青少年特發性脊柱側凸與伏案時長的相關性研究及其足底壓力分析

陳禹彤，姚黎清，李旺祥，唐梅，毛銳濤

據2015年網易教育頻道綜合版發布的《全國中小學生學習壓力調查》顯示，我國26.4%的中小學生每天寫作業耗時2h，44.9%耗時3h，28.7%耗時4h。學生平均每天伏案學習3h，相當于法國的3 倍，日本的4倍，韓國的6 倍，全球均數的2 倍。熬夜到23 點入睡的學生中，小學占18.2%，初中達46.3%，高中生更是占到了近9 成［1］。隨著競爭的愈發激烈，中國學生越來越多的成為了長時間伏案學習的熬夜族。國家質量監督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會早在2014年12月5日就發布了《學校課桌椅功能尺寸及技術要求》國家標準，但真正按照此標準實行桌椅調配的學校確是屈指可數，加之青少年生長發育迅速［2］、個體差異較大，也為標準的實施增加了難度。青少年長期使用高度不適合的桌椅，對視力、胸腹臟器及脊柱均會造成嚴重影響。此外，一項針對頸肩痛患者脊旁肌肉肌電信號差異的研究顯示，單手使用手機的受試者相比雙手使用手機的受試者其脊柱雙側肌肉負荷出現了明顯的不協調［3］，同理，針對伏案習作這一長時間通過單側手臂進行運動的活動中，脊柱兩側的肌肉活動也會出現較多不平衡，進而嚴重影響脊柱的結構力學。國際脊柱側凸研究學會（scoliosis research society，SRS）對脊柱側凸的定義如下：應用Cobb's 法測量在站立位下全脊柱正位x 線片的脊柱彎曲，角度大于10°時稱為脊柱側凸［4］。脊柱側凸分為功能性和結構性2 種類型，后者又分為原因不明的特發性脊柱側凸和由各類疾病，如先天、代謝、神經及肌源性等引起的非特異性脊柱側凸。其中，特發性脊柱側凸更常見，約占80%左右［5-6］。青少年特發性脊柱側凸（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）約占學齡期青少年總數的0.5%～3%，其中約10%需要外科矯正［6-8］。近年來，已有研究人員發現AIS 患者足底壓力會發生一些特定改變［9］，借助足底壓力分析設備能較好地完成各種足底力學參數的檢驗［10］，作為反映脊柱側凸的一項力學指標，該評估手段越來越受到醫學研究者的關注［11］。足底壓力測試可分為靜態和動態兩種模式［12］，靜態模式主要觀察指標包括受試者足底各區平均壓力，動態模式為運動過程中足底各區域壓力峰值、沖量、最大壓力峰值出現時間等。有研究人員使用Gait View Pro 1.0（Alfoots，Korea）型足底壓力測試儀對10 名AIS 患者（Cobb's 角＞10°）進行足底壓力測試［13］，然后分別對其進行脊柱穩定性訓練和Multi-roll Functional（TOGU，Germany）訓練，訓練后再次測量其足底壓力。結果顯示在脊柱穩定性訓練前后，雙足的足底壓力分布區域發生了顯著改變，身體的平衡功能得到改善。但沒有研究顯示足底壓力的異常分布與AIS 二者之間在發生發展過程中的相互作用是否存在顯著統計學差異。

本研究通過分析AIS 患者的足底壓力并探討AIS患者側凸角度與伏案時長的相關性，以期為AIS 的預防及物理治療提供臨床思路及治療依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2018年1月～2018年12月就診的17 名AIS 患者為觀察組，參照國際脊柱外科學會AIS 的診斷標準［14］。納入標準：符合國際脊柱外科學會的特發性脊柱側彎診斷標準；體格檢查軀干不對稱；彎腰實驗陽性（雙足并攏，雙膝伸直，雙手掌對合，軀干逐漸前彎，檢查者從正后方切線方向觀察腰背部各段，有一處不對稱、不等高者為陽性）；X 線片檢查Cobb's 角＞10°；排除由創傷、先天畸形、脊柱結核等確切原因引起者；已接受義務教育2年及以上，年齡在10～17 歲且Cobb's 角＜40°；簽署知情同意書（法定監護人）。排除標準：合并精神疾患者；背部局部有較大面積皮膚破損者；有既往傷病需要治療，而治療方式可能對評估療效帶來干擾者；其他不符合要求者。另選取17 名同年齡健康人為對照組，2 組受試者一般資料比較差異無統計學意義，見表1。

表1 2 組受試者一般資料比較

1.2 方法及評定標準 ①問卷調查觀察組伏案時間等信息數據，分析觀察組內不同伏案時長與側凸角度的相關性。②使用意大利BTS Bioengineering 公司生產的三維步態分析系統G-WALK，Footscan 足底壓力分布系統測量受試者靜態足底壓力：測量時受試者脫鞋襪，雙足與肩同寬靜止站立在測力板上，將足底劃分為拇趾（T1）、第2～5 趾（T2～5）、第1～5 跖骨區（M1～5）、足中部（MF）、足跟內側區（MH）及足跟外側區（LH）10 個區域進行分析。動態足底壓力測試，受試者在離測力板2m 處開始自然直走，通過測力板后，再行走2m。主要觀察指標包括為峰值壓力（peak pressure，PP）和各分區的觸地面積（contact area，CA），測量3 次并計算平均值。

1.3 統計學方法 使用SPSS 20.0 軟件進行統計學分析，計量資料以±s 表示，組間各指標間差異采用兩獨立樣本t 檢驗進行分析，組內各指標間差異采用單因素方差分析并采用LSD-t 檢驗進行兩兩比較，以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 伏案時間與脊柱側凸角度的關系 伏案總時長3～5h 較1～3h 比較，脊柱側凸角度差異無統計學意義；伏案總時長＞5h 較1～3h 和3～5h 的脊柱側凸角度均明顯增大（均P＜0.05）。連續伏案2～3h 較1～2h的脊柱側凸角度明顯增大（P＜0.05），且連續伏案＞3h 較1～2h 和2～3h 的脊柱側凸角度均顯著顯增大（均P＜0.05）。見表2，3。

表2 不同伏案總時長AIS 患者脊柱側凸角度比較°，±s

表2 不同伏案總時長AIS 患者脊柱側凸角度比較°，±s

項目側凸角度1～3h 9.20±4.09 3～5h 17.00±10.37＞5h 30.57±3.87 F P 0.000 16.816

表3 不同連續伏案時長AIS 患者脊柱側凸角度比較°，±s

表3 不同連續伏案時長AIS 患者脊柱側凸角度比較°，±s

項目側凸角度1～2h 6.75±2.06 2～3h 14.8±6.61＞3h 30.5±3.59 F P 43.329 0.000

2.2 2 組受試者足底壓力比較 2 組足跟、第2～5 跖骨頭、第1 趾骨處的PP 值比較差異無統計學意義。觀察組在步行周期中足弓、第1 跖骨頭、第2～5 趾骨處較對照組PP 值均更大（P＜0.01，0.05），且在足弓和足跖的CA 均較對照組更大（P＜0.01，0.05），而足跟和足趾的CA 均小于對照組（均P＜0.01），見圖1，表4。

表4 2 組足底壓力測試結果

2.3 觀察組雙側足底壓力結果 觀察組“C”型凸側足底M2 區及前足壓力均顯著大于凹側（均P＜0.05），其余區域比較差異均無統計學意義，見圖2，表5。

圖1 動態足底壓力測試結果（左側為觀察組，右側為對照組）

圖2 觀察組雙側靜態足底壓力

表5 觀察組雙側足底壓力結果 kgf，±s

表5 觀察組雙側足底壓力結果 kgf，±s

項目M2 M4 M5 MF前足后足平均壓力凸側3.28±1.18 3.18±1.11 1.74±1.26 1.94±1.83 17.02±4.82 16.14±5.94 3.28±0.78凹側1.81±0.95 2.34±0.99 1.37±1.11 3.01±3.53 10.96±3.99 12.61±3.12 2.66±0.73 t P 2.910 0.675 1.715-0.806 2.906 1.581 1.755 0.010 0.509 0.106 0.432 0.010 0.133 0.098

3 討論

本研究發現，連續伏案學習超過1h 后患者脊柱側凸角度存在明顯差異，隨著伏案時間進一步加長，休息次數（時間）越少，側凸角度越大，這就說明對于已經發生側凸的AIS 患者，連續伏案時間的增長有較大可能加大其側凸角度，而適當的休息間隔在一定程度上確實有利于正常生理曲線的保持。由于伏案時雙上肢對作業活動所需的穩定功能與靈巧性功能需求不同，導致軀干兩側負重很可能也存在差異，長時間使脊柱維持在一個較小的活動范圍內時，可導致暫時的姿勢性側彎，脊柱與脊旁肌所構成的弓弦效應形成惡性循環加重側彎。雖然本研究中截取的伏案時長節點較為主觀，但不可否認的是，長時間的伏案對脊柱的負面影響較為確切，因此，應盡可能在伏案學習中間增加休息次數及時間，離開座椅并進行適量肢體活動，讓脊柱放松。

另外，伏案時采用的桌椅對本研究的結果具有一定干擾性，是在今后研究中需要注意的重要因素。依據人體工效學理論，最適宜人體坐位辦公（學習）的桌椅設計有較為嚴格的要求，諸如桌面高度為上臂自然下垂，前臂與手臂約成90°。但即使是成年人，要按照前述標準設計自己的辦公桌椅已屬不易，何況針對正處于身體高速生長發育的青少年。較長時間在不合適的桌椅上進行學習，使得現階段我國學齡期兒童的脊柱發育及正常生理曲線均受到嚴重影響。一旦脊柱側凸發生，Cobb's 角越大會導致脊柱兩側的脊旁肌肌力差異越大，不對稱的肌力又會使側凸角度進一步增大［15］，不加干預將使得側凸成為不可逆且持續進展的結構性改變。

通過對AIS 患者及健康同齡對照組的足底壓力分析發現，AIS 患者足弓、第1 跖骨頭及第2～5 趾骨區域的壓力峰值顯著高于健康同齡對照組，而在各分區觸地面積占比方面，AIS 患者足弓和跖骨區域觸地面積占比高于健康同齡對照組，而足跟和足趾區域的觸地面積占比則顯著低于健康同齡對照組。對AIS 患者凹凸側靜態足底壓力進行比較，患者凸側足底M2區及前足壓力顯著高于凹側，較大的壓力增加了患者凸側足前部的負荷。結合前述結論可知，脊柱異常的生理曲線使得患者足前部、足中部，尤其是凸側半身足前部承受更大的壓力，說明AIS 患者的足底壓力較對照組存在明顯異常。同時，較高的PP 對足底潰瘍和足痛也有相關，針對性適配矯形鞋墊以改善足底壓力的異常分布狀態，防止足部甚至下肢各個關節由于力學改變造成的損傷。提示對于AIS 患者需要重視其足部的生物力學變化，進而阻斷或延緩脊柱生物力學改變對下肢的骨骼肌肉的影響，而足底壓力測試便是較好的檢測手段之一，可在臨床廣泛推廣。

綜上所述，青少年日均伏案時間較長，應盡可能進行間斷性的對脊柱生物力線有明確正向作用的休息放松，學校及家長在學生需要長時間學習的現狀下應盡可能為其配備合適的桌椅并對如何選擇自己合適的桌椅及保持正確坐姿的重要性開展必要的培訓，以確保青少年的脊柱健康。此外，針對已確診為AIS的患者應建議其進行足底壓力測試，以指導并防止由于脊柱生物力學的改變造成相關關節疾病。