生物力学在青少年特发性脊柱侧弯中的应用进展

毛锐涛，陈禹彤

（昆明医科大学第二附属医院，云南 昆明 650000）

0 引言

脊柱侧弯又称为脊柱侧凸，是指脊柱全长内一（数）个节段偏离身体中线而向侧方弯曲（冠状面），进而使脊柱形成一个弧状畸形，此外在矢状面上，此类患者往往出现椎体的旋转旋转以及正常脊柱生理曲度的改变。国际脊柱侧弯研究学会（scoliosis research society,SRS）对脊柱侧弯的定义为：应用Cobb’s法测量正位全脊柱x线片的脊柱弯曲角度大于10°[1]。一般而言，脊柱侧弯可划分为功能性和结构性，结构性脊柱侧弯又包括了不明原因的特发性脊柱侧弯和由代谢性疾病、先天性疾病及神经系统疾患等各类疾病引起的非特异性脊柱侧弯。其中，特发性脊柱侧弯约占80%，是最为常见的一类[2,3]。在学龄期青少年人群中，青少年特发性脊柱侧弯（adolescent idiopathic scoliosis,AIS）发生率约为0.5%~3%，其中约10%侧弯角度大于40°，需要进行外科矫正[3-5]。近年来，中小学生过重的课业负担也使得此类人群的脊柱侧弯发病率随之增加。

1 传统脊柱侧弯评估

传统的脊柱侧弯评估主要是进行以下流程，第一步进行Adam试验，患者站立位，嘱患者躯干向前屈曲，检查者位于患者后方及侧方，分别评定其患者躯干的对称性。阳性体征为脊柱冠状面出现弯曲，侧弯节段由于椎骨的旋转引起肋骨的非对称性隆起[6]。对于Adam前屈试验阳性患者进一步使用影像学测量Cobb’s角。一般而言Cobb’s角＜5°属于病变轻微，无需随访，如角度在5°-9°间，则需至少半年随访一次[7]。角度在10°及以上者则建议行相关治疗。在脊柱的旋转角度方面，研究多关注脊柱侧弯所引起的两侧肋骨非对称性隆起程度，虽然这一不对称性与椎体旋转程度不能绝对划等号，但经正位全脊柱x线片测得的Cobb’s角度数与两侧背部（肋骨）不对称的倾斜角（水平高度）有一定相关性。对此，现在临床上多应用脊柱测量尺在被检者向前弯腰时检查脊柱的旋转度数，此法简单有效，操作方便。此外也有研究人员使用Moire照像对臀部、双肩、双腰凹、双侧髂骨棘的对称性及棘突连线是否偏离中轴等进行评估进而判断是否存在脊柱侧弯，但由于Moire照相所需使用的光栅投影型照像装置等设备不太常见、对所有普查患者使用Moire照像较为耗时耗力且成本较高等因素，该诊断方法在实验室应用较多。现阶段在临床工作中对于脊柱侧弯的评估流程使用较多的仍为目测体检（Adam前屈试验）及脊柱X线片检查测量Cobb’s角度。

2 生物力学在脊柱侧弯评估中的应用

随着医学生物力学的发展，有学者对AIS的生物力学进行了研究。在椎旁肌肉力量方面，研究发现Cobb’s角度越大，凸凹侧的肌力差异越大[8]，并且两侧不对称的肌力会使脊柱侧弯角度进一步加重。而在骨盆的对称性方面，研究人员发现AIS患者静止状态下骨盆在水平面并未保持中立位而是有所旋转，且旋转方向与胸椎弯曲方向高度相关[9]，骨盆的非中立位及脊柱两侧肌肉力量的不平衡势必会影响双下肢的应力传导，进而造成双下肢骨骼肌肉系统的一系列改变。有学者[10]的曾分析过卒中后偏瘫病人的动态足底压力，结果显示步态周期中偏瘫侧全足着地时负荷率明显大于健康对照，而偏瘫侧支撑相末期足尖离地时负荷率则显著低于健康对照，这就说明偏瘫患者在步行过程中使用健侧进行代偿，即偏瘫患者双侧髋、膝、踝的运动不均衡。这就证实了足底压力可以对身体两侧肌肉力量、运动控制等功能的不平衡有较为直观的体现。于是近年来也有部分学者对AIS患者的静态平衡、足底压力变化等进行研究[11,12]。足底压力是指单位面积内人体足底与接触面（鞋或地面）间的作用力，它能较好地完成各种足底力学参数的检验，具体而言足底压力测试可分为静态和动态两种模式[13]，静态模式主要观察指标包括：受试者足底平均压力及半足压力，动态模式为运动过程中足底各区域压力峰值、冲量、最大压力峰值出现时间等。足部压力中心的变化可以影响到髋部、腰部等的肌群的力学参数[14]，换言之，足底压力可以反映下肢、躯干的力学状况、身体姿势形态及脊柱的对称性[15]，对足底压力分布的测量可以在下肢各关节、骨和韧带的运动状态及足部动态、静态力学特点的分析方面为研究AIS患者的生物力学研究提供大量有用的信息[16]。有研究人员对AIS患者的步态、平衡功能与正常人进行比较，研究结果显示步行过程中AIS患者双足的动态足底压力明显不平衡，AIS患者双足支撑相末期蹬离地面的能力均显著弱于健康对照，此外两足支撑相初期足跟着地时的缓冲能力也不平衡[17]，也有研究人员[18]对 10名 AIS（Cobb’s角 ＞10°）患者进行足底压力测试，然后分别对其进行脊柱稳定性训练和Multi-roll Functional （TOGU, Germany）训练，训练后再次测量其足底压力。结果显示在脊柱稳定性训练前后，双足的足底压力分布区域发生了显著改变，身体的平衡功能得到改善。但该研究中并未涉及AIS患者脊柱侧弯角度与动静态足底压力各数值间的相关性，对AIS患者进行训练前后足底压力的变化情况也未进行较为严密的分析，难以说明足底压力测试这一评估方式广泛用于AIS治疗阶段性评估的可行性。此外，下肢髋、膝、踝等关节疾患也会引起足底压力不对称，并通过影响骨盆倾斜角度进而引发代偿性或适应性的脊柱侧弯[19]。但值得注意的是，研究发现S型胸腰椎侧弯患者的左、右足底压力则是对称的[20]，这便带来启示，足底压力分析是否适用于所有类型的脊柱侧弯患者有待考证。

3 进展可能性评估

脊柱侧弯的发展常发生在迅速生长期，有学者[21]认为发育年龄、月经初潮年龄和发育情况对脊柱侧弯病情是否会进展的预测作用并不显著，但处于快速生长的患者本身骨骼生长速度快且易受外界环境影响，加之已出现脊柱侧弯，压应力会进一步加快凹侧椎体软骨细胞的生长、成熟和退化，使得凹侧椎体的生长结束早于凸侧，脊柱侧弯患者两侧脊柱的不对称生长又进一步加重其脊柱侧弯角度，形成恶性循环。研究显示发育成熟者小于30°的侧弯倾向于不发展[22,23]，而发育未成熟的侧弯度数在20°-30°之间的脊柱侧弯患者，20%病情有所进展[24]，且Risser分级水平越低进展程度越大[25]。临床上较多使用的判断骨龄的方法主要是基于骨盆X线片的Risser分级和基于桡骨远端、尺骨远端、掌骨X线片的Tanner-Whitehouse 3骨骼评分系统。以上评估的使用对骨龄的评估对于脊柱侧弯患者病情是否进展及进展程度的预测有所帮助，配合Cobb’s角的测量可用于指导决定是否选择治疗或何种治疗手段。

4 脊柱侧弯的治疗

现在临床上关于脊柱侧弯的治疗可分为非手术治疗和手术治疗两类。如脊柱X线平片上Cobb’s角测量＞45°时通常需要手术治疗[26]。手术治疗是通过钉棒系统对侧弯的脊柱施加外力，该方法可以显著减轻畸形程度并阻断或延缓侧弯的发展及由于侧弯加重导致的一系列继发性损伤，是临床上采用较多的脊柱侧弯治疗方法。而对于＜45°的脊柱侧弯临床上则多选用非手术治疗。狭义上来说非手术治疗即物理疗法，是通过指导患者进行有针对性的运动训练来治疗患者的伤残状况，并促进其功能障碍的恢复和改善的疗法。长期以来，较多学者仍认为非手术治疗只能部分改善患儿的体态姿势或增加脊柱的活动度，对于脊柱侧弯的转归是无效的[27]。在美国一项对AIS患者进行保守治疗的研究也显示，保守治疗后 185例 AIS患者（Cobb’s角度 0°-40°）中病情加重的占61%，而改善的仅占4%[28]。但值得注意的是，此类研究中均未明确报道详细的运动处方及训练监督机制，加之AIS患者多处于青春期，人体在该时期生长迅速，脊柱侧弯椎体两侧承受的压应力不对称，压应力可以抑制骨骺的生长，而张应力可以促进骨骺的生长[29]，这就导致脊柱两侧生长的不对称，长此以往使得脊柱两侧应力改变持续发展并随着时间进程而加重，这也是矫形器治疗脊柱侧弯的理论来源之一。另一方面此类疾病病情发展缓慢，患者多已习惯了异常的姿势、运动模式，难以将自己当做“患者”看待，训练依从性较低，这便得出了较多保守治疗无效的结论。

但也有较多研究设计实验对比自编体操、矫形支具穿戴、柔筋正骨术、倒悬牵引配合整脊手法等疗法对于AIS的影响，结果均显示出一定疗效[30-32]。有趣的是，有研究人员发现AIS患者脑干有功能性或器质性的改变，脊柱侧弯患者的本体感觉功能和前庭功能与健康对照组受试者之间有较大差异，这就提示脊柱侧弯的发生和发展很可能来源于患者的本体感觉功能障碍。

AIS是青少年常见病、多发病，早发现、早干预是治疗此病的关键，在中小学进行AIS普查对于预防、阻断疾病进展很重要。有趣的是，在2016年SOSORT发布的在成长期间特发性脊柱侧凸的骨科和康复治疗指南等指南中未明确具体治疗策略，笔者推测原因是因为对于确诊AIS患者，康复训练是通过增加凸侧的肌力、凹侧的肌肉伸展性，同时训练患者本体感觉，实现两侧的应力均衡，从而矫正侧弯，但AIS这一疾病的单一性极为突出，所以个性化的侧弯方向、角度评估并制定个性化的治疗方案实为康复从业者的一大挑战。此外，由于患者较难将自己当成“患者”，积极宣教、寻求患者本人及家属的配合才能达到训练效果。