高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者心肺功能變化

·臨床研究·

高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者心肺功能變化

胡星新,陵廷賢,周幫健,強(qiáng)喆,安永剛,劉立岷

作者單位：610041四川,四川大學(xué)華西醫(yī)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(huán)境對脊柱側(cè)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(qū)特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者31例,并選取同時期來自平原地區(qū)的其他特征(年齡、性別、側(cè)凸角、后凸角)相似特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者31例作配對研究。收集并分析62例患者術(shù)前站立位全脊柱正側(cè)位X線片、術(shù)前肺功能和心臟彩超檢查結(jié)果。結(jié)果高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者心臟彩超結(jié)果中每搏輸出量(stroke volume, SV)、射血分?jǐn)?shù)(ejection fraction, EF)、左房內(nèi)徑(left atrial internal diameter, LAID)、左室內(nèi)徑(left ventricular internal diameter, LVID)、右房內(nèi)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(qū)脊柱側(cè)凸患者檢查結(jié)果相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。而高海拔地區(qū)與平原地區(qū)脊柱側(cè)凸患者的右室內(nèi)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(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論高海拔地區(qū)與平原地區(qū)脊柱側(cè)凸患者的心肺功能總體上無明顯差異,在進(jìn)行術(shù)前評估、準(zhǔn)備和圍手術(shù)期處理上,高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者與平原地區(qū)脊柱側(cè)凸患者相比并無特殊。

【關(guān)鍵詞】胸椎; 脊柱側(cè)凸; 心臟功能試驗; 呼吸功能試驗; 高海拔; 手術(shù)期間

作者簡介：胡星新(1987— ), 碩士,醫(yī)師

【中圖分類號】R 682.3【文獻(xiàn)標(biāo)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(qū)的特殊地理環(huán)境(低壓缺氧、嚴(yán)寒)對人體器官(如心臟、肺、大腦等)均有影響。呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)對低氣壓缺氧比較敏感,在人體發(fā)生高原反應(yīng)和高海拔低氧適應(yīng)等方面有很大的作用。持續(xù)的低氧環(huán)境能對全身不同的系統(tǒng)產(chǎn)生不同的效應(yīng)。對于呼吸系統(tǒng),往往導(dǎo)致肺通氣量增加,并出現(xiàn)不同程度的中樞性呼吸衰竭和肺水腫; 對于循環(huán)系統(tǒng),機(jī)體的代償性反應(yīng)使心排出量增加、血液重新分布、肺血管收縮和毛細(xì)血管增生,而長期的代償或失代償反應(yīng),則可導(dǎo)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(tài)[1-3]。因此,這種特殊的地理環(huán)境或繼發(fā)的病理狀態(tài)對機(jī)體心肺的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響。

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

本研究通過分析嚴(yán)寒缺氧環(huán)境對高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者心肺功能的影響,并評估其術(shù)前準(zhǔn)備和圍手術(shù)期處理上是否和平原地區(qū)脊柱側(cè)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(qū)和平原地區(qū)特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者各31例。高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者平均年齡15.5歲,男14例,女17例;平原地區(qū)脊柱側(cè)凸患者平均年齡16.3歲,男12例,女19例。納入標(biāo)準(zhǔn)：①長期居住在海拔>3 000 m及海拔<500 m地區(qū); 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(shù)治療; ③部分主彎Cobb角<45°但后凸畸形嚴(yán)重或影響患者的外觀,患者強(qiáng)烈要求改善外觀; ④近3個月患者呼吸系統(tǒng)無感染性疾病,無其他首發(fā)的心臟疾病。

1.2方法

對62例患者常規(guī)攝站立位全脊柱正側(cè)位X線片、左右bending位X線片、胸廓三維CT、頸胸腰椎MRI、術(shù)前肺功能和心臟彩超檢查。用Cobb法測量脊柱側(cè)凸度數(shù),冠狀面?zhèn)韧笴obb角為結(jié)構(gòu)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(zhì)破壞和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。術(shù)前所有側(cè)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?jǐn)?shù)(ejection fraction, EF)、左房內(nèi)徑(left atrial internal diameter, LAID)、左室內(nèi)徑(left ventricular internal diameter, LVID)、右房內(nèi)徑(right atrial internal diameter, RAID)、右室內(nèi)徑(right ventricular internal diameter, RVID)。收集所有患者的年齡、性別、冠狀面?zhèn)韧笴obb角、胸椎后凸角和肺功能及心臟彩超檢查參數(shù)的實測值(actual measured value, AMV)和實測值占預(yù)測值的百分?jǐn)?shù)(AMV%)值,并對數(shù)值進(jìn)行分析。

1.3統(tǒng)計學(xué)處理

2結(jié)果

高海拔地區(qū)及平原地區(qū)脊柱側(cè)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(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,見表1)。高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者主胸彎向右側(cè)24例(77.42%),左主胸彎有7例,平原地區(qū)脊柱側(cè)凸患者主胸彎向右側(cè)25例(69.44%),左主胸彎有6例。高海拔地區(qū)與平原地區(qū)脊柱側(cè)凸患者心臟彩超(LVID、LAID、RAID、RVID、SV、EF)結(jié)果見表2。其中高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者的RVID比平原地區(qū)脊柱側(cè)凸患者的RVID小(16.61±2.36vs. 17.63±1.60),差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),2組患者心臟彩超結(jié)果中的LVID、LAID、RAID、SV、EF相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)?；颊咴谛g(shù)前檢查中小部分有功能性或器質(zhì)性病變,高海拔地區(qū)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(zhì)性病變1例(3.23%),殘存左上腔靜脈。平原地區(qū)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(xiàn)主動脈瓣、二尖瓣反流1例；器質(zhì)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(shù)期,發(fā)現(xiàn)3例有器質(zhì)性病變的患者出現(xiàn)輕微的血流動力學(xué)改變,但經(jīng)過積極內(nèi)外科治療均平穩(wěn)渡過。

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

表12組患者的基本參數(shù)

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(qū)患者Patientsinhighaltituderegions15.5±4.262.6±21.937.9±17.0平原地區(qū)患者Patientsinplainregions16.3±5.959.4±22.144.4±17.4

表22組患者心臟彩超結(jié)果

Tab.2Echocardiography examination of 2 groups

組別GroupsLVID/mmLAID/mmRVID/mmRAID/mmSV/mLEF/(%)高海拔地區(qū)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(qū)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(qū)相比,P<0.05

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

表32組患者肺功能結(jié)果

Tab.2Pulmonary function test of 2 groups

組別GroupFVC/LAMVAMV%FEV1/LAMVAMV%FEV1/FVC%AMVAMV%高海拔地區(qū)患者Patientsinhighaltituderegions2.27±0.9182.93±22.782.00±0.74*88.04±22.6489.12±7.62—平原地區(qū)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(qū)患者Patientsinhighaltituderegions2.30±0.9182.61±22.453.33±1.1494.53±21.07平原地區(qū)患者Patientsinplainregions2.71±0.6988.82±12.963.96±0.9898.75±16.04

注：*與平原地區(qū)相比,P<0.05

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

3討論

脊柱側(cè)凸是復(fù)雜的三維畸形[6-8],椎體的旋轉(zhuǎn)往往導(dǎo)致“剃刀背”的形成和兩側(cè)胸腔大小不對稱,而胸廓畸形被稱為脊柱側(cè)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(nèi)臟器的正常生長發(fā)育,導(dǎo)致不可逆的心肺功能損害[9]。Tsiligiannis等[10]認(rèn)為脊柱側(cè)凸能導(dǎo)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(nèi)器官位置發(fā)生改變,并影響肋骨正常運(yùn)動。Campbell等[11]描述了脊柱側(cè)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(fā)育。Koumbourlis[12]通過文獻(xiàn)綜述后認(rèn)為,脊柱畸形可以從多方面對肺組織產(chǎn)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(dǎo)致血-氣交換界面的減少。Belaise等[13]認(rèn)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(dǎo)致右心室肥厚,甚至發(fā)生心衰; 對肺實質(zhì)的壓迫導(dǎo)致肺內(nèi)的支氣管和血管扭曲,引起血流/通氣比失平衡,導(dǎo)致血氧飽和度下降,毛細(xì)血管收縮; 這些都導(dǎo)致心臟負(fù)荷增加,進(jìn)而導(dǎo)致心功能下降。

在我國的西藏、青海、云南等高原地區(qū)呈現(xiàn)海拔高、氣壓低、空氣稀薄、氧分壓低的特殊地理環(huán)境,長期居住在低氣壓、低氧分壓的地區(qū),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(qū)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(rèn)為普遍的對低氧反應(yīng)就是肺血管收縮,直接導(dǎo)致肺血管的肌層肥厚; 一些對高海拔地區(qū)生活兒童和青少年的心電圖、心電向量測定法、血流動力學(xué)和組織病理學(xué)研究認(rèn)為其有持續(xù)性肺動脈肌層肥厚,無癥狀的肺動脈高壓和相關(guān)的右室肥厚[16]。Penaloza等[17]認(rèn)為在高海拔地區(qū)的當(dāng)?shù)厝擞蟹蝿用}高壓、右室肥厚和肺動脈遠(yuǎn)端分支血管平滑肌細(xì)胞增生等改變。

本研究顯示高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者的RVID比平原地區(qū)脊柱側(cè)凸患者的RVID小,高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者主胸彎的方向和平原地區(qū)脊柱側(cè)凸患者主胸彎方向相比,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05); 并且高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者冠狀面Cobb角、后凸角與平原地區(qū)脊柱側(cè)凸患者相比,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。原因可能為高海拔地區(qū)的脊柱側(cè)凸患者是長期生活在海拔>3 000 m或高原地區(qū)的原始居民,這種地理環(huán)境已經(jīng)對患者的心臟功能甚至結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),說明高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者和平原地區(qū)脊柱側(cè)凸患者的心臟發(fā)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(qū)脊柱側(cè)凸患者可以承受圍手術(shù)期的血液動力學(xué)變化。

62例患者中,較嚴(yán)重的脊柱側(cè)凸患者(需手術(shù)治療)存在一定比例的心臟功能性異常(12/62)或病理性的結(jié)構(gòu)異常(3/62)。Liu等[18]對需要手術(shù)治療的80例特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者術(shù)前行心臟彩超檢查,有25例患者心臟出現(xiàn)功能性或結(jié)構(gòu)性異常。本研究所納入的患者中,經(jīng)過彩超檢查出現(xiàn)心臟異常的概率較Liu等[18]研究要小,并且大多數(shù)患者的心臟功能在代償范圍內(nèi),能夠承受手術(shù)對機(jī)體的創(chuàng)傷。小部分脊柱側(cè)凸患者的心功能參數(shù)提示在住院期間會發(fā)生一些危險因素,但經(jīng)過積極的內(nèi)外科治療已經(jīng)平衡渡過圍手術(shù)期,因此積極的監(jiān)測、預(yù)防并發(fā)癥發(fā)生和多學(xué)科的輔助治療在圍手術(shù)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(biāo),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(guān)。在此研究中,高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者的FEV1實測值比平原地區(qū)患者的要小,分析其原因可能有：①高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者長期生活在低氣壓、低氧分壓的地理環(huán)境下,呼吸肌的運(yùn)動效率和運(yùn)動能力和平原地區(qū)患者相比要差,在呼吸運(yùn)動周期中胸廓的運(yùn)動幅度更加受限[19]; ②長期的缺氧狀態(tài)能增加通氣量或通氣頻率,導(dǎo)致呼吸肌的負(fù)荷增加,這些都會加重呼吸肌的疲勞; ③長期暴露在嚴(yán)寒地區(qū)對人體的呼吸系統(tǒng)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(jī)械學(xué)性能[20]; ④長期的嚴(yán)寒環(huán)境增加氣道阻力,這些都導(dǎo)致FEV1比相同情況下的平原脊柱側(cè)凸患者要小。而高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者FVC、FEV1/FVC%、VC、TLC的AMV和AMV%與平原地區(qū)脊柱側(cè)凸患者相比差異亦無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),說明高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者在大體程度上與平原地區(qū)脊柱側(cè)凸患者的肺功能損害程度相當(dāng)。

因此,在高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者的圍手術(shù)期階段,可以采取和平原地區(qū)脊柱側(cè)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(yùn)動、吹氣球以及爬樓梯等,改善通氣功能,提高肺活量,為手術(shù)后可能出現(xiàn)的呼吸功能減退做充分的代償儲備,并可以預(yù)防和減少術(shù)后呼吸功能不全的發(fā)生。在短期內(nèi)迅速改善患者圍手術(shù)期的肺功能,增加患者對手術(shù)的信心,降低麻醉與手術(shù)的風(fēng)險,縮短手術(shù)后氣管插管的拔管時間,改善術(shù)后通氣功能有助于患者圍術(shù)期的穩(wěn)定和促進(jìn)術(shù)后康復(fù)。

脊柱側(cè)凸矯形術(shù)時間長、創(chuàng)傷大、出血量大。Wazeka等[21]報道,在圍術(shù)期內(nèi)脊柱側(cè)凸肺功能障礙者可能發(fā)生肺炎、肺不張、呼吸功能不全等并發(fā)癥; 必要時,輔助應(yīng)用術(shù)后吸氧、機(jī)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(xué)科的共同關(guān)注,支持患者的循環(huán)、呼吸、神經(jīng)及消化系統(tǒng),能夠使肺功能障礙患者耐受側(cè)凸矯形術(shù)。而這一點,對不同海拔地區(qū)以及適應(yīng)不同的地理環(huán)境的脊柱側(cè)凸患者顯得更為重要,因此外科醫(yī)師要準(zhǔn)確的評估高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者是否可以耐受手術(shù)對機(jī)體的創(chuàng)傷，早期意識到危險因素的存在并進(jìn)行適當(dāng)?shù)母深A(yù)措施,能減少并發(fā)癥,還能很大程度改善預(yù)后。

因此,對高海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者與平原地區(qū)脊柱側(cè)凸患者的心肺功能進(jìn)行對比,給不同海拔地區(qū)脊柱側(cè)凸患者術(shù)前正確的準(zhǔn)備、患者機(jī)體能否耐受手術(shù)進(jìn)行評估以及術(shù)后患者發(fā)生心肺并發(fā)癥的預(yù)測和處理提供指導(dǎo),并可以使其完成手術(shù)治療,順利渡過圍術(shù)期。

參 考 文 獻(xiàn)

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(本文編輯張建芬)