第 33 章：作用于腰椎的肌肉力学与病理力学（Mechanics and Pathomechanics of Muscles Acting on the Lumbar Spine）

33.1 肌肉尺寸（Muscle Size）

作者 McGill 在开篇先陈述本章的核心立场：传统解剖学从后方视角描述脊柱肌群，但许多功能相关的特征其实更适合在矢状面内审视；并且，仅凭"力的作用线 + 附着区"来推断肌肉功能常常误导，要真正理解每块肌肉的功能，必须把肌纤维构筑（muscle morphology）与该肌肉在多种动作与负荷任务下的激活模式结合起来。肌肉产生力，这些力既参与产生运动所需的力矩（moment），也参与为关节提供安全与表现所必需的稳定；肌肉解剖学、力学与激活模式的综合解读，是理解运动控制系统在支撑外载、维持稳定性时所采用策略的唯一途径。本章将基于解剖学的脊柱肌肉讨论与多项肌电图（EMG）研究的结果融合，目的是呈现腰椎肌肉功能性角色的现有理解，并演示如何把这些知识应用于腰椎训练动作的设计。

肌肉的生理横截面积（PCSA）决定其产力潜力，作用线与力臂决定该力在产生力矩、稳定等方面的效应。如果仅凭肌肉体积来估算力而忽略纤维构筑，会低估肌力，因为许多纤维在一次横断面扫描中并不"可见"（pennated 肌尤其如此）。因此，基于磁共振（MRI）或 CT 扫描获得的面积必须针对纤维构筑与扫描平面倾斜度加以校正（[13, 14]）。图 33.1 给出受试者仰卧位在 T9、L1（上方）与 L4、S1（下方）水平的横断面扫描，展示了胸腰段躯干肌肉形状的变化，并提示需要把横断面扫描数据与解剖所得的纤维构筑信息合并使用。例如，T9 可见的胸段伸肌即使在 L4 扫描中没有"出现"，依然能在 L4 提供伸肌力矩——它们的肌腱越过 L4 伸肌的表层。表 33.1–33.3 给出原始 PCSA 与力臂，表 33.4 对部分选定肌肉在多个胸腰段水平的面积做了针对倾斜作用线的校正。作者还指出，CT/MRI 中所报告的腹肌力臂因受试者仰卧位导致腹内容物在重力下向后塌陷而偏低约 30%；现实中站立位腹内容物将腹肌推离脊柱，故由医学影像所得的肌肉面积需对纤维构筑与可收缩成分都加以校正；类似地，仰卧位得到的肌肉作用线力臂必须针对真实直立姿势进行调整。表 33.4 给出了几个例子：例如腰方肌在 L4-5 节段的校正后面积 328 mm²、前后力臂 16 mm、侧向力臂 39 mm；在 L1-2 节段则为 358 mm² / 31 mm / 43 mm；在 L3-4 节段为 582 mm² / 29 mm / 59 mm。腹外斜肌在 L3-4 节段校正后面积 1121 mm²、力臂 17 mm / 110 mm；腹内斜肌同节段为 1154 mm² / 20 mm / 89 mm。最长肌 pars lumborum 在 L3-4 节段的校正后面积 644 mm²、力臂 51 mm / 17 mm。McGill 等[13]提供了估算真实生理面积的具体指南。

表 33.1 的原始横截面积（mm²，括号内为标准差）在胸腰段呈现明显梯度：例如髂肋肌腰部在 L3 水平约 1381 mm²，到 T9 降至约 553 mm²；最长肌胸段在 L3 约 414 mm²，到 T9 约 938 mm²；多裂肌在 L3 约 459 mm²，随节段向上变化平缓（最低约 290 mm²）；竖脊肌总质量在 L2 约 2844 mm²、在 L5 约 945 mm²；腹直肌在 L5 约 794 mm²、在 L1 约 545 mm²；腹横肌在 L5 约 147 mm²、在 L2 约 621 mm²；腰大肌在 L5 约 1598 mm²、在 T12 约 396 mm²；腰方肌在 L4 约 675 mm²、在 T12 约 323 mm²。表 33.2 给出肌肉质心到椎间盘质心的原始侧向距离（mm）：例如在 L4 水平腹外斜肌约 122 mm、腹内斜肌约 -106 mm、腹横肌约 -104 mm；在 T11 水平多裂肌约 -11 mm、最长肌胸段约 -32 mm、髂肋肌腰部约 -66 mm。表 33.3 给出原始前后距离（mm）：在 L4 水平竖脊肌总质量约 -62 mm、腰大肌约 1 mm；在 L2 水平多裂肌约 -55 mm、最长肌胸段约 -61 mm、髂肋肌腰部约 -59 mm。McGill 等[14]指出，使用这些未校正值时会再次低估肌肉力，因为许多纤维不在单一扫描平面内可见。同一系列原始数据还显示，从 L5 到 T5 总横截面积基本稳定在 53 000–69 000 mm² 之间，最大值约 69 337 mm² 出现在 T5 水平；椎间盘面积则由 L5 的 1360 mm² 向上递减至 T5 的 671 mm²，提示越向上脊柱整体横截面积主要由肌肉承担。McGill 等[14]还强调，针对腹壁力臂，仰卧位会使腹内容物在重力下向后塌陷，因此腹肌力臂被低估约 30%；站立位下腹内容物将腹肌推离脊柱，真实力臂更大。该校正对所有使用 MRI/CT 几何的生物力学模型都至关重要。

33.2 肌群：回旋肌与横突间肌（Muscle Groups: Rotatores and Intertransversarii）

本章将腰椎肌肉按功能分组讨论，第一组是最深层的回旋肌（rotatores）与横突间肌（intertransversarii）。许多解剖教科书按其命名把脊柱的"小型回旋肌"——附着于相邻椎骨——视为产生轴向扭转力矩的角色（Muscle Attachment Box 33.1）；横突间肌则常被指派为侧屈的角色（Muscle Attachment Box 33.2）。作者指出这种推论存在两个问题：第一，这些小肌肉（图 33.2）的 PCSA 极小，只能产生几牛顿的力；第二，它们作用的力臂非常小，对总的轴向扭转与侧屈力矩的贡献微不足道。因此它们应该有别的功能。

有证据显示，这些肌肉的肌梭含量极高，比多裂肌丰富约 4.5–7.3 倍[16]，提示它们在每个胸、腰椎节段充当长度感受器或椎骨位置感受器。在作者实验室早年进行的一项 EMG 实验中，研究者将内置电极放置在靠近椎骨的位置，曾有一例高度怀疑电极位于某回旋肌内。在脊柱中立位（或被约束于中立）的等长扭转尝试中，无论左旋还是右旋，该回旋肌都没有 EMG 活动——只有腹斜肌等通常的活动。但在放松状态下尝试扭转时，一个方向没有任何反应，而另一个方向却出现大幅活动。该回旋肌并非被激活以产生轴向扭转力矩，而是对脊柱扭转位置变化作出反应；它的活动作为扭转位置的函数被引出，并不符合"扭转脊柱"的力矩产生角色。作者据此推断，这些所谓"肌肉"实际上是长度感受器，亦即位置感受器，感知每个脊柱运动单元的位置。这一点与临床实践相关——很可能这些结构会在脊柱运动末端的手法治疗过程中受到影响。

关于附着与神经支配的具体细节，Muscle Attachment Box 33.1 描述回旋肌下附着于一椎体横突的上后部，上附着于其紧上方椎体椎板的下外侧缘，位于多裂肌深层，胸段较腰段发育更完全，由脊神经背支支配，无法触诊。Muscle Attachment Box 33.2 描述横突间肌下附着于一椎体横突，上附着于其紧上方椎体的横突；腰段有两组肌肉——内侧与外侧——均位于腹支后方；腰段外侧部又分为腹侧与背侧两部分；内侧部由同节段脊神经背支支配，外侧腰段由腹支支配，亦不可触诊。

图 33.2 显示这些小肌肉——回旋肌与横突间肌——跨越腰段各关节，深层紧贴椎骨。它们之所以在传统解剖学里被反复指派"扭转"或"侧屈"角色，部分原因是命名本身预设了力矩功能，而 PCSA 与力臂的双重约束被忽略。在 EMG 实验中观察到的"方向不对称激活"现象——一个扭转方向沉默、另一方向强烈——更像是位置依赖的牵张反射或本体感觉调制，而不是主动力矩的产出。这一证据系列支持把回旋肌与横突间肌从"力矩产生肌"的范畴移出，归入"位置/长度传感器"范畴。本节末尾的 Clinical Relevance 框明确指出：很可能这些"肌肉"实际上是长度感受器，从而也是位置感受器，感知每个脊柱运动单元的位置；它们极有可能在关节达到运动末端的手法治疗过程中受到影响。这意味着对该层肌肉的徒手治疗策略，不应基于"激活它们产生力矩"的假设，而应基于"对它们的本体感觉输入进行调制"的假设。Nitz 与 Peck[16]关于肌梭浓度的对比数据是该结论的核心实验支撑：4.5–7.3 倍的差距说明这些小肌肉在本体感觉环路中的权重远高于其力学贡献。

33.3 肌群：伸肌——最长肌、髂肋肌与多裂肌（Muscle Groups: Extensors—Longissimus, Iliocostalis, and Multifidus）

胸腰椎的主要伸肌包括最长肌（longissimus）、髂肋肌（iliocostalis）与多裂肌（multifidus）三组（Muscle Attachment Boxes 33.3–33.5）。解剖学书常把这两组分开，但从功能视角看，把这两块肌肉的胸段部分视为一组、腰段部分视为另一组，可能更具启发性，因为腰、胸段在构筑[3]与功能[12]上都不同。Bogduk[3]把这两块肌肉的腰、胸段进一步划分为最长肌胸椎部 pars lumborum 与 pars thoracis，以及髂肋肌腰部 pars lumborum 与 pars thoracis。这两个功能组（附着于腰椎的 pars lumborum 与附着于胸椎的 pars thoracis）构成了相当精妙的构筑，原因有二：（1）纤维分型研究显示这两组在胸、腰段之间存在差异——胸段约含 75% 慢缩纤维，腰段则一般快慢缩纤维均匀混合[17]；（2）这两块肌肉的 pars thoracis 部分附着于肋骨与椎骨成分，其可收缩纤维较短、长腱与脊柱平行地走向其在骶骨后表面与髂嵴内侧缘的起点（图 33.3）。它们在下胸、腰段的力线非常表浅，使得其力的伸肌力臂尽可能大，因此以最小化对脊柱的压缩代价产生最大的伸肌力矩（图 33.4）。在腰椎水平的横断面 MRI 或 CT 扫描上，它们的肌腱拥有最大的伸肌力臂，覆盖在腰段肌肉块之上——常常超过 10 cm[13, 14]。

这两块肌肉的腰段部分（髂肋肌腰部 pars lumborum 与最长肌胸椎部 pars lumborum）在解剖与功能上都与胸段同名肌截然不同。它们连接于腰椎的乳突、副突与横突，远端附着于骶骨后侧与髂嵴内侧，每一椎体由这两块肌肉的双侧独立层连接（图 33.5）。其力线不平行于脊柱的压缩轴，而是呈后下方走向，这使它们在上方椎体上同时产生后剪切力与伸肌力矩。这些后剪切力可抵消身体前屈提举姿势下上方椎体所产生的前向反应剪切力。

多裂肌在腰段执行相当不同的功能——尤其在腰段，它们附着于相邻椎骨的棘突或跨越二至三个节段（图 33.6）。其力线倾向平行于压缩轴，或在某些情形下斜向前下方。但多裂肌在力学上最重要的特征是：它仅跨越少数关节，因此其力仅影响脊柱的局部区域。所以多裂肌参与产生伸肌力矩（伴随极小的扭转与侧屈力矩），但只能提供针对特定关节——可能是应力集中点——的矫正或力矩支撑。临床实践中的"孤立训练肌群"，此处即指针对腰椎的腰段伸肌，其概念需要重新审视。具体而言，位于腰段的"腰段"伸肌只贡献腰椎总伸肌力矩的一部分。腰段伸肌机制的训练必须涉及那些附着于胸椎的伸肌——它们的可收缩纤维主体位于胸段，但其肌腱越过腰段并拥有所有腰肌中最大的机械优势。因此，从解剖基础或运动控制视角（其中所有"乐队成员"在训练中都必须被挑战），"孤立"腰段肌肉的训练都无法得到辩护。

另一个重要的临床议题基于伸肌的解剖特征：附着于腰椎的最长肌与髂肋肌的腰段在产生伸肌力矩的同时，也产生巨大的后剪切力，用以支持躯干前屈姿势中产生的剪切载荷。一些治疗师在不知情的情况下，通过让患者在训练中完全屈曲脊柱（导致这些肌肉出现肌电静默），或建议患者在前屈活动如提举时维持骨盆后倾，使这些剪切力保护者失效。

就附着与神经支配而言，Muscle Attachment Box 33.3 描述最长肌胸椎部 pars lumborum 下附着于髂后上棘，上附着于腰椎的横突与副突，由腰脊神经背支支配，深于胸腰筋膜不可单独触及。Muscle Attachment Box 33.4 描述髂肋肌腰部 pars thoracis 下附着于髂嵴后上棘向外约 5 cm 的髂嵴，上附着于全部 12 根肋骨的角度，可与其他竖脊肌一起在胸椎处被触诊；pars lumborum 下附着于髂嵴，上附着于前 4 个腰椎的横突与胸腰筋膜，由胸腰脊神经背支支配，同样不可单独触诊。Muscle Attachment Box 33.5 描述多裂肌下附着于骶骨后表面、竖脊肌腱膜、髂后上棘与骶髂韧带以及腰椎的乳突；上附着中浅层跨越第三或第四椎骨、中层跨越第二或第三椎骨、深层跨越紧上方一节；多裂肌位于半棘肌与竖脊肌深层；由脊神经背支支配，不可触诊。

33.4 肌群：腹肌（Muscle Groups: Abdominal Muscles）

Rectus Abdominis（腹直肌）。 虽然许多经典解剖学教科书把整个腹壁视为躯干的重要屈肌，但事实是腹直肌才是躯干的主要屈肌，并且在仰卧起坐与卷腹中最活跃（Muscle Attachment Box 33.6）。表 33.5 给出多种任务下由肌肉内与表面电极获得的肌电幅度，归一化为 100% MVC 的平均百分比（括号内为标准差），任务涵盖直腿仰卧起坐、屈膝仰卧起坐、压脚跟仰卧起坐、屈膝卷腹、屈膝抬腿、直腿抬腿、左/右手对右/左膝的等长交替、交叉卷腹（RS-across 与 LS-across）、等长与动态侧桥、俯卧撑（脚与膝两种变体）等；电极通道包括腰方肌、腰大肌两个内置位点（psoas 1i 与 2i）、腹外斜肌（EOi）、腹内斜肌（IOi）、腹横肌（TAi）、腹直肌（RAs）、股直肌（RFs）、竖脊肌（ESs）。具体数据中，腹直肌 RAs 在屈膝卷腹时激活最高（约 62% MVC），在直腿仰卧起坐与压脚跟仰卧起坐中约为 48%–51%；ESs 在所有任务中均很低（多数 < 10% MVC），仅在等长侧桥与动态侧桥中升至 24%–29%；腰大肌 psoas 在直腿抬腿与压脚跟仰卧起坐中显著升高（约 28%–35%），在屈膝卷腹中最低（约 7%–10%）；腰方肌则在等长侧桥中升至 54%，而在多数屈曲任务中只有 6%–12% 的低激活。一个有趣的问题在于：为什么腹直肌被分成若干节段，而不是一块单一的长肌肉？考虑到这些节段共享同一神经支配，而且一块单一长肌肉本可具备跨越更长长度变化范围的力-长度关系优势。作者推测：单一肌肉会在缩短时隆起、压迫内脏，或变得僵硬而抵抗屈曲；"分节"的腹直肌不仅限制了缩短时的隆起，而且各节形成"串珠效应"，允许在每个肌腱处发生弯曲，从而便利躯干屈伸或随内脏内容物体积变化时的腹部胀缩。另一个临床议题围绕上、下腹直肌的争议：虽然腹斜肌具有区域性激活（在功能上可分上、下区域），但腹直肌的所有节段在屈肌力矩产生过程中以相似水平同时被激活。在大多数人身上，上、下腹直肌之间并不存在显著的功能分离[5]。那些报告上下腹直肌激活存在差异的研究，有时在 EMG 信号处理过程中缺失归一化步骤——粗略的肌电活动幅度（毫伏）被用来推断某节段的相对活动较多或较少，但幅度受局部导电特性影响；因此幅度必须针对标准化收缩进行归一化，并以占该活动百分比的形式表达（而非毫伏）。

Abdominal Wall（腹壁）。 腹壁的三层——腹外斜肌、腹内斜肌、腹横肌——执行若干功能（Muscle Attachment Boxes 33.7–33.9）。腹斜肌参与屈曲，并且由于附着于半月线（linea semilunaris）（图 33.7）[9]而具备增强的屈曲能力：半月线把腹斜肌的力沿腹直肌鞘向下重新导向，从而有效增加其屈肌力臂。具体而言，腹斜肌的较大一部分并不直接通过前方骨性附着，而是经由半月线附着于腹直肌。这样，腹直肌实际上承担了一部分腹斜肌的力，从而增强躯干的屈肌力矩潜力[14]。腹斜肌参与躯干扭转[7]与侧屈[8]，并在腰椎稳定中扮演一定角色——当脊柱被施以纯轴向压缩时[11]，腹斜肌的活动会在较小程度上增加。腹横肌的纤维横向走行，因此几乎不产生屈曲力[15]；它更好地与腹斜肌协同收缩以提高腹内压，用于咳嗽、排便、分娩等功能。腹内压在稳定下背中的作用详见第 34 章。腹横肌的孤立收缩很少发生。功能分区提示腹部肌肉的多种训练技术以增强其多重角色是必要的；尽管腹斜肌具有区域性激活，但腹直肌的上、下部在功能上似乎并无分离——所有部分在大多数人身上以相似幅度同时被激活。这在临床上只要按第 4 章简要描述的方法对 EMG 通道进行归一化即可观察到；因此卷腹训练激活整个腹直肌。然而腹斜肌的上、下部分则根据躯干所承受的需求而被分别激活。

33.5 肌群特例：腰方肌与腰大肌（Muscle Groups: Special Case of the Quadratus Lumborum and Psoas Major）

腰大肌（psoas major）虽然是髋与腰椎的一块肌肉，但常被视为腰椎的良好稳定者。作者认为这种角色不太可能成立（详见第 39 章关于腰大肌的讨论）。将腰大肌与腰方肌（quadratus lumborum）做对比，可凸显这一问题。和腰大肌腰段一样，腰方肌附着于腰椎，但相对腰大肌它在结构上有若干差异：它有更多的纤维交叉连接椎骨；通过横突附着具备更大的侧向力臂；并且跨越肋笼与髂嵴（Muscle Attachment Box 33.10）。因此，尽管这两块肌肉都能抵御剪切不稳定，但腰方肌在所有载荷模式下都更具效力——这是结构使然。此外，腰大肌的激活模式与脊柱稳定者不符[4]（见表 33.5）。这些数据提示腰大肌的角色主要是髋屈肌与髋部僵硬度的提供者。相比之下，激活模式支持腰方肌的稳定作用——它在下背的多种屈曲主导、伸展主导与侧屈任务中均有活动[1, 11]。进一步地，Andersson 等[1]发现，在屈曲-放松现象中腰方肌不会与躯干伸肌一起放松。屈曲-放松现象是一项有趣的任务，因为它不存在显著的侧向或扭转力矩，伸肌力矩似乎是被动支撑的。腰方肌持续的活动提示它扮演稳定角色。一项让受试者直立站立但双手各握一个桶、并逐步向桶内加载的实验显示，随着稳定性需求增加，腰方肌（与腹斜肌一起）的激活水平上升[11]（图 33.8）。这一任务构成一种特殊情境，因为只有压缩载荷被施加于脊柱而无任何弯矩。值得思考的是：为什么腰大肌要跨越腰椎？为什么不让髂肌（iliacus，另一块髋肌）执行髋屈曲的角色？没有腰大肌，髂肌在髋屈曲时会使骨盆旋转，在腰骶交界处施加巨大的弯曲应力（朝向过度前凸的方向）；腰大肌把这些应力分散到整段腰椎。

本章个人批注

本章的核心信息其实是一句话："肌肉的功能不能只从附着区与作用线推断"。McGill 用整整一章把这条戒律用四块肌肉群组反复论证：(1) 最小、最深、最像"扭转肌"的回旋肌与横突间肌，PCSA 与力臂都太小、根本产生不了多少力矩；它们其实是肌梭富集的位置感受器。(2) 看似"腰椎伸肌"的髂肋肌与最长肌腰段，力线斜行产生后剪切力，恰恰用来抵消提举姿势下的前向剪切——临床若把这两块"弄沉默"（完全屈曲训练、后倾骨盆），就等于撤掉了剪切保护者。(3) 多裂肌只跨越少数节段，只能在局部做力矩补偿，训练上"孤立腰段"的提法在解剖上不成立。(4) 腰大肌跨过腰椎是出于应力分散的工程学原因，而不是稳定腰椎；真正在多种载荷任务下稳定腰椎的是腰方肌。

方法学上有两点让我格外注意：第一，McGill 把同一数据源（MRI/CT）的"原始面积/力臂"与"按纤维构筑与扫描平面校正后"的面积/力臂分列两套表格（表 33.1 vs 33.4），提示做腰椎生物力学建模时若直接使用扫描面积会低估力；第二，EMG 的归一化（%MVC）vs 原始毫伏之争——他直接点名了"上/下腹直肌分离"的研究是因未归一化而产生的伪差异。这两条都属于"测量-解释"的工程学问题，比纯解剖结论更值得记。

让我比较警觉的是他给出的临床相关性短框里的话术："It is suspected…""it is very likely…"——这些是 McGill 的工作假说而非定论，下一章（第 34 章）会给出训练动作设计的延伸讨论，但即便到本章为止，"孤立训练腰肌"的说法已被解剖与运动控制双重证伪。

与上下章的衔接（一段话）

在第 31 章"胸椎所承受的载荷"与第 32 章"胸椎肌肉力学与病理力学"已经把目光聚焦到脊柱中段之后，本章将视角完整地移到腰椎——但承袭的是同一套力学推理框架：从解剖构筑（含纤维构筑、附着、力线、力臂）出发，结合 EMG 激活证据，重新解释肌群的功能角色，并质疑传统教科书的几条常识（扭转肌之名、孤立训练腰肌之说、腰大肌稳定论）。读者由此获得一块肌群的功能地图——这是为下一章"腰椎肌肉在低背痛训练中的应用"做准备；第 34 章会把本章揭示的稳定者（腰方肌、腹斜肌）与效率最高的伸肌（胸段 pars thoracis）组织成具体训练动作的设计原则，并提出基于肌肉激活幅度与脊柱压缩负荷之间权衡的处方逻辑。