(dòng)物髓核組織病變出現(xiàn)較造模對(duì)照組早，特別是振動(dòng)6 Hz組在實(shí)驗(yàn)第2周髓核組織即出現(xiàn)松散、形狀不規(guī)則等變化，繼而出現(xiàn)髓核組織干癟、裂隙，甚至斷裂等病變。振動(dòng)5 Hz組和4 Hz組椎間盤髓核組織在實(shí)驗(yàn)第2周時(shí)也出現(xiàn)了明顯的變化，而造模對(duì)照組在實(shí)驗(yàn)6周時(shí)髓核組織才稍出現(xiàn)松散，形狀不規(guī)則。考慮其主要原因可能是振動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)應(yīng)力，極易導(dǎo)致髓核組織壓力增大，髓核細(xì)胞代謝紊亂，髓核蛋白多糖及基質(zhì)降解，髓核內(nèi)水分流失，繼而導(dǎo)致髓核組織出現(xiàn)松散、裂隙、干癟，甚至斷裂。而造模對(duì)照組僅僅是靜態(tài)應(yīng)力，產(chǎn)生的應(yīng)力作用比較小，椎間盤有一定的承受負(fù)荷能力，因而造成損傷程度較輕。

3.3 椎間盤組織病理學(xué)評(píng)分 本文結(jié)果還提示：振動(dòng)5 Hz組和6 Hz組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物椎間盤組織病理學(xué)評(píng)分在相同時(shí)期明顯高于振動(dòng)4 Hz、造模對(duì)照組和正常對(duì)照組，特別是振動(dòng)6 Hz組椎間盤病理評(píng)分最高。主要考慮原因?yàn)? Hz振動(dòng)頻率與椎間盤組織產(chǎn)生重疊諧振效應(yīng)最強(qiáng)，5 Hz振動(dòng)頻率次之。諧振效應(yīng)會(huì)對(duì)動(dòng)物脊柱產(chǎn)生的應(yīng)力負(fù)荷瞬間加大，振動(dòng)的幅度瞬間加大，超過椎間盤對(duì)振動(dòng)動(dòng)態(tài)負(fù)荷的承受力，故而可早期導(dǎo)致椎間盤組織纖維環(huán)紊亂甚至斷裂，髓核組織病變。而在振動(dòng)4 Hz組，其椎間盤組織病理學(xué)評(píng)分與造模對(duì)照組比較無(wú)明顯差異，主要考慮由于其振動(dòng)頻率與椎間盤組織重疊相比較小，產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷應(yīng)力較弱。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還提示，各振動(dòng)頻率組病理學(xué)評(píng)分隨著時(shí)間推移逐漸升高，這也提示振動(dòng)對(duì)椎間盤造成的損傷具有持續(xù)性以及累積性。

3.4 對(duì)軍事訓(xùn)練的指導(dǎo)意義 振動(dòng)在交通工具中產(chǎn)生非常普遍，發(fā)動(dòng)機(jī)、車輛行駛中均可產(chǎn)生振動(dòng)，相關(guān)軍事訓(xùn)練人員的下腰痛發(fā)病率非常高，大量文獻(xiàn)調(diào)查顯示其發(fā)病率在 30%～82%［1，5，6］。特別是椎間盤源性下腰痛，近幾年呈上升趨勢(shì)，其后遺傷害比較嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了軍隊(duì)的戰(zhàn)斗力。本實(shí)驗(yàn)研究了諧振頻率對(duì)椎間盤組織的損傷。提示下一步通過研究利用各種物理、化學(xué)材料，致使機(jī)器產(chǎn)生的振動(dòng)頻率在傳入人體過程中發(fā)生變化，使相關(guān)軍事訓(xùn)練人員避開諧振頻率，是預(yù)防椎間盤源性下腰痛的關(guān)鍵。

［1］侯樹勛，于 紅，吳聞文，等.高原汽車駕駛員腰痛的流行病學(xué)調(diào)查［J］.中國(guó)臨床康復(fù)，2002，6（10）：1460.

［2］ Pope MH，Svensson M，Broman H，et al.Mounting of the transducer in measurement of sequential motion of the spine［J］.J Biomech，1986，19（6）：675－677.

［3］胥少汀，葛寶豐，徐印坎，等.實(shí)用骨科學(xué)［M］.第3版.北京：人民軍醫(yī)出版社，2005.1731－1743.

［4］ Bogduk N.Clinical anatomy of the lumbar spine［M］.3 rd.New York：Churchill livingstone，1997.13－31.

［5］ Keller TS，Colloca CJ，Beliveau JG，et al.Force－deformation response of the lumbar spine： a sagittal plane model of posteroanterior manipulation and mobilization［J］.Clinical Biomechanics，2002，17（3）：185－196.

［6］李 昊，李世軍.淺談?wù)駝?dòng)的危害及其預(yù)防［J］.中國(guó)個(gè)體防護(hù)裝備，1997，5（4）：36－40.

［7］王 飛.航空兵部隊(duì)機(jī)務(wù)人員下腰痛34例分析［J］.人民軍醫(yī)，2010，53（5）：333.

［8］高明暄，劉興炎.西北高寒區(qū)裝甲駐軍部隊(duì)腰痛的流行病學(xué)調(diào)查［J］.現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué)，2006，24（5）：339－342.