寰枢椎后路内固定技术发展及其生物力学评价

周祚，李斌，黄菊英，甄亚平

1.首都医科大学 a.基础医学院；b.生物医学工程学院；c.临床检验中心，北京100069；

2.中国人民解放军军事科学院 门诊部，北京 100091

寰枢椎后路内固定技术发展及其生物力学评价

周祚1a，李斌2，黄菊英1b，甄亚平1c

1.首都医科大学 a.基础医学院；b.生物医学工程学院；c.临床检验中心，北京100069；

2.中国人民解放军军事科学院 门诊部，北京 100091

寰枢椎脱位（Atlanto-axial Dislocation，AAD）为常见的上颈椎损伤，是创伤、退变、肿瘤、先天畸形、炎症或手术等因素造成关节面失去正常对合关系,发生关节功能障碍或神经压迫的病理状态，在临床上十分常见。寰枢脱位常常会引起延、颈髓受压，严重者有生命危险。对于寰枢椎长期脱位、牵引后不能复位、脊髓腹侧和背侧均受压的患者常常采用手术治疗。寰枢椎脱位的手术治疗方法有经前路、侧路及后路固定。侧路方法少，后路操作简单且显露时较为容易。

在过去的几十年中，治疗寰枢脱位的后路内固定手术方法从最初的Gallie法（1939年）和Brooks法（1978年）发展到不同时期的螺钉后路内固定术[1]。Gallie法与Brooks法都是钢丝内固定技术，易损伤脊髓，且钢丝易折断，现已作为其他术式的辅助术式。经关节螺钉固定术由Magerl于1985年首次提出，这种固定方式不再依赖于后弓，有更

寰枢椎脱位的手术治疗方法有经前路、侧路及后路固定。侧路方法少，后路操作简单且显露时较为容易。随着技术的不断成熟，寰枢椎后路内固定的方法也由传统的Brooks法和Gallie法发展到Magerl术再进一步到螺钉固定术。本文主要介绍寰枢椎后路内固定的治疗方法，并用生物力学因素评价各种方法的优缺点。

寰枢脱位；钢丝固定；螺钉固定；生物力学

1 后路内固定传统方法Brooks法和Gallie法

Brooks法[2]与Gallie[3]法均为早期的寰枢椎后路钢丝内固定方法，这两种方法都需要植入骨块，使骨更易融合。Brooks法是在寰椎后弓和枢椎椎板两侧分别穿过对折成双股的钢丝，在寰枢后弓和枢椎椎板间左右各置一植骨块并用同侧钢丝固定，使寰椎后弓、髂骨块和枢椎椎板被钢丝固定成一个整体。Brooks法对脊柱的后柱进行固定，其在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯这4个自由度中对脊柱的限制作用尤其明显，但是在对减少轴向旋转与水平移动方面则较差。Gallie法是先将钢丝从寰椎后弓的下方穿入绕过后弓的前方从其上方穿出，再将钢丝绕过枢椎棘突根部，并在寰椎后弓和枢椎棘突之间固定一植骨块。生物力学数据显示，Galiie法在固定强度方面明显低于Brooks法，重点体现在减少轴向旋转方面。Gallie法仍需要其他固定装置来辅助固定，并且其骨不融合率很高[4]。

后路钢丝内固定法的使用主要依靠后弓和植骨的完整性，而钢丝不能对寰枢椎提供足够的稳定性。后路内固定法的不足还有骨不融合率偏高。不仅如此，钢丝经过椎管可能会损伤脊髓，尤其是在椎管狭窄时。临床使用Gallie法时可能造成寰椎后移，这可能是钢丝绕过寰椎后弓的前方从上方穿出所致，另外脊髓会受到齿突游离小骨的压迫；当临床使用Brooks法时，经椎板下穿钢丝对脊髓造成损害的潜在可能性更大。所以目前这两种手术方法的单独使用并不多，多是与其他辅助工具一起使用。

2 螺钉固定术及其生物力学评价参数

2.1 Magerl术

1985年Magerl[5]等人提出由后正中入路、经寰枢椎侧块关节螺钉固定融合术。Magerl术并不依赖于后弓的完整性[6]，可以治疗Brooks法与Gallie法的禁忌症，解决了被迫行枕颈融合的难题。Magerl术对于技术的要求很高[7]，需要医生熟练掌握局部解剖。Magerl术易引发严重的并发症，例如螺钉损伤椎动脉或者误入椎管。此种手术方法一度被认为必须在寰枢椎完全复位时才能进行。

大量的生物力学数据[8-12]表明，Magerl术与后路内固定传统方法（Brooks法、Gallie法）相比具有更好的稳定性以及术后融合率。Magerl提出的经关节螺钉固定对轴向旋转、左右侧弯的稳定作用最佳，此种方法的抗旋转强度较传统后路内固定方法增强很多。但经关节螺钉在前屈和后伸这两个自由度的稳定度与Brooks法与Gallie法并无明显差别[13-14]。

孔庆毅等[15]用20例正常成人尸体的寰枢椎标本进行实验，结果显示：寰椎向前移动（8.93±4.17）mm是满足Magerl术钉道要求的最大脱位程度。根据结果可知，利用Magerl术治疗寰枢脱位时可以允许患者有一定程度的寰枢椎向前脱位。

目前，经关节螺钉固定也联合Brooks进行治疗。生物力学研究表明这种方法可以提供三点固定从而使稳定性最优[16]，但学者们认为这可能会使并发症增加，而且双侧螺钉已经能提供足够的稳定性[17]，所以这种手术方法并没有必要进行使用。

2.2 侧块螺钉与椎弓根螺钉固定

后路侧块螺钉与椎弓根螺钉固定是近年来国内新开展的手术方法，它并不是Brooks法、Gallie法以及Magerl法的代替而是它们的补充。

2.2.1 寰椎侧块螺钉与寰椎椎弓根螺钉固定

寰椎侧块螺钉与寰椎椎弓根螺钉固定在生物力学稳定性方面，与Magerl术相当，但解决了Magerl术的局限性：①损伤枢椎峡部椎动脉的风险降低；②使用时寰枢椎不需要达到良好复位；③对于肥胖和颈胸段后突畸形的患者入钉更容易。寰椎侧块螺钉固定由Goel[18-24]提出，其入钉点是寰椎后弓下侧块后面的中点；寰椎椎弓根螺钉固定由Resnick[25-26]提出，其入钉点位于寰椎后弓。寰椎侧块螺钉最大的优点是由于钉道与椎动脉相隔较远而损伤机会小，缺点则是易造成静脉出血。寰椎椎弓根螺钉的优点在于出血几率小且钉道更长，具有更好的生物力学稳定性。

2.2.2 枢椎侧块螺钉与枢椎椎弓根螺钉固定

马向阳等[27]利用12具新鲜尸体的枢椎标本对不同螺钉固定方法的抗拔出力大小进行测试，结果表明枢椎双皮质椎弓根抗拔出力明显大于单皮质椎弓根；枢椎椎弓根单皮质抗拔出力与侧块双皮质抗拔出力相近，枢椎单皮质侧块螺钉抗拔出力最小。利用枢椎椎弓根螺钉固定术进行临床治疗时，一般选用枢椎单皮质椎弓根螺钉。进行枢椎侧块螺钉固定临床治疗时，则不宜用枢椎单皮质侧块螺钉。另外，枢椎侧块螺钉还可作为枢椎椎弓根螺钉的补充固定方式。

枢椎椎弓根螺钉固定时，会因为椎动脉变形等使椎动脉损伤的危险增加。学者们表示，大约有20％的人无法进行枢椎椎弓根固定[28-31]。枢椎侧块螺钉可以有效地避开枢椎峡部，所以比枢椎椎弓根螺钉固定具有更大的适用范围。

2.2.3 寰枢椎椎弓根螺钉固定

马向阳[32]、Lapsiwala[33]对利用不同固定方法时寰枢各个节段各个自由度上的运动范围进行测量，结果表明Magerl螺钉联合Brooks钢丝固定方法无论在前后屈伸、左右侧弯以及轴向弯曲时都具有最强的固定强度；C1-2抗前后屈伸与左右侧弯的能力都弱于Magerl螺钉，而在抗旋转时优于Magerl螺钉；C1-2与Brooks法相比，除抗前后屈伸外，都比Brooks法的性能更好。综合生物力学数据[34]来看，寰枢椎椎弓根固定与Magerl术在生物力学稳定性方面相似，在旋转固定强度上优于寰椎侧块螺钉。

2.3 生物力学评价参数

导致寰枢椎螺钉后路内固定失败的主要因素是螺钉的松动和脱出，而这一原因则主要与螺钉的拔出力有关。在生物力学试验中，一般以轴向拔出力作为评定螺钉把持强度的指标。轴向拔出力与螺钉的设计、直径、置入强度和角度以及骨密度等因素有关[35]。螺钉外径越大，深度越大，钉道长度越大，骨密度越大，拔出力越大。将螺钉设计成锥形或者有外锥螺纹也可增大拔出力，使螺钉不易松动或脱出。例如，椎弓根螺钉的钉道起始部周围皮质骨较多，骨密度较大，其拔出力与侧块部分相比更大，故椎弓根螺钉只需要单层皮质骨进钉，而侧块螺钉则需要双层皮质骨进钉。

另外，在对寰枢椎螺钉内固定术进行生物力学评价时，还应考虑相同载荷下前屈、后伸、左右平移以及左右旋转这6个自由度的运动范围[36]，以比较各种手术方法在生物力学稳定性方面的优劣。

3 结论

以上所提的手术方法都具有各自的特点，同时也都在临床上有着广泛的应用。Brooks法与Gallie法这两种后路钢丝内固定法操作十分简单却都要求后弓与植骨的完整性，融合率低，现在已不单独使用，需要其他工具进行辅助。Brooks法与Gallie法用于可复性的寰枢椎脱位或不稳。Magerl术不依赖于后弓的完整性，可以治疗Brooks法与Gallie法的禁忌症。经关节螺钉固定有着更好的稳定性和融合率，但是操作难度较大，需要术者熟悉局部解剖，并且螺钉可能损伤椎动脉。Magerl术需寰枢椎良好复位，并不适用于肥胖以及颈胸段后突畸形的患者。寰椎侧块螺钉与椎弓根螺钉固定改善了Magerl术的局限性，但寰椎侧块螺钉易造成静脉出血以及伤害C2静脉丛。枢椎椎弓根螺钉固定则会因为椎动脉变形而造成其损伤，且有部分人并不能进行枢椎椎弓根固定。枢椎椎弓根螺钉固定适用于枕颈部、颈椎后路稳定性的重建，治疗Hangman骨折。寰枢椎椎弓根螺钉固定为患者提供了一种更好的内固定手术方法，但是其操作复杂，进行手术时也需要术者有足够的知识与经验。

这些手术方法为治疗寰枢椎脱位及失稳提供了很多的选择，但是对于治疗方法的选择则应该根据患者患处的解剖学特点、寰枢椎后弓是否完整、寰枢椎是否良好复位、各种手术方法的适应症和禁忌症以及术者的技术与经验来考量。

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Development and Biomechanical Assessment of Posterior Atlanto-Axial Fixation

ZHOU Zuo1a, LI Bin2, HUANG Ju-ying1b, ZHEN Ya-ping1c
1. a. Basic Medicine College；b. School of Biomedical Engineering；c. Clinical Laboratory Center, Capital M edical University, Beijing 100069, China；2. Academy of M ilitary Science of the Chinese People’s Liberation Army, Beijing 100091, China

The surgical treatment of AAD can be through anterior, lateral and posterior to moor the vertebra. It is easy to have an operation through the posterior and expose. As the technology becomes more and more mature, the posterior atlanto-axial fixation has developed from Brooks and Gallie to Margerl and even to screw fixation now. The passage is going to talk about the posterior atlanto-axial fixation and use Biomechanical factor to value the advantages and disadvantages of them.

atlanto-axial dislocation；w ire lock；screw fixation；biomechanics

R687.3

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.11.020

1674-1633（2015）11-0065-03好的稳定性和术后融合率。而侧块螺钉以及椎弓根螺钉固定方式并不是以上术式的替代而是补充。

2015-06-24

2015-07-21

甄亚平，主管技师。

通讯作者邮箱：zhenyaping@sina．com

本文作者：黄菊英，生物力学与康复工程学学系副教授。

作者邮箱：huangjy@ccmu．edu．cn