高海拔地區脊柱側凸患者心肺功能變化

2015-12-24 05:10:04胡星新,陵廷賢,周幫健等

脊柱外科雜志 2015年3期

·臨床研究·

高海拔地區脊柱側凸患者心肺功能變化

胡星新,陵廷賢,周幫健,強喆,安永剛,劉立岷

作者單位：610041四川,四川大學華西醫院骨科

通信作者：劉立岷liu_spine@163.com

【摘要】目的評估高寒缺氧環境對脊柱側凸患者心肺功能的影響。方法回顧分析2006年1月～2012年12月本院收治的高海拔地區特發性脊柱側凸患者31例,并選取同時期來自平原地區的其他特征(年齡、性別、側凸角、后凸角)相似特發性脊柱側凸患者31例作配對研究。收集并分析62例患者術前站立位全脊柱正側位X線片、術前肺功能和心臟彩超檢查結果。結果高海拔地區脊柱側凸患者心臟彩超結果中每搏輸出量(stroke volume, SV)、射血分數(ejection fraction, EF)、左房內徑(left atrial internal diameter, LAID)、左室內徑(left ventricular internal diameter, LVID)、右房內徑(right atrial internal diameter, RAID)以及肺功能檢查中肺活量(vital capacity, VC)、肺總量(total lung capacity, TLC)、用力肺活量(forced vital capacity, FVC)、一秒率(FEV1/FVC%)大小與平原地區脊柱側凸患者檢查結果相比差異無統計學意義(P>0.05)。而高海拔地區與平原地區脊柱側凸患者的右室內徑(right ventricular internal diameter, RVID)、第一秒用力呼氣容積(forced expiratory volume in one second, FEV1)實測值相比,差異具有統計學意義(P<0.05)。結論高海拔地區與平原地區脊柱側凸患者的心肺功能總體上無明顯差異,在進行術前評估、準備和圍手術期處理上,高海拔地區脊柱側凸患者與平原地區脊柱側凸患者相比并無特殊。

【關鍵詞】胸椎; 脊柱側凸; 心臟功能試驗; 呼吸功能試驗; 高海拔; 手術期間

作者簡介：胡星新(1987— ), 碩士,醫師

【中圖分類號】R 682.3【文獻標志碼】 A

DOI【】

收稿日期：(2014-03-26)

Cardiopulmonary function in patients affected by scoliosis in high altitude regionsHUXing-xin,LINTing-xian,ZHOUBang-jian,QIANGZhe,ANYong-gang,LIULi-min.DepartmentofOrthopaedic,WestChinaHospital,SichuanUniversity, 610041Chengdu,Sichuan,China

Abstract【】ObjectiveTo evaluate the impacts of cold, hypoxic environment on cardiopulmonary function in patients with scoliosis in high altitude regions. Methods From January 2006 to December 2012, 31 cases of idiopathic scoliosis in high altitude regions with complete clinical datas were analyzed, retrospectively. The other 31 patients with idiopathic scoliosis in plain regions were chosen as control group with the similar age, sex and the main Cobb’s angle. All the patients were evaluated by supine anteroposterior and lateral radiographs of the entire spine, pulmonary function test and echocardiography preoperatively. Results There were no significant differences in the values of left atrial internal diameter(LAID), left ventricular internal diameter(LVID), right atrial internal diameter(RAID), stroke volume(SV), ejection fraction(EF), forced vital capacity(FVC), the actual measured value of forced expiratory volume in one second accounted for the percentage of the reference values of FVC (FEV1/FVC%), vital capacity(VC), total lung capacity(TLC) between the scoliotic patients in high altitude and plain regions. The actual measured value of forced expiratory volume in one second(FEV1) and the value of right ventricular internal diameter(RVID) in scoliotic patients in high altitude areas were smaller than those in plain areas.Conclusion In general, scoliotic patients in high altitude areas have the similar cardiopulmonary function as those who live in plain areas. Compared with scoliotic patients in the plain regions, no more extra preparations are needed in the perioperative period.

【Key words】Thoracic vertebrae; Scoliosis; Hearts function tests; Respiratory function tests；Altitude; Intraoperative period

J Spinal Surg, 2015,13(3):171-175

高海拔地區的特殊地理環境(低壓缺氧、嚴寒)對人體器官(如心臟、肺、大腦等)均有影響。呼吸系統和循環系統對低氣壓缺氧比較敏感,在人體發生高原反應和高海拔低氧適應等方面有很大的作用。持續的低氧環境能對全身不同的系統產生不同的效應。對于呼吸系統,往往導致肺通氣量增加,并出現不同程度的中樞性呼吸衰竭和肺水腫; 對于循環系統,機體的代償性反應使心排出量增加、血液重新分布、肺血管收縮和毛細血管增生,而長期的代償或失代償反應,則可導致肺動脈高壓、心肌舒縮功能障礙、心律失常和高血壓等病理狀態[1-3]。因此,這種特殊的地理環境或繼發的病理狀態對機體心肺的結構和功能產生影響。

脊柱側凸是一種復雜的三維畸形,除了冠狀面的側凸外,還存在矢狀面的前凸/后凸和水平面的旋轉畸形[4],脊柱畸形和因旋轉所導致的胸廓肋骨畸形對脊柱側凸患者心肺功能產生一定的損害。Hippocrates[5]報道脊柱側凸患者有心肺功能損害等并發癥。因此高海拔地區的脊柱側凸患者同時面臨嚴峻的低壓低氧、嚴寒環境和脊柱畸形,而既往文獻中對高海拔地區脊柱側凸患者的心肺功能變化的研究較少。

本研究通過分析嚴寒缺氧環境對高海拔地區脊柱側凸患者心肺功能的影響,并評估其術前準備和圍手術期處理上是否和平原地區脊柱側凸患者相同。

1資料與方法

1.1臨床資料

收集2006年1月～2012年12月本院收治的有完整病歷資料的高海拔地區和平原地區特發性脊柱側凸患者各31例。高海拔地區脊柱側凸患者平均年齡15.5歲,男14例,女17例;平原地區脊柱側凸患者平均年齡16.3歲,男12例,女19例。納入標準：①長期居住在海拔>3 000 m及海拔<500 m地區; ②Cobb法測量站立位全脊柱正位片中主彎Cobb角>45°且患者自愿選擇手術治療; ③部分主彎Cobb角<45°但后凸畸形嚴重或影響患者的外觀,患者強烈要求改善外觀; ④近3個月患者呼吸系統無感染性疾病,無其他首發的心臟疾病。

1.2方法

對62例患者常規攝站立位全脊柱正側位X線片、左右bending位X線片、胸廓三維CT、頸胸腰椎MRI、術前肺功能和心臟彩超檢查。用Cobb法測量脊柱側凸度數,冠狀面側凸Cobb角為結構性主彎上下端椎之間的夾角,胸椎后凸角為T5上終板和T12下終板的夾角。完善患者胸廓三維CT、頸胸腰椎MRI以排除患者病理性骨質破壞和神經系統疾病。術前所有側凸患者肺功能檢查包括肺活量(vital capacity, VC)、肺總量(total lung capacity, TLC)、用力肺活量(forced vital capacity, FVC)、第一秒用力呼氣容積(forced expiratory volume in one second, FEV1)、一秒率(FEV1/FVC%); 心臟彩超檢查包括每搏輸出量(stroke volume, SV)、射血分數(ejection fraction, EF)、左房內徑(left atrial internal diameter, LAID)、左室內徑(left ventricular internal diameter, LVID)、右房內徑(right atrial internal diameter, RAID)、右室內徑(right ventricular internal diameter, RVID)。收集所有患者的年齡、性別、冠狀面側凸Cobb角、胸椎后凸角和肺功能及心臟彩超檢查參數的實測值(actual measured value, AMV)和實測值占預測值的百分數(AMV%)值,并對數值進行分析。

1.3統計學處理

2結果

高海拔地區及平原地區脊柱側凸患者的年齡、冠狀面Cobb角大小、胸椎后凸角大小相比差異無統計學意義(P>0.05,見表1)。高海拔地區脊柱側凸患者主胸彎向右側24例(77.42%),左主胸彎有7例,平原地區脊柱側凸患者主胸彎向右側25例(69.44%),左主胸彎有6例。高海拔地區與平原地區脊柱側凸患者心臟彩超(LVID、LAID、RAID、RVID、SV、EF)結果見表2。其中高海拔地區脊柱側凸患者的RVID比平原地區脊柱側凸患者的RVID小(16.61±2.36vs. 17.63±1.60),差異具有統計學意義(P<0.05),2組患者心臟彩超結果中的LVID、LAID、RAID、SV、EF相比差異無統計學意義(P>0.05)。患者在術前檢查中小部分有功能性或器質性病變,高海拔地區患者功能性病變5例(16.1%),其中有輕度肺動脈高壓3例,輕度二尖瓣反流2例；器質性病變1例(3.23%),殘存左上腔靜脈。平原地區患者中有功能性病變7例(22.6%),其中二尖瓣反流2例,三尖瓣反流4例,同時出現主動脈瓣、二尖瓣反流1例；器質性病變2例(6.5%),室間隔缺損1例,二尖瓣畸形并伴有三尖瓣反流1例。在圍手術期,發現3例有器質性病變的患者出現輕微的血流動力學改變,但經過積極內外科治療均平穩渡過。

高海拔地區與平原地區脊柱側凸患者VC、TLC、FVC、FEV1/FVC%差異無統計學意義(P>0.05),但高海拔地區脊柱側凸患者的FEV1實測值比平原地區脊柱側凸患者的FEV1實測值要小(2.0±0.74vs. 2.36±0.6),差異具有統計學意義(P<0.05,見表3)。

表12組患者的基本參數

Tab.1Basic parameters of 2 groups

組別Groups年齡/歲Age/years冠狀面Cobb角/(°)Cobb’sangle/(°)胸椎后凸角/(°)Thoracickyphosisangle(T5-12)/(°)高海拔地區患者Patientsinhighaltituderegions15.5±4.262.6±21.937.9±17.0平原地區患者Patientsinplainregions16.3±5.959.4±22.144.4±17.4

表22組患者心臟彩超結果

Tab.2Echocardiography examination of 2 groups

組別GroupsLVID/mmLAID/mmRVID/mmRAID/mmSV/mLEF/(%)高海拔地區患者Patientsinhighaltituderegions40.78±5.9326.06±4.5316.61±2.36*32.67±5.5251.44±17.4567.61±4.85平原地區患者Patientsinplainregions41.44±3.2424.96±3.4017.63±1.6034.11±4.7553.19±11.1768.78±5.15

注：*與平原地區相比,P<0.05

Note: *Compared with patients in plain regions,P<0.05

表32組患者肺功能結果

Tab.2Pulmonary function test of 2 groups

組別GroupFVC/LAMVAMV%FEV1/LAMVAMV%FEV1/FVC%AMVAMV%高海拔地區患者Patientsinhighaltituderegions2.27±0.9182.93±22.782.00±0.74*88.04±22.6489.12±7.62—平原地區患者Patientsinplainregions2.68±0.790.05±13.382.36±0.693.22±15.2588.04±6.36—組別GroupVC/LAMVAMV%TLC/LAMVAMV%高海拔地區患者Patientsinhighaltituderegions2.30±0.9182.61±22.453.33±1.1494.53±21.07平原地區患者Patientsinplainregions2.71±0.6988.82±12.963.96±0.9898.75±16.04

注：*與平原地區相比,P<0.05

Note: *Compared with patients in plain regions,P<0.05

3討論

脊柱側凸是復雜的三維畸形[6-8],椎體的旋轉往往導致“剃刀背”的形成和兩側胸腔大小不對稱,而胸廓畸形被稱為脊柱側凸的第四維畸形[8]。脊柱彎曲和胸廓畸形不僅影響患者外觀, 更重要的是影響胸腔內臟器的正常生長發育,導致不可逆的心肺功能損害[9]。Tsiligiannis等[10]認為脊柱側凸能導致多因素的肺容量下降的限制性肺部疾病,而且這種多維度畸形使胸腔內器官位置發生改變,并影響肋骨正常運動。Campbell等[11]描述了脊柱側凸患者的胸廓功能不全綜合征,胸廓不能支持青少年正常的呼吸功能和肺的發育。Koumbourlis[12]通過文獻綜述后認為,脊柱畸形可以從多方面對肺組織產生影響,能妨礙肺泡的增殖生長,并使肺泡萎縮,隨之而來的是總肺泡面積的下降,因此導致血-氣交換界面的減少。Belaise等[13]認為胸廓的畸形能使肺血管受壓和扭曲,可能阻塞血液流動并導致右心室肥厚,甚至發生心衰; 對肺實質的壓迫導致肺內的支氣管和血管扭曲,引起血流/通氣比失平衡,導致血氧飽和度下降,毛細血管收縮; 這些都導致心臟負荷增加,進而導致心功能下降。

在我國的西藏、青海、云南等高原地區呈現海拔高、氣壓低、空氣稀薄、氧分壓低的特殊地理環境,長期居住在低氣壓、低氧分壓的地區,對全身各個器官,特別是心、肺等臟器均有影響。Rotta等[14]首先報道居住在高海拔地區的健康男性和女性有不同程度的肺動脈高壓和右室肥厚。Huicho[15]認為普遍的對低氧反應就是肺血管收縮,直接導致肺血管的肌層肥厚; 一些對高海拔地區生活兒童和青少年的心電圖、心電向量測定法、血流動力學和組織病理學研究認為其有持續性肺動脈肌層肥厚,無癥狀的肺動脈高壓和相關的右室肥厚[16]。Penaloza等[17]認為在高海拔地區的當地人有肺動脈高壓、右室肥厚和肺動脈遠端分支血管平滑肌細胞增生等改變。

本研究顯示高海拔地區脊柱側凸患者的RVID比平原地區脊柱側凸患者的RVID小,高海拔地區脊柱側凸患者主胸彎的方向和平原地區脊柱側凸患者主胸彎方向相比,差異無統計學意義(P>0.05); 并且高海拔地區脊柱側凸患者冠狀面Cobb角、后凸角與平原地區脊柱側凸患者相比,差異無統計學意義(P>0.05)。原因可能為高海拔地區的脊柱側凸患者是長期生活在海拔>3 000 m或高原地區的原始居民,這種地理環境已經對患者的心臟功能甚至結構產生影響。但2組患者心臟彩超中的SV、EF、LAID、LVID、RAID相比差異無統計學意義(P>0.05),說明高海拔地區脊柱側凸患者和平原地區脊柱側凸患者的心臟發育情況(心容量)和功能(射血能力)大致相同。因此,從總體上來看高海拔地區脊柱側凸患者可以承受圍手術期的血液動力學變化。

62例患者中,較嚴重的脊柱側凸患者(需手術治療)存在一定比例的心臟功能性異常(12/62)或病理性的結構異常(3/62)。Liu等[18]對需要手術治療的80例特發性脊柱側凸患者術前行心臟彩超檢查,有25例患者心臟出現功能性或結構性異常。本研究所納入的患者中,經過彩超檢查出現心臟異常的概率較Liu等[18]研究要小,并且大多數患者的心臟功能在代償范圍內,能夠承受手術對機體的創傷。小部分脊柱側凸患者的心功能參數提示在住院期間會發生一些危險因素,但經過積極的內外科治療已經平衡渡過圍手術期,因此積極的監測、預防并發癥發生和多學科的輔助治療在圍手術期顯得尤為重要。

FVC、FEV1、FEV1/FVC%是測定患者呼吸道有無阻力的重要指標,在阻塞性通氣功能障礙、限制性通氣功能障礙的患者中都會下降,下降的程度和氣管受壓迫的程度相關。在此研究中,高海拔地區脊柱側凸患者的FEV1實測值比平原地區患者的要小,分析其原因可能有：①高海拔地區脊柱側凸患者長期生活在低氣壓、低氧分壓的地理環境下,呼吸肌的運動效率和運動能力和平原地區患者相比要差,在呼吸運動周期中胸廓的運動幅度更加受限[19]; ②長期的缺氧狀態能增加通氣量或通氣頻率,導致呼吸肌的負荷增加,這些都會加重呼吸肌的疲勞; ③長期暴露在嚴寒地區對人體的呼吸系統有許多影響：支氣管長期收縮,氣道分泌物增多以致氣道堵塞都減弱肺臟的生物機械學性能[20]; ④長期的嚴寒環境增加氣道阻力,這些都導致FEV1比相同情況下的平原脊柱側凸患者要小。而高海拔地區脊柱側凸患者FVC、FEV1/FVC%、VC、TLC的AMV和AMV%與平原地區脊柱側凸患者相比差異亦無統計學意義(P>0.05),說明高海拔地區脊柱側凸患者在大體程度上與平原地區脊柱側凸患者的肺功能損害程度相當。

因此,在高海拔地區脊柱側凸患者的圍手術期階段,可以采取和平原地區脊柱側凸患者相同的、有針對性的呼吸功能鍛煉,比如長期深呼吸運動、吹氣球以及爬樓梯等,改善通氣功能,提高肺活量,為手術后可能出現的呼吸功能減退做充分的代償儲備,并可以預防和減少術后呼吸功能不全的發生。在短期內迅速改善患者圍手術期的肺功能,增加患者對手術的信心,降低麻醉與手術的風險,縮短手術后氣管插管的拔管時間,改善術后通氣功能有助于患者圍術期的穩定和促進術后康復。

脊柱側凸矯形術時間長、創傷大、出血量大。Wazeka等[21]報道,在圍術期內脊柱側凸肺功能障礙者可能發生肺炎、肺不張、呼吸功能不全等并發癥; 必要時,輔助應用術后吸氧、機械通氣支持、抗感染等對癥支持治療則能夠促使患者安全地度過危險時期[22]。合理的、多學科的共同關注,支持患者的循環、呼吸、神經及消化系統,能夠使肺功能障礙患者耐受側凸矯形術。而這一點,對不同海拔地區以及適應不同的地理環境的脊柱側凸患者顯得更為重要,因此外科醫師要準確的評估高海拔地區脊柱側凸患者是否可以耐受手術對機體的創傷，早期意識到危險因素的存在并進行適當的干預措施,能減少并發癥,還能很大程度改善預后。

因此,對高海拔地區脊柱側凸患者與平原地區脊柱側凸患者的心肺功能進行對比,給不同海拔地區脊柱側凸患者術前正確的準備、患者機體能否耐受手術進行評估以及術后患者發生心肺并發癥的預測和處理提供指導,并可以使其完成手術治療,順利渡過圍術期。

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