分析重度脊柱畸形的肺功能损害特征及其影响肺功能的相关影像学参数。
2009年9月至2014年12月，中山大学附属第一医院脊柱外科共66例符合入选标准的患者纳入研究。所有患者均行术前肺功能检查及站立位脊柱全长X线片，分析肺功能结果及其与脊柱影像学参数的相关性。
66例重度脊柱畸形患者中，57例(86.4%)合并有肺功能损害，其中54.6%为中重度肺功能损害[第1秒用力呼气容积(FEV1)≤59%]，损害方式以限制性通气功能障碍为主。肺活量(VC)%、用力肺活量(FVC)%和FEV1%与主弯Cobb角、累及胸椎数目、累及椎体数目及局部后凸角呈显著负相关，而与顶椎位置呈显著正相关(顶椎越靠近头端，肺功能损害越严重)。多元线性回归分析显示，主弯Cobb角和累及胸椎数目是肺通气功能降低的主要影响因素，解释肺容积下降的46.2%～55.1%。
重度脊柱畸形多合并肺功能障碍，且以中重度限制性通气功能障碍为主。主弯Cobb角和受累胸椎数目是影响肺功能的主要因素。畸形越严重、节段越长、顶椎越靠头端的重度脊柱畸形患者，其肺功能损害越严重。
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对于脊柱外科医生而言，重度脊柱畸形的围手术期处理仍是巨大挑战[1]。肺功能受损是脊柱畸形导致的常见的生理功能障碍之一，这在重度脊柱畸形中尤为突出[2]。有关脊柱畸形与肺功能关系的研究多集中于青少年特发性脊柱侧凸(AIS)方面，研究结果不尽相同[3,4,5]。况且，由于AIS多畸形程度较轻，合并肺功能障碍多为轻度或正常，对于临床治疗策略的制定意义不大。然而，对于重度脊柱畸形而言，由于常常合并中、重度肺功能障碍，围手术期肺部并发症发生率较高，因此，评估分析重度脊柱畸形的术前肺功能特征及其影响因素意义重大[6,7]。本研究回顾性分析前瞻性收集的重度脊柱畸形患者的肺功能测试和影像学资料，分析重度脊柱畸形的肺功能损害特征和肺功能指标与脊柱影像学参数的相关性，探讨重度脊柱畸形肺功能损害的主要影响因素。
2009年9月至2014年12月，中山大学附属第一医院脊柱外科共66例符合入选标准的患者纳入研究。男22例，女44例；年龄8～39(20.3±6.5)岁；体质指数(BMI)11.8～24.7 (18.2±3.0) kg/m2。冠状面主弯Cobb角为90.0～178.0(113.6±21.6)°；41例伴重度局部后凸畸形(Cobb角>80°)，Cobb角为80.0～176.0(109.6±26.6)°。42例为特发性，18例为先天性，5例为神经纤维瘤病伴脊柱畸形，另1例为马凡综合征伴脊柱畸形。纳入标准：(1)摄自然站立位脊柱全长X线片；(2)完成常规肺功能测定；(3)脊柱冠状面主弯Cobb角≥90°，伴或不伴脊柱后凸。排除标准：(1)资料不全或不符合纳入标准；(2)既往有脊柱畸形或胸部手术史；(3)合并神经肌肉疾病(如麻痹性神经肌肉性脊柱畸形等)、脑血管疾病等；(4)吸烟史。
所有患者由专人按常规操作进行肺功能检测。肺功能指标包括肺活量(VC)、用力肺活量(FVC)、第1秒用力呼气容积(FEV1)、一秒率(FEV1/FVC%)、残气容积(RV)，肺总量(TLC)、残总比(RV/TLC%)，并根据本院肺功能室的肺功能正常值计算VC、FVC和FEV1占预计值的百分比。
根据肺功能测试结果将肺功能损害程度分为以下3组：轻度组(60%≤FEV1%<80%)、中度组(41%≤FEV1%≤59%)和重度组(FEV1%≤40%)[8]。根据通气功能障碍的诊断与分型，分为限制性、阻塞性和混合性通气功能障碍[8]。
摄自然站立位脊柱全长正侧位X线片，测量及记录以下指标：冠状面主弯Cobb角、顶椎位置(胸1～12记为1～12；腰1记为13，依次类推)、顶椎偏距(顶椎中心距正中线的水平偏距，AVT)、局部后凸角、主弯累及椎体数目(Cobb测量法)及主弯累及胸椎数目。所有参数由两名医师单独进行测量，结果取其平均值，以减少测量误差。
采用SPSS 16.0(SPSS公司，美国)统计软件包进行统计分析。两组间比较采用配对t检验；多组之间统计采用单因素方差分析。将脊柱影像学参数与肺功能指标进行Pearson相关性分析，VC、FVC和FEV1等肺功能指标采用预测值替代实测值，以期消除年龄、身高和性别等可能的混杂因素影响[8]。存在显著相关性的肺功能指标采用逐步采用多元线性回归分析以得出判定系数(R2)。描述性数据以
±s表示，以P<0.05为差异有统计学意义。
66例重度脊柱畸形患者中，86.4%(57/66)的重度脊柱畸形患者合并有肺功能损害，其中54.6%为中重度肺功能损害(FEV1≤59%)。肺功能损害以限制性通气功能障碍为主，占总病例数的80.7%；另有19.3%合并阻塞性通气功能障碍。不同肺功能损害程度间各参数比较见表1。57例肺功能障碍患者中，轻度、中度及重度肺功能障碍的比例分别是36.8%、35.1%和28.1%。与重度组相比较，中度组的主弯Cobb角和累及椎体数目差异均有统计学意义(均P<0.05)；而轻度组的主弯Cobb角、累及椎体数目、累及胸椎数目及顶椎位置差异均有统计学意义(均P<0.05)。不同通气功能障碍方式间各参数比较见表2。限制性和非限制性通气功能障碍患者年龄、BMI和脊柱畸形影像学参数差异均无统计学意义(均P>0.05)。不同主弯类型间肺功能指标比较见表3。
不同肺功能障碍程度间比较(
±s)
不同肺功能障碍程度间比较(±s)
| 项目 | 重度组 | 中度组 | 轻度组 |
|---|---|---|---|
| 例数 | 16 | 20 | 21 |
| 性别（男/女） | 6/10 | 5/15 | 7/14 |
| 年龄（岁） | 19.4±7.5 | 19.6±6.2 | 20.9±7.0 |
| BMI（kg/m2） | 17.5±2.8 | 17.3±1.9 | 18.6±3.3 |
| 主弯Cobb角（°） | 133.4±22.8 | 114.6±19.8a | 101.6±14.2ab |
| 累及椎体数（个） | 9.1±1.8 | 8.7±1.5a | 7.9±1.8a |
| 累及胸椎数（个） | 8.2±2.0 | 7.5±2.1 | 6.1±2.8a |
| 顶椎位置 | 7.9±2.1 | 9.2±2.0 | 10.2±1.9a |
| 顶椎偏距（cm） | 11.5±3.5 | 11.4±3.2 | 11.3±4.1 |
| 局部最大后凸角（°） | 126.7±31.7 | 99.7±18.4 | 109.4±23.8 |
注：与重度组比较，aP<0.05；与中度组比较，bP<0.05
不同通气功能障碍方式组间比较(
±s)
不同通气功能障碍方式组间比较(±s)
| 项目 | 限制性（n＝46） | 非限制性（n＝11） | t值 | P值 |
|---|---|---|---|---|
| 年龄（岁） | 19.6±6.4 | 23.0±6.6 | –1.625 | 0.109 |
| BMI（kg/m2） | 17.6±3.0 | 19.3±3.1 | –0.880 | 0.384 |
| 主弯Cobb角（°） | 113.4±20.6 | 114.8±26.6 | –0.196 | 0.845 |
| 累及胸椎数目 | 6.5±2.9 | 6.9±2.9 | –0.446 | 0.657 |
| 累及椎体数目 | 8.3±1.8 | 7.9±1.9 | 0.644 | 0.522 |
| 顶椎位置 | 9.8±2.5 | 9.0±2.4 | 1.077 | 0.286 |
| 顶椎偏距（cm） | 11.3±4.0 | 11.6±4.0 | –0.199 | 0.843 |
| 局部最大后凸角（°） | 110.7±26.5 | 106.3±28.0 | 0.451 | 0.654 |
不同主弯类型组间比较(
±s)
不同主弯类型组间比较(±s)
| 项目 | 胸弯组 | 胸腰弯组 | 腰弯组 |
|---|---|---|---|
| 例数 | 44 | 16 | 6 |
| FEV1≤59%[例（%）] | 30（68.2） | 6（37.5） | 0 |
| 年龄（岁） | 20.0±6.5 | 20.8±7.1 | 21.2±5.8 |
| 性别（男/女） | 13/31 | 6/10 | 3/3 |
| BMI（kg/m2） | 17.9±2.8 | 17.9±2.6 | 22.3±3.8ab |
| 主弯Cobb角（°） | 116.4±21.9 | 109.4±23.2 | 104.8±10.1 |
| VC（L） | 1.6±0.7 | 2.1±0.9a | 3.1±0.8ab |
| VC% | 57.8±21.1 | 66.1±14.9 | 100.3±10.6ab |
| FVC（L） | 1.5±0.69 | 2.1±0.9a | 2.9±0.7ab |
| FVC% | 53.6±20.1 | 62.5±14.1 | 93.5±12.2ab |
| FEV1（L） | 1.3±0.6 | 1.8±0.7a | 2.6±0.7ab |
| FEV1% | 49.1±17.6 | 60.6±13.2a | 93.8±13.2ab |
| RV（L） | 1.1±0.3 | 1.2±0.5 | 1.0±0.3 |
| TLC（L） | 2.7±0.9 | 3.4±1.4 | 4.2±1.0a |
| RV/TLC（%） | 40.4±10.7 | 34.8±8.3 | 24.4±1.9ab |
注：FEV1：第1秒用力呼吸容积；BMI：体质指数；VC：肺活量；FVC：用力肺活量；RV：残气容积；TLC：肺总量。与胸弯组比较，aP<0.05；与胸腰弯组比较，bP<0.05
根据主弯顶椎所在的位置将侧凸分为3个亚组：胸弯亚组(顶椎位于T10及以上)44例；胸腰弯亚组(顶椎位于T10/11～L1/2) 16例；腰弯亚组(顶椎位于L2及以下) 6例。3组患者年龄、Cobb角差异均无统计学意义(均P>0.05)，而腰弯组BMI、VC、VC%、FVC、FVC%、FEV1和FEV1%等指标数值显著大于另外两组，而RV/TLC(%)则显著小于另两组(P<0.05)。胸弯组、胸腰弯组及腰弯组中的中重度肺功能障碍(FEV1≤59%)分别占68.2%、37.5%和0。
VC%、FVC%和FEV1%均与主弯Cobb角、累及胸椎数目、累及椎体数目及局部后凸角呈显著负相关，而与顶椎位置呈显著正相关(顶椎越靠近头端，肺功能损害越严重)。TLC则与累及胸椎数目、累及椎体数目呈显著负相关，与顶椎呈显著正相关，而与主弯Cobb角无显著相关性。与各肺功能指标显著相关的脊柱影像学参数作为自变量，相应肺功能指标作为因变量采取多元线性回归分析。影响VC%、FVC%和FEV1%的脊柱影像学参数均是主弯Cobb角和累及胸椎数目，其中VC%为46.2%，FVC%为50.2%，FEV1%为55.1%；主弯Cobb角越大、受累胸椎数目越多，VC%、FVC%和FEV1%越低(P<0.01)。而影响TLC的指标只累及胸椎数目，TLC为29%(表4，表5)。
肺功能各指标与影像学测量参数的相关性分析®
肺功能各指标与影像学测量参数的相关性分析®
| 项目 | Cobb角 | 累及胸椎数 | 累及椎体数 | 顶椎位置 | 顶椎偏距 | 后凸角 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VC% | –0.464b | –0.507b | –0.478b | 0.522b | –0.062 | –0.351b |
| FVC% | –0.496b | –0.519b | –0.453b | 0.521b | –0.051 | –0.380a |
| FEV1% | –0.487b | –0.589b | –0.464b | 0.612b | –0.029 | –0.337a |
| RV | –0.136 | –0.178 | –0.214 | 0.107 | 0.087 | –0.080 |
| TLC | –0.257 | –0.538b | –0.460b | 0.497b | 0.078 | –0.170 |
| RV/TLC | 0.339a | 0.412b | 0.267 | –0.561b | 0.031 | 0.128 |
注：aP<0.05；bP<0.01
肺功能各指标与影像学测量参数的相关性分析R2判定参数
肺功能各指标与影像学测量参数的相关性分析R2判定参数
| 项目 | VC% | FVC% | FEV1% | TLC |
|---|---|---|---|---|
| 主弯Cobb角 | 0.159 | 0.309 | 0.166 | 0.290 |
| 累及胸椎数目 | 0.303 | 0.193 | 0.385 | – |
| 总计 | 0.462 | 0.502 | 0.551 | 0.290 |
肺功能受损是脊柱畸形导致的最常见的生理功能障碍之一[2]。脊柱畸形，尤其是重度脊柱畸形常合并胸廓畸形，而脊柱偏移短缩、胸廓塌陷及胸廓不对称等畸形，可导致胸廓容积减小、肺实质受压、肺膨胀障碍及顺应性下降，呼吸做功增加，进而发展成限制性通气功能障碍、胸廓功能不全综合征、肺动脉高压，甚至肺心病，不仅影响患者的心身健康，而且会大大缩短患者寿命[9,10,11]。对于早发型脊柱侧凸(EOS)，由于在肺实质发育成熟之前就存在畸形，甚至可影响患者的肺脏发育，引起肺换气障碍[12]。
本研究结果表明，对于主弯Cobb角≥90°的重度脊柱侧凸/侧后凸畸形患者，高达86.4%的患者存在肺功能损害，并且超过一半为中、重度肺功能损害(FEV1≤59%)。考虑到本研究中预计值依据的身高为畸形患者测量身高，而畸形本身带来的潜在高度丢失可能会使得肺功能障碍程度被低估[4]。根据通气功能障碍的诊断与分型[8]，本研究中的肺功能损害模式以限制性通气功能障碍为主，占总病例数的81.8%。值得注意的是，另有16.7%为合并阻塞性通气功能障碍。既往大多数研究认为，脊柱畸形导致的肺功能障碍模式为限制性通气功能障碍。然而，近来一些学者的研究发现畸形可能会压迫支气管造成阻塞性通气功能障碍[13,14]。Ito等[13]报道了6例由脊柱畸形导致气道压迫的病例，推断位于T7～T9的顶椎旋转可能压迫支气管造成阻塞。我们试图比较两种通气功能障碍方式的脊柱畸形影像学参数之间的差异性，但遗憾的是未能找出有统计学差异的参数。
毋庸置疑，肺功能的影响因素复杂繁多，而目前最常用的肺功能检测取决于测试者的配合度。因此，迄今为止的文献报道的肺功能影响因素不尽相同。本研究着重于在临床实践中肺功能评估有着重要意义的重度脊柱畸形患者，并力求克服脊柱畸形本身以外的其他各种影响因素，采取多元线性回归分析以求明确影响重度脊柱畸形患者肺功能损害的主要脊柱影像学参数。
既往的研究对象大多为AIS患者，就脊柱影像学参数而言，影响AIS患者肺功能的主要因素包括主弯Cobb角、弯型、顶椎旋转度、累及椎体数目以及胸椎后凸角等[3,4,5]。我们对于重度脊柱畸形患者肺功能的研究发现，VC%、FVC%和FEV1%等肺功能指标均与主弯Cobb角、累及胸椎数目、累及椎体数目及局部后凸角呈显著负相关，而与顶椎位置呈显著正相关(顶椎越靠近头端，肺功能损害越明显)。TLC则与累及胸椎数目、累及椎体数目呈显著负相关，与顶椎呈显著正相关，但与主弯Cobb角无显著相关性。
主弯Cobb角对肺功能的影响是显而易见的，角度越大，肺功能受损越严重。但由于多因素混杂，Cobb角达到何种程度才会导致肺功能受损尚未完全明确。Newton等[4]对620例AIS患者的肺功能进行研究，发现FVC、FEV1和TLC与主弯Cobb角呈显著负相关，但相关系数均低于文献报道；进行多元回归分析，发现主弯Cobb角的影响仅占肺功能障碍的3.6%。本研究发现，肺功能障碍与脊柱影像学参数的相关系数高于以往的研究[4]，可能是本研究对象集中于重度脊柱畸形患者，较好地克服了抽样偏倚。
不同的弯型对肺功能的影响也差异明显。主胸弯的侧凸患者肺功能障碍较主腰弯的患者明显。Weinstein等[15]对195例未经治疗的AIS患者肺功能进行评估，发现只有在以胸弯为主的患者才会出现明显的肺功能障碍。本研究发现，胸弯组的中重度肺功能障碍(FEV1≤59%)例数明显高于胸腰弯组，而腰弯组则无中重度肺功能障碍病例，这与Weinstein等[15]的研究相符。对于胸弯为主的患者，治疗决策上需要考虑弯曲对于患者心肺功能的影响，而对于腰弯为主患者，则可忽略这种影响性，进而为制定具体治疗方案提供参考依据。
Newton等[4]的研究表明，受累椎体的数目与肺功能存在显著的相关性，而顶椎位置与肺功能障碍的关系则不大。刘臻等[3]回顾性分析108例侧凸患者的肺功能，发现受累椎体数目≥7个的患者肺功能损害程度显著高于受累节段短的患者，另外顶椎位于T8以上的患者肺功能损害程度明显加重。本研究的相关性分析发现，受累胸椎数、受累椎体数与肺功能呈显著的负相关，而与顶椎位置呈显著正相关(顶椎越靠近头端，肺功能损害越明显)，进一步多元回归性分析后发现，受累胸椎数为主要影响因素，而受累椎体数和顶椎位置由于和受累胸椎数存在一定的重叠性而被排除。
顶椎旋转度对于肺功能的影响，既往研究不尽相同，而且，对椎体旋转测量的精确度及可靠性也受到质疑[5]。本研究对象为重度脊柱畸形患者，单纯凭借X线判断顶椎旋转度恐无太大意义，故未将其纳入考虑[16]。此外，几乎所有重度脊柱畸形患者胸后凸正常或增大，所以本研究将局部明显后凸角纳入评估参数。本研究发现，局部后凸角与肺功能存在显著负相关，但进一步多元回归分析，发现其不是主要影响因素。这可能是相互抵消所致，因为胸椎后凸角若低于10°肺功能容易受损，反之若超过40°则可得到一定程度的改善[4]。
除了脊柱影像学参数外，既往的研究还发现不同病因、发病年龄等因素也对脊柱畸形患者肺功能造成损害。不同病因的脊柱侧凸其肺功能损害模式往往是不同的，先天性脊柱侧凸患者由于发病早、病史长，伴有脊柱结构上的缺损，与特发性脊柱侧凸相比对肺功能的影响更大[3]。肺发育从出生到8岁主要是完成肺泡增殖，之后主要为肺泡的增大。一般认为，发病年龄越早，肺功能损害越明显，尤其是在肺泡发育成熟前就存在明显畸形者。本研究大多数患者无法提供确切发病年龄，且重度脊柱畸形患者绝大多数为EOS(5岁前发病)发展延续而来，因此，本研究未就发病年龄进一步分组比较。
Newton等[4]进行多元回归分析发现主弯Cobb角、累及胸椎数目、胸前凸减少以及躯干偏移是影响肺功能的4个主要因素，其对于FVC、FEV1和TLC的影响分别占肺功能障碍的19.7%、18.0%和8.8%。本研究多元线性回归分析发现，影响VC、FVC和FEV1的脊柱畸形指标是主弯Cobb角和累及胸椎数目，它们的影响占肺功能障碍的50%左右。主弯Cobb角越大、受累胸椎数目越多，VC、FVC和FEV1越低。而影响TLC的指标只有累及胸椎数目，其可解释29%的TLC。
综上所述，重度脊柱畸形多合并肺功能障碍，且以中重度限制性通气功能障碍为主。主弯Cobb角和受累胸椎数目是影响肺功能的主要因素。畸形越严重、节段越长、顶椎越靠头端的重度脊柱畸形患者，其肺功能损害越明显。充分、全面地了解重度脊柱畸形肺功能障碍的病理生理学特征、主要影响因素，可更好地服务于临床治疗，为预防干预、减少围手术期并发症提供有益帮助。
