高海拔地区的特殊地理环境(低压缺氧、严寒)对人体器官(如心脏、肺、大脑等)均有影响。呼吸系统和循环系统对低气压缺氧比较敏感,在人体发生高原反应和高海拔低氧适应等方面有很大的作用。持续的低氧环境能对全身不同的系统产生不同的效应。对于呼吸系统,往往导致肺通气量增加,并出现不同程度的中枢性呼吸衰竭和肺水肿; 对于循环系统,机体的代偿性反应使心排出量增加、血液重新分布、肺血管收缩和毛细血管增生,而长期的代偿或失代偿反应,则可导致肺动脉高压、心肌舒缩功能障碍、心律失常和高血压等病理状态^{[1, 2, 3]}。因此,这种特殊的地理环境或继发的病理状态对机体心肺的结构和功能产生影响。

脊柱侧凸是一种复杂的三维畸形,除了冠状面的侧凸外,还存在矢状面的前凸/后凸和水平面的旋转畸形^[4],脊柱畸形和因旋转所导致的胸廓肋骨畸形对脊柱侧凸患者心肺功能产生一定的损害。Hippocrates^[5]报道脊柱侧凸患者有心肺功能损害等并发症。因此高海拔地区的脊柱侧凸患者同时面临严峻的低压低氧、严寒环境和脊柱畸形,而既往文献中对高海拔地区脊柱侧凸患者的心肺功能变化的研究较少。

本研究通过分析严寒缺氧环境对高海拔地区脊柱侧凸患者心肺功能的影响,并评估其术前准备和围手术期处理上是否和平原地区脊柱侧凸患者相同。

收集2006年1月～2012年12月本院收治的有完整病历资料的高海拔地区和平原地区特发性脊柱侧凸患者各31例。高海拔地区脊柱侧凸患者平均年龄15.5岁,男14例,女17例;平原地区脊柱侧凸患者平均年龄16.3岁,男12例,女19例。纳入标准：①长期居住在海拔＞3 000 m及海拔＜500 m地区; ②Cobb法测量站立位全脊柱正位片中主弯Cobb角＞45°且患者自愿选择手术治疗; ③部分主弯Cobb角＜45°但后凸畸形严重或影响患者的外观,患者强烈要求改善外观; ④近3个月患者呼吸系统无感染性疾病,无其他首发的心脏疾病。

对62例患者常规摄站立位全脊柱正侧位X线片、左右bending位X线片、胸廓三维CT、颈胸腰椎MRI、术前肺功能和心脏彩超检查。用Cobb法测量脊柱侧凸度数,冠状面侧凸Cobb角为结构性主弯上下端椎之间的夹角,胸椎后凸角为T₅上终板和T₁₂下终板的夹角。完善患者胸廓三维CT、颈胸腰椎MRI以排除患者病理性骨质破坏和神经系统疾病。术前所有侧凸患者肺功能检查包括肺活量(vital capacity,VC)、肺总量(total lung capacity,TLC)、用力肺活量(forced vital capacity,FVC)、第一秒用力呼气容积(forced expiratory volume in one second,FEV₁)、一秒率(FEV₁/FVC%); 心脏彩超检查包括每搏输出量(stroke volume,SV)、射血分数(ejection fraction,EF)、左房内径(left atrial internal diameter,LAID)、左室内径(left ventricular internal diameter,LVID)、右房内径(right atrial internal diameter,RAID)、右室内径(right ventricular internal diameter,RVID)。收集所有患者的年龄、性别、冠状面侧凸Cobb角、胸椎后凸角和肺功能及心脏彩超检查参数的实测值(actual measured value,AMV)和实测值占预测值的百分数(AMV%)值,并对数值进行分析。

采用SPSS 21.0软件对数据进行分析,数据以x±s表示,2组间比较采用配对样本t检验,P＜0.05为差异有统计学意义。

高海拔地区及平原地区脊柱侧凸患者的年龄、冠状面Cobb角大小、胸椎后凸角大小相比差异无统计学意义(P＞0.05,见表 1)。高海拔地区脊柱侧凸患者主胸弯向右侧24例(77.42%),左主胸弯有7例,平原地区脊柱侧凸患者主胸弯向右侧25例(69.44%),左主胸弯有6例。高海拔地区与平原地区脊柱侧凸患者心脏彩超(LVID、LAID、RAID、RVID、SV、EF)结果见表 2。其中高海拔地区脊柱侧凸患者的RVID比平原地区脊柱侧凸患者的RVID小(16.61±2.36 vs. 17.63±1.60),差异具有统计学意义(P＜0.05),2组患者心脏彩超结果中的LVID、LAID、RAID、SV、EF相比差异无统计学意义(P＞0.05)。患者在术前检查中小部分有功能性或器质性病变,高海拔地区患者功能性病变5例(16.1%),其中有轻度肺动脉高压3例,轻度二尖瓣反流2例；器质性病变1例(3.23%),残存左上腔静脉。平原地区患者中有功能性病变7例(22.6%),其中二尖瓣反流2例,三尖瓣反流4例,同时出现主动脉瓣、二尖瓣反流1例；器质性病变2例(6.5%),室间隔缺损1例,二尖瓣畸形并伴有三尖瓣反流1例。在围手术期,发现3例有器质性病变的患者出现轻微的血流动力学改变,但经过积极内外科治疗均平稳渡过。

表 1(Table 1)

表 1 2组患者的基本参数 Tab.1 Basic parameters of 2 groups n=31,x±s 组别 Groups 年龄/岁 Age/years 冠状面Cobb角/(°) Cobb’s angle/(°) 胸椎后凸角/(°) Thoracic kyphosis angle (T5-12)/(°) 高海拔地区患者 Patients in high altitude regions 15.5±4.2 62.6±21.9 37.9±17.0 平原地区患者 Patients in plain regions 16.3±5.9 59.4±22.1 44.4±17.4

表 1 2组患者的基本参数 Tab.1 Basic parameters of 2 groups

表 2(Table 2)

表 2 2组患者心脏彩超结果 Tab.2 Echocardiography examination of 2 groups n=31,x±s 组别 Groups LVID/mm LAID/mm RVID/mm RAID/mm SV/mL EF/(%) 高海拔地区患者 Patients in high altitude regions 40.78±5.93 26.06±4.53 16.61±2.36* 32.67±5.52 51.44±17.45 67.61±4.85 平原地区患者 Patients in plain regions 41.44±3.24 24.96±3.40 17.63±1.60 34.11±4.75 53.19±11.17 68.78±5.15 注：*与平原地区相比,P＜0.05 Note: *Compared with patients in plain regions,P＜0.05

表 2 2组患者心脏彩超结果 Tab.2 Echocardiography examination of 2 groups

高海拔地区与平原地区脊柱侧凸患者VC、TLC、FVC、FEV₁/FVC%差异无统计学意义(P＞0.05),但高海拔地区脊柱侧凸患者的FEV₁实测值比平原地区脊柱侧凸患者的FEV₁实测值要小(2.0±0.74 vs. 2.36±0.6),差异具有统计学意义(P＜0.05,见表 3)。

表 3(Table 3)

表 3 2组患者肺功能结果 Tab.3 Pulmonary function test of 2 groups n=31,x±s 组别 Group FVC/L FEV1/L FEV1/ FVC% AMV AMV% AMV AMV% AMV AMV% 高海拔地区患者 Patients in high altitude regions 2.27±0.91 82.93±22.78 2.00±0.74* 88.04±22.64 89.12±7.62 — 平原地区患者 Patients in plain regions 2.68±0.7 90.05±13.38 2.36±0.6 93.22±15.25 88.04±6.36 — 组别 Group VC/L TLC/L AMV AMV% AMV AMV% 高海拔地区患者 Patients in high altitude regions 2.30±0.91 82.61±22.45 3.33±1.14 94.53±21.07 平原地区患者 Patients in plain regions 2.71±0.69 88.82±12.96 3.96±0.98 98.75±16.04 注：*与平原地区相比,P＜0.05 Note: *Compared with patients in plain regions,P＜0.05

表 3 2组患者肺功能结果 Tab.3 Pulmonary function test of 2 groups

脊柱侧凸是复杂的三维畸形^{[6, 7, 8]},椎体的旋转往往导致“剃刀背”的形成和两侧胸腔大小不对称,而胸廓畸形被称为脊柱侧凸的第四维畸形^[8]。脊柱弯曲和胸廓畸形不仅影响患者外观,更重要的是影响胸腔内脏器的正常生长发育,导致不可逆的心肺功能损害^[9]。Tsiligiannis等^[10]认为脊柱侧凸能导致多因素的肺容量下降的限制性肺部疾病,而且这种多维度畸形使胸腔内器官位置发生改变,并影响肋骨正常运动。Campbell等^[11]描述了脊柱侧凸患者的胸廓功能不全综合征,胸廓不能支持青少年正常的呼吸功能和肺的发育。Koumbourlis^[12]通过文献综述后认为,脊柱畸形可以从多方面对肺组织产生影响,能妨碍肺泡的增殖生长,并使肺泡萎缩,随之而来的是总肺泡面积的下降,因此导致血-气交换界面的减少。Belaise等^[13]认为胸廓的畸形能使肺血管受压和扭曲,可能阻塞血液流动并导致右心室肥厚,甚至发生心衰; 对肺实质的压迫导致肺内的支气管和血管扭曲,引起血流/通气比失平衡,导致血氧饱和度下降,毛细血管收缩; 这些都导致心脏负荷增加,进而导致心功能下降。

在我国的西藏、青海、云南等高原地区呈现海拔高、气压低、空气稀薄、氧分压低的特殊地理环境,长期居住在低气压、低氧分压的地区,对全身各个器官,特别是心、肺等脏器均有影响。Rotta等^[14]首先报道居住在高海拔地区的健康男性和女性有不同程度的肺动脉高压和右室肥厚。Huicho^[15]认为普遍的对低氧反应就是肺血管收缩,直接导致肺血管的肌层肥厚; 一些对高海拔地区生活儿童和青少年的心电图、心电向量测定法、血流动力学和组织病理学研究认为其有持续性肺动脉肌层肥厚,无症状的肺动脉高压和相关的右室肥厚^[16]。Penaloza等^[17]认为在高海拔地区的当地人有肺动脉高压、右室肥厚和肺动脉远端分支血管平滑肌细胞增生等改变。

本研究显示高海拔地区脊柱侧凸患者的RVID比平原地区脊柱侧凸患者的RVID小,高海拔地区脊柱侧凸患者主胸弯的方向和平原地区脊柱侧凸患者主胸弯方向相比,差异无统计学意义(P＞0.05); 并且高海拔地区脊柱侧凸患者冠状面Cobb角、后凸角与平原地区脊柱侧凸患者相比,差异无统计学意义(P＞0.05)。原因可能为高海拔地区的脊柱侧凸患者是长期生活在海拔＞3 000 m或高原地区的原始居民,这种地理环境已经对患者的心脏功能甚至结构产生影响。但2组患者心脏彩超中的SV、EF、LAID、LVID、RAID相比差异无统计学意义(P＞0.05),说明高海拔地区脊柱侧凸患者和平原地区脊柱侧凸患者的心脏发育情况(心容量)和功能(射血能力)大致相同。因此,从总体上来看高海拔地区脊柱侧凸患者可以承受围手术期的血液动力学变化。

62例患者中,较严重的脊柱侧凸患者(需手术治疗)存在一定比例的心脏功能性异常(12/62)或病理性的结构异常(3/62)。Liu等^[18]对需要手术治疗的80例特发性脊柱侧凸患者术前行心脏彩超检查,有25例患者心脏出现功能性或结构性异常。本研究所纳入的患者中,经过彩超检查出现心脏异常的概率较Liu等^[18]研究要小,并且大多数患者的心脏功能在代偿范围内,能够承受手术对机体的创伤。小部分脊柱侧凸患者的心功能参数提示在住院期间会发生一些危险因素,但经过积极的内外科治疗已经平衡渡过围手术期,因此积极的监测、预防并发症发生和多学科的辅助治疗在围手术期显得尤为重要。

FVC、FEV₁、FEV₁/FVC%是测定患者呼吸道有无阻力的重要指标,在阻塞性通气功能障碍、限制性通气功能障碍的患者中都会下降,下降的程度和气管受压迫的程度相关。在此研究中,高海拔地区脊柱侧凸患者的FEV₁实测值比平原地区患者的要小,分析其原因可能有：①高海拔地区脊柱侧凸患者长期生活在低气压、低氧分压的地理环境下,呼吸肌的运动效率和运动能力和平原地区患者相比要差,在呼吸运动周期中胸廓的运动幅度更加受限^[19]; ②长期的缺氧状态能增加通气量或通气频率,导致呼吸肌的负荷增加,这些都会加重呼吸肌的疲劳; ③长期暴露在严寒地区对人体的呼吸系统有许多影响：支气管长期收缩,气道分泌物增多以致气道堵塞都减弱肺脏的生物机械学性能^[20]; ④长期的严寒环境增加气道阻力,这些都导致FEV₁比相同情况下的平原脊柱侧凸患者要小。而高海拔地区脊柱侧凸患者FVC、FEV₁/FVC%、VC、TLC的AMV和AMV%与平原地区脊柱侧凸患者相比差异亦无统计学意义(P＞0.05),说明高海拔地区脊柱侧凸患者在大体程度上与平原地区脊柱侧凸患者的肺功能损害程度相当。

因此,在高海拔地区脊柱侧凸患者的围手术期阶段,可以采取和平原地区脊柱侧凸患者相同的、有针对性的呼吸功能锻炼,比如长期深呼吸运动、吹气球以及爬楼梯等,改善通气功能,提高肺活量,为手术后可能出现的呼吸功能减退做充分的代偿储备,并可以预防和减少术后呼吸功能不全的发生。在短期内迅速改善患者围手术期的肺功能,增加患者对手术的信心,降低麻醉与手术的风险,缩短手术后气管插管的拔管时间,改善术后通气功能有助于患者围术期的稳定和促进术后康复。

脊柱侧凸矫形术时间长、创伤大、出血量大。Wazeka等^[21]报道,在围术期内脊柱侧凸肺功能障碍者可能发生肺炎、肺不张、呼吸功能不全等并发症; 必要时,辅助应用术后吸氧、机械通气支持、抗感染等对症支持治疗则能够促使患者安全地度过危险时期^[22]。合理的、多学科的共同关注,支持患者的循环、呼吸、神经及消化系统,能够使肺功能障碍患者耐受侧凸矫形术。而这一点,对不同海拔地区以及适应不同的地理环境的脊柱侧凸患者显得更为重要,因此外科医师要准确的评估高海拔地区脊柱侧凸患者是否可以耐受手术对机体的创伤，早期意识到危险因素的存在并进行适当的干预措施,能减少并发症,还能很大程度改善预后。

因此,对高海拔地区脊柱侧凸患者与平原地区脊柱侧凸患者的心肺功能进行对比,给不同海拔地区脊柱侧凸患者术前正确的准备、患者机体能否耐受手术进行评估以及术后患者发生心肺并发症的预测和处理提供指导,并可以使其完成手术治疗,顺利渡过围术期。