青少年特发性脊柱侧弯的研究进展

梁 颖，许开英，冯 珍

(1.南昌大学第一附属医院康复医学科； 2.江西省人民医院康复医学科，南昌 330006)

脊柱侧弯是一种复杂的三维脊柱畸形，以Cobb角>10°和椎体旋转为主要特征。特发性脊柱侧弯(IS)是最常见的一种，约占脊柱侧弯的85%左右[1]。IS发病机制尚不明确，将其按照年龄阶段可以划分为三种类型：婴儿型、少儿型、青少年型；其中，青少年型特发性脊柱侧弯(AIS)是最常见的一种，全世界青少年患病率为0.47%～5.20%[2]。按年龄和性别进行患病分析，10～12岁女孩脊柱侧弯患病率最高(5.57%)，其次是13～14岁女孩(3.90%)、10～12岁男孩(2.37%)和13～14岁男孩(1.42%)[3]。

AIS通常在青春期发育之前出现恶化，可以导致骨骼、肌肉、内脏系统等发育的畸形，还可能造成不同程度的并发症：腰背部慢性疼痛、心肺功能下降、心理疾病(自卑、焦虑等)、日常生活能力下降等，严重者可能导致瘫痪、心肺功能衰竭，过早猝死[4]。

本文针对目前AIS的发病机制及病因学探究、筛查方法及建议、治疗方法等问题进行综述。

1 AIS发病机制及病因学

人类特发性脊椎侧弯的病因仍不明确，可能是由多种因素共同作用的结果。目前，尚未有经过验证的方法或测试表明确切的AIS致病因素和进展风险因素[5]。已经报道的部分病因和发病机制主要涵盖以下几个方面：遗传因素、肌肉骨骼系统、激素、机械生物力学、生活环境和日常生活方式。

1.1 遗传因素

AIS可以在同一个家庭里多个出现，说明其存在一定的遗传性。对双胞胎的一项研究[6]表明，73%的单卵双胎和36%的双卵双胎同时患有AIS。并且，在AIS流行病学研究[7]中发现，Cobb角>20°的女生比男生多见，男女比例为1.0∶4.5。JUSTICE等[8]的研究表明，X染色体上相关区域的表达与AIS存在联系；但是，WARD等[9]的研究否定了X染色体连锁遗传的可能性。所以，AIS的遗传是一个多因素作用的结果，不能将X染色体相关表达区域作为遗传AIS的唯一因素。

1.2 肌肉骨骼系统

在AIS中，脊柱会在三维平面上发生侧弯和椎体旋转，改变人体的力学分布，导致骨质密度的重新排列。国内的一项研究[10]也表明，骨密度低或正常的AIS患者都存在骨质异常的现象，这可能是由于骨皮质内力学改变所导致。PENG等[11]的研究还表明：来自于骨髓的干细胞也能调节和改变患者骨量。骨髓间充质干细胞(BM-MSCs)是干细胞的一个研究分支，是一类具有自我复制和多向分化能力的细胞，具有向成骨细胞、软骨细胞或脂肪细胞分化的多种潜能。AIS患者BM-MSCs向成骨细胞分化能力降低，向脂肪细胞分化能力增高，所以MSCs可以通过改变细胞分化方向来调节骨量形成，影响AIS的发展。

在AIS的患者中，脊椎凹凸侧椎旁肌出现了被动缩短和拉长改变；双侧脊旁肌力量不对称，脊柱姿势和运动控制不协调，从而加速了AIS的进展。KWOK等[12]的研究表明，脊柱侧弯患者凹侧的Ⅰ型肌肉纤维含量明显低于凸侧，这种不对称的肌纤维含量导致了脊旁肌活动的不平衡，且肌肉相对较弱的一侧可能会出现血流减少、温度偏低等问题。

1.3 激素

GRIVAS等[13]的研究表明，褪黑素在北纬女性体内可以导致性成熟延迟，并使这些未成熟的脊柱过多的暴露在脊柱侧弯的有害因素中。YANG等[14]的研究则表明，褪黑素能够促进成骨细胞增殖及其骨保护素(OPG)的分泌，进一步抑制破骨细胞分化因子RANK的结合，从而降低破骨细胞的分化；褪黑素还可以减少软骨细胞的增殖和分化，影响软骨的形成，通过对不同类型骨细胞的增殖和分化，影响骨量形成，改变骨皮质分布，最终导致AIS的发生。虽然上述两项研究均表明褪黑素可对AIS产生影响，但是他们的作用机制却不尽相同。

AIS在月经初潮的女孩多见，这可能和雌性激素、生长激素的分泌有关。雌激素具有促进性成熟和生长发育的功能，雌激素缺乏会导致骨成熟障碍，从而进一步导致AIS的发生[15]。生长激素(GH)作为调节人体生长的主要激素，GH分泌和功能的改变同样能够影响骨骼的生长，导致AIS的发生[16]。

1.4 脊柱生物力学改变

顶端椎间盘是确定Cobb角度的一个重要参考位置，它的变形也是脊柱侧弯发展中的一个重要因素。夜间支具矫正或过度矫正脊柱侧弯时，矫正力作用于顶端和相邻的楔形椎体和椎间盘，让凹凸侧椎间盘的压力回归正常，减少椎间盘的不对称压力；矫正力作用于顶椎椎间盘的凸面，确保其膨胀量不大于凹面，从而恢复正常的生物力学环境，扭转有害的脊柱侧弯[5]。脊柱生长速度的不一致，也会增加脊柱侧弯的形成。CRIJNS等[17]研究表明，即使没有预先出现的脊柱双侧不对称，来自身体前部的约束力也可以导致侧弯，这说明脊柱的生长速度与前束部分的生长速度不匹配，可能会导致脊柱矢状面后凸减少或前凸增加的脊柱侧弯畸形。

1.5 生活环境和日常生活方式

在地理位置上，北纬女性的脊柱侧弯发病率要高于其他地区，可能是由于北纬光照时间偏短，影响人体褪黑素分泌，从而导致脊柱侧弯的发生[13]。MIRTZ等[18]在希腊的研究表明，在工业化地区和非工业化地区的AIS发病率相近，表明工业污染在AIS的患病率中无明显影响。YANG等[19]认为高硒相关脊柱畸形与guppy弯背综合征可能有相同的发病机制，高硒可能是AIS的危险因素。还有日常生活中的扁平足、左右利手、坐姿均可能是AIS的一个发病因素[20-21]。

2 AIS的筛查方法和建议

AIS筛查是通过特殊的工具和检查方法来发现早期阶段的脊柱侧弯，并尽可能采取损伤更小的方法进行脊柱侧弯检查。AIS已经被认识了上百年，基于学校的脊柱侧弯筛查(SSS)工作在美国和世界各地也已经广泛实施了近75年[22]，在这期间积累了大量的临床筛查经验和方法。在中国，学校对脊柱侧弯的筛查始于20世纪80年代，比国外的筛查工作开展更晚。

对于国内外开展脊柱侧弯的筛查工作，出现了支持与反对的不同建议。美国预防服务工作组(USPSTF)在1993年既不支持也不反对筛查，但在2004年建议不要进行筛查，理由是会增加不必要的支具处方、高转诊率、低成本效益比和暴露在不必要的放射环境中[23]。相比之下，美国矫形外科医生学会、脊柱侧弯研究学会、北美儿科矫形学会和美国儿科学会则一直支持脊柱侧弯筛查[24]，以便在脊柱侧弯进展之前发现可逆的脊柱侧弯，并提供早期的干预和治疗，减少或延缓恶化速度。骨科社区则认为脊柱筛查的好处，最明显是减少了脊柱融合手术的需求，并且证实了非手术治疗的有效性[25]。而在2018年USPSTF最新证据中，又将脊柱侧弯筛查的利弊平衡改为不确定性[26]。

2.1 体格检查

观察患者两肩是否对称，肩胛下角是否在同一水平面上，双侧肩胛骨和脊椎距离是否等宽，两个腰背部是否有凹陷、双侧髂骨是否等高。如果出现以上检查中任意1项或以上的结果，则可以考虑检查结果呈阳性[27]。

2.2 前弯试验(FBT)

检查时，患者站立，双腿伸直，双手悬垂于身体两侧，身体逐渐向前弯屈至90°，如发现脊椎双侧高度不对称，形如剃刀，则为阳性[28]。FBT是最传统、最常用的筛查手段，也同时具备快速、廉价、操作简便、非侵入式的优点。但由于其低敏感性所导致的假阳性结果，使得不足以在脊柱侧弯筛查中单独使用。

有证据[7]表明，坐位脊柱侧弯测量可能是有用的，特别是下肢不等长的患者；它不仅可以降低其他因素的干扰，而且也不影响测试的信度和效度。

2.3 躯干旋转角度(ATR)

检查时，患者站立，弯腰前屈直至与地面平行，双脚保持与髂骨连线垂直，将脊柱侧弯测量仪放置在背部曲率的最顶端，垂直身体长轴，测定出躯干旋转角度(ATR)[7]。

脊柱侧弯测量仪是客观评价AIS的最简单、快捷、可靠、便宜的筛查方法。事实上，ATR的筛选效度和使用云纹地形设备进行筛查的效度相同或者更高[29]。常规ATR检查时，使用5°作为截断值，将导致无法接受的高转诊率(8.6%)；而如果设定ATR截断值为10°时，转诊率大幅下降(1.6%)，似乎更加的合理，但同时可能造成不少的假阴性患者[30]。

2.4 莫尔地形图

这是一种使用屏幕、光源和相机组合的特殊设备，由它生成患者背部轮廓线(莫尔条纹)，然后拍摄记录。背部左右表面的不对称条纹数量表明了脊柱侧凸的严重程度。用莫尔条纹评价时，差异大于1.5条(7.5 mm)为阳性[5]。

虽然莫尔地形图的敏感性相对FBT更高，但因其需要特殊的检查设备、专业操作人员和相对较长的检查时间，不适合作为前期简单筛查的首选方法。另外，莫尔地形图的检查结果很难评估腰椎的畸形，因为腰椎水平的莫尔条纹本就很拥挤，虽然严格规定了莫尔地形图的判断标准，但是筛查者的主观判断决定了筛查的准确率。

2.5 X线检查

在全脊正位X线片上，确定侧凸的上端椎和下端椎，在上端椎椎体上沿和下端椎椎体下沿各划一条平线，再各做其垂直分割线，这两条垂线的相交角即为Cobb角。当Cobb角>10°时，即可诊断为脊柱侧弯。利用X线检查，确定Cobb角，这是目前确诊脊柱侧弯的黄金标准；同时，在骨盆的正位X线片上，观察患者髂骨骨骺发育情况，利用Risser分级，可以判断脊柱侧弯患者恶化的风险高低。

当然，进行X线检查的患者必须暴露在辐射环境当中，增加了不必要的风险性，这也是很多组织反对脊柱侧弯筛查的主要原因之一[27]。

2.6 其他筛查方法

脊椎侧弯3D遥诊体位筛查是基于三维测量系统、集中数据库、客户端数据分析软件三大模块建立起的结构光学三维扫描法。凭借网络可以远程操作，而且具有平均检查时间不足1 min、无需触诊、无放射、筛查人员投入少[31]等优点，但是前期数据库采集时间较长，软件开发较贵，目前尚未在临床上使用。光栅式立体照相术的光切法：相比于传统的莫尔地形图检测法，该方法不仅具有一定的精度，价格便宜，不需要辐射曝光，而且速度快，因此在不久的将来可能取代云纹拓扑法在临床的使用[32]。表面肌电图筛查法：利用表面肌电图，比较脊柱侧弯患者凹凸侧脊柱旁肌肉活动来判断脊柱侧弯[33]。红外线筛查法：利用红外热像来评估受试者的红外线发射，并利用检测出的脊柱旁肌肉温度分布异常来筛查脊柱侧弯[12]。

2.7 AIS的筛查流程及建议

在目前可用的筛查方法中，单独使用1种或2种筛查法的灵敏度较低(例如：FBT的敏感性为84.4%，FBT和ATR组合的灵敏度为71.1%)，而结合使用FBT、ATR、莫尔地形图筛查时，灵敏度可以达到99.2%，准确性最高也可以达到93.8%[4]。单一的FBT筛查出现了4.8%的假阳性和15.6%的假阴性结果，FBT结合ATR筛查则报道了2.9%的假阳性和28.9%的假阴性结果，而结合使用FBT、ATR、莫尔地形图筛查报道了最低的假阴性率(6.2%)和最低的假阳性[34]。所以，联合使用三种常规简便的筛查方法不仅可以提高诊断的灵敏性，也可以降低假阳性和假阴性的筛查结果，提高筛查的准确性和检出率。

脊柱侧弯的诊断标准为Cobb>10°，但是曲率小于25°的患者不考虑手术或支具治疗[26]。因此，LUK等[35]设计了三级反复筛查制度：学生首先接受了FBT和ATR评估，对ATR在5°～15°且有AIS的患者，定期进行莫尔地形图评估；对ATR>15°、莫尔线条大于2条或有明显临床体征的脊柱侧凸患者进行X线检查，发现Cobb>20°患者在专科医院随访至骨骼成熟。这种分级筛查转诊制不仅可以优化转诊标准，还可以降低转诊率，优化医疗资源的合理分配。

3 AIS治疗

AIS的治疗方法分为保守治疗和手术治疗两种，其中保守治疗包括运动治疗和支具治疗；针对患者不同的病情，选择最合适的治疗方法。当Cobb<10°时，只需要定期观察，不需要特殊处理；当10°≤Cobb<20°时建议选择运动治疗干预；当20°≤Cobb<45°时建议选择支具治疗联合运动治疗；Cobb≥45°时建议考虑手术治疗[36]。

支具治疗被证明是治疗AIS最有效的保守治疗方法[37]。运动治疗方法虽然多种多样，但它们之间的差异和有效性证据尚不完全清楚。相对于单一的治疗方法，支具治疗联合运动治疗不仅可以提高治疗效果，还可以避免佩戴支具的不良反应，如肌肉萎缩、脊椎僵硬、压疮等[38]。

3.1 运动治疗

AIS的运动治疗是由专业的治疗人员根据不同患者的病情设定的个性化锻炼方案，旨在恢复正常的运动功能、减少疼痛和畸形的产生。常用的运动治疗技术主要包括：侧移法、Dobosiewicz法、schroth三维运动疗法、脊柱侧弯的科学锻炼方法(SEAS)、Dobomed方法、SSE法、运动控制训练等。

侧移法是通过控制躯干，使脊椎向侧弯的凹侧自主移动，通过减少下端椎体的侧倾来达到矫正曲线的目的；侧移法在AIS的治疗中效果不大，联合支具治疗的有效性也无显著差异[39]。Dobosiewicz治疗技术是通过三维不对称矫正方法严格对称骨盆和肩，并应用于日常生活中，其理论中强调的不对称呼吸法比常规呼吸训练效果更好[40]。Schroth疗法是治疗AIS的主要方法之一，它将脊柱分为肩颈、胸、腰、骨盆4个部分，通过自我拉长、旋转、侧偏再结合旋转成角呼吸(RAB)法，纠正呼吸模式、激活脊旁肌、改善肌肉平衡[41]。SEAS法是在日常生活活动中进行的自我纠正训练，训练内容包括姿势控制、脊椎稳定、肌肉耐力、神经肌肉控制、行为再学习等[42]。Dobomed方法是基于AIS病理力学的三维自发矫正动态技术，强调了胸椎的后突和腰椎的前突，通过肩胛骨、骨盆的对称位下的闭链运动进行的自发矫正[43]。运动控制训练、体育锻炼都已证明在减少支具处方上是有效的[44]。大量的运动治疗都被证明了对AIS患者的Cobb角改善有效，然而，对于接受运动治疗所改善的Cobb角是否可以长期维持？是否可以降低患者今后的支具或手术治疗的发生率？目前还缺乏相关的研究与报道。

3.2 支具治疗

支具治疗适用于骨骼发育不成熟且侧弯角度在20°～45°的患者。它是利用支具产生的机械外力将脊柱恢复正常的形态，同时也可以通过本体感觉的输入来诱导脊柱向正常的方向生长。通过支具治疗不仅可以纠正椎体旋转、恢复脊椎形态，也可以降低手术的患病率、减轻社会负担和医疗资源的浪费[45]。

硬性支具是预防AIS的最常见非手术治疗方法。波士顿支具是最受欢迎的支具之一，它通过支具内的矫形垫对脊椎曲度施加压力，矫正脊柱侧弯，并让患者保持正常的姿势；这种支具通常应用于胸、腰段侧弯的患者[46]，并且经常配合schroth治疗一起使用。密尔沃基支具是最早的治疗AIS的现代化矫形支具，主要应用于胸椎完全的患者，防止脊椎在生长的过程中弯曲进展；但由于其穿戴复杂、颈环对日常生活影响较大且美观不足，现已较少应用于AIS的治疗中。色努支具是一种新型的支具，它可以作用于复杂的脊柱侧弯中，且达到过度矫正的效果；佩戴中，通过前面窗口进行呼吸，起到调整胸廓和脊椎矫正的作用；同时可以提高腹压，产生对脊椎的正常牵引力来达到诱导脊椎正常生长的目的[47]。GBW支具是目前比较先进的支具，同时它也是色努支具的改良版。

支具治疗显著降低了高危曲线向手术治疗的转诊率，配带支具的时间越长，治疗效果越明显；通常建议佩戴时间达到23个小时，只是在洗澡、运动锻炼时脱掉。

3.3 手术治疗

AIS的手术治疗已有100多年的历史，主要通过入侵性的手术来治疗和控制畸形的进展。AIS的手术治疗主要适用于侧弯角度在45°及以上的人群，治疗目的是从根本上纠正脊椎的畸形，减少AIS的并发症，预防侧弯角度的恶化。

由希布斯、哈林顿提出的手术治疗是从后路暴露脊椎，通过粉碎棘突、切除小关节、椎板去皮，最后沿暴露的脊柱局部取骨并诱导融合。这种手术缺少真正意义上的矫正，并且感染率较高[48]。在20世纪70至90年代，开始出现椎板钢丝系统的手术应用，并向更先进的椎弓根螺钉固定手术方式过渡。椎弓根螺钉固定术提供了更稳定的椎体固定，具有更高的安全性，是目前AIS矫正最常用的手术方式[49]。随着后期医疗技术和材料科技的发展，手术所用到的器械更加的安全、稳定、舒适，术前使用的抗纤溶药物可以减少手术输血，术中使用的导航放置椎弓根螺钉，更有助于复杂情况下的内固定应用[50]。

当然，由AIS手术治疗所产生的腰背部僵硬、疼痛、活动能力受限同样会给患者的生活质量带来不利影响。在手术前、后联合使用物理因子治疗和运动治疗，不仅可以减少围术期的不良反应，还可以让脊柱自身的稳定性更强、手术的治疗效果更加持久。

4 小结与展望

AIS是脊椎侧弯中最常见的类型，关于其发病机制也多有研究，但尚未有经过验证的方法或测试表明确切的AIS致病因素和进展风险因素。依据不同的发病机制，所选择的筛查方法、治疗手段、介入时机也不尽相同。本文通过对国内外脊柱病因学分析、筛查方法、干预治疗三个方面的统计分析，研究脊柱侧弯在青少年中的发病规律，在不同的时间区间，提供与之相对应的筛查方法和治疗手段，做到精准把控筛查和治疗时机。随着医疗科技的发展，更加深入的病因学研究，更加先进有效、不良反应更小的筛查和治疗方法将得到普及，在降低AIS发病率、减轻AIS病症、改善患儿生活质量的目的上更进一步。