范起萌，周 璇，杜 青,2

1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科(中國上海 200092)；2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院崇明分院康復(fù)醫(yī)學(xué)科(中國上海 202150)

脊柱側(cè)凸是指脊柱在冠狀面上橫向彎曲，是一種脊柱的三維畸形[1]。其中，特發(fā)性脊柱側(cè)凸，即病因不明的脊柱側(cè)凸，是最常見的脊柱側(cè)凸類型，患病率為2%～3%[2-3]。研究結(jié)果[4-5]表明，特發(fā)性脊柱側(cè)凸可引起胸腔結(jié)構(gòu)扭曲、脊柱偏移縮短和椎體旋轉(zhuǎn)等病理改變，影響心血管和呼吸系統(tǒng)的功能。1981年，Chong等[6]首次將心肺運(yùn)動試驗(yàn)(cardiopulmonary exercise test, CPET)引入青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者，指出脊柱側(cè)凸Cobb角小于30°的患者會出現(xiàn)心肺運(yùn)動耐力降低。有研究[7-10]發(fā)現(xiàn)，無明顯癥狀的輕度至中度特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者存在運(yùn)動能力下降和異常的通氣模式改變，隨著病情的進(jìn)展，胸部畸形引起的心肺功能損害限制患者的運(yùn)動能力，嚴(yán)重的先天性脊柱側(cè)凸患者甚至?xí)l(fā)生肺心病[11-14]。

近年來，CPET在臨床已得到廣泛應(yīng)用。CPET可以在強(qiáng)化運(yùn)動中測量代謝功能、心血管和通氣對運(yùn)動反應(yīng)的參數(shù)，以明確呼吸困難和運(yùn)動不耐受的原因，評估疾病的嚴(yán)重程度、康復(fù)治療情況和術(shù)前狀況[15-16]，而有關(guān)特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者心肺運(yùn)動功能的研究較少。本文主要闡述特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者心肺運(yùn)動耐力降低的特征、原因，不同干預(yù)方式對特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者心肺運(yùn)動耐力的影響，以及CPET在特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者中的應(yīng)用特點(diǎn)和局限性。

1 特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者的心肺運(yùn)動耐力特征

對于特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者CPET的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，即使是輕度和中度的特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者也存在心肺運(yùn)動耐力的降低，心肺運(yùn)動耐力水平與脊柱側(cè)凸嚴(yán)重程度相關(guān)，在運(yùn)動過程中患者代謝功能及心血管和通氣參數(shù)發(fā)生特征性的變化。

1.1 輕中度特發(fā)性脊柱側(cè)凸

輕中度特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者心肺運(yùn)動耐力降低主要表現(xiàn)為運(yùn)動期間氧攝取效率和呼吸效率低下，呼吸頻率增加，運(yùn)動持續(xù)時(shí)間縮短，凹側(cè)肋間肌和膈肌的肌電活動明顯減少[7-10]。但是也有研究[17]認(rèn)為，特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者心肺運(yùn)動耐力與同齡人對比無顯著差異，目前的研究仍然存在爭議。Barrios等[8]納入了37例Cobb角在20°～45°的特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者，研究發(fā)現(xiàn)脊柱側(cè)凸組最大攝氧量較健康對照組下降23%，在CPET期間女性脊柱側(cè)凸組氧通氣當(dāng)量高于健康對照組，提示脊柱側(cè)凸患者氧的攝取效率降低，通過增加呼吸頻率提高通氣量。Bas等[18]研究納入97例女性主胸彎的輕中度特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者，研究結(jié)果顯示，Cobb角在25°以上的患者存在最大攝氧量降低。但Mahaudens等[17]研究認(rèn)為，輕中度青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者在跑步機(jī)行走時(shí)的耗氧量與同齡人無差異；與正常對照組相比，青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者存在肩部、骨盆和髖部的運(yùn)動限制，要多消耗30%的體力來確保平時(shí)的運(yùn)動能力，導(dǎo)致能量消耗的增加和肌肉效率的降低。因此，需要進(jìn)一步研究來驗(yàn)證這些結(jié)論。

1.2 重度特發(fā)性脊柱側(cè)凸

重度特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者心肺運(yùn)動耐力降低主要表現(xiàn)為運(yùn)動期間通氣量增加、心率儲備降低，患者達(dá)到最大運(yùn)動量時(shí)呼吸肌和下肢肌力降低，嚴(yán)重者可有血氧飽和度和潮氣量的顯著下降[11,12,14]。Lorente等[14]指出，Cobb角大于45°患者與Cobb角小于45°的患者對比，最大攝氧量顯著降低；嚴(yán)重胸椎側(cè)凸畸形的患者，尤其是脊柱側(cè)凸角度大于100°，CPET的參數(shù)如最大運(yùn)動功率、心率儲備、血氧飽和度和潮氣量均顯著降低。然而，Shen等[4]的研究指出，心肺運(yùn)動耐力似乎與胸部Cobb角的大小無關(guān)，胸部Cobb角60°以上的女性特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者在CPET期間血氧飽和度較低；胸部Cobb角在50°以上的女性特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者CPET期間呼吸頻率和每分鐘通氣量較高，呼吸儲備較低，表明在CPET期間胸部Cobb角較大可能對通氣和氣體交換產(chǎn)生有害影響。側(cè)凸畸形的嚴(yán)重程度與運(yùn)動期間脊柱側(cè)凸患者的通氣功能限制成正比[19]。

2 特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者心肺運(yùn)動耐力降低的原因

目前，關(guān)于特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者運(yùn)動耐力下降的原因包括通氣限制、肌肉功能障礙和心血管功能失調(diào)3個方面[4,8,12,20]。Barrios等[8]研究表明，由于脊柱側(cè)凸椎體扭轉(zhuǎn)、正常胸椎后凸角度減小和胸廓畸形限制脊柱的運(yùn)動，導(dǎo)致呼吸活動受限與肺泡通氣不足?；颊咴跍y試期間氧通氣當(dāng)量增高，而氧的攝取效率降低，身體必須通過增加潮氣量來增加通氣能力；當(dāng)潮氣量達(dá)到最大值時(shí)，患者通過加快呼吸頻率增加通氣量，通氣量更接近最大通氣量，而呼吸儲備減少。隨著運(yùn)動強(qiáng)度的增加，身體接近無氧閾值時(shí)，乳酸開始積聚，刺激交感神經(jīng)反應(yīng)，導(dǎo)致血管收縮和身體疲勞，因此，通氣功能受限是特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者運(yùn)動耐力受損的主要原因[8,21]。隨著脊柱側(cè)凸嚴(yán)重程度的增加，心血管系統(tǒng)相關(guān)的參數(shù)(如氧脈搏、心率儲備和收縮壓)出現(xiàn)顯著降低，甚至出現(xiàn)心力衰竭，此時(shí)心血管功能失調(diào)可能是心肺運(yùn)動耐力的主要原因[4,8]。Ramírez等[9]認(rèn)為，肌肉功能障礙是特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者心肺運(yùn)動耐力降低的主要原因。特發(fā)性脊柱側(cè)凸組患者與健康對照組相比最大通氣量降低，但患者的最大通氣量接近預(yù)計(jì)值的63%，且達(dá)到最大心率的90%，患者的通氣功能限制和心血管功能失調(diào)不會造成運(yùn)動終止，所有患者均因腿部疲勞終止運(yùn)動。Martínez-Llorens等[12]報(bào)道，特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者存在明顯的心肺運(yùn)動受限，在運(yùn)動高峰期的通氣儲備相對較高，血氧飽和度未見變化，而最大攝氧量與呼吸肌和周圍肌肉力量呈正相關(guān)。多元回歸分析表明，下肢肌肉功能障礙是運(yùn)動不耐受的主要原因。Mohammadi等[10]研究結(jié)果顯示，呼吸運(yùn)動受限導(dǎo)致肺泡換氣不足。呼吸肌力量的降低可能是脊柱側(cè)凸患者心肺運(yùn)動耐力降低的主要因素[22]。

總之，究竟何種因素在特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者心肺運(yùn)動耐力降低中起主要作用，目前尚無具體研究進(jìn)行深入探討，特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者運(yùn)動過程中臨床表現(xiàn)的差異，可能與疾病的不同階段或者測試方式的不同有關(guān)[4,9,12]。

3 不同干預(yù)方式對特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者心肺運(yùn)動耐力的影響

特發(fā)性脊柱側(cè)凸的干預(yù)方式主要包括支具治療、運(yùn)動療法和手術(shù)治療[3]。不同的干預(yù)方式可能對特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者的心肺運(yùn)動耐力產(chǎn)生不同的影響，支具的佩戴可能暫時(shí)性使患者心肺運(yùn)動耐力降低，脊柱融合術(shù)對患者心肺運(yùn)動耐力的影響較小，而運(yùn)動可以提高特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者心肺運(yùn)動耐力水平。

3.1 支具治療

支具治療是特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者較常用的治療手段。一項(xiàng)為期13周的縱向研究[22]評估了佩戴支具對中度青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者最大心肺運(yùn)動功能的影響。支具治療12周后，女性患者在進(jìn)行CPET時(shí)攝氧量下降10%～20%；治療結(jié)束去除支具后，所有變量都趨向于正常。但也有研究[15,23]測試佩戴支具患者的心肺運(yùn)動耐力和肺功能，發(fā)現(xiàn)最大攝氧量和肺功能降低，但對比對照組無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Pajak等[24]研究結(jié)果顯示，佩戴支具的特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者運(yùn)動期間的最大運(yùn)動功率顯著降低。長時(shí)間佩戴支具會引起腰背肌萎縮伴肌力下降、腰背部疼痛、胸廓畸形加重、心肺功能下降等并發(fā)癥，影響患者的生活質(zhì)量[25]。因此，支具佩戴期間可影響特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者的心肺運(yùn)動耐力，但是對患者的長期影響較小。支具佩戴時(shí)間的長短對患者心肺功能的影響仍有待進(jìn)一步研究[3]。

3.2 手術(shù)治療

脊柱后路融合術(shù)對特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者心肺功能的影響一直是手術(shù)考慮的風(fēng)險(xiǎn)因素, 但手術(shù)矯正不能顯著提高脊柱側(cè)凸患者的心肺運(yùn)動耐力。Ramírez等[9]研究發(fā)現(xiàn)，手術(shù)矯正后青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者的心肺運(yùn)動耐力沒有明顯改善；而Sperandio等[26]認(rèn)為，不是手術(shù)治療而是肺功能和呼吸效率的降低導(dǎo)致青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者的最大攝氧量降低。Jeans等[27]的研究發(fā)現(xiàn)，特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者的最大攝氧量在融合手術(shù)前后均在正常范圍內(nèi)，但是術(shù)后呼吸頻率稍有增加，總體最大運(yùn)動功率稍有減少，但仍可適應(yīng)胸部畸形的限制；活動水平是影響融合手術(shù)后患者心肺運(yùn)動耐力的因素，而不是脊柱側(cè)凸畸形的嚴(yán)重程度。

3.3 運(yùn)動

特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者通過運(yùn)動可以提高心肺運(yùn)動耐力。對輕度青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸的女性患者進(jìn)行強(qiáng)化的運(yùn)動測試，發(fā)現(xiàn)6周有氧運(yùn)動后患者的最大攝氧量增加17%，提示青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者盡早進(jìn)行有氧運(yùn)動可對心肺功能產(chǎn)生積極影響[18]。另一項(xiàng)研究結(jié)果[26]表明，青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者在行走過程中運(yùn)動能力的降低與肺功能下降和呼吸模式受損相關(guān)，建議患者進(jìn)行以步行為基礎(chǔ)的有氧訓(xùn)練。在佩戴支具期間進(jìn)行適度的體育鍛煉，可以抵消胸腔運(yùn)動限制造成的呼吸、心血管和肌肉效率低下，尤其是女性患者[22]?？梢酝ㄟ^有氧運(yùn)動訓(xùn)練來提高青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者手術(shù)前后的心肺運(yùn)動耐力，建議患者在專業(yè)人員指導(dǎo)下進(jìn)行規(guī)律的有氧運(yùn)動[8,13]。但目前對脊柱側(cè)凸患者心肺耐力進(jìn)行運(yùn)動干預(yù)的研究較少，且干預(yù)的時(shí)間和劑量仍未明確。

4 特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者CPET的應(yīng)用特點(diǎn)和設(shè)備選擇

目前，特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者進(jìn)行CPET還沒有規(guī)范的指導(dǎo)方針，各個研究中涉及的終止試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者心肺運(yùn)動耐力測試的設(shè)備需要根據(jù)患者的能力水平和測試的目標(biāo)進(jìn)行選擇，還需注意兒童和青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者評估的特殊性。

4.1 CPET的應(yīng)用特點(diǎn)

特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者進(jìn)行CPET期間，由于兒童在測試結(jié)束時(shí)很難達(dá)到攝氧量平臺期來確定最大努力程度，最大攝氧量的獲得可能更多的取決于兒童的配合程度和臨床醫(yī)師的測試經(jīng)驗(yàn)[16,28]。最大攝氧量被認(rèn)為是患者盡到最大努力的重要指標(biāo)，可以通過患者極量運(yùn)動直接測定，也可以進(jìn)行次極量運(yùn)動測定，根據(jù)心率等指標(biāo)間接推測最大攝氧量。特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者達(dá)到最大攝氧量可以結(jié)合客觀和主觀的終止標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合判斷，對于客觀的終止標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，目前的研究多根據(jù)美國胸科協(xié)會及美國胸科醫(yī)師協(xié)會制定CPET的指南選擇測試方案。客觀標(biāo)準(zhǔn)包括血氧飽和度小于90%、達(dá)到最大心率、呼吸交換比大于1.00、心電圖出現(xiàn)缺血型ST段壓低和心率儲備小于15次/min，主觀標(biāo)準(zhǔn)包括患者體力不支無法維持運(yùn)動速度、顯著氣促、胸悶或心前區(qū)疼痛、面部潮紅、騎自行車不穩(wěn)，以及明顯不愿意繼續(xù)進(jìn)行測試[8,13,29]。早發(fā)性特發(fā)性脊柱側(cè)凸的患者可進(jìn)行次極量遞增負(fù)荷試驗(yàn)，利用心率與攝氧量之間的線性關(guān)系預(yù)測最大攝氧量，但需要達(dá)到最大心率的(85±5)%[30]。

4.2 CPET的設(shè)備選擇

目前，心肺運(yùn)動耐力試驗(yàn)主要集中在青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者，設(shè)備的選擇包括運(yùn)動平板和功率自行車，研究多應(yīng)用功率自行車進(jìn)行測試。該測試不易受患者生理功能的限制(如異常的行走模式、踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)疼痛等)，心電圖和血壓測量不易受到干擾，且功率自行車對比運(yùn)動平板相對廉價(jià)且安全[9,11,29]。但是，Millet等[31]發(fā)現(xiàn)，踏車試驗(yàn)達(dá)到的最大攝氧量比運(yùn)動平板低7%～15%，運(yùn)動平板涉及普遍熟悉的運(yùn)動技能，能最大限度地動員脊柱側(cè)凸患者大肌群參與運(yùn)動，潛在地增加了機(jī)體對氧氣需求，從而使攝氧量達(dá)到較高的水平[31-32]，但運(yùn)動平板對兒童來說安全性相對較低、體積大、便攜性有限，對患者的耐受程度和配合度要求高。運(yùn)動強(qiáng)度需要達(dá)到極量運(yùn)動或根據(jù)次極量運(yùn)動預(yù)測患者的最大攝氧量，增加了試驗(yàn)實(shí)施的難度[33]。因此，對于特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者心肺運(yùn)動耐力的測試，需要考慮患者的運(yùn)動水平和研究的目的進(jìn)行合適的選擇。

5 小結(jié)

由于脊柱側(cè)凸患者青少年時(shí)期進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)高，隨著脊柱畸形的進(jìn)展可能對患者的心肺運(yùn)動功能產(chǎn)生不可逆的影響，因此需要科學(xué)評估患者心肺運(yùn)動耐力水平。CPET有助于早期發(fā)現(xiàn)脊柱側(cè)凸患者心肺運(yùn)動耐力降低的特征和原因，從而有針對性地進(jìn)行康復(fù)治療，以便在脊柱側(cè)凸進(jìn)展之前減輕對患者健康的影響，防止病情進(jìn)一步惡化。鑒于運(yùn)動在兒童和青少年成長中的重要性，建議患者不應(yīng)回避運(yùn)動，而應(yīng)鼓勵患者在專業(yè)人員指導(dǎo)下提升心肺運(yùn)動耐力。目前，關(guān)于脊柱側(cè)凸心肺運(yùn)動耐力長期隨訪研究較少，未來需要進(jìn)行更大樣本量的研究和更長時(shí)間的隨訪了解患者心肺運(yùn)動耐力的變化。