影響脊柱側(cè)凸患者肺功能的脊柱胸廓畸形指標(biāo)

郝 冉，吳志宏，韓江娜，孟淑珍，朱元玨，于 斌，王以朋，邱貴興

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院 1呼吸科 2骨科，北京 100730

·論著·

影響脊柱側(cè)凸患者肺功能的脊柱胸廓畸形指標(biāo)

郝 冉1，吳志宏2，韓江娜1，孟淑珍1，朱元玨1，于 斌2，王以朋2，邱貴興2

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院1呼吸科2骨科，北京 100730

目的研究脊柱側(cè)凸患者的肺功能及影響肺功能的脊柱胸廓畸形指標(biāo)。方法采用配對研究的方法，將78例先天性和特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者與正常受試者以性別和年齡1:1配對。測定兩組受試者的肺功能和側(cè)凸患者的脊柱胸廓畸形影像學(xué)指標(biāo)。結(jié)果脊柱側(cè)凸患者第1秒用力呼氣容積和用力肺活量成比例下降，肺總量和功能殘氣量降低，呈現(xiàn)以肺容積下降為特征的限制性通氣功能障礙。彌散量相應(yīng)降低，單位肺泡彌散量正?；蚵云?。氣道阻力和氣道傳導(dǎo)未受累。先天性脊柱側(cè)凸患者除了上述改變外，還出現(xiàn)了氣道阻力和殘氣量的異常。多元線性回歸分析顯示，受累胸椎數(shù)、胸腰椎高度、側(cè)凸度數(shù)是肺容積降低的主要影響因素，解釋肺容積下降的40%～51%。結(jié)論脊柱側(cè)凸患者的肺功能為限制性通氣功能障礙伴彌散量降低。累及胸椎數(shù)越多、胸腰椎高度越低、側(cè)凸度數(shù)越大，肺容積損害越明顯。

特發(fā)性脊柱側(cè)凸；先天性脊柱側(cè)凸；肺功能；脊柱胸廓畸形

脊柱側(cè)凸是兒童青少年常見的脊柱胸廓畸形疾病。脊柱彎曲和胸廓畸形不僅影響患者外觀，更重要的是影響肺臟的正常生長發(fā)育，導(dǎo)致不可逆的肺功能損害。嚴(yán)重病例甚至出現(xiàn)呼吸衰竭，生存期縮短。研究顯示脊柱側(cè)凸患者肺功能主要呈現(xiàn)限制性通氣功能障礙，表現(xiàn)為第1秒用力呼氣容積和用力肺活量下降；肺總量降低；彌散量下降[1-2]。上述肺容積降低主要與受累胸椎數(shù)和側(cè)凸度數(shù)有關(guān)[2-5]，但相關(guān)系數(shù)偏低[2,5-6]。其他脊柱胸廓畸形指標(biāo)比如頂椎位置、胸腰椎高度、頂椎偏距是否也影響肺功能結(jié)論尚不一致[4-7]。本研究入組了先天性和特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者，糾正以往研究只錄入青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者脊柱胸廓畸形較輕的抽樣偏倚[2,5]，系統(tǒng)研究了肺功能損害特點(diǎn)。除肺量測定和肺容積測定外，還測定了氣道阻力和彌散功能。在此基礎(chǔ)上，分析各項(xiàng)肺功能指標(biāo)與脊柱畸形影像學(xué)指標(biāo)間的關(guān)系，找出影響肺功能的脊柱胸廓畸形指標(biāo)。

對象和方法

對象選取2007年7月至2009年8月北京協(xié)和醫(yī)院骨科確診準(zhǔn)備接受脊柱側(cè)凸矯正術(shù)的患者78例，男性22例、女性56例，年齡5.9～29.3歲，平均(14.7±3.4)歲。其中特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者47例，男性5例、女性42例，年齡10.1～20.6歲，平均(14.6±2.5)歲；先天性脊柱側(cè)凸患者31例，男性17例、女性14例，年齡5.9～29.3歲，平均(14.7±4.5)歲。入選標(biāo)準(zhǔn)：(1) 根據(jù)全脊柱X光片和體格檢查結(jié)果，診斷為先天性或特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者；(2)年齡在6～29歲；(3)未接受過脊柱側(cè)凸矯正術(shù)；(4)無神經(jīng)肌肉疾病，無心腦血管疾??；(5)能配合完成肺功能測定。78例正常受試者為北京地區(qū)的學(xué)生或工作人員，年齡5.8～29.7歲，平均(14.7±3.5)歲，其中特發(fā)性脊柱側(cè)凸對照組年齡10.3～21歲，平均(14.7±2.6)歲；先天性脊柱側(cè)凸對照組年齡5.8～29.7歲,平均(14.7±4.5)歲。入選標(biāo)準(zhǔn)：(1)性別和年齡與側(cè)凸患者配對；(2)無軀體疾病;(3)近4周無呼吸系統(tǒng)癥狀；(4)無肥胖；(5)不吸煙。

方法采用配對研究的方法，將脊柱側(cè)凸患者和正常受試者以性別和年齡1:1配對。測定兩組受試者肺功能和脊柱側(cè)凸患者的脊柱胸廓畸形影像學(xué)指標(biāo)。肺功能測定：使用康訊公司的肺功能儀(LF8 Ganshorn Medizin Electronic GmbH，Germany)。測定方法根據(jù)美國胸科學(xué)會/歐洲呼吸病學(xué)會制定的系列標(biāo)準(zhǔn)[8-11]和兒科肺功能測定標(biāo)準(zhǔn)[12]。最大呼氣流速采用用力肺量測定法[13]，肺容積和氣道阻力測定采用體描箱法[14]，彌散測定采用實(shí)時氣體分析的一口氣彌散法[15]。肺功能指標(biāo)包括用力肺活量(forced vital capacity，F(xiàn)VC)、第1秒用力呼氣容積(forced expiratory volume in one second，F(xiàn)EV1)、一秒率(FEV1/FVC%)、最大呼氣峰流速(peak expiratory flow，PEF)；肺總量(total lung capacity，TLC)、功能殘氣量(function residual capacity，F(xiàn)RC)、殘氣量(residual volume，RV)、殘總比(RV/TLC%)、氣道阻力(airway resistance，Raw)、比氣道阻力(speci- fic airway resistance，sRaw)、氣道傳導(dǎo)(airway conductance，Gaw )、比氣道傳導(dǎo)(specific airway conductance，sGaw )；彌散量(carbon monoxide diffusion capacity，TLCO )、單位肺泡彌散量(diffusion coefficient，KCO )。

脊柱畸形影像學(xué)指標(biāo)：由骨科醫(yī)師分析站立位全脊柱正位X光片獲得，包括累及胸椎數(shù)目、胸腰椎高度、側(cè)凸度數(shù)、頂椎位置、累及椎體數(shù)目、頂椎偏距。側(cè)凸度數(shù)測定采用cobb法[16]。

結(jié) 果

一般情況特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者中女性多見，而先天性脊柱側(cè)凸患者中男性多見。脊柱側(cè)凸患者身高(154.47±11.68 )cm較正常受試者( 159.62±10.79 )cm顯著降低(P<0.05)，體重(43.39±8.83)kg較正常受試者( 54.46±13.11)kg顯著降低(P<0.0001)。其中，先天性脊柱側(cè)凸患者身高(149.0±15.3)cm較正常受試者( 159.2±14.1)cm顯著降低(P<0.05)，體重(42.0±11.9)kg較正常受試者(51.9±14.2)kg顯著降低(P<0.05)；特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者體重(44.3±6.0)kg較正常受試者( 56.2±12.2)kg顯著降低(P<0.0001)，身高(158.1±6.6)cm 與正常受試者(159.9±8.0)cm相比，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

脊柱側(cè)凸患者肺功能與正常受試者比較，脊柱側(cè)凸患者FEV1、FVC、PEF和sRaw降低，sGaw升高(P<0.05，P<0.01)，與正常受試者比較，先天性脊柱側(cè)凸患者還出現(xiàn)了Raw升高(P<0.05)(表1)。靜態(tài)肺容積測定TLC和FRC減低(P<0.01)，RV無變化， RV/TLC升高(P<0.01)。其中先天性脊柱側(cè)凸患者出現(xiàn)了RV降低(P<0.05)(表2)。由于脊柱側(cè)凸患者肺容積減小，僅36例完成了彌散功能測定，這組患者TLCO(7.15±1.47)mmol/(min·kPa)較正常受試者(8.54±2.43)mmol/(min·kPa)顯著降低(P<0.05)，KCO(1.94±0.28)mmol/(min·kPa·L)較正常受試者(1.80±0.26)mmol/(min·kPa·L)顯著升高(P<0.05)。

脊柱側(cè)凸患者脊柱胸廓畸形與特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者比較，先天性脊柱側(cè)凸患者胸腰椎高度更低(P<0.01)，側(cè)凸度數(shù)更大(P<0.05)。累及胸椎數(shù)、頂椎位置、累及椎體數(shù)和頂椎偏距差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(表3)。

表 1 脊柱側(cè)凸患者和正常受試者肺量測定和氣道阻力

與正常受試者比較，aP<0.05，bP<0.01

aP<0.05，bP<0.01 compared with normal subjects

表 2 脊柱側(cè)凸患者和正常受試者肺容積和彌散功能

與正常受試者比較，aP<0.05，bP<0.01

aP<0.05，bP<0.01 compared with normal subjects

表 3 脊柱側(cè)凸患者脊柱畸形的影像學(xué)測量結(jié)果

與先天性脊柱側(cè)凸患者比較，aP<0.05，bP<0.01

aP<0.05,bP<0.01 compared with patients with congenital scoliosis

脊柱胸廓畸形對肺功能的影響影響FVC的脊柱畸形指標(biāo)是累及胸椎數(shù)、胸腰椎高度、側(cè)凸度數(shù)，它們共同解釋了FVC的51%，受累胸椎數(shù)越多、胸腰椎高度越低、側(cè)凸度數(shù)越大，F(xiàn)VC越低(P<0.01)；影響FEV1的指標(biāo)是累及胸椎數(shù)、側(cè)凸度數(shù)、頂椎位置，它們共同解釋了FEV1的45%，累及胸椎數(shù)越多、側(cè)凸度數(shù)越大、頂椎位置越高，F(xiàn)EV1越低(P<0.01)；影響TLC的指標(biāo)是累及胸椎數(shù)、胸腰椎高度、側(cè)凸度數(shù)，它們共同解釋了TLC的50%，累及胸椎數(shù)越多、胸腰椎高度越低、側(cè)凸度數(shù)越大，TLC越低(P<0.01)；影響FRC的脊柱畸形影像學(xué)指標(biāo)是胸腰椎高度和累及胸椎數(shù)，它們共同解釋了FRC的40%，胸腰椎高度越低、累及胸椎數(shù)越多，F(xiàn)RC越低(P<0.01)。TLCO和KCO由于病例數(shù)限制，多元線性分析顯示無相關(guān)性(圖1)。

討 論

本研究顯示脊柱側(cè)凸患者(包括先天性和特發(fā)性)肺功能明顯受損，表現(xiàn)為第1秒用力呼氣容積和用力肺活量成比例下降，肺總量降低；呈現(xiàn)以肺容積下降為特征的限制性通氣功能障礙；彌散量相應(yīng)降低，而單位肺泡彌散量正?；蚵云?；氣道阻力和氣道傳導(dǎo)未受累。先天性脊柱側(cè)凸患者除了上述表現(xiàn)外，還出現(xiàn)了氣道阻力和殘氣量的異常。上述肺功能損害，與脊柱畸形有直接關(guān)系。多元線性回歸分析顯示，受累胸椎數(shù)、胸腰椎高度、側(cè)凸度數(shù)是肺容積降低的主要影響因素，可以分別解釋肺容積(包括FVC、FEV1、TLC、FRC)下降的40%～51%。即累及胸椎數(shù)越多、胸腰椎高度越低、側(cè)凸度數(shù)越大，肺容積損害越重。而頂椎位置、累及胸椎數(shù)目和頂椎偏距與肺功能指標(biāo)無相關(guān)關(guān)系。

本研究采用所謂“學(xué)科互動”的模式，呼吸科和骨科學(xué)者通過互相交流和影響，探討了影響脊柱側(cè)凸患者肺功能的脊柱胸廓畸形指標(biāo)。與以往研究比較[2,4-5]，本研究錄入了先天性和特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者，目的是糾正以往研究只錄入青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者的抽樣偏倚，拓寬肺功能損害和脊柱胸廓畸形的嚴(yán)重程度。 青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者脊柱胸廓畸形一般較輕，肺功能損害相應(yīng)較輕，干擾了肺功能與脊柱畸形影像學(xué)指標(biāo)間的相關(guān)分析[2,5-6]。再次，肺功能預(yù)計值由受試者年齡、性別和身高計算得出。由于脊柱側(cè)凸患者身高發(fā)育受到脊柱畸形的影響，一般低于同齡健康人，給預(yù)計值計算帶來困難[17]。以往研究中，有的學(xué)者采用臂展替代身高[6]，有的用校正身高[3]，使預(yù)計值出現(xiàn)偏差，干擾了肺功能與脊柱畸形影像學(xué)指標(biāo)間的相關(guān)分析[3,5-6]。本研究直接使用肺功能實(shí)測值，避免脊柱側(cè)凸患者身高測量不準(zhǔn)確，使用預(yù)計值造成的偏差。為驗(yàn)證這一點(diǎn)，本研究嘗試用肺功能指標(biāo)的預(yù)計值與脊柱畸形影像學(xué)指標(biāo)進(jìn)行多元回歸分析，以FVC為例，R2由0.51降低到0.31。

圖1 脊柱側(cè)凸患者肺功能指標(biāo)與脊柱畸形影像學(xué)指標(biāo)間的多元線性回歸分析Fig 1 Multiple linear regressions analysis of pulmonary function and radiographic parameters of spinal deformity in patients with scoliosis

有報道嚴(yán)重的脊柱側(cè)凸(側(cè)凸度數(shù)115度)，由于氣管扭曲，可以出現(xiàn)大氣道阻塞的肺功能特點(diǎn)[18]。本研究脊柱側(cè)凸患者側(cè)凸度數(shù)平均59度(表4)，sRaw均數(shù)未增大，sGaw均數(shù)未下降(表3)。本研究4例側(cè)凸度數(shù)>110度，其中3例sRaw增大(占預(yù)計133%～164%)。

本研究存在一定局限性。首先，由于脊柱側(cè)凸患者肺容積的減小，僅有不足半數(shù)患者完成了一口氣法彌散功能測定，內(nèi)呼吸法彌散功能測定有可能彌補(bǔ)這一缺憾，有待進(jìn)一步研究補(bǔ)充。其次，本研究篩選出影響肺容積指標(biāo)的3項(xiàng)脊柱畸形影像學(xué)指標(biāo)，其穩(wěn)定性和可重復(fù)性仍有待大樣本量研究證實(shí)。

綜上，脊柱側(cè)凸患者肺功能呈現(xiàn)以肺容積下降為特征的限制性通氣功能障礙。彌散量相應(yīng)降低，單位肺泡彌散量正?；蚵云摺獾雷枇蜌獾纻鲗?dǎo)未受累。先天性脊柱側(cè)凸患者還出現(xiàn)了氣道阻力和殘氣量的異常。上述肺功能損害，與脊柱畸形有直接關(guān)系。受累胸椎數(shù)、胸腰椎高度、側(cè)凸度數(shù)是肺容積降低的主要影響因素，累及胸椎數(shù)越多、胸腰椎高度越低、側(cè)凸度數(shù)越大，肺容積損害越明顯。

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SpinalFactorsAffectingPulmonaryFunctioninPatientswithScoliosis

HAO Ran1，WU Zhi-hong2，HAN Jiang-na1，MENG Shu-zhen1，ZHU Yuan-jue1，YU Bin2, WANG Yi-peng2, QIU Gui-xing2

1Department of Respiratory Medicine,2Department of Orthopaedics, PUMC Hospital,CAMS and PUMC，Beijing 100730, China

HAN Jiang-na Tel: 010-65295051, E-mail:janet_han2000@hotmail.com

ObjectiveTo investigate pulmonary function impairment and the spinal factors that may determine pulmonary function in patients with scoliosis.MethodsSeventy-eight patients with idiopathic scoliosis or congenital scoliosis and 78 age- and gender-matched healthy subjects were enrolled in this study. The radiographic parameters of spinal deformity were obtained from patients with scoliosis. Both two groups

pulmonary function tests.ResultsPatients with scoliosis demonstrated a restrictive pattern of pulmonary function impairment with a proportional decrease in both forced expiratory volume in one second and forced vital capacity. Total lung capacity and functional residual capacity were reduced. Carbon monoxide diffusion capacity was decreased, while diffusion coefficient remained normal or slightly higher. Airway resistance and conductance were not affected. In addition, airway resistance and residual volume were found abnormal in patients with congenital scoliosis. Multiple linear regression analysis showed that three spinal factors including involved thoracic vertebrae, vertical height from C7 to S1, and Cobb angle were independently responsible for 40%-51% of total variances of forced vital capacity, forced expiratory volume in one second, total lung capacity, and functional residual capacity.ConclusionsPatients with scoliosis have restrictive ventilation defects. More thoracic vertebrae involvement, lower vertical height, and larger Cobb angle are associated with severer impairment of lung volume.

idiopathic scoliosis; congenital scoliosis; pulmonary function; spinal deformity

ActaAcadMedSin，2011,33(2)：194-199

韓江娜 電話：010-65295051，電子郵件：janet_han2000@hotmail.com

R682.3

A

1000-503X(2011)02-0194-06

10.3881/j.issn.1000-503X.2011.02.019

首都醫(yī)學(xué)發(fā)展科研基金(2007-2013)Supported by the Medical Science Foundation of Capital (2007-2013)

2010-10-29)