太空中航天员腰痛的病理生理机制进展-论文

变 化产 生 了 尚不 明 了的机制 ，包括 椎 间盘流 体力 学
的变化 影响 了其细 胞 营养和 ／ 或纤 维环 的形 变 。 本 综 述 旨在 总结航 天 员腰痛 病理 生 理 的合 理 理论 ，其 作 为 在 航 天 员 保 健 中科 学 性 的理 论 支 撑 来 研 究 航 天 飞 行 中航天 员腰痛 的病 因和 干预 措施 。我们 的 目的 在 于增 加航 天 医学 的基础 知识 ，促 进深 入研 究 飞行 中腰痛 以及 飞行 后椎 间盘 突 出的干 预措 施 。
疼 痛 ，但 是不 能缓 解腹 或 胸部 的疼痛 。在 微重 力 下
已经证 实 ：脊柱 弯 曲的 生物 力学表 明脊 椎 （ 腰椎 ） 的瞬 间轴位 （ 矢状 位 ）从椎 体 中心转 移 到腰椎 椎 间
盘 的前 面 ，这样 通 过脊 柱屈肌 的收缩 产 生 了压 缩 负 荷 （ 在缺 少 重 力 负荷 的情 况 下 ） ， 同时 ，牵 张 了 背 部 肌 肉、 后 部韧 带及 神经 结 构等软 组 织 。 在地 面上 ， 腰 痛 的病 因大体 上分 为 内脏 、非 生物 力 学和 生物 力
学 （ 腰椎 椎 间盘 因素 导致 ）等 ３个方 面 ，但是 在微 重 力下 ，腰痛 的确 切病 因尚不清 楚 ，变姿 势 为弯 曲 状 态 时 能缓 解 腰 痛 意 味 着 腰 痛 的病 因 为生 物 力 学 因素 。这 是有 可 能 的：在 微 重力 下脊 柱体 积结 构 的
９
太空 中航天员腰痛 的病理 生理机制进展
压力 可 以促进 营养 、水份 及 代谢产 物 的 出入髓 核 。
在地 面 ，在一 个 昼夜循 环 周期有 ２ ５ ％的髓 核液 体 出 入 ，但是 在微 重力 下髓 核液 体 的变化 量 目前 尚不 了
解。
在髓 核 、纤维 环 以及椎 体上 下面 的软骨板 中存 在成 纤维 细胞 、软骨 细胞 ，这对 保持 椎 问盘 结构 的 完整 性至 关重 要 。软 骨细胞 具 有快速 输送 力 学信 号
觉 神经 纤维 、运动 神经 纤维 以及 只支 配局 部血 管 的
交 感神 经纤 维 。 在 神经 末梢 终端 存在 感 受器 ，也称 之 为 Ｉ Ｖ 型 力 学感 受器 或 疼痛感 受器 ，这些 神经 末梢 或变 形 感 受 器存 在于 正 常椎 问盘 的纤维 环和 后 纵韧 带 内，当 有 不适 或疼 痛 时传递 神 经信 号 。然 而 ，退变严 重 且 产 生 疼痛 的椎 间盘有 大量 广泛 的伤 害 感受 器分 布 ，
务 的 能力 。尽 管在航 天 员群体 中时有 出现 腰痛 的报
道 ，但 是关 于其在 飞 行前 、中 、后有 关腰 痛 的资料
较 为少 见 ，温 氏及 其 同伴 （ Ｗｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｗｏ ｒ ｋ ｅ ｒ ｓ ）通
过 整 理来 自 ＮＡＳ Ａ 约翰 逊 中心 飞行 乘 组诊 所保 存 的 ５ ８名航 天 员飞行 医学记录 ，完成 了一 项 回顾较 高 的
膨胀 压力 ，尽管在 高 的外在 负荷 下仍 然 可 以保 持髓
核 中 的水 份 ，在 承重 的情 况下髓 核 的高 膨胀压 能 抵
抗椎 体 的压缩 应力 。液体和 营养 通过 椎 间盘 软骨 板 从椎 体 出入椎 间盘 的方 式有 二种 ：对流 和 弥散 ，对 流 是快速 的输 送方 式 ，尤其 是 大分子 物质 的输 送 ，
括水 、蛋 白聚糖 及糖 胺聚 糖等 ；从 组织 学上 看 ，其
的 能力 ，通过 高椎 问盘 压力 （ 椎 间盘 内压 ）对 其 代
谢产 生不 同的影 响 ，在 １ Ｇ 的正常 生理 负荷 下 ，纤 维环 的沙 比 （ Ｓ ｈ ａ ｒ ｐ ｅ ｙ ） 胶 原纤 维按照 沃 尔弗 （ Ｗｏ ｌ ｆ） 法 则塑 形 （ 高应力 刺激 细胞 活动 ，椎 间盘 塑形 以应 对 高应 力 负 荷 ） 。因此 ，为 了保 持 椎 问盘 内在 环 境 的平衡 ，在椎 间盘 内 的生物 力学应 力 或力 学信 号如
阴离子 密度基 质产 生 的排斥 力 作用 下 ，外在 的低 负
荷 促进液 体进 入椎 问盘 ，致使 椎 间盘产 生 了较 高 的 流 体负压 而 吸胀 ，此 时髓 核 中带负 电荷 的蛋 白聚 糖 大 分子 互相 排斥 ，致 使液体 内流 ，髓 核膨 胀 。 腰椎 椎 间盘是 无血 管及 淋 巴管 的组织 ，通 过 来 自椎 体 骨 末 端 的 微 血 管 供 给 纤 维 环 外 在表 面 的 营
的研究 ；此 项研 究数 据分 析显 示 ：在短 期 飞行 中 ，
６ ８ ％的航 天员 报告 发 生腰痛 ，持续 时 间不 同 ，约 占 １ ４ ～ｌ ０ ０ ％飞行 周期 ，２ ８ ％为 中到 重度 的腰 痛 。腰 痛 的特 点 ：１ ）进入 太 空后 １ ～６ 天腰痛 最 重 ；２ ）仅 局 限在腰 部 ；３ ）腰痛 的发 生 与年 龄 和 飞行 经历 关 系 不大 。在 航天 员万 克・ 穆 莱恩 （ Ｍｉ ｋ ｅ Ｍｕ ｌ ｌ ａ ｎ ｅ ）的 笔 记 中记载 ：在 １ ９ ８ ４年 Ｓ Ｔ Ｓ ４ １ 一 Ｄ 任务 中，６名航 天 员 中的 ５名发 生 了腰痛 ，其 特 点为 以腰 骶关 节 为
伤 害感 受 器 神 经 纤维 分 为 有 髓 鞘 的 Ａ 纤 维 （ ５ ～
骨板 进行 液体 的流 动 ，也 可 以 由于存 在 流体静 压和
大 的通道 而 实现 ；另一 方面 ，弥散 是在 高浓度 和 合
适 的温度 下溶 质 到达 统一分 布 的趋势 。在 １ Ｇ 的地
面 ，当人体 仰 卧休 息 时脊 柱处 于 去负荷 状态 ，在 高
情况，腰椎椎 间盘生物化学、组织学、液体动力学、神经支配及生物力学，在航天飞行或模拟失重中的人
体 脊柱 变化 ，腰 痛发 生 与缓 解可 能机 理 以及腰 痛可 能干预措 施 等方 面进行 分 析 回顾 ，为进一 步研 究 太 空中
航 天员腰痛提供参考。
太 空 中航 天 员 的腰 痛 是 其 在 太 空 中面 临 的最 常 见 医学 问题之 一 ，一旦发 生腰 痛 ，可 能干扰其 睡 眠 ，分散 其注 意力 ，进 而影 响航 天员执 行 挑战 性任 在 此项研 究 中 ，无 飞 行前 的数 据参 照 ，因为椎 间盘 突 出常 常继 发于 退变 的椎 间盘 ，在 飞行前 的训 练 中 椎 问盘 的受 伤 可 能 是 导致 飞行 后 椎 问盘 突 出 的 因 素 ，在航 天 员 、飞行 员与正 常人 群之 间 的脊柱 应 力 是 有 区别 的，正 因为 如此 ，航天 员群 体经 历独特 的 微 重力 环境 。 在微 重 力下 ，脊 柱 延长 是地 面 ２ ４ ｈ节 律变 化值 （ １ ． ５ ￣３ ｃ ｍ） 的 ２ ～３倍 ，达到 ４ ￣６ ｃ ｍ。 由于 椎 间
１生 物 化 学 、组 织 学 、液 体 动 力学 、神 经 支 配 以 及腰 椎 椎 问盘 的生 物 力学
首 先 简 要 回 顾 一 下 正 常 椎 问盘 液 体 动 力 学及 大分 子成 分 ，这对 理解 椎 问盘液 体 出入 的平衡 至关
重要 。从 生物化 学来 讲 ，腰 椎椎 间盘 的 主要成 分包
些 纤 维力 学感 受器 中分别 含有 鲁 菲尼 （ Ｒ ｕ ｆ ｉ ｆ ｎ ｉ ）小
体 、 帕西 尼 （ Ｐ ａ ｃ ｉ ｎ ｉ ａ ｎ ）小体 以及 高 尔基 腱 器 官 ， 其中Ｉ 、Ｉ Ｉ 小体主 要存 在 于椎 间关节 ，而 Ｉ Ｉ Ｉ 小体存 在 于 椎 间韧 带 表面 作 为末端 感受 器 ；在 椎 间盘 中也 存 在 这三 型力 学感 受器 ，以调 节本 体感 受 、维持 肌 肉张 力及 反射 。简而 言之 ，当肌 肉收缩 产生脊 柱 运
载人航天信 息 ２ ０ １ ４年 第 ４期
太空 中航天 员腰 痛 的病理生理机 制进 展
摘要： 在航天飞行 的微重力下航天员常常报告腰痛， 疼痛程度为 中到重度 ， 一旦在太空中航天员发生腰痛 ，
就会 干扰 其 睡 眠 ，进 而分散 其 注意 力 ，影 响航 天 员执行挑 战性任 务 的 能力 。本 文从 太 空 中航 天 员腰痛发 生
流 体静 力压 、液体 成份 的变 化 、周期 性牵 张可 以提
成分 包括 软骨 细胞 、成 纤维细 胞 、胶 原 纤维 。在髓 核 、纤维环 ，包括 椎 间盘 上下 面 的软骨 板 中这 些 成
高 胶原 纤维 基质 的作 用力 和促 进糖 胺聚 糖 的生成 。 这 样 ，除 了遗传 、激 素 、营 养等 因素 外 ，为 了脊椎 的发育 、成 熟及成 熟 后 的稳 定 ，脊椎 的 自我平 衡还 需 要重 力和 运动 作为 重要 的刺 激源 。 从外周 到 纤维环 的三 分之 一 ，椎 间盘 由窦 椎 神
通 过 多 孔 介 质 如 存 在 小 间 隙 软 骨 面 及 椎 问盘 的 软
经 支配 ，也 叫窦 返神 经或 卢斯 卡 （ Ｌ ｕ ｓ ｃ ｈ ｋ ａ ）神 经 ，
窦 椎神 经还 支配 前脊 膜 、椎 管 内血 管壁 、骨膜 及韧 带等 ，其 是 无髓鞘 的混合神 经 ，含有 感 知伤 害 的感
“ 胎儿状 的折叠 体位 ”— — 卷 曲成膝 胸 位 ，能缓解
解 。在地 面腰 痛 发生 预示着 一 些严 重病 理变 化 ，比
如 ：腰椎 间盘突 出等 ，在微 重力 下发 生 的腰痛 也许 具 有 同样 的结 果 。 约翰逊 中心 的研 究 人员 分析 了来 自 Ｎ ＡＳ Ａ 航 天 员 纵 向研 究 课 题 的流 行 病 学数 据 显示 ：从 １ ９ ５ ９ 年 ４月到 １ ９ ９ ６年 ９月执行 过飞 行任 务 的 ２ １ ６名航 天 员 中 ，１ ５名 航天 员报 告 的 １ ７次 医学事 件 中 ，出 现了 ｌ ９个 椎 间盘突 出 ，其 中发 生在 颈椎 １ Ｏ例 ，腰 椎 ９例 ， ８ 例 需 要手术 治疗 （ 腰 椎 ２例 ， 颈 椎 ６例 ） 。 这 些 数据 提 示 ：与 正 常人 群 和 空 军 飞行 员相 比 ， ＮＡＳ Ａ航 天 员具 有较 高 的椎 间盘突 出发 生率 。然而