青少年特發性脊柱側彎的研究進展

梁 穎，許開英，馮 珍

(1.南昌大學第一附屬醫院康復醫學科； 2.江西省人民醫院康復醫學科，南昌 330006)

脊柱側彎是一種復雜的三維脊柱畸形，以Cobb角>10°和椎體旋轉為主要特征。特發性脊柱側彎(IS)是最常見的一種，約占脊柱側彎的85%左右[1]。IS發病機制尚不明確，將其按照年齡階段可以劃分為三種類型：嬰兒型、少兒型、青少年型；其中，青少年型特發性脊柱側彎(AIS)是最常見的一種，全世界青少年患病率為0.47%～5.20%[2]。按年齡和性別進行患病分析，10～12歲女孩脊柱側彎患病率最高(5.57%)，其次是13～14歲女孩(3.90%)、10～12歲男孩(2.37%)和13～14歲男孩(1.42%)[3]。

AIS通常在青春期發育之前出現惡化，可以導致骨骼、肌肉、內臟系統等發育的畸形，還可能造成不同程度的并發癥：腰背部慢性疼痛、心肺功能下降、心理疾病(自卑、焦慮等)、日常生活能力下降等，嚴重者可能導致癱瘓、心肺功能衰竭，過早猝死[4]。

本文針對目前AIS的發病機制及病因學探究、篩查方法及建議、治療方法等問題進行綜述。

1 AIS發病機制及病因學

人類特發性脊椎側彎的病因仍不明確，可能是由多種因素共同作用的結果。目前，尚未有經過驗證的方法或測試表明確切的AIS致病因素和進展風險因素[5]。已經報道的部分病因和發病機制主要涵蓋以下幾個方面：遺傳因素、肌肉骨骼系統、激素、機械生物力學、生活環境和日常生活方式。

1.1 遺傳因素

AIS可以在同一個家庭里多個出現，說明其存在一定的遺傳性。對雙胞胎的一項研究[6]表明，73%的單卵雙胎和36%的雙卵雙胎同時患有AIS。并且，在AIS流行病學研究[7]中發現，Cobb角>20°的女生比男生多見，男女比例為1.0∶4.5。JUSTICE等[8]的研究表明，X染色體上相關區域的表達與AIS存在聯系；但是，WARD等[9]的研究否定了X染色體連鎖遺傳的可能性。所以，AIS的遺傳是一個多因素作用的結果，不能將X染色體相關表達區域作為遺傳AIS的唯一因素。

1.2 肌肉骨骼系統

在AIS中，脊柱會在三維平面上發生側彎和椎體旋轉，改變人體的力學分布，導致骨質密度的重新排列。國內的一項研究[10]也表明，骨密度低或正常的AIS患者都存在骨質異常的現象，這可能是由于骨皮質內力學改變所導致。PENG等[11]的研究還表明：來自于骨髓的干細胞也能調節和改變患者骨量。骨髓間充質干細胞(BM-MSCs)是干細胞的一個研究分支，是一類具有自我復制和多向分化能力的細胞，具有向成骨細胞、軟骨細胞或脂肪細胞分化的多種潛能。AIS患者BM-MSCs向成骨細胞分化能力降低，向脂肪細胞分化能力增高，所以MSCs可以通過改變細胞分化方向來調節骨量形成，影響AIS的發展。

在AIS的患者中，脊椎凹凸側椎旁肌出現了被動縮短和拉長改變；雙側脊旁肌力量不對稱，脊柱姿勢和運動控制不協調，從而加速了AIS的進展。KWOK等[12]的研究表明，脊柱側彎患者凹側的Ⅰ型肌肉纖維含量明顯低于凸側，這種不對稱的肌纖維含量導致了脊旁肌活動的不平衡，且肌肉相對較弱的一側可能會出現血流減少、溫度偏低等問題。

1.3 激素

GRIVAS等[13]的研究表明，褪黑素在北緯女性體內可以導致性成熟延遲，并使這些未成熟的脊柱過多的暴露在脊柱側彎的有害因素中。YANG等[14]的研究則表明，褪黑素能夠促進成骨細胞增殖及其骨保護素(OPG)的分泌，進一步抑制破骨細胞分化因子RANK的結合，從而降低破骨細胞的分化；褪黑素還可以減少軟骨細胞的增殖和分化，影響軟骨的形成，通過對不同類型骨細胞的增殖和分化，影響骨量形成，改變骨皮質分布，最終導致AIS的發生。雖然上述兩項研究均表明褪黑素可對AIS產生影響，但是他們的作用機制卻不盡相同。

AIS在月經初潮的女孩多見，這可能和雌性激素、生長激素的分泌有關。雌激素具有促進性成熟和生長發育的功能，雌激素缺乏會導致骨成熟障礙，從而進一步導致AIS的發生[15]。生長激素(GH)作為調節人體生長的主要激素，GH分泌和功能的改變同樣能夠影響骨骼的生長，導致AIS的發生[16]。

1.4 脊柱生物力學改變

頂端椎間盤是確定Cobb角度的一個重要參考位置，它的變形也是脊柱側彎發展中的一個重要因素。夜間支具矯正或過度矯正脊柱側彎時，矯正力作用于頂端和相鄰的楔形椎體和椎間盤，讓凹凸側椎間盤的壓力回歸正常，減少椎間盤的不對稱壓力；矯正力作用于頂椎椎間盤的凸面，確保其膨脹量不大于凹面，從而恢復正常的生物力學環境，扭轉有害的脊柱側彎[5]。脊柱生長速度的不一致，也會增加脊柱側彎的形成。CRIJNS等[17]研究表明，即使沒有預先出現的脊柱雙側不對稱，來自身體前部的約束力也可以導致側彎，這說明脊柱的生長速度與前束部分的生長速度不匹配，可能會導致脊柱矢狀面后凸減少或前凸增加的脊柱側彎畸形。

1.5 生活環境和日常生活方式

在地理位置上，北緯女性的脊柱側彎發病率要高于其他地區，可能是由于北緯光照時間偏短，影響人體褪黑素分泌，從而導致脊柱側彎的發生[13]。MIRTZ等[18]在希臘的研究表明，在工業化地區和非工業化地區的AIS發病率相近，表明工業污染在AIS的患病率中無明顯影響。YANG等[19]認為高硒相關脊柱畸形與guppy彎背綜合征可能有相同的發病機制，高硒可能是AIS的危險因素。還有日常生活中的扁平足、左右利手、坐姿均可能是AIS的一個發病因素[20-21]。

2 AIS的篩查方法和建議

AIS篩查是通過特殊的工具和檢查方法來發現早期階段的脊柱側彎，并盡可能采取損傷更小的方法進行脊柱側彎檢查。AIS已經被認識了上百年，基于學校的脊柱側彎篩查(SSS)工作在美國和世界各地也已經廣泛實施了近75年[22]，在這期間積累了大量的臨床篩查經驗和方法。在中國，學校對脊柱側彎的篩查始于20世紀80年代，比國外的篩查工作開展更晚。

對于國內外開展脊柱側彎的篩查工作，出現了支持與反對的不同建議。美國預防服務工作組(USPSTF)在1993年既不支持也不反對篩查，但在2004年建議不要進行篩查，理由是會增加不必要的支具處方、高轉診率、低成本效益比和暴露在不必要的放射環境中[23]。相比之下，美國矯形外科醫生學會、脊柱側彎研究學會、北美兒科矯形學會和美國兒科學會則一直支持脊柱側彎篩查[24]，以便在脊柱側彎進展之前發現可逆的脊柱側彎，并提供早期的干預和治療，減少或延緩惡化速度。骨科社區則認為脊柱篩查的好處，最明顯是減少了脊柱融合手術的需求，并且證實了非手術治療的有效性[25]。而在2018年USPSTF最新證據中，又將脊柱側彎篩查的利弊平衡改為不確定性[26]。

2.1 體格檢查

觀察患者兩肩是否對稱，肩胛下角是否在同一水平面上，雙側肩胛骨和脊椎距離是否等寬，兩個腰背部是否有凹陷、雙側髂骨是否等高。如果出現以上檢查中任意1項或以上的結果，則可以考慮檢查結果呈陽性[27]。

2.2 前彎試驗(FBT)

檢查時，患者站立，雙腿伸直，雙手懸垂于身體兩側，身體逐漸向前彎屈至90°，如發現脊椎雙側高度不對稱，形如剃刀，則為陽性[28]。FBT是最傳統、最常用的篩查手段，也同時具備快速、廉價、操作簡便、非侵入式的優點。但由于其低敏感性所導致的假陽性結果，使得不足以在脊柱側彎篩查中單獨使用。

有證據[7]表明，坐位脊柱側彎測量可能是有用的，特別是下肢不等長的患者；它不僅可以降低其他因素的干擾，而且也不影響測試的信度和效度。

2.3 軀干旋轉角度(ATR)

檢查時，患者站立，彎腰前屈直至與地面平行，雙腳保持與髂骨連線垂直，將脊柱側彎測量儀放置在背部曲率的最頂端，垂直身體長軸，測定出軀干旋轉角度(ATR)[7]。

脊柱側彎測量儀是客觀評價AIS的最簡單、快捷、可靠、便宜的篩查方法。事實上，ATR的篩選效度和使用云紋地形設備進行篩查的效度相同或者更高[29]。常規ATR檢查時，使用5°作為截斷值，將導致無法接受的高轉診率(8.6%)；而如果設定ATR截斷值為10°時，轉診率大幅下降(1.6%)，似乎更加的合理，但同時可能造成不少的假陰性患者[30]。

2.4 莫爾地形圖

這是一種使用屏幕、光源和相機組合的特殊設備，由它生成患者背部輪廓線(莫爾條紋)，然后拍攝記錄。背部左右表面的不對稱條紋數量表明了脊柱側凸的嚴重程度。用莫爾條紋評價時，差異大于1.5條(7.5 mm)為陽性[5]。

雖然莫爾地形圖的敏感性相對FBT更高，但因其需要特殊的檢查設備、專業操作人員和相對較長的檢查時間，不適合作為前期簡單篩查的首選方法。另外，莫爾地形圖的檢查結果很難評估腰椎的畸形，因為腰椎水平的莫爾條紋本就很擁擠，雖然嚴格規定了莫爾地形圖的判斷標準，但是篩查者的主觀判斷決定了篩查的準確率。

2.5 X線檢查

在全脊正位X線片上，確定側凸的上端椎和下端椎，在上端椎椎體上沿和下端椎椎體下沿各劃一條平線，再各做其垂直分割線，這兩條垂線的相交角即為Cobb角。當Cobb角>10°時，即可診斷為脊柱側彎。利用X線檢查，確定Cobb角，這是目前確診脊柱側彎的黃金標準；同時，在骨盆的正位X線片上，觀察患者髂骨骨骺發育情況，利用Risser分級，可以判斷脊柱側彎患者惡化的風險高低。

當然，進行X線檢查的患者必須暴露在輻射環境當中，增加了不必要的風險性，這也是很多組織反對脊柱側彎篩查的主要原因之一[27]。

2.6 其他篩查方法

脊椎側彎3D遙診體位篩查是基于三維測量系統、集中數據庫、客戶端數據分析軟件三大模塊建立起的結構光學三維掃描法。憑借網絡可以遠程操作，而且具有平均檢查時間不足1 min、無需觸診、無放射、篩查人員投入少[31]等優點，但是前期數據庫采集時間較長，軟件開發較貴，目前尚未在臨床上使用。光柵式立體照相術的光切法：相比于傳統的莫爾地形圖檢測法，該方法不僅具有一定的精度，價格便宜，不需要輻射曝光，而且速度快，因此在不久的將來可能取代云紋拓撲法在臨床的使用[32]。表面肌電圖篩查法：利用表面肌電圖，比較脊柱側彎患者凹凸側脊柱旁肌肉活動來判斷脊柱側彎[33]。紅外線篩查法：利用紅外熱像來評估受試者的紅外線發射，并利用檢測出的脊柱旁肌肉溫度分布異常來篩查脊柱側彎[12]。

2.7 AIS的篩查流程及建議

在目前可用的篩查方法中，單獨使用1種或2種篩查法的靈敏度較低(例如：FBT的敏感性為84.4%，FBT和ATR組合的靈敏度為71.1%)，而結合使用FBT、ATR、莫爾地形圖篩查時，靈敏度可以達到99.2%，準確性最高也可以達到93.8%[4]。單一的FBT篩查出現了4.8%的假陽性和15.6%的假陰性結果，FBT結合ATR篩查則報道了2.9%的假陽性和28.9%的假陰性結果，而結合使用FBT、ATR、莫爾地形圖篩查報道了最低的假陰性率(6.2%)和最低的假陽性[34]。所以，聯合使用三種常規簡便的篩查方法不僅可以提高診斷的靈敏性，也可以降低假陽性和假陰性的篩查結果，提高篩查的準確性和檢出率。

脊柱側彎的診斷標準為Cobb>10°，但是曲率小于25°的患者不考慮手術或支具治療[26]。因此，LUK等[35]設計了三級反復篩查制度：學生首先接受了FBT和ATR評估，對ATR在5°～15°且有AIS的患者，定期進行莫爾地形圖評估；對ATR>15°、莫爾線條大于2條或有明顯臨床體征的脊柱側凸患者進行X線檢查，發現Cobb>20°患者在專科醫院隨訪至骨骼成熟。這種分級篩查轉診制不僅可以優化轉診標準，還可以降低轉診率，優化醫療資源的合理分配。

3 AIS治療

AIS的治療方法分為保守治療和手術治療兩種，其中保守治療包括運動治療和支具治療；針對患者不同的病情，選擇最合適的治療方法。當Cobb<10°時，只需要定期觀察，不需要特殊處理；當10°≤Cobb<20°時建議選擇運動治療干預；當20°≤Cobb<45°時建議選擇支具治療聯合運動治療；Cobb≥45°時建議考慮手術治療[36]。

支具治療被證明是治療AIS最有效的保守治療方法[37]。運動治療方法雖然多種多樣，但它們之間的差異和有效性證據尚不完全清楚。相對于單一的治療方法，支具治療聯合運動治療不僅可以提高治療效果，還可以避免佩戴支具的不良反應，如肌肉萎縮、脊椎僵硬、壓瘡等[38]。

3.1 運動治療

AIS的運動治療是由專業的治療人員根據不同患者的病情設定的個性化鍛煉方案，旨在恢復正常的運動功能、減少疼痛和畸形的產生。常用的運動治療技術主要包括：側移法、Dobosiewicz法、schroth三維運動療法、脊柱側彎的科學鍛煉方法(SEAS)、Dobomed方法、SSE法、運動控制訓練等。

側移法是通過控制軀干，使脊椎向側彎的凹側自主移動，通過減少下端椎體的側傾來達到矯正曲線的目的；側移法在AIS的治療中效果不大，聯合支具治療的有效性也無顯著差異[39]。Dobosiewicz治療技術是通過三維不對稱矯正方法嚴格對稱骨盆和肩，并應用于日常生活中，其理論中強調的不對稱呼吸法比常規呼吸訓練效果更好[40]。Schroth療法是治療AIS的主要方法之一，它將脊柱分為肩頸、胸、腰、骨盆4個部分，通過自我拉長、旋轉、側偏再結合旋轉成角呼吸(RAB)法，糾正呼吸模式、激活脊旁肌、改善肌肉平衡[41]。SEAS法是在日常生活活動中進行的自我糾正訓練，訓練內容包括姿勢控制、脊椎穩定、肌肉耐力、神經肌肉控制、行為再學習等[42]。Dobomed方法是基于AIS病理力學的三維自發矯正動態技術，強調了胸椎的后突和腰椎的前突，通過肩胛骨、骨盆的對稱位下的閉鏈運動進行的自發矯正[43]。運動控制訓練、體育鍛煉都已證明在減少支具處方上是有效的[44]。大量的運動治療都被證明了對AIS患者的Cobb角改善有效，然而，對于接受運動治療所改善的Cobb角是否可以長期維持？是否可以降低患者今后的支具或手術治療的發生率？目前還缺乏相關的研究與報道。

3.2 支具治療

支具治療適用于骨骼發育不成熟且側彎角度在20°～45°的患者。它是利用支具產生的機械外力將脊柱恢復正常的形態，同時也可以通過本體感覺的輸入來誘導脊柱向正常的方向生長。通過支具治療不僅可以糾正椎體旋轉、恢復脊椎形態，也可以降低手術的患病率、減輕社會負擔和醫療資源的浪費[45]。

硬性支具是預防AIS的最常見非手術治療方法。波士頓支具是最受歡迎的支具之一，它通過支具內的矯形墊對脊椎曲度施加壓力，矯正脊柱側彎，并讓患者保持正常的姿勢；這種支具通常應用于胸、腰段側彎的患者[46]，并且經常配合schroth治療一起使用。密爾沃基支具是最早的治療AIS的現代化矯形支具，主要應用于胸椎完全的患者，防止脊椎在生長的過程中彎曲進展；但由于其穿戴復雜、頸環對日常生活影響較大且美觀不足，現已較少應用于AIS的治療中。色努支具是一種新型的支具，它可以作用于復雜的脊柱側彎中，且達到過度矯正的效果；佩戴中，通過前面窗口進行呼吸，起到調整胸廓和脊椎矯正的作用；同時可以提高腹壓，產生對脊椎的正常牽引力來達到誘導脊椎正常生長的目的[47]。GBW支具是目前比較先進的支具，同時它也是色努支具的改良版。

支具治療顯著降低了高危曲線向手術治療的轉診率，配帶支具的時間越長，治療效果越明顯；通常建議佩戴時間達到23個小時，只是在洗澡、運動鍛煉時脫掉。

3.3 手術治療

AIS的手術治療已有100多年的歷史，主要通過入侵性的手術來治療和控制畸形的進展。AIS的手術治療主要適用于側彎角度在45°及以上的人群，治療目的是從根本上糾正脊椎的畸形，減少AIS的并發癥，預防側彎角度的惡化。

由希布斯、哈林頓提出的手術治療是從后路暴露脊椎，通過粉碎棘突、切除小關節、椎板去皮，最后沿暴露的脊柱局部取骨并誘導融合。這種手術缺少真正意義上的矯正，并且感染率較高[48]。在20世紀70至90年代，開始出現椎板鋼絲系統的手術應用，并向更先進的椎弓根螺釘固定手術方式過渡。椎弓根螺釘固定術提供了更穩定的椎體固定，具有更高的安全性，是目前AIS矯正最常用的手術方式[49]。隨著后期醫療技術和材料科技的發展，手術所用到的器械更加的安全、穩定、舒適，術前使用的抗纖溶藥物可以減少手術輸血，術中使用的導航放置椎弓根螺釘，更有助于復雜情況下的內固定應用[50]。

當然，由AIS手術治療所產生的腰背部僵硬、疼痛、活動能力受限同樣會給患者的生活質量帶來不利影響。在手術前、后聯合使用物理因子治療和運動治療，不僅可以減少圍術期的不良反應，還可以讓脊柱自身的穩定性更強、手術的治療效果更加持久。

4 小結與展望

AIS是脊椎側彎中最常見的類型，關于其發病機制也多有研究，但尚未有經過驗證的方法或測試表明確切的AIS致病因素和進展風險因素。依據不同的發病機制，所選擇的篩查方法、治療手段、介入時機也不盡相同。本文通過對國內外脊柱病因學分析、篩查方法、干預治療三個方面的統計分析，研究脊柱側彎在青少年中的發病規律，在不同的時間區間，提供與之相對應的篩查方法和治療手段，做到精準把控篩查和治療時機。隨著醫療科技的發展，更加深入的病因學研究，更加先進有效、不良反應更小的篩查和治療方法將得到普及，在降低AIS發病率、減輕AIS病癥、改善患兒生活質量的目的上更進一步。