高海拔地区与平原地区早发性脊柱侧凸患者心肺功能和血气分析的对比研究

潘爱星 刘畅 海涌 张扬璞 张耀申 杨晋才

国际脊柱侧凸研究学会 ( International Scoliosis Research Society，ISSG) 定义早发性脊柱侧凸 ( early onset scoliosis，EOS) 为 10 岁以内发病的各种类型脊柱侧凸[1]。EOS 的危害不仅表现为患者外观的异常，更重要的是限制了患者的胸廓发育，往往导致胸廓功能不全综合征 ( thoracic insufficiency syndrome，TIS)，影响患者心肺功能[2]。高海拔地区因其低氧、低气压、低气温等特殊环境对人体呼吸及循环系统产生重要影响，如肺通气量增加、心排血量增加、肺血管收缩等代偿反应[3-5]。目前有关海拔对 EOS 患者心肺功能影响的研究较少，本研究收集 2013 年 6 月至 2017 年 6 月，于我院手术治疗的41 例 EOS 患者的临床资料，通过比较高海拔地区与平原地区 EOS 患者的心肺功能及血气分析的差异，分析海拔对此类患者循环和呼吸系统的影响。报告如下。

资料与方法

一、纳入与排除标准

1. 纳入标准：( 1) 长期居住于海拔＞3000 m 的高海拔地区或＜1000 m 的平原地区诊断为 EOS 的患者；( 2) 脊柱全长 X 线片显示脊柱侧凸以胸弯为主；( 3) 患者 Cobb’s 角＞45° 且进行性加重者。

2. 排除标准：( 1) 患先天性心脏疾病者；( 2) 不能够配合并完善心脏彩超、肺功能及血气分析检查者；( 3) 脊柱影像资料不完整者。

二、临床资料

本组共纳入 41 例，其中来自高海拔地区患者14 例，平原地区患者 27 例，患者平均年龄 8.46 岁。纳入患者信息见表1。

表1 患者一般信息Tab.1 Patient information

三、研究方法

所有患者均完善脊柱全长正侧位 X 线片、心脏彩超、肺功能和血气分析检查。用 Cobb’s 法评估主胸弯 Cobb’s 角及胸椎后凸角。收集患者心脏彩超指标：包括升主动脉内径 ( aorta ascendens inner diameter，AAID)、肺动脉内径 ( pulmonary artery internal dimension，PAID)、左心室舒张末内径 ( left ventricular end diastolic diameter，LVEDD)、左心室收缩末内径 ( left ventricular end systolic dimension，LVISD)、左室射血分数 ( left ventricular ejection fraction，LVEF)、右心室基底内径 ( right ventricle basal diameter，RVBD)、左心房前后径 ( left atrium longitudinal diameter，LALD)、左心房左右径 ( left atrium left-right diameter，LALRD)、左心房上下径( left atrium vertical diameter，LAVD)、右心房左右径( right atrium left-right diameter，RALRD)、右心房上下径 ( right atrium vertical diameter，RAVD)、室间隔厚度 ( interventricular septum thickness，IVST)、室间隔运动幅度 ( interventricular septum extent，IVSE)、左室舒张早期血流充盈峰值流速 ( E 峰)、舒张晚期充盈峰值流速 ( A 峰)。肺功能指标包括：静息肺容量 ( vital capacity，VC)、用力肺活量 ( forced vital capacity，FVC)、最大通气量 ( maximal voluntary ventilation，MVV)、第 1 s 用力呼气流速 ( forced expiratory volume in 1 second，FEV1) 及其占预计值的百分比。血气分析指标含：二氧化碳分压 ( pCO2)、氧分压 ( pO2)、血氧饱和度 ( SO2%)、血细胞比容( Hct)、总血红蛋白 ( Hb)。

四、统计学处理

结 果

高海拔地区患者平均年龄与平原地区患者平均年龄相比差异无统计学意义 (P＞0.05)。高海拔患者身高、体重均小于平原患者，差异有统计学意义 (P＜0.05)，但是两组患者体质量指数 ( body mass index，BMI) 差异无统计学意义 (P＞0.05)。在影像学表现上，两组患者平均 Cobb’s 角为 98.10°，胸椎后凸为 74.06°，两组患者之间脊柱畸形程度差异无统计学意义 (P＞0.05)。两组患者胸弯均以右侧弯曲为主，左侧凸比例分别为 28.57% 和 25.93%，差异无统计学意义 (P＞0.05) ( 表2)。高海拔组患者特发性脊柱侧凸 10 例，先天性脊柱侧凸 4 例；平原组患者特发性脊柱侧凸 20 例，先天性脊柱侧凸 5 例，神经肌肉型脊柱侧凸 2 例。特发性脊柱侧凸诊断比例两组差异无统计学意义 (P＞0.05)。

患者心脏超声检查结果见表3，高海拔地区患者 IVST 小于平原地区患者，差异有统计学意义 (P＜0.05)。其余心脏彩超指标差异无统计学意义，且均在正常范围。肺功能检查结果见表4，高海拔患者VC、MVV、FVC 和 FEV1 均小于平原患者，差异有统计学意义 (P＜0.05)。两组患者 FVC / 预计值 %平均为 ( 73.91±15.74) % 和 ( 73.00±23.31) %，FEV1 / 预计值 % 平均为 ( 74.4±15.56) % 和 ( 70.77±22.48) %，表现为轻度限制和阻塞性通气障碍。血气分析结果见表5，高海拔患者血细胞比容 ( 40.92±3.34) % 高于平原患者 ( 38.16±2.83) %，差异有统计学意义 (P＜0.05)；高海拔患者血红蛋白 ( 137.4±10.4) g / L 高于平原患者 ( 127.9±9.2) g / L，差异有统计学意义 ( P＜0.05)；两组患者 pCO2、pO2和 SO2%差异无统计学意义 ( P＞0.05)。

表2 高海拔地区患者与平原地区患者身高、体重和脊柱侧、后凸 Cobb’s 角的比较Tab.2 Height, weight and Cobb angles between patients in high attitude and fl at areas

表3 高海拔地区患者与平原地区患者心脏彩超指标的比较Tab.3 Heart doppler ultrasound parameters between patients in high attitude and fl at areas

表4 高海拔地区患者与平原地区患者肺功能指标的比较Tab.4 Pulmonary function parameters between patients in high attitude and fl at areas

表5 高海拔地区患者与平原地区患者血气分析的比较Tab.5 Blood gas analysis results between patients in high attitude and fl at areas

讨 论

以胸弯为主的脊柱侧凸因胸椎侧凸和旋转导致左右胸廓不对称，胸腔容积下降，从而限制了患者心肺功能的发育。研究表明，10 岁以前是儿童胸廓和肺泡发育的关键时期，其中胸廓容积在 10 岁时能够达到成人的 50%，肺泡数量则几乎达到成人水平[6]。5 岁前儿童 T1～12脊柱以每年平均 2.2 cm 的速度生长，远高于其它生长发育时期[7]。因此，EOS患者正处于胸廓和肺泡发育的关键时期。

EOS 患者肺组织处于迅速发育的阶段，因而脊柱和胸廓畸形有可能导致真性肺发育不良[8]。目前多数学者认为脊柱侧凸对肺功能的影响是机械性的。Tsiligiannis 等[9]认为脊柱侧凸将改变胸腔脏器的位置、影响肋骨进行正常呼吸运动导致限制性通气障碍。Campbell 等[2]指出先天性脊柱侧凸伴并肋畸形者将引起胸廓三维畸形，限制肺和气道发育，导致 TIS。但也有研究认为 EOS 患者肺组织发育受累是影响肺功能的主要因素，而不是机械压迫[10]。在 Davies 等[11]和 Berend 等[12]的 EOS 患者肺部尸解报告中发现所有的肺泡形态正常，肺泡并未受胸廓的挤压而压缩变小，但是总体肺泡数量减小，肺泡体积代偿性增大。

Koumbourlis[13]和 Belaise 等[14]全面阐述了脊柱侧凸对呼吸和循环系统的影响，他认为脊柱侧凸畸形减小胸腔容积，限制患者运动能力，改变呼吸形式 ( 胸式呼吸受限，腹式呼吸代偿增加)，并且心血管受压和变形、肺动脉压力增高，引起通气 / 血流比失平衡，从而使患者处于呼吸和心脏衰竭的危险之中。

暴露于高原环境下的人群，通过调动一系列代偿性低氧调节反应，恢复稳态，维持其生存能力，这一过程称为高原习服。而经过数代自然选择与进化，将习服于高原环境的这一性状通过遗传物质固定下来并可遗传给下一代，这一现象称为高原适应。海拔每升高 100 m，大气压就下降 5 mm Hg( 1 mm Hg＝0.133 kPa)，大气氧浓度保持不变，因而氧分压亦随之下降 1 mm Hg 左右。在海平面水平，平均氧分压 ( pO2) 为 150 mm Hg，在 3000～5500 m氧分压就降到 80～100 mm Hg。人体对高海拔低压性缺氧环境的习服包括肺通气增高、顺应性增大、肺血灌注增多、红细胞增多、血液黏度增高、氧离曲线右移、肺动脉压轻度上升等。众多研究均表明，高海拔地区人群肺血管收缩、肌层肥厚，继而引起肺动脉高压、右心室肥厚等改变，同时，海拔高度与 Hb 水平呈正相关，人体 Hb 水平随海拔升高而升高[15-18]。

本研究纳入的高海拔地区与平原地区 EOS 患者均以胸弯为主弯，所有患者主弯 Cobb’s 角度＞45°。两组患者在侧、后凸严重程度和侧凸方向上基本一致，且均以特发性脊柱侧凸为主。心脏彩超检查结果显示高海拔地区患者 IVST 小于平原地区患者，两组患者其余心脏彩超指标均在正常范围内且无明显差异。高海拔 EOS 患者心脏结构尚未受到地理环境产生明显改变。总体上，两组患者在心脏无先天发育异常的情况下，心脏结构和功能基本未受地理环境和脊柱畸形的影响。

在肺功能检查方面，两组患者 FVC / 预计值 %和 FEV1 / 预计值 % 的均值＜80%，表现为轻度限制和阻塞性通气障碍，表明脊柱和胸廓畸形影响了患者正常呼吸运动和气道通气。其中高海拔 EOS 患者VC、MVV、FVC 和 FEV1 显著小于平原地区患者，其原因可能与以下因素相关：首先，高海拔地区低压缺氧环境使患者呼吸频率加快，呼吸肌负荷增加，最终导致呼吸肌疲劳；再者，高海拔地区低温严寒环境使小气道收缩、通气阻力增加；最后，高海拔患者因其特殊的生存环境，营养状况较差，身高和体重明显小于平原地区患者，从而使胸廓容积小，VC、MVV 降低。当然，本研究缺乏高海拔 EOS患者与当地同龄正常儿童肺功能的对比，既往亦无可参考数据，故目前尚不能排除肺功能各参数的下降是否受脊柱畸形的影响。

脊柱畸形常合并胸廓畸形、胸腔容积减少、膈肌功能受限等，导致肺实质受压、肺膨胀障碍及顺应性下降，进而引起患者气促、活动能力下降，长期恶性循环，则可能会导致肺动脉高压，甚至呼吸衰竭、肺心病等[19]。因此，临床中应注重评估 EOS患者肺功能，尤其是对高海拔地区术前已经存在肺功能减弱的患者。研究表明术前肺功能障碍将增加患者围术期呼吸系统并发症的发生率[20-22]，如肺炎、呼吸功能不全、肺不张等。对于此类患者建议术前进行吹气球等锻炼，以改善呼吸功能[23]，提高手术安全性，减少术后并发症，必要时进行多学科会诊。

综上所述，本研究通过对比高海拔地区与平原地区 EOS 患者的心、肺功能和血气分析，发现高海拔地区患者肺功能较差，血红蛋白含量较高，但心脏功能无显著差别。脊柱外科医生在进行 EOS 术前评估及围术期管理方面应尤其注重对高海拔地区患者肺功能的评价，若存在潜在风险应及时干预，提高手术疗效和安全性。