背景：椎旁肌有助于脊柱支撑、节段控制以及脊柱融合术后的负荷传递。尽管脊柱手术后椎旁肌的损伤、萎缩和退变日益被认识，但其在融合术后的生物力学意义尚未在聚焦的综述中进行综合。方法：研究人员根据PRISMA 2020指南对生物力学研究进行了系统评价。检索了PubMed/MEDLINE、Embase、Scopus和Web of Science数据库，截至2026年3月，并辅以引文追踪和手动参考文献筛选。合格的研究调查了脊柱融合，并使用计算生物力学模型或其他直接生物力学方法，报告了与椎旁肌损伤、萎缩、保留或肌肉量改变相关的直接生物力学结果。由于脊柱区域、融合术式、模型框架、肌肉相关暴露和结果存在异质性，因此进行了定性综合。结果：8项研究符合纳入标准。所有研究均为计算生物力学研究，包括有限元(FEA)、肌骨(MSK)或联合肌骨–有限元模型。大多数研究评估了腰椎融合，一项研究评估了颈椎前路椎间盘切除融合术(ACDF)后的颈椎融合。在纳入的研究中，受损的椎旁肌状态通常与融合术后不太有利的力学环境相关，包括更大的邻近节段负荷、增加的椎间盘或纤维环应力、更高的关节突或韧带力、改变的肌肉力分布，以及在某些模型中增加的植入物相关应力。多裂肌保留或更好的术后肌肉质量通常与更符合生理的负荷传递相关。一些模型表明，头侧邻近节段可能特别容易受到肌肉相关机械干扰的影响。结论：现有的计算生物力学证据表明，椎旁肌状况是影响融合术后力学环境的重要调节因素。这些发现表明，脊柱融合的后果不应仅通过结构的刚度或融合节段的稳定性来解释。在生物力学解释、手术规划、术后康复和风险评估中，应考虑周围的肌肉支撑系统。
引言
脊柱融合术仍然是治疗需要持久稳定性的疾病的核心手术策略，包括退变性不稳定、滑脱、复发性椎管狭窄、脊柱畸形以及其他选定的结构性脊柱疾病。其力学目标通常由固定强度、对齐控制和在手术节段限制运动来定义。然而，术后脊柱力学不仅由植入物-骨结构决定，还取决于周围的肌肉支撑系统。椎旁肌有助于脊柱支撑、节段控制、姿势和力传递。在退变性脊柱疾病中，这些肌肉常表现出脂肪浸润和纤维化，而真正的萎缩程度因研究而异
[1] 。
后路椎旁肌在解剖和功能上具有异质性。经典解剖学研究表明，腰椎竖脊肌由不同的肌肉和腱膜成分组成，包括最长肌和髂肋肌，主要参与躯干伸展、姿势和全局负荷分担
[2, 3] 。相比之下，多裂肌位置更深、更偏内侧，并与后方脊柱结构密切相关。其短肌束、节段性附着、大的生理横截面积和稳定结构使其与局部节段间控制和腰椎稳定性特别相关
[4] 。
这种解剖学在临床上具有相关性，因为后路脊柱显露可能通过肌肉挤压伤、从骨性附着点剥离、牵拉相关创伤、去神经支配或术后废用而损害多裂肌
[5, 6] 。先前的腰椎融合文献指出，广泛的后路显露和广泛的椎旁肌解剖可能导致椎旁去神经支配、肌肉萎缩、术后疼痛和功能恢复延迟
[6] 。因此，椎旁肌不应仅被视为受手术影响的结构，还应被视为术后负荷传递的主动参与者。
椎旁肌状态可以通过影像学和功能学方法进行评估。MRI和CT可以量化横截面积、脂肪浸润和肌肉密度，而基于MRI的功能性横截面积和基于超声的测量可以进一步表征肌肉组成、形态和与收缩相关的变化
[7,8,9] 。功能评估可能包括肌电图、躯干力量或耐力测试以及基于运动的评估，尽管直接测量深层多裂肌的激活仍然具有挑战性
[9] 。在生物力学研究中，这些特征通常通过减少横截面积、改变肌肉力、模拟损伤或建模萎缩来间接表示。因此，萎缩、脂肪浸润和产力能力降低应被解释为相关但不同的椎旁肌功能障碍指标。
这些肌肉的生物力学重要性与脊柱稳定性作为被动脊柱柱、主动肌肉子系统和神经控制系统之间相互作用的概念一致
[10] 。融合通过消除手术节段的运动改变了被动子系统，但最终的术后力学环境也可能取决于主动肌肉子系统如何适应或恶化。当椎旁肌功能降低时，机械需求可能会合理地重新分配到邻近的椎间盘、关节突关节、韧带、内植物或全身躯干肌肉。
临床证据支持椎旁肌质量在脊柱手术中的相关性。系统评价数据将较差的术前椎旁肌形态学与腰椎手术后的不融合、椎弓根螺钉松动、邻近节段退变和近端交界性后凸联系起来
[11] 。荟萃分析证据还表明，更大的术前多裂肌脂肪浸润可能预示腰椎手术后更差的术后残疾、功能状态和腰痛
[12] 。然而，这些关联的机制基础仍不完全明确，基于共识的综述强调，成像协议和解释的变异性限制了椎旁肌研究之间的一致性
[7] 。
因此，本系统评价综合了关于椎旁肌损伤、萎缩、保留或肌肉量减少与脊柱融合术后机械行为之间关系的生物力学证据。具体而言，研究人员考察了受损的椎旁肌状态是否与更大的邻近节段负担、改变的内部组织应力、增加的植入物相关负荷或融合术后不利力学环境的其他特征相关。次要目标是评估关键后方稳定结构（特别是多裂肌）的保留是否与更符合生理的术后负荷传递相关。
方法
研究设计与报告框架
本系统评价评估了研究椎旁肌状态与脊柱融合术后机械行为之间关系的生物力学研究。评价侧重于椎旁肌损伤、萎缩、保留或肌肉量减少是否影响融合术后负荷传递、邻近节段力学、内部组织应力、植入物相关负荷或与运动相关的力学变化。报告遵循系统评价和荟萃分析优先报告条目（PRISMA）2020指南
[13] 。完整的PRISMA 2020检查表作为补充附录1提供。
本评价未在PROSPERO注册，也未发布单独的评价方案。然而，评价问题、资格标准、检索概念和提取框架在最终研究选择前已定义。评价问题为：在脊柱融合的生物力学研究中，椎旁肌损伤、萎缩、保留或肌肉量减少如何影响术后生物力学负担？
资格标准
研究需满足以下所有标准方可纳入：研究颈、胸或腰椎的脊柱融合结构；包含椎旁肌相关变量，如直接损伤、剥离、切除、术后萎缩、横截面积减少、生理横截面积减少、肌肉量改变或肌肉保留；采用生物力学设计，包括有限元分析（FEA）、肌骨骼建模（MSK）、尸体测试、实验模型或混合方法；报告至少一个与术后脊柱力学相关的直接生物力学结果；并且是已发表的、同行评审的英文全文文章。
排除标准包括：仅为临床、放射学或影像学研究而无直接生物力学结果的研究；仅检查非融合手术的研究；缺乏相关的肌肉相关变量的研究；专注于与脊柱融合无关的非脊柱模型或疾病的研究；或会议摘要、信件、社论、叙述性观点、无直接生物力学分析的技术描述或同一数据集的重复报告。
信息来源与检索策略
在PubMed/MEDLINE、Embase、Scopus和Web of Science中进行了系统文献检索。数据库检索辅以引文追踪和手动参考文献筛选。所有检索于2026年3月完成。
检索结合了与脊柱融合、椎旁肌、生物力学方法和力学结果相关的概念。完整的PubMed/MEDLINE检索策略在补充附录2中提供。根据每个数据库的标引结构和检索功能，该语法已应用于Embase、Scopus和Web of Science。
研究筛选
所有检索到的记录被导入引文管理软件，并在筛选前去除重复项。根据预定义的资格标准对标题和摘要进行筛选。被认为可能相关的报告需进行全文评估。
标题/摘要筛选和全文评估由两名评价者独立进行。评价者在标题和摘要筛选期间的一致性为95.0%，在全文评估期间为91.4%。分歧通过讨论和共识解决。
数据收集
数据被提取到预定义的证据框架中。提取的变量包括第一作者和年份、研究设计、生物力学模型类型、脊柱区域和手术节段、融合技术或结构、肌肉相关暴露或比较、加载条件或模拟任务、生物力学结果、与术后负担相关的主要发现以及关键方法学局限性。
肌肉相关变量根据它们在每项研究中的表现进行分类，包括直接肌肉损伤、术后恶化、肌肉量减少、改变的肌肉力或横截面积，以及后方稳定结构（特别是多裂肌）的保留。
方法学特征评估
由于没有单一的经过验证的偏倚风险工具适用于有限元、肌骨、尸体、实验和混合生物力学研究，因此未进行正式的风险偏倚评分。相反，根据预定义的方法学领域对纳入的研究进行了描述性评价：模型或标本表征、融合结构定义、肌肉相关变量的表示、加载条件、生物力学结果的相关性、模型验证或生理基础（如适用）以及假设和局限性的透明度。
此评价用于指导证据的解释，而不是仅仅基于方法学理由排除研究。
综合策略
由于脊柱区域、融合术式、生物力学框架、肌肉相关暴露、加载条件和结果测量存在异质性，未进行定量合并。因此，进行了定性叙述性综合。
综合围绕反复出现的生物力学主题组织：椎旁肌损伤与邻近节段负荷；多裂肌的保留与损害；肌肉量减少或萎缩与内部组织应力；术后运动学补偿和腰骶骨盆负荷重分布；植入物相关和被动结构负担；以及肌肉保留与肌肉牺牲手术策略之间的差异。
结果解释的概念框架
术后生物力学负担从四个领域进行解释：邻近节段负担、内部组织负担、植入物相关负担和肌肉相关适应。邻近节段负担包括融合节段邻近节段的压缩、剪切、运动或椎间盘压力改变。内部组织负担包括纤维环应力或应变、关节突负荷和韧带力。植入物相关负担包括椎间融合器应力、螺钉应力或相关的结构层面力学指标。肌肉相关适应包括肌肉力分布改变或补偿性负荷分担行为。
该框架用于确定受损的椎旁肌状态是否与融合术后不太有利的力学环境相关。
结果
研究筛选
研究筛选过程总结于图1。数据库检索识别出978条记录，其中PubMed/MEDLINE 247条，Embase 204条，Scopus 289条，Web of Science 238条。在去除482条重复记录和筛选前134条记录后，对362条数据库记录进行了标题和摘要筛选。引文追踪和手动参考文献筛选额外识别出13条记录，导致在所有来源中总共识别出991条记录。
在筛选的362条数据库记录中，排除了257条，寻求获取105份报告。12份报告无法获取，剩下93份数据库来源的报告进行全文评估。通过额外来源识别出的13条记录中，1份报告无法获取，12份进行了资格评估。总体而言，评估了105份全文报告，排除了97份，8项研究符合资格标准并被纳入定性综合。
纳入研究的特征
所有八项研究均为计算生物力学研究；没有尸体融合研究或体内实验融合研究符合最终资格标准。证据基础包括有限元（FEA）、肌骨骼（MSK）模型以及评估椎旁肌损伤、萎缩、保留或肌肉量减少对融合术后生物力学影响的联合肌骨骼–有限元模型
[14,15,16,17,18,19,20,21] 。大多数研究检查了腰椎融合，一项研究评估了颈椎前路椎间盘切除融合术（ACDF）后的颈椎融合
[21] 。表1介绍了研究特征，表2总结了主要生物力学发现和效应方向。
表1 纳入研究的特征
表2 纳入研究的主要生物力学发现
腰椎研究包括在提举任务期间模拟的腰椎融合结构、经椎间孔腰椎椎间融合术（TLIF）、后路腰椎椎间融合术（PLIF）和多节段融合情景
[14,15,16,17,18,19,20] 。肌肉相关变量包括模拟的后路肌肉损伤、多裂肌萎缩、椎旁肌横截面积的进行性减少、术后肌肉恶化、近端多裂肌保留或损害，以及微创与传统开放入路的比较。颈椎研究模拟了颈椎前路椎间盘切除融合术后不同的术后椎旁肌量状态
[21] 。
邻近节段负荷与术后负担
在腰椎研究中，受损的椎旁肌状态通常与邻近节段不太有利的力学环境相关。Malakoutian等人
[14] 报告，模拟的后路肌肉损伤增加了邻近节段的轴向和剪切负荷，其中对头侧邻近节段的影响最大。Kumaran等人
[17] 同样发现，在经椎间孔腰椎椎间融合术后，椎旁肌横截面积的进行性减少增加了头侧运动、椎间盘内压和纤维环应力。
Ebrahimkhani及其同事的两项研究相关但未被视为重复报告，因为它们使用了不同的生物力学框架并报告了不同的结果领域
[16, 18] 。2021年的研究使用经过验证的肌骨骼模型评估了肌肉力和邻近节段动力学，包括压缩、剪切和力矩
[16] 。2022年的研究使用耦合的肌骨骼–有限元模型评估了被动组织层面的反应，包括邻近椎间盘剪切、关节突和韧带力以及纤维环应力/应变
[18] 。综合来看，这些研究表明，融合术后的力学扰动可能通过改变的负荷分担和内部组织应力，而不仅仅是通过运动变化，得到更清晰的体现。
多裂肌保留与肌肉相关负荷分担
几项研究强调了多裂肌完整性的生物力学重要性。Wei等人
[20] 表明，后路腰椎椎间融合术增加了邻近节段的活动度和最大冯·米塞斯应力，当近端多裂肌受到更广泛的损害时，变化更大。近端多裂肌的保留与更有利的邻近节段力学特征相关。
Kim和Choi
[15] 表明，腰椎稳定本身可以减少多裂肌的产力，而与直接背部肌肉侵入相关的额外多裂肌萎缩进一步降低了产力能力。他们的模型还显示，在非稳定节段，关节突关节接触力增加。这些发现表明，多裂肌损害可能由直接手术损伤和稳定后的力学改变共同导致。
手术入路与运动策略
Rasmussen等人
[19] 评估了与入路相关的肌肉保留，他们在模拟提举任务中比较了微创和传统开放脊柱手术。传统开放入路通常产生更高的术后肌肉负荷，尽管差异小于因肌肉牺牲程度更大所预期的。侧方提举对关节反作用力的影响强于矢状面提举，这表明术后负担取决于手术入路和加载情景两者。
Ebrahimkhani的研究还表明，术后力学受到腰骶骨盆代偿的影响
[16, 18] 。在这些模型中，肌肉恶化的影响不仅取决于肌肉状态，还取决于融合节段丢失的运动如何在其余腰椎节段和骨盆之间重新分配。
颈椎证据
尽管大多数研究集中在腰椎融合，Cui等人
[21] 在颈椎也显示了相似的效应方向。在颈椎前路椎间盘切除融合术后，肌肉萎缩模型表现出增加的邻近节段椎间盘压力、更大的椎间融合器和螺钉应力、更高的关节囊韧带应力和更大的邻近节段运动。相比之下，肌肉训练模型产生了最有利的生物力学特征。
方法学概况与整体综合
纳入研究的方法学特征见表3。所有纳入的研究都是计算性的，在解剖细节、肌肉表示、加载方案、验证方法以及关于术后改变的假设方面各不相同。因此，未生成总结性方法学评分。结合肌骨骼和有限元方法的研究特别有用，因为它们将肌肉相关变化与节段负荷和内部组织应力联系起来。
表3 纳入研究的方法学评价
总体而言，椎旁肌损伤、萎缩、肌肉量减少或多裂肌损害通常与融合术后不太有利的生物力学环境相关。这种模式包括更大的邻近节段负荷、增加的椎间盘或纤维环应力、更高的关节突或韧带力、更大的植入物相关应力和增加的邻近节段运动。相反，多裂肌保留或更好的术后肌肉质量通常与更符合生理的负荷传递相关。
讨论
主要发现与解释
本系统评价发现，受损的椎旁肌状态通常与脊柱融合术后不太有利的力学环境相关。在纳入的计算研究中，肌肉损伤、萎缩、肌肉量减少或多裂肌损害使术后脊柱倾向于更大的邻近节段负担、改变的内部组织应力、增加的被动结构负荷、改变的肌肉力分布，在某些模型中还有更高的植入物相关应力
[14,15,16,17,18,19,20,21] 。核心启示是，融合生物力学不应仅通过结构的刚度或融合节段的运动控制来解释。周围的肌肉支撑系统似乎影响了节段固定后机械需求的重新分配方式。
这一发现具有临床重要性，因为它为具有相似融合结构的患者可能经历不同术后轨迹提供了机制解释。一个技术上稳定的结构可能仍然在不利的生物和力学环境中发挥作用，如果后方肌肉包膜受损。在此背景下，椎旁肌恶化不仅应被视为术后影像学表现，还应被视为连接融合、代偿性负荷传递、邻近节段应力和植入物相关并发症的潜在途径。
肌肉损害的生物力学意义
纳入研究表明，椎旁肌损害的不良影响更多地通过改变的负荷分担而非仅仅运动变化来体现。这一区别很重要。活动度经常被用作结构稳定性的标志物，但内部力学变量，如椎间盘剪切、纤维环应力、关节突或韧带力、融合器应力和螺钉应力，可能更好地反映邻近组织和植入物所承受的负担。因此，一个融合结构可能在融合节段看起来力学上成功，同时却增加了向邻近或被动结构的应力传递。
多裂肌在此过程中似乎特别相关。由于其深层位置、节段性结构和稳定功能，多裂肌完整性的丧失可能降低局部主动控制，并将需求转移至邻近的椎间盘、关节突关节、韧带和内植物。这支持了对融合生物力学的更整合的观点：结构提供被动稳定性，但椎旁肌有助于决定术后负荷传递的质量和分布。因此，肌肉保留方法在生物力学上可能有意义，不仅因为它们减少了早期组织创伤，还因为它们可能有助于保留主动的节段支撑。
与临床证据的关系
尽管本综述的核心证据是计算性的，但最近的临床研究支持了所建模机制的临床合理性。基于MRI的较差椎旁肌量已被证实与后路腰椎椎间融合术后早期融合器沉降相关
[22] 。多裂肌脂肪浸润也被报道为短节段减压融合术后螺钉松动的独立预测因素，特别是在融合块的头侧端附近
[23] 。同样，椎旁肌脂肪浸润与前外侧腰椎椎间融合术后的不融合和融合器沉降相关
[24] 。这些研究并未确立因果关系，但它们与较差的肌肉支撑可能增加对椎体终板界面和后路内植物需求的生物力学预期相一致。
临床证据也支持肌肉保留和术后功能恢复的重要性。与传统的经椎间孔腰椎椎间融合术相比，内窥镜腰椎椎间融合术与更少的早期椎旁肌损伤相关
[25] 。与刚性融合相比，动态稳定也与更少的术后椎旁肌退变和更好的腰椎功能相关
[26] 。在更广泛的脊柱手术人群中，术前椎旁肌脂肪浸润与腰椎管狭窄术后腿部疼痛改善较少相关，而背部肌肉形态学与手术结果和并发症相关
[27, 28] 。总之，这些临床观察加强了本次生物力学综合的相关性，同时区别于直接的生物力学证明。
对手术和康复的启示
研究结果表明，在术前规划、手术入路选择和术后康复中应考虑椎旁肌状况。术前肌肉质量评估可能有助于识别具有不利负荷传递或机械相关并发症高风险的患者。术中，尽量减少不必要的剥离、长时间牵拉、去神经支配和热损伤可能有助于保留后方主动支撑。术后，旨在恢复躯干控制、伸肌耐力和神经肌肉协调的康复对于重建更符合生理的负荷分担可能很重要。这一解释与支持结构化物理治疗和康复在腰椎融合术后作用的系统评价证据一致
[29] 。此外，随机证据表明，基于早期力量训练的康复可以在腰椎融合术后安全实施，并可能改善核心肌肉力量，强化了恢复主动躯干支撑的临床相关性
[30] 。对于未来的研究，计算模型应超越通用的肌肉假设，并纳入患者特异性变量，如肌肉横截面积、脂肪浸润、肌少症、年龄、性别、骨质量、畸形和神经肌肉募集模式。这样的建模可能更好地解释为什么一些患者尽管固定看似充分，却发展出邻近节段病变、螺钉松动、融合器沉降或不融合。
局限性
应承认几个局限性。首先，所有纳入的核心研究都是计算性的。这些模型提供了有用的机制见解，但依赖于关于解剖、组织特性、肌肉表示、加载条件和术后适应的假设
[14,15,16,17,18,19,20,21] 。其次，脊柱区域、融合术式、肌肉相关暴露、建模框架和生物力学终点方面的异质性妨碍了定量合并。第三，可能存在发表偏倚，因为显示肌肉损伤或萎缩有明确生物力学效应的研究可能比中性研究更有可能被发表。第四，年龄、性别、骨质量、肌少症、肥胖、畸形、骨质疏松症、衰弱和合并症负担未被一致地纳入模型，限制了对复杂临床人群的普遍性。第五，上述临床研究是观察性的，仅用作背景证据；它们不确立因果关系或直接验证计算模型。最后，本评价未在PROSPERO中前瞻性注册，尽管评价问题、资格标准、检索概念和提取框架在最终研究选择前已定义。
总体解释
现有证据支持一个连贯的解释：椎旁肌恶化可能改变脊柱融合后适应的力学途径。这种效应似乎涉及邻近节段负担、内部组织应力、被动结构负荷、植入物相关需求和代偿性肌肉募集。多裂肌由于其节段稳定作用显得尤为重要。因此，椎旁肌状况应被视为融合生物力学基质的一部分，而不仅仅是次要的术后影像学观察。
结论
现有的计算生物力学证据表明，椎旁肌状况是脊柱融合术后力学环境的重要调节因素。肌肉损伤、萎缩、肌肉量减少和多裂肌损害通常与更大的邻近节段负担、不太有利的内部应力分布、改变的肌肉代偿以及在某些模型中增加的植入物相关负荷相关。相反，椎旁肌完整性的保留，特别是多裂肌，与更符合生理的负荷传递相关。
这些发现表明，融合术后生物力学不应仅通过结构的刚度或融合节段的运动控制来解释。周围的肌肉支撑系统应被视为融合实现适应、代偿或机械超载的生物力学环境的一部分。更多地关注椎旁肌保留、术前肌肉质量和术后躯干功能恢复，可能改善生物力学解释、手术规划、康复策略和风险评估。
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