寰椎椎弓根螺钉置入的应用解剖及生物力学评价

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.26.016

摘要/Abstract

摘要：

背景：当寰椎出现病理变化时如寰椎脱位、寰枕连接处不稳、椎体骨折等一系列病理问题时，应用寰枢椎后路椎弓根置入螺钉及钉棒固定或钉板固定是新近提出的一种修复方式，具有一定的优越性。
目的：比较寰椎椎弓根置入螺钉对不同类型寰椎病变的修复效果。
方法：来源于内蒙古医科大学基础医学院人体解剖教研室的42根椎骨，根据矢状面椎动脉沟底的骨质厚度将椎骨分为3型：Ⅰ型(普通型)、Ⅱ型(变异轻微型)、Ⅲ型(变异重度型)，均接受寰椎后路椎弓根螺钉固定。
结果与结论：螺钉在不同骨质密度的椎骨中拔出的力不相同，骨质厚度越大、骨质密度越大的椎骨，其螺钉的拔出力越大(P < 0.05)；然而螺钉在不同骨密质的椎骨中所发挥的作用相同，不会压迫血管及影响椎体的活动现象。提示寰椎椎弓根螺钉置入安全性较好，无不良反应，不会影响患者的正常工作及生活。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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关键词: 植入物, 脊柱植入物, 寰椎椎弓根螺钉, 生物力学, 后路固定, 骨密度

Abstract:

BACKGROUND: A series of pathological changes were found in atlas, including atlas dislocation, atlanto-occipital junction instability and vertebral fractures. Atlantoaxial pedicle screw, nail and rod fixation or nail plate fixation is a novel repair method recently proposed, and has certain advantages.
OBJECTIVE: To compare the repair effects of atlas pedicle screw on different types of atlas lesions.
METHODS: A total of 42 fresh vertebrae were obtained from Department of Human Anatomy, Basic Medical School, Inner Mongolia Medical University. In accordance with bone thickness of sagittal vertebral artery groove bottom, vertebrae were divided into three types: type I (common type), type II (light variation), and type III (severe variation). All samples were subjected to atlas pedicle screw fixation.
RESULTS AND CONCLUSION: The screw pullout force in different bone densities of vertebrae was not the same. Vertebrae with great thickness and great bone density had big screw pullout force (P < 0.05). However, the screw in different cortical bone of vertebrae had the same function. No compression on blood vessels or phenomenon affecting vertebral activity was visible. These results indicated that atlas pedicle screw implantation showed good safety, no side effects, did not affect the normal work and life of patients.

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Key words: bone nails, fracture fixation, intramedullary, atlanto-occipital joint, biomechanics

中图分类号:

R318

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图/表（结果） 2

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引言

寰椎作为人体的第一颈椎，具有独特的解剖结构，缺乏椎体和棘突，两侧为增大的侧块，上与枕骨骸、下与枢椎侧块形成关节^[1]；前方的弓状结构称为前弓，其顶点为前结节，前结节的后方与齿状突形成关节；后方的弓状结构称为后弓，其顶点为后结节，有枕后小直肌附丽，后弓上方有椎动脉沟，椎动脉由外向中央走行入颅^[2]。在C₂以下，椎弓与椎体连接的部分定义为椎弓根。在此，将寰椎的侧块视为椎体，后弓作为椎弓，则寰椎后弓与侧块的连接部分视为寰椎的“椎弓根”，其在结构上和力学上类似于其他椎体的椎弓根，临床上更便于理解和接受^[3]。当寰椎出现病理变化时如寰椎脱位、寰枕连接处不稳、椎体骨折等一系列病理问题，会严重影响到患者的生命安全^[4]。枢椎失稳的后路固定方法众多，其中以Magerl螺钉复合钢丝固定的三维稳定性最佳，固定后骨性融合率最高。但Magerl术式的技术要求较高，操作相对困难，易引起椎动脉损伤^[5]。

寰枢椎后路椎弓根螺钉的钉棒或钉板固定是新近提出的一种术式，具有一定的优越性，但缺乏系统的相关研究，特别是缺乏简单可靠的寰椎椎弓根螺钉进钉点判定方法^[6]。寰椎后路椎弓根螺钉固定包括侧路固定和后路固定两种，但由于生物的特异性决定了椎体之间的差异性，从而导致了椎弓根的解剖有较大的变异^[7]。此种变异会影响到椎弓根根钉技术的进钉手法与进钉通路^[8]。为了探究椎弓根螺钉对不同类型的椎弓根的操作方式、在其生物力学的方面的影响，特进行本次实验。

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材料方法

设计：标本模型对比研究。

时间及地点：实验于2013年5至9月在内蒙古医科大学基础医学院人体解剖教研室完成。

材料：完整教学寰椎标本42块，来源于内蒙古医科大学基础医学院人体解剖教研室。

方法：

寰椎解剖数据的分析：采用VitusSmart XXL 三维人体扫描仪、游标卡尺和量角器观测下列指标：①测量寰椎椎弓根和侧块的高度与宽度。②设定寰椎椎弓根螺钉进钉点。③测量与进钉点有关的解剖数据，建立初步的进钉技术。④测量比较寰椎椎弓根与枢椎侧块的解剖位置关系，建立以枢椎侧块为解剖学标志的进钉点定位新技。

椎骨分型：将椎骨分为3型，Ⅰ型(普通型)、Ⅱ型(变异轻微型)、Ⅲ型(变异重度型)。分型的标准为，通过CT三维重建的手法建立起椎动脉沟下2 mm处的横切面，以及椎弓根中外1/3处矢状面的切面图与通过椎动脉沟底部下约 2 mm处横断面的交线为进钉通道，进钉通道在后弓后方骨皮质上的投影点为进钉点。以直径为3.52 mm的螺钉作为标准，并通过矢状面椎动脉沟底的骨质厚度作为划分的标准。

寰椎后路椎弓根螺钉固定：在相同的位置进针，测量进针处与寰椎不同位置的实验数据，并加以比较得出相应的结论。将分好型的椎体进行体外模拟，即人工建立起体外血液循环、建立延髓的人体重要结构组织。进行人工灌浆以确保实验的真实性与有效性，选用直径为3.52 mm的皮质骨螺钉，固定完成后用聚甲基丙烯酸甲脂进行包埋并予以判定。在寰椎椎弓根螺钉的置钉过程中避开椎动脉是成功的关键，对于第Ⅰ和第Ⅱ型寰椎可以在后弓后缘确定出实际的进钉点；对于第Ⅲ型寰椎，构想的进钉通道与后弓后方的骨皮质并无实际交点，则取通道与经后弓后方冠状面的交点为假想进钉点(图1)。

疗效评价：螺钉植入后以是否对体外血管进行压迫和椎体活动度作为标准进行评估。优：螺钉不压迫血管且活动度与正常无差别的现象；良：螺钉轻微压迫血管且椎体轻微活动受限的情况，或者为螺钉轻微压迫血管但活动不受限制的情况，或者螺钉不压迫血管但椎体活动度轻微受限制的情况；可：螺钉压迫血管较严重且椎体活动受限较明显的情况，或者为螺钉较严重压迫血管但活动不受限制或轻微受限的情况，或者螺钉不压迫血管或轻微压迫血管但椎体活动度受限制较明显的情况；差：螺钉严重压迫血管且活动度极度受限的现象。优良率为达到优与良的总的例数占整体研究对象的百分比。

生物力学的测量：通过拔出力试验装置测量寰椎椎弓根螺钉治疗不同骨质密度椎骨的拔出力，作为其生物力学的指标。

主要观察指标：寰椎后路椎弓根螺钉固定的疗效。

统计学分析：以SPSS 13.0软件(美国SPSS公司)对实验结果进行系统的统计学分析。数据比较以χ²检验。计量数据以t 检验。P < 0.05为差异有显著性意义。

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讨论

寰椎是颈椎的第一节，向上连接着颅骨，向下沟通着枢椎，这使得寰椎有着其他颈椎所不具备的特殊解剖形态^[9]。其特殊之处则在于后弓与侧块的连接处，临床称之为“椎弓根”。寰椎螺钉固定是新型的椎体固定^[10]。因为寰椎重要的解剖学地位，所以当寰椎出现病理变化时如寰椎脱位、寰枕连接处不稳、椎体骨折等一系列病理问题，会严重影响到患者的生命安全。由此而衍生出了寰椎螺钉固定^[11]。以往多为手动复位或者手术复位。此前寰椎的后路固定方式主要包括：①丝固定技术，如Galhe钢丝阵、Brooks钢丝。②板夹技术，如Halirax椎板夹、pofix椎板钩；钉技术，如后路Magerl经侧块关节螺钉等。其中钢丝和椎板夹固定的融合率较低，而Magerl螺钉固定牢固可靠，临床效果最佳，但Magerl螺钉技术要求高，并发症严重。而且Magerl螺钉的进钉角度过大，需上斜45°-55°^[12]，在某些患者难以施行；同时置钉过程全部要在X射线辅助下进行，制约了该技术的开展应用^[13]。另外，约20%的患者因枢椎横突孔过大口，导致椎弓根宽度过小而不允许Magerl螺钉固定。这种新型的固定包括侧路固定和后路固定两种，寰椎后路侧块螺钉固定是新近介绍的一种在寰椎侧块上直接进行螺钉固定的技术，利用钦板或钦棒连接枢椎侧块或椎弓根螺钉构成短节段固定系统。其中寰椎后路侧块螺钉固定技术最早由印度学者Goel等描述，螺钉由寰椎后弓下缘与寰椎侧块后缘移行处的侧块横径中央作为螺钉锚点，螺钉全长位于侧块内。生物力学研究表明，寰椎侧块螺钉与枢椎椎弓根螺钉的抗拔出强度相当，寰椎侧块螺钉复合枢椎椎弓根螺钉的稳定性与Magerl螺钉相同，均提示寰椎侧块螺钉的固定强度是可靠的^[14]。实验主要研究寰椎后路螺钉固定术在临床上的解剖位置以及生物力学效应^[15]。但由于生物的特异性决定了椎体之间的差异性，从而导致了椎弓根的解剖有较大的变异。此种变异会影响到椎弓根根钉技术的进钉手法与进钉通路。为了探究椎弓根螺钉对不同类型的椎弓根的操作方式、在其生物力学的方面的影响，特做此项研究^[16]。通过实验得到的结果可以知道，寰椎椎弓根螺钉对于不同骨质密度的椎骨，其作用效果相同，不会造成因年龄的不同，骨质密度的不同而发生螺钉脱落、压迫血管、椎体活动度受限制的一系列不良反应^[17]。寰椎椎弓根螺钉对大部分类型的椎骨的作用效果相同，这与张宏胜等^[18]的研究结果相一致，说明寰椎椎弓根螺钉术安全可靠，无不良反应，是治疗寰枢椎脱落、寰颅连接不稳的首选方法^[19]。然后又通过研究螺钉拔出力探讨其生物力学^[20-36]，结果发现，不同骨密度椎骨对螺钉的生物力学影响较大。骨密度高的椎骨，螺钉拔出力较大，骨密质小的椎骨螺钉的拔出力较小^[21]，此结果与欧阳钧等^[22]的实验结论相吻合。这说明寰椎椎弓根螺钉的生物力学与椎体的骨质密度相关联，骨质密度大生物力学效应就相对增大；骨质密度小生物力学效应就相对减小。因此稍微有着年龄差异^[37-46]。实验证明影响螺钉拔出力的因素有螺钉的直径，螺钉钉进的长度，螺纹的数量，骨密度等一系列重要的因素^[47-54]。由实验结果可知在相同的螺钉、相同的进钉手法、相同的进钉位置的前提下骨质厚度越厚，骨质密度越密螺钉越难拔出，拔出螺钉所需的力越大。所以在高密度骨中的螺钉较坚固稳定不易脱落，对患者的生活不会造成明显的影响。并且安装寰椎椎弓根螺钉对患者没有副作用，不会带来身体及心理上的损坏。因此寰椎椎弓根螺钉治疗寰枢椎脱落、寰颅连接不稳是临床上的首选方法，深的医护人员和患者的喜爱。不仅如此，寰椎椎弓根螺钉安装技术还有其他不可替代的优点^[55-60]。这些优点包括：①创伤小。②出血少。③操作简单。④恢复时间短，不影响患者的学习、工作及生活。⑤可靠稳定等优点。同时它也有一些不确定的因素，进钉点的位置确定和进入发方法有待进一步的提高。综上所述，寰椎椎弓根螺钉安全性较好，值得临床推荐。

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