青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者術(shù)前肺功能影響因素分析及臨床意義

余 文,張永剛,鄭國權(quán),董天祥,唐翔宇,宋 凱

以往對青少年特發(fā)脊柱側(cè)凸(adolescent idiopathic scoliosis, AIS)患者術(shù)前肺功能的研究報道，主彎Cobb角愈大(>60°)，冠狀面近胸彎Cobb角>30°，后凸角<10°，累及胸椎數(shù)越多，胸腰椎高度越低，通氣功能受損越嚴(yán)重。

有學(xué)者報道，彌散功能參數(shù)一氧化碳彌散量/肺泡通氣量(diffusing capacity of the lung for carbon monoxide/alveolar volume, DLCO/VA)與Bending位頂椎凸凹側(cè)肋椎角差值呈正相關(guān)(r=0.4)，與主彎Cobb等參數(shù)無相關(guān)性[1]。另有學(xué)者報道參數(shù)一氧化碳彌散量(diffusing capacity of the lung for carbon monoxide，DLCO)與脊柱胸廓畸形參數(shù)(包括椎體旋轉(zhuǎn)角等)無相關(guān)性[2]。術(shù)前影像參數(shù)對彌散功能是否存在相關(guān)性尚存在爭議。

本試驗通過二維影像學(xué)參數(shù)與術(shù)前通氣及彌散功能相關(guān)性分析，尋找AIS患者術(shù)前肺功能不全的相關(guān)影像學(xué)參數(shù)及其臨床意義。

1 資料和方法

1.1 一般資料

選取2009年7月～2012年8月本院收治的24例術(shù)前資料完整的AIS患者，其中女16例，男8例；年齡平均為14.8歲，其中按Lenke分型[3]：Ⅰ型11例，Ⅱ型4例，Ⅲ型1例，Ⅳ型1例，Ⅴ型5例，Ⅵ型2例，均采用后路矯形植骨融合術(shù)治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：既往有胸部手術(shù)史，吸煙史及呼吸道疾病史。

1.2 術(shù)前肺功能和影像學(xué)評估

術(shù)前行肺功能檢查，包括通氣及換氣功能，呼吸頻率(breathing frequency, BF)、肺活量(vital capacity, VC)、肺活量占預(yù)計值百分比(percentages of vital capacity to predicted values, VC%)、用力肺活量(forced vital capacity, FVC)、用力肺活量占預(yù)計值百分比(percentages of forced vital capacity to predicted values, FVC%)、第1秒最大呼氣容積(forced expiratory volume in one second, FEV1)、第1秒最大呼氣容積占預(yù)計值百分比(percentages of forced expiratory volume in one second to predicted values, FEV1%)、肺總量(total lung capacity, TLC)、肺總量占預(yù)計值百分比(percentages of total lung capacity to predicted values, TLC%)、最大呼氣流量(peak expiratory flow, PEF)、25%肺活量時最大呼氣流量(forced expiratory flow after 25% of vital capacity has been expelled , FEF25%)、50%肺活量時最大呼氣流量(FEF50%)、75%肺活量時最大呼氣流量(FEF75%)、最大用力呼氣中段流速占預(yù)計值百分比(percentages of maximal midexpiratory flow to predicted values, MMEF%)、最大通氣量占預(yù)計值百分比(percentages of maximal ventilatory volume to predicted values, MVV%)、一氧化碳彌散量(diffusing capacity of the lung for carbon monoxide, DLCO SB)、一氧化碳彌散量占預(yù)計值百分比 ( percentages of diffusing capacity of the lung for carbon monoxide to predicted values, DLCO SB%) 和一氧化碳彌散量/肺泡通氣量(diffusing capacity of the lung for carbon monoxide/alveolar volume, DLCO/VA)等。

術(shù)前站立位全長X線片，Bending位及胸部CT掃描，影像學(xué)觀察參數(shù)包括主彎Cobb角[4]，近胸彎Cobb角，胸段累及椎體數(shù)，T5～12后凸角，頂椎椎體旋轉(zhuǎn)分度(Nash/Moe 法)[5]，站立位頂椎肋椎角(肋骨頭中心和肋骨頸中心連線與同側(cè)椎體側(cè)緣切線夾角)差值(見圖1)，Bending仰臥位頂椎肋椎角差值，頂椎偏移等。

圖1肋椎角
Fig.1Apical rib-vertebral angle

1.3 分組方法

術(shù)前肺功能結(jié)果分別與側(cè)凸主彎角度、頂椎偏移、站立位以及Bending位頂椎凸凹側(cè)肋椎角差值進(jìn)行相關(guān)性分析；以主彎Cobb角50°，近胸彎Cobb角30°，頂椎旋轉(zhuǎn)(Nash/Moe 法)3，矢狀位后凸角10°，胸段累及椎體數(shù)7個為界值，分別比較2組間肺功能數(shù)值差異是否有統(tǒng)計意義。肺功能參數(shù)為因變量，影像學(xué)測量參數(shù)為自變量，建立多元線性回歸方程。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié) 果

按主彎Cobb角<50°及≥50°分別比較肺功能指標(biāo)(見表1)。Cobb角≥50°的患者與Cobb角<50°者相比，TLC%和DLCO SB%數(shù)值減少，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。MVV%結(jié)果Cobb角<50°的患者大于Cobb角≥50°者，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.058)。2類患者按肺功能分級標(biāo)準(zhǔn)[6]記錄正常、輕度、中度、重度功能不全所占比例(見表2)。Cobb角<50°的患者中肺功能正常、輕度不全分別為91%和9%，無中重度功能不全；Cobb角≥50°的患者中、重度功能不全各占8%。 按近胸彎Cobb角<30°及≥30°分別比較肺功能指標(biāo)(見表3)。近胸彎Cobb角≥30°的患者與Cobb角<30°者相比，TLC% 和DLCO SB%數(shù)值減少，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.051,P=0.052)。

表1 不同主彎Cobb角組肺功能參數(shù)比較Tab.1 Parameter comparison of different main curve Cobb’s angle group

主彎Cobb角Cobb’s angleFEF50%FEF75%MMEF%MVV%TLC%DLCO SB%DLCO SBDLCO/VA<50°82.74±29.9180.70±24.8484.15±27.21128.52±42.55108.70±11.92?134.51±29.65?8.36±1.921.83±0.27≥5072.76±25.9070.20±23.4273.84±33.2193.36±37.2387.00±21.21?95.50±29.94?6.71±2.341.76±0.23

注：*P<0.05
Note: *P<0.05

按頂椎旋轉(zhuǎn)Nash/Moe 法分度<3及≥3比較肺功能指標(biāo)(見表4)。組間肺功能指標(biāo)差別未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計意義(P>0.05)。

按T5-12矢狀位后凸角<10°及≥10°分組比較肺功能參數(shù)(見表5)。后凸角≥10°組與后凸角<10°組比較，DLCO SB%和DLCO SB升高，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.056,P=0.052)。

按胸段累及椎體數(shù)<7個和≥7個分組比較肺功能參數(shù)(見表6)。累及椎體數(shù)≥7個組與累及椎體數(shù)<7個組比較，F(xiàn)EF50%, FEF75%, MMEF%, MVV%及DLCO SB%下降(P<0.05)，DLCO SB也減少，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.05)。

主彎Cobb角與術(shù)前肺功能檢查相關(guān)性。主彎Cobb角與VC% 、FEV1% 、FVC%、MVV%、TLC%呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r分別為-0.41、-0.42、-0.40、-0.46，和-0.69。主彎Cobb與DLCO SB%及DLCO SB有較好相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r為-0.74和-0.66；而與DLCO/VA未發(fā)現(xiàn)相關(guān)(P>0.05)。

主彎頂椎偏移與肺功能指標(biāo)相關(guān)性。頂椎偏移與TLC%、DLCO SB%及DLCO SB明顯負(fù)相關(guān)(r值分別為-0.61、-0.61、-0.54)，而與TLC、DLCO/VA、FEF25%、FEF50%、FEF75%、MMEF%和MVV%均無相關(guān)性。

表2 2組按肺功能不全分級標(biāo)準(zhǔn)分組結(jié)果Tab.2 Distribution of preoperative Pulmonary dysfunction in 2 groups

表3 不同近胸彎Cobb角組肺功能參數(shù)比較Tab.3 Parameter comparison of different proximal thoracic Cobb’s angle group

近胸彎Cobb角Proximal thoracicCobb’s angleFEF50%FEF75%MMEF%MVV%TLCTLC%DLCO SBDLCO SB%<30°79.62±28.5274.69±25.4781.59±29.37116.60±40.614.55±0.96102.01±14.917.93±2.01122.18±30.16≥30°70.04±26.0577.16±21.1369.50±34.5082.30±41.413.36±1.9772.85±35.995.16±2.6571.95±40.65

表4 不同主彎頂椎椎體旋轉(zhuǎn)分度組肺功能參數(shù)比較Tab.4 Parameter comparison of different NASH/MOE group

Nash/Moe 法Nash/Moe methodFEF75%MMEF%MVV%TLCTLC%DLCO SBDLCO SB%DLCO/VA<373.57±18.1678.08±13.80115.44±28.584.49±0.74104.31±9.317.98±1.80126.05±29.031.81±0.25≥376.50±28.6078.92±38.78104.92±48.574.22±1.5789.23±27.626.93±2.76100.28±39.511.78±0.26

表5 不同T5～12后凸角組肺功能參數(shù)比較Tab.5 Parameter comparison of different T5-12 Kyphosis Cobb’s angle group

T5～12后凸角T5-12 Kyphosis Cobb’s angleMMEF%MVV%TLCTLC%DLCO SBDLCO SB%DLCO/VA<10°57.97±30.6560.50±35.353.46±1.4080.66±28.825.36±1.9081.36±33.051.56±0.07≥10°82.69±29.39113.47±40.664.63±0.96102.53±15.538.13±1.98124.18±30.781.84±0.24

表6 不同胸段累及椎體數(shù)組肺功能參數(shù)比較Tab.6 Parameter comparison of different number of vertebrae in thoracic curve

累及椎體數(shù)組Number of vertebrae in thoracic curveMMEF%MVV%TLCTLC%DLCO SBDLCO SB%DLCO/VA<7106.92±25.29?151.54±43.74?5.44±0.84116.60±8.959.72±1.25150.06±29.95?1.85±0.40≥771.11±27.52?94.96±32.90?4.09±1.0392.73±19.236.94±2.08105.44±30.81?1.78±0.21

注：*P<0.05
Note: *P<0.05

站立位頂椎凸凹側(cè)肋椎角差值，Bending位頂椎凸凹側(cè)肋椎角差值，分別與術(shù)前肺功能指標(biāo)做相關(guān)性分析。站立位頂椎凸凹側(cè)肋椎角差值分別與TLC%，TLC，DLCO SB%和DLCO SB呈負(fù)相關(guān)(r值分別為-0.59，-0.62，-0.53及-0.59)；與VC%、FVC%、FEV1%、MMEF%、MVV%、PEF%、FEF25%、FEF50%、FEF75%、DLCO/VA都無相關(guān)性(P>0.05)。Bending像頂椎凸凹側(cè)肋椎角差值與TLC、DLCO SB呈負(fù)相關(guān)(r值等于-0.57和-0.57)；與VC%、FVC%、FEV1%、MMEF%、MVV%、PEF%、FEF25%、FEF50%、FEF75%、DLCO/VA都無相關(guān)性(P>0.05)。

肺功能與影像學(xué)參數(shù)間多元線性回歸分析。以VC%，DLCO%為因變量，影像學(xué)參數(shù)為自變量，按逐步引入法多元線性回歸分析：根據(jù)模型建立的VC%多元線性回歸方程：Y=101.09+0.94×X1-4.44×X2，(X1：T5～12矢狀位后凸角； X2：胸段累及椎體數(shù)目)，經(jīng)t檢驗，X1和 X2的P值分別0.06和0.07，按α=0.10水平，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。建立的DLCO SB %多元線性回歸方程：Y=208.58-1.82×X，(X：主彎Cobb角)，經(jīng)t檢驗，X的P值=0.025，按α=0.05水平，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

3 討 論

AIS是常見的脊柱側(cè)凸畸形，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正常發(fā)育，導(dǎo)致不可逆的肺功能損害。術(shù)前肺功能檢查對手術(shù)時機、方式選擇具有指導(dǎo)意義。

Johnston等[7]報道AIS患者中約19%術(shù)前有肺功能不全，主胸彎側(cè)凸Cobb度數(shù)越大、后凸度數(shù)丟失越多、近胸彎>30°，肺功能損害越明顯。水平位畸形與肺功能損害無明顯相關(guān)。提示手術(shù)防止畸形進(jìn)展，盡可能恢復(fù)矢狀面與冠狀面平衡對防止肺功能進(jìn)一步惡化十分重要。劉臻等[8]報道脊柱側(cè)凸患者(先天性和特發(fā)性)主要表現(xiàn)為以限制性通氣功能障礙為主，術(shù)前肺功能主要影響因素為側(cè)凸發(fā)生年齡，側(cè)凸畸形Cobb角，側(cè)凸發(fā)生部位及側(cè)凸累及節(jié)段。Newton等[9]報道部分AIS患者臨床肺功能不全與側(cè)凸嚴(yán)重性不成比例，決定手術(shù)方案時采用獲得良好矯形效果且對肺功能產(chǎn)生最少負(fù)效應(yīng)的融合技術(shù)。由于影像學(xué)參數(shù)與肺功能指標(biāo)之間缺少中等或高度相關(guān)性，二維參數(shù)很難定量描述整體胸廓畸形，其建議對脊柱和胸廓三維空間進(jìn)一步進(jìn)行研究以及改善目前的肺功能測量技術(shù)，這對更好地理解側(cè)凸如何對胸廓形狀及其功能產(chǎn)生有害影響是有幫助的。

主彎Cobb角與VC% 、FEV1% 、FVC%、MVV% 、TLC%呈負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)從-0.4到-0.69)，與Johnston等[7]及劉臻等[8]報道相符。冠狀位主彎Cobb角愈大，術(shù)前患者肺功能受損可能性增加，從保存肺功能角度出發(fā)，臨床上輕度至中度肺功能不全可以作為矯形手術(shù)的適應(yīng)證。DLCO SB%與主彎Cobb角呈負(fù)相關(guān)，對于冠狀面嚴(yán)重失衡患者側(cè)凸，為避免肺功能進(jìn)一步受損，應(yīng)合理選擇手術(shù)時機進(jìn)行手術(shù)矯正畸形。大多肺功能指標(biāo)絕對值與主彎Cobb角無相關(guān)性。但本研究得出Cobb角愈大，不僅通氣功能指標(biāo)下降，彌散指標(biāo)也受損，這與Upadhyay等[1]報道Cobb角同DLCO%無相關(guān)性不一致。由于本研究患者彌散功能不全所占比例為14%(2/14，其余10例未測得術(shù)前數(shù)據(jù))，其余患者(12/14)DLCO SB%均在正常范圍(均值為115%)，主彎Cobb角與DLCO SB%相關(guān)系數(shù)r為-0.74，因此推測AIS患者在自然發(fā)展史過程中(無矯形手術(shù)等干預(yù))，隨著年齡的增大，DLCO SB%將有不同程度受損；且主彎Cobb角≥50°相較<50°患者圍手術(shù)期呼吸系統(tǒng)并發(fā)癥可能性增加。

Johnston等[7]報道FVC、FVC% 、FEV1、FEV1%數(shù)值，近胸彎≥30°組低于近胸彎<30°組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義；而本研究結(jié)論與國外報道不一致可能受肺功能檢查自身質(zhì)量控制等因素影響。若近胸彎為結(jié)構(gòu)性，提示TLC%和DLCO SB%下降可能性大；頂椎偏移愈大，TLC%和DLCO SB%下降愈明顯，提示可通過頂椎偏移推測AIS患者肺功能受損嚴(yán)重程度。同主彎Cobb與肺功能結(jié)果之間相關(guān)性變化趨勢相一致。頂椎旋轉(zhuǎn)Nash/Moe分度按≥3度和<3度分2組，組間差異無統(tǒng)計意義(P>0.05)，與Johnston等[7]報道相符，提示椎體旋轉(zhuǎn)分度不是預(yù)測肺功能受損的影像學(xué)參數(shù)。通過測量頂椎凸凹側(cè)肋椎角，站立位頂椎肋椎角差值增加，TLC%和DLCO SB%受損也增加。本研究中Ⅴ型和Ⅵ型患者一共7例，胸腰段和腰段脊柱側(cè)凸納入研究范圍，因為這些側(cè)凸類型雖然主彎不在胸段，理論上可能改變膈肌的位置與功能，進(jìn)而影響正常呼吸過程，對肺功能產(chǎn)生意外的負(fù)面影響[9]。

Johnston等[7]報道T5-12矢狀位后凸角≥10°組FEV1，F(xiàn)EV1%，F(xiàn)VC，F(xiàn)VC%數(shù)值較<10°組高(P<0.05)。Newton等[9]報道后凸不足(<10°)更有可能存在肺功能不全，后凸>41°較后凸不足肺功能數(shù)值更高。而本研究FEV1%，F(xiàn)VC%組間差別未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計意義(P>0.05)，可能由于樣本量不足導(dǎo)致；胸段累及椎體數(shù)≥7組患者存在不同程度肺功能不全，呼吸肌需要做更多功完成正常活動，劇烈活動耐受能力下降，降低矯形手術(shù)安全性；這一發(fā)現(xiàn)可能是與胸廓三維空間的畸形變化有關(guān)。

分別以VC%，DLCO%為因變量，所有影像學(xué)參數(shù)為自變量建立回歸方程。VC%回歸方程中T5～12矢狀位后凸角及胸段累及椎體數(shù)目R2=0.32(修正決定系數(shù))，說明二者對VC%貢獻(xiàn)度占32%。DLCO%回歸方程中主彎Cobb角R2=0.46，說明主彎Cobb角對DLCO%貢獻(xiàn)度占46%。由此，術(shù)前T5～12矢狀位后凸角和胸段累及椎體數(shù)目的影響僅占VC%下降的32%；術(shù)前冠狀位主彎Cobb角的影響僅占DLCO%下降的46%。胸廓三維空間改變對肺功能變化的影響有待進(jìn)一步研究。

本研究不足之處是樣本量偏少，有一些患者術(shù)前彌散功能檢查未完成(10/24)。青少年處在生長發(fā)育關(guān)鍵時期，肺功能結(jié)果絕對值并不是呼吸系統(tǒng)成熟后的最終值，采用測量值占預(yù)計值百分比來分析更具合理性。脊柱側(cè)凸及椎體旋轉(zhuǎn)引起胸廓畸形，進(jìn)而肺容量減少,肺容量減少提示胸廓機械動力學(xué)的改變。對于AIS患者，脊柱側(cè)凸阻礙肋骨的運動，使呼吸肌處在機械不利狀態(tài)，及胸腔各器官發(fā)生移位。脊柱側(cè)凸直接減少胸壁順應(yīng)性和間接減少肺順應(yīng)性(肺不張和逐步空氣潴留)，造成顯著增加呼吸作功，相關(guān)的呼吸肌無力可能導(dǎo)致慢性呼吸衰竭。漸進(jìn)性肺動脈高壓也構(gòu)成發(fā)病和死亡的主因[11-14]。術(shù)前應(yīng)常規(guī)行肺功能檢查對患者作出合理評估。主彎Cobb≥50°，近胸彎Cobb≥30°，胸段累及椎體數(shù)≥7個，外科醫(yī)師應(yīng)合理選擇手術(shù)入路，避免傳統(tǒng)的開胸或胸腹聯(lián)合前方入路。

綜上，術(shù)前肺功能主要影響因素是主彎Cobb角，冠狀位近胸彎Cobb角，主彎頂椎偏移，站立位和Bending位頂椎凸凹側(cè)肋椎角差值，胸段累及椎體數(shù)。術(shù)前站立位主彎Cobb角愈大，主彎頂椎偏移增大，站立位頂椎凸凹側(cè)肋椎角差值增加，近胸彎≥30°，胸段累及椎體數(shù)≥7個，肺功能下降明顯；Bending位頂椎凸凹側(cè)肋椎角差值增加，TLC、DLCO SB減少；手術(shù)矯正冠狀位失平衡，可以避免患者肺TLC、DLCO SB進(jìn)一步下降；頂椎椎體旋轉(zhuǎn)分度(Nash/Moe 法)不是預(yù)測肺功能受損的影像學(xué)參數(shù)。

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