生物力學在青少年特發(fā)性脊柱側彎中的應用進展

毛銳濤，陳禹彤

（昆明醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院，云南 昆明 650000）

0 引言

脊柱側彎又稱為脊柱側凸，是指脊柱全長內一（數）個節(jié)段偏離身體中線而向側方彎曲（冠狀面），進而使脊柱形成一個弧狀畸形，此外在矢狀面上，此類患者往往出現椎體的旋轉旋轉以及正常脊柱生理曲度的改變。國際脊柱側彎研究學會（scoliosis research society,SRS）對脊柱側彎的定義為：應用Cobb’s法測量正位全脊柱x線片的脊柱彎曲角度大于10°[1]。一般而言，脊柱側彎可劃分為功能性和結構性，結構性脊柱側彎又包括了不明原因的特發(fā)性脊柱側彎和由代謝性疾病、先天性疾病及神經系統(tǒng)疾患等各類疾病引起的非特異性脊柱側彎。其中，特發(fā)性脊柱側彎約占80%，是最為常見的一類[2,3]。在學齡期青少年人群中，青少年特發(fā)性脊柱側彎（adolescent idiopathic scoliosis,AIS）發(fā)生率約為0.5%~3%，其中約10%側彎角度大于40°，需要進行外科矯正[3-5]。近年來，中小學生過重的課業(yè)負擔也使得此類人群的脊柱側彎發(fā)病率隨之增加。

1 傳統(tǒng)脊柱側彎評估

傳統(tǒng)的脊柱側彎評估主要是進行以下流程，第一步進行Adam試驗，患者站立位，囑患者軀干向前屈曲，檢查者位于患者后方及側方，分別評定其患者軀干的對稱性。陽性體征為脊柱冠狀面出現彎曲，側彎節(jié)段由于椎骨的旋轉引起肋骨的非對稱性隆起[6]。對于Adam前屈試驗陽性患者進一步使用影像學測量Cobb’s角。一般而言Cobb’s角＜5°屬于病變輕微，無需隨訪，如角度在5°-9°間，則需至少半年隨訪一次[7]。角度在10°及以上者則建議行相關治療。在脊柱的旋轉角度方面，研究多關注脊柱側彎所引起的兩側肋骨非對稱性隆起程度，雖然這一不對稱性與椎體旋轉程度不能絕對劃等號，但經正位全脊柱x線片測得的Cobb’s角度數與兩側背部（肋骨）不對稱的傾斜角（水平高度）有一定相關性。對此，現在臨床上多應用脊柱測量尺在被檢者向前彎腰時檢查脊柱的旋轉度數，此法簡單有效，操作方便。此外也有研究人員使用Moire照像對臀部、雙肩、雙腰凹、雙側髂骨棘的對稱性及棘突連線是否偏離中軸等進行評估進而判斷是否存在脊柱側彎，但由于Moire照相所需使用的光柵投影型照像裝置等設備不太常見、對所有普查患者使用Moire照像較為耗時耗力且成本較高等因素，該診斷方法在實驗室應用較多。現階段在臨床工作中對于脊柱側彎的評估流程使用較多的仍為目測體檢（Adam前屈試驗）及脊柱X線片檢查測量Cobb’s角度。

2 生物力學在脊柱側彎評估中的應用

隨著醫(yī)學生物力學的發(fā)展，有學者對AIS的生物力學進行了研究。在椎旁肌肉力量方面，研究發(fā)現Cobb’s角度越大，凸凹側的肌力差異越大[8]，并且兩側不對稱的肌力會使脊柱側彎角度進一步加重。而在骨盆的對稱性方面，研究人員發(fā)現AIS患者靜止狀態(tài)下骨盆在水平面并未保持中立位而是有所旋轉，且旋轉方向與胸椎彎曲方向高度相關[9]，骨盆的非中立位及脊柱兩側肌肉力量的不平衡勢必會影響雙下肢的應力傳導，進而造成雙下肢骨骼肌肉系統(tǒng)的一系列改變。有學者[10]的曾分析過卒中后偏癱病人的動態(tài)足底壓力，結果顯示步態(tài)周期中偏癱側全足著地時負荷率明顯大于健康對照，而偏癱側支撐相末期足尖離地時負荷率則顯著低于健康對照，這就說明偏癱患者在步行過程中使用健側進行代償，即偏癱患者雙側髖、膝、踝的運動不均衡。這就證實了足底壓力可以對身體兩側肌肉力量、運動控制等功能的不平衡有較為直觀的體現。于是近年來也有部分學者對AIS患者的靜態(tài)平衡、足底壓力變化等進行研究[11,12]。足底壓力是指單位面積內人體足底與接觸面（鞋或地面）間的作用力，它能較好地完成各種足底力學參數的檢驗，具體而言足底壓力測試可分為靜態(tài)和動態(tài)兩種模式[13]，靜態(tài)模式主要觀察指標包括：受試者足底平均壓力及半足壓力，動態(tài)模式為運動過程中足底各區(qū)域壓力峰值、沖量、最大壓力峰值出現時間等。足部壓力中心的變化可以影響到髖部、腰部等的肌群的力學參數[14]，換言之，足底壓力可以反映下肢、軀干的力學狀況、身體姿勢形態(tài)及脊柱的對稱性[15]，對足底壓力分布的測量可以在下肢各關節(jié)、骨和韌帶的運動狀態(tài)及足部動態(tài)、靜態(tài)力學特點的分析方面為研究AIS患者的生物力學研究提供大量有用的信息[16]。有研究人員對AIS患者的步態(tài)、平衡功能與正常人進行比較，研究結果顯示步行過程中AIS患者雙足的動態(tài)足底壓力明顯不平衡，AIS患者雙足支撐相末期蹬離地面的能力均顯著弱于健康對照，此外兩足支撐相初期足跟著地時的緩沖能力也不平衡[17]，也有研究人員[18]對 10名 AIS（Cobb’s角 ＞10°）患者進行足底壓力測試，然后分別對其進行脊柱穩(wěn)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(wěn)定性訓練前后，雙足的足底壓力分布區(qū)域發(fā)生了顯著改變，身體的平衡功能得到改善。但該研究中并未涉及AIS患者脊柱側彎角度與動靜態(tài)足底壓力各數值間的相關性，對AIS患者進行訓練前后足底壓力的變化情況也未進行較為嚴密的分析，難以說明足底壓力測試這一評估方式廣泛用于AIS治療階段性評估的可行性。此外，下肢髖、膝、踝等關節(jié)疾患也會引起足底壓力不對稱，并通過影響骨盆傾斜角度進而引發(fā)代償性或適應性的脊柱側彎[19]。但值得注意的是，研究發(fā)現S型胸腰椎側彎患者的左、右足底壓力則是對稱的[20]，這便帶來啟示，足底壓力分析是否適用于所有類型的脊柱側彎患者有待考證。

3 進展可能性評估

脊柱側彎的發(fā)展常發(fā)生在迅速生長期，有學者[21]認為發(fā)育年齡、月經初潮年齡和發(fā)育情況對脊柱側彎病情是否會進展的預測作用并不顯著，但處于快速生長的患者本身骨骼生長速度快且易受外界環(huán)境影響，加之已出現脊柱側彎，壓應力會進一步加快凹側椎體軟骨細胞的生長、成熟和退化，使得凹側椎體的生長結束早于凸側，脊柱側彎患者兩側脊柱的不對稱生長又進一步加重其脊柱側彎角度，形成惡性循環(huán)。研究顯示發(fā)育成熟者小于30°的側彎傾向于不發(fā)展[22,23]，而發(fā)育未成熟的側彎度數在20°-30°之間的脊柱側彎患者，20%病情有所進展[24]，且Risser分級水平越低進展程度越大[25]。臨床上較多使用的判斷骨齡的方法主要是基于骨盆X線片的Risser分級和基于橈骨遠端、尺骨遠端、掌骨X線片的Tanner-Whitehouse 3骨骼評分系統(tǒng)。以上評估的使用對骨齡的評估對于脊柱側彎患者病情是否進展及進展程度的預測有所幫助，配合Cobb’s角的測量可用于指導決定是否選擇治療或何種治療手段。

4 脊柱側彎的治療

現在臨床上關于脊柱側彎的治療可分為非手術治療和手術治療兩類。如脊柱X線平片上Cobb’s角測量＞45°時通常需要手術治療[26]。手術治療是通過釘棒系統(tǒng)對側彎的脊柱施加外力，該方法可以顯著減輕畸形程度并阻斷或延緩側彎的發(fā)展及由于側彎加重導致的一系列繼發(fā)性損傷，是臨床上采用較多的脊柱側彎治療方法。而對于＜45°的脊柱側彎臨床上則多選用非手術治療。狹義上來說非手術治療即物理療法，是通過指導患者進行有針對性的運動訓練來治療患者的傷殘狀況，并促進其功能障礙的恢復和改善的療法。長期以來，較多學者仍認為非手術治療只能部分改善患兒的體態(tài)姿勢或增加脊柱的活動度，對于脊柱側彎的轉歸是無效的[27]。在美國一項對AIS患者進行保守治療的研究也顯示，保守治療后 185例 AIS患者（Cobb’s角度 0°-40°）中病情加重的占61%，而改善的僅占4%[28]。但值得注意的是，此類研究中均未明確報道詳細的運動處方及訓練監(jiān)督機制，加之AIS患者多處于青春期，人體在該時期生長迅速，脊柱側彎椎體兩側承受的壓應力不對稱，壓應力可以抑制骨骺的生長，而張應力可以促進骨骺的生長[29]，這就導致脊柱兩側生長的不對稱，長此以往使得脊柱兩側應力改變持續(xù)發(fā)展并隨著時間進程而加重，這也是矯形器治療脊柱側彎的理論來源之一。另一方面此類疾病病情發(fā)展緩慢，患者多已習慣了異常的姿勢、運動模式，難以將自己當做“患者”看待，訓練依從性較低，這便得出了較多保守治療無效的結論。

但也有較多研究設計實驗對比自編體操、矯形支具穿戴、柔筋正骨術、倒懸牽引配合整脊手法等療法對于AIS的影響，結果均顯示出一定療效[30-32]。有趣的是，有研究人員發(fā)現AIS患者腦干有功能性或器質性的改變，脊柱側彎患者的本體感覺功能和前庭功能與健康對照組受試者之間有較大差異，這就提示脊柱側彎的發(fā)生和發(fā)展很可能來源于患者的本體感覺功能障礙。

AIS是青少年常見病、多發(fā)病，早發(fā)現、早干預是治療此病的關鍵，在中小學進行AIS普查對于預防、阻斷疾病進展很重要。有趣的是，在2016年SOSORT發(fā)布的在成長期間特發(fā)性脊柱側凸的骨科和康復治療指南等指南中未明確具體治療策略，筆者推測原因是因為對于確診AIS患者，康復訓練是通過增加凸側的肌力、凹側的肌肉伸展性，同時訓練患者本體感覺，實現兩側的應力均衡，從而矯正側彎，但AIS這一疾病的單一性極為突出，所以個性化的側彎方向、角度評估并制定個性化的治療方案實為康復從業(yè)者的一大挑戰(zhàn)。此外，由于患者較難將自己當成“患者”，積極宣教、尋求患者本人及家屬的配合才能達到訓練效果。