青少年特發性脊柱側凸癥脊柱三維形態結構參數的相關性研究*

汪 飛,黃贊程,劉特熹,王書勤,趙欣玉,林遠方

(深圳市中醫院推拿科,廣東深圳 518000)

青少年特發性脊柱側凸癥(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)是脊柱的三維畸形,其冠狀位Cobb角≥10°,并伴隨矢狀位的曲率發生變化[1]。據國際脊柱側彎矯形與康復治療協會估計,AIS的全球發病率在0.93%～12.00%,其中三分之二的AIS患者在青春期進展迅速,當Cobb角>40°時其疾病可進展至成年后[2]。研究認為脊柱側彎改變了脊柱的3個解剖平面,因此形成以冠狀位、矢狀位及軸位畸形為特征的三維結構,在研究其脊柱生物力學特性時,也應從三維結構出發,明確脊柱各參數相互之間的關系。目前對于AIS的發病機制并未形成統一認識,多認為與生物力學、遺傳和環境起源、神經生理功能障礙等因素相關[3]。AIS 是一種慢性疾病,不僅會導致患者外觀畸形,還會影響他們的心理健康和生活方式[4],在治療上,一般認為對于Cobb角<45°的AIS 患者建議使用支具治療,對于Cobb角>45°的骨骼未成熟患者或持續進展的患者可考慮手術治療[5-6],其治療目的在于阻止曲線進展、糾正畸形,維持冠狀面及矢狀面平衡,但臨床對于療效及預后仍存在一定爭議。

1 資料與方法

1.1一般資料

選取從2021年5月至2022年5月于本院推拿科就診的AIS患者為研究對象,診斷標準根據國際疾病分類(international classification of diseases,ICD):站立位脊柱正位X線片測量Cobb角,Cobb角>10°者稱為脊柱側凸。排除標準:(1)有先天性脊柱異常或患有神經、肌肉、骨骼及免疫性疾病等影響診斷者;(2)有脊柱、骨盆或其他可影響脊柱形態的手術者;(3)合并腰椎滑脫、脊柱椎體畸形、骨盆異常等可能影響脊柱數據測量者;(4)資料不全或測量不清者。

1.2方法

受試者站立位拍攝全脊柱X線片,其中正位片采用人體標準解剖學姿勢,拍攝時身體直立,面向前方,兩眼平視正前方,兩足并攏,足尖向前,雙上肢下垂于軀干的兩側,掌心向前。側位片拍攝時雙上肢前屈45°,余拍攝姿勢同前。注意拍攝過程中全脊柱片上端應涵蓋耳廓,下端應至股骨近端。應用CarestreamVue PACS軟件記錄保存參數,所測參數、測量方式由所有作者討論后決定,為避免系統偏移,測量由2位作者單獨完成,取測量平均值。

1.3參數收集

在正位像上記錄:(1)主彎Cobb角(major curve Cobb,MCC),分別在脊柱側凸傾斜度最大的上端椎體上緣,下端椎體下緣畫一橫線,并對兩橫線做一垂線所形成的夾角,見圖1;(2)主彎方向(major curve direction,MCD),測量患者側凸明顯的方向;(3)頂椎旋轉(apical vertebral rotation,AVR),依據Nash-Moe分級,將椎體均分4份,Ⅰ度為椎弓根對稱;Ⅱ度為凸側椎弓根移向中線,但未超過第1格,凹側椎弓根變小;Ⅲ度為凸側椎弓根已移至第2格,凹側椎弓根消失;Ⅳ度為凸側椎弓根移至中央,凹側椎弓根消失;Ⅴ度為凸側椎弓根越過中線,靠近凹側,見圖2。在側位像上記錄:(1)頸椎前凸角(cervical lordosis,CL),C2椎體下端與C7椎體下端切線的夾角,負值表示頸椎后凸,正值表示頸椎前凸;(2)胸椎后凸角(thoracic kyphosis,TK),T5椎體上端與T12椎體下端切線的夾角;(3)腰椎前凸角(lumbar lordosis,LL),L1椎體上端與S1骶椎上端切線的夾角;(4)骨盆入射角(pelvic incidence,PI),經S1上端作一垂線,再經S1終板終點與股骨頭中心做一條直線,2條直線所形成的夾角;(5)骶骨傾斜角(sacrum slop,SS),S1終板延長線與水平線所形成的夾角,見圖3。

圖1 MCC測量示意圖

圖2 AVR Nash-Moe標準示意圖

圖3 CL、TK、LL、PI、SS參數測量示意圖

1.4統計學處理

2 結 果

2.1AIS患者影像學表現 共納入患者67例,其中男30例,女37例,年齡在8～18歲,平均(14.09±2.90)歲。正位像上MCC(16.94±8.54)°,MCD左側34例、右側33例,AVR值Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ度分別有15、39、12、1例。側位像上CL、TK、LL、PI、SS分別為(8.15±10.46)°、(21.07±9.59)°、(47.38±11.51)°、(47.41±10.58)°、(34.72±8.91)°。

2.2AIS患者相關參數比較 67例AIS患者MCC與性別、AVR程度呈正相關(r=0.372,P= 0.002;r=0.567,P<0.001),見表1。在側位像上,AIS患者MCC與TK呈負相關(r=-0.274,P=0.025),MCC與CL、LL、PI、SS無明顯相關性(均P>0.05),見表1。

表1 MCC部分矢狀位及軸位參數間的相關性

3 討 論

本研究主要分析AIS患者脊柱MCC與脊柱矢狀位、軸位脊柱畸形嚴重程度的相關性。研究結果表明,MCC與脊柱側位像上的頸、腰、骶椎曲度間無明顯相關性(P>0.05),而與性別、AVR及TK存在相關性(P<0.05),其中女性脊柱側凸嚴重程度高于男性,MCC越大,脊柱軸位AVR越嚴重,胸椎曲度越直。因此針對不同嚴重程度的AIS患者應采取針對性的評估、診斷、預防及治療方案,無論采取手術或保守治療,均應從脊柱的三維形態結構出發,明確三者之間的相關性,恢復AIS患者脊柱冠狀位、矢狀位及軸位的生物力學平衡。

目前對于AIS的發病機制并未形成統一認識,但普遍認為脊柱的生物力學失衡是AIS的重要發病機制之一。人體在胎兒期僅存在脊柱后凸,當生長到1.5歲時,逐漸出現頸、腰椎前凸及胸、骶椎后凸的4種生理彎曲度,其中頸腰曲出現于胎兒出生后,又稱繼發性曲度[7]。CHENG等[8]研究認為基因遺傳在AIS患病早期發揮重要作用,而在疾病進展過程中,環境因素占主要作用。研究表明椎間盤對脊柱側凸的影響大于骨骼[9],當椎間盤高度增加會使脊柱傾斜程度增加,椎間盤出現不可逆的損傷時,也會使AIS患者病情持續或惡化。AIS患者臨床分型不同、曲度各異,但當脊柱受到外力作用時,應力仍集中于曲度損傷處,因此該病好發于頸胸或胸腰交界處[10]。SEKI等[11]研究表明椎旁肌過度激活會導致脊柱側彎,使脊柱兩側機械應力發生改變,脊柱椎體與后緣的生長失衡。脊柱側彎發病主要影響椎體、椎間盤及椎旁軟組織等,在人體成長過程中脊柱參數不斷變化,需對AIS患者脊柱和軀干進行三維動態矯正及恢復多維度平衡,才能有效維持或減輕骨骼發育成熟的AIS患者的脊柱曲度。

AIS患者脊柱的形態改變,包括冠狀位橫向移位、矢狀位拉伸或屈曲及椎體軸向旋轉,恢復和維持矢狀位與冠狀位平衡同等重要。AIS患者脊柱形態改變會影響矢狀位脊柱曲度,特別是在Lenk 5型患者中,通常腰椎或胸腰交界處后凸畸形明顯[12],而對非AIS患者研究中并未發現椎體形態與矢狀位輪廓間的差異[13]。椎體旋轉參數是監測脊柱側彎進展和評估療效的重要指標,PASHA等[14]研究發現,較大胸椎MCC及過度后凸較小胸椎MCC對椎體旋轉幅度影響相似,認為腰椎曲線大小不受椎體旋轉的影響。目前雖有部分文獻對脊柱三維形態進行探討,但缺乏對相互間作用機制的整體研究,因此研究MCC與脊柱矢狀位及軸位的關系具有十分重要的作用。

本研究發現MCC及其嚴重程度與性別存在相關性。REAMY等[15]研究發現MCC較小的AIS患者無性別差異,當MCC>30°時女性比例高于男性,女性脊柱側凸往往進展得更頻繁,因此,女性較男性更需要治療。DAI等[16]發現BOC基因的單核苷酸多態性(SNP) rs73235136片段和SEC rs545608片段僅在女性中與AIS明顯相關,均可提高女性的患病風險,同時發現SEC16B基因與MCC嚴重程度呈負相關。造成MCC性別差異的原因可能與男、女性遺傳表達、生理特征差異等因素相關,青春期女性更易受到激素水平波動的影響,且女性脊柱穩定性較差,不利于異常體態的控制與恢復。本研究發現MCC與脊柱軸位AVR存在明顯相關性。頂椎是AIS患者旋轉最多的椎體,在主側彎中占40.4%,在副側彎中占31.7%[17]。頸胸、胸腰交界區的椎體旋轉是導致脊柱側凸加重的重要因素,40%的輕度脊柱側凸患者存在脊柱椎體交界區力學異常[18],當AVR角度增大時會加重AIS患者脊柱側凸嚴重程度,通過對AIS患者進行腰-骨盆-髖關節復合體旋轉運動測試,發現脊柱側凸患者的神經組織可伸展性和脊柱旋轉運動之間存在生物力學關系[19]。頂椎作為脊柱側凸畸形最嚴重的椎體,相對位置發生改變時,會作用于椎體本身及周圍軟組織,當脊柱側凸程度加重,凸側往往受到更大的機械應力,導致背部肌肉受力發生變化,附著在椎體兩側的肌肉如椎旁淺、深肌力學失衡,進一步加重椎體旋轉。胸椎旋轉角度>5°的青少年患者患AIS的可能性是<5°的10倍[20]。MCC與脊柱矢狀位TK存在相關性,在不同類型脊柱側凸中,雖然椎旁肌不對稱性不同,但胸腰型具有其他側彎類型的共同特性,胸腰型AIS被認為具有胸椎和腰椎起源性特征的脊柱側彎[21]。胸椎作為承上啟下的脊柱節段,向上影響頸椎、向下影響腰椎,因此AIS患者常表現出胸段的結構畸形。CHEN等[22]研究發現小鼠脊柱側凸的嚴重性與胸骨/胸椎長度比間存在明顯相關性,TK主要與胸椎和椎間盤的形狀和方向有關,其中胸骨、肋骨及胸椎在內的胸廓組成結構功能完整的單元結構,當遺傳或環境等因素對其產生干擾時,胸椎結構單元的不平衡發育會導致胸椎側凸的產生或進一步加重。胸腰椎曲度的改變對脊柱形態產生較大影響,胸腰段脊柱側凸是AIS的好發部位,胸椎曲度變化可以代償脊柱平衡矢狀位的縮短和LL的減少[23]。MOREIRA等[24]認為脊柱側凸曲度增加和后凸畸形減少間的相關性僅發生在遠端胸。

本研究主要是基于AIS患者脊柱三維畸形,研究脊柱MCC與矢狀位及軸位參數的相關性,雖然研究針對性強,但仍存在以下問題:(1)納入本次研究樣本量少,且患者主要居住于華南地區,數據缺乏多樣性;(2)收集參數全部來自影像學資料,未對體表形態等數據進行研究,參數選取不夠充分,如僅通過LL反映腰曲情況。希望在今后可以獲取全面的大樣本量進行研究,參考多項標準制訂更加詳細的研究方案,對參數指標進行橫向及縱向對比,從而更好地理解脊柱的三維結構與各參數間相關性,為今后的科研及臨床工作提供依據。