头盆环牵引在重度脊柱畸形矫形治疗中的应用

徐贝宇 孙浩林 李淳德

（北京大学第一医院骨科，北京 100034）

脊柱畸形包括脊柱侧凸、脊柱侧后凸及脊柱后凸畸形[1]。重度脊柱畸形（severe spinal deformities）目前国际上尚无统一的诊断标准，通常认为脊柱侧凸或后凸角大于90°时，就称为重度脊柱畸形[2]。其常源于先天性脊柱畸形、脊柱结核畸形、强直性脊柱炎脊柱畸形、侏儒症伴脊柱畸形等[3]。而牵引技术用于脊柱畸形的辅助治疗可追溯到公元前3500年[4]。19世纪以前，脊柱畸形矫形治疗主要为支具治疗、牵引床以及体育锻炼；20世纪40年代，Milwaukee支具用于脊柱畸形矫形治疗[5]。头盆环牵引技术最早在1959年由Perry和Nickel报道，他们将此技术用于固定不稳定颈椎节段[6]。20世纪60年代，A.R.H将头盆环牵引技术用于脊柱结核感染后所致的脊柱后凸畸形的固定治疗中；1969年，Levine开始将该技术用于重度先天性脊柱侧凸畸形患者中，用来矫正患者术后骨盆倾斜；1970年伊利诺斯州大学的DeWald 和Ray将改装后的头盆环牵引装置用于治疗重度脊柱侧凸患者[6]。20世纪70年代，O'Brien等[4]报道了118例使用头盆环牵引治疗的脊柱侧凸病例。此后，头盆环牵引技术才算真正意义上被脊柱外科医师所认识。随着脊柱坚强内固定装置的普及和流行，目前头盆环牵引技术在重度脊柱畸形病例中并未得到广泛应用，但它的临床效果十分显著[7]。

1 头盆环牵引装置的发展历史和进展

传统的头盆环牵引装置由三部分组成：4颗头颅钉构成的头环、穿过髂前上棘及髂后上嵴的4颗直钉构成的盆环以及4 根连接头环及骨盆环的支撑棒。大量的临床研究展现了对头盆环牵引装置的测试和改良，虽然改进的侧重点不同，但已涉及牵引架每个细节中。改进主要集中在头颅钉、骨盆钉和支撑棒的数目、位置、材料上。头盆环牵引装置中盆环改变较大，如今主要由髂骨翼穿刺针构成。头环依然采用环形或者以环形为基础的结构，是最为稳定的沿用至今的结构。Cheung等[8]将髂骨钉调整为单侧髂前上棘置入2 颗钉及髂骨翼置入3 颗钉，改进后单侧5 颗骨盆钉提高了骨盆的固定强度，克服了单颗螺钉松动后需移除装置的缺点，他同时使用万向连接器简化了装置组装，并改用碳纤维制作支撑棒，减轻了牵引装置的重量，同时碳纤维具备核磁相容性，不影响患者进行MRI 检查。黄春明等[9]以髂前上棘上2～4 cm 为进钉点，以髂后上棘稍偏内约0.5 cm 为出钉点，在骨盆上穿2根4 mm的骨圆针，连接盆环，运用4根支撑棒，牵引稳定性较高，平均每天患者身高可撑高0.2～0.3 cm。郑君涛等[10]改进头盆环牵引装置材料，应用“轻便头盆环牵引装置”进行术前牵引，装置重量仅为1 kg，提高了患者的依从性。目前也有学者将支撑棒安置在患者躯干前外侧，支撑棒安放适度远离躯干，头盆环牵引装置改进为半圆形，患者肢体活动、护理、穿着、卧床及移动变得更加方便，也有利于患者进行康复锻炼。Bond[11]在牵引棒上添加压力表读取牵引力，来监测牵引的强度，使得牵引力度变得更加可控[12]。

2 头盆环牵引的生物力学分析

头盆环牵引的生物力学方面研究较少。传统观点基于胡克定律，认为调节支撑杆螺母时，支撑杆延长，由于盆环及头盆固定，故支撑杆发生弯曲形变产生垂直方向的反向作用力。此作用力驱使头环纵向移动，进而带动颅骨穿刺钉牵引脊柱，因而调节位移量是纵行支杆位移量、连接装置位移量和脊柱位移量的总和[13]。牵引可以反复持续进行，如支撑杆预置位移不足，可以松开螺钉重新预置。而纵行支杆具有一定弹性形变能力，在一定范围内可以进行弹性储能，可以进行长时间适当强度的持续弹性牵引。Voor和Khalily[13]认为头盆环牵引架在纵行支杆的弹性模量、直径、偏移距离、锁定点间距离、杆型确定的条件下，位移量与牵引力呈线性关系。根据脊柱生物力学纵向牵拉持续性应力的作用[14]，对肌肉、韧带产生持续性疲劳，使肌腱、韧带、血管、脊髓神组织细胞等发生轻微移位和断裂，在长时间牵拉固定作用下，使得组织细胞自我修复以适应新的结构状态，而达到矫形的目的[15]。

在牵引力不变的情况下，脊柱拉伸的长度与脊柱韧带肌肉复合体的坚韧程度成反比[16]，即对于骨质疏松、脊柱未融合及韧带肌肉组织薄弱（如马凡综合征[17]）的患者，其牵引效果更佳；对于脊柱自发性融合（如强直性脊柱炎）、脊柱分节不全、肌肉韧带发达及软组织挛缩的患者，其牵引效果欠佳。同时，颈椎韧带肌肉复合体强度相对于腰椎较弱，故颈椎畸形的牵引效果往往优于腰椎畸形。其次，头盆环牵引支撑力合力力线位于脊柱畸形凹侧时，其牵引效果更佳，故支撑杆位于患者前外侧的改良头盆环牵引对于重度脊柱后凸畸形的矫形效果较好。

3 头盆环牵引在临床的应用

随着脊柱坚强内固定装置的普及和流行，对于脊柱畸形患者，很多医师选择直接一期行矫形手术。但重度脊柱畸形患者由于胸腔及腹腔容积受限、肺发育障碍，其多合并心肺[18]、消化功能障碍[3]，患者营养状况通常较差[19]。长期严重脊柱畸形又导致脊柱僵硬，一期矫形手术难度大，手术时间长，术中及术后出血量大[20]，术中甚至发生脊髓不可逆损伤[21]，患者围手术期各种并发症发生率明显增加[1]。对于此类病例，一期矫形手术均很难取得满意疗效。而术前改善肺功能、心功能，提升患者基础营养状况，可以显著降低手术风险[22]。

头盆环牵引技术通过旋转支撑棒螺母而逐渐延长支撑棒，从而提供安全、持续并且可控性较高的牵引矫正力[23]。有学者提出一期头盆环牵引配合二期矫形手术治疗[24]。术前头盆环牵引能够使凹侧挛缩组织逐渐松弛，拉开小关节间隙、椎体间隙[25]以及椎板间隙，从而很好地降低脊柱僵硬程度[7]。同时，牵引可以增加脊柱柔韧度，明显增加胸腔及腹腔容积[26]，有效地改善患者的肺功能[19]和消化功能[27]，提升患者营养状况，并且分担矫形压力，降低了二期手术矫形压力及手术难度，减少了矫形手术时间[28]及术中出血量[7]，明显增大了畸形矫正率。相对于重力牵引、股骨牵引及其他牵引方式，头盆环牵引装置构造简单，矫形效果明显，其效益经济比值更高[29]。同时，头盆环牵引可以在矫形术中应用[30]，对截骨矫形术后的患者仍然可以起到充分的固定作用[31]。

张宏其等[32]对比了21例重度僵硬性脊柱畸形患者牵引前后肺功能变化，头盆环牵引前平均用力肺活量（forced vital capacity,FVC）为（50.4±11.8）%，牵引后为（82.1±11.7）%，牵引后肺功能明显改善。宋西正等[33]通过总结50例重度僵硬性脊柱侧凸病例的临床资料，认为采用一期头盆环牵引、二期手术前路松解、三期手术后路矫正可以取得良好的矫正效果，经过一期头盆环牵引后，侧凸Cobb角改善率达（30.4±6.6）%，后凸Cobb角改善率达（22.3±5.2）%；经过二期手术前路松解，侧凸Cobb角改善率达（26.7±5.1）%，后凸Cobb 角改善率达（21.2±6.0）%，经过三期后路矫形手术，侧凸Cobb角改善率达（33.7±7.2）%，后凸Cobb 角改善率达（27.1±5.3）%。程俊杰等[24]通过统计80例重度脊柱后凸、侧后凸病例，认为应用头盆环牵引后有效降低了矫形手术中脊髓及神经损伤的发生率。田慧中等[30]运用一期头盆环牵引、二期脊柱截骨治疗方案，治疗了185例成人重度脊柱畸形病例，平均矫正率达到70.32%。黄春明等[34]通过对103例重度僵硬性脊柱侧凸患者进行29～32 d的头盆环牵引，除1例神经纤维瘤病牵引无明显效果外，其余病例均增高5～23 cm，平均每例增高11.35 cm，脊柱畸形明显改善。Kim等[35]报道了1例严重僵硬性结核性脊柱后凸的病例，患者行一期头盆环牵引、二期矫形手术，随访20年，未出现神经损害并发症，脊柱矢状位维持平衡。

再者，头盆环牵引有助于在术前了解脊髓最大耐受矫正角度，给二期矫形手术提供更多参考信息[36]。O'Brien等[4]认为头盆环牵引对于维持身体躯干的冠状位及矢状位平衡也有着重要的意义。头盆环牵引患者在矫形术后，能够获得更早的下地时间，患者可以更早地进行康复训练[29]；宋西正等[37]发现，头盆环牵引后，患者在矫形术后疼痛程度明显降低，这可能是因为牵引后减少了矫形术中强力撑开次数，减少了软组织的撕裂及破坏。

4 头盆环牵引的适应证和禁忌证

目前对头盆环牵引的适用范围仍存在争议，但它对于脊柱外科诸多病例都表现出确切的疗效。头盆环牵引主要应用于各种严重的脊柱侧凸或脊柱后侧凸矫形中[38]，包括特发性脊柱侧凸及继发于脊髓灰质炎、脊柱结核、软骨发育不全、神经纤维瘤[39]的脊柱畸形病例中，也可应用于不稳定的脊柱节段的固定中，例如半椎体切除术后及前路长节段内固定物置入术后的固定中。另有学者们报道了头盆环牵引在严重椎体滑脱、漏斗胸畸形[36]、侏儒症[40]、胸腰椎骨折脱位伴下肢瘫痪[31]病例中的应用价值。Yau等[40]率先将此技术用于结核性脊柱后凸畸形的矫正中，Yu等[41]认为头盆环牵引对于重度僵硬性结核性脊柱后凸有着良好的很好的矫形作用。Sunami和Imai[31]将头盆环牵引用于25例胸腰椎骨折脱位伴下肢瘫痪的患者中，13例患者在仅使用头盆环牵引下就得到了较好的下肢肌力恢复。总结来看，对于各种类型的重度脊柱畸形、肺功能不全或者营养不良难以耐受一期手术者，或者已有神经压迫症状，一期手术容易加重者，头盆环牵引都具有极大的应用价值。

对于头盆环牵引禁忌证，文献报道不多。O'Brien[42]认为颅骨骨质疏松或骨盆骨质较薄、严重的椎管狭窄者、感染状态、急性软组织损伤以及脊髓内有占位性病变，是头盆环牵引应用禁忌证。同时对于脊柱尤其是颈椎不稳及脱位，头盆环牵引可用于固定脊柱，但禁忌牵引，以防脊髓损伤加重。有学者报道了脊髓纵裂患者经头盆环牵引后出现了神经受压症状甚至截瘫[43]，故认为牵引前应除外脊髓纵裂。

5 头盆环牵引并发症

近年来，针对头盆环牵引的测试和改良出现了大量的研究工作，尽管改进的侧重点不一样，但主要目前都是为了减少头盆环牵引并发症。头盆环牵引并发症主要可以分为器械相关、神经损伤相关及其他方面[44]。

器械相关并发症主要为头环钉和骨盆钉的周围感染[45,46]、钉道松动、误置[47]等。由于髂骨翼变异，骨盆钉误置可能损伤腹部脏器，Ransford[8]的250例患者的研究中，有4例出现了髂骨钉误置入腹膜内。也有学者报道置入骨盆钉可引起髂腰肌痉挛[48]。通过加强对头盆环牵引患者钉道的护理、伤口及时换药及抗生素的合理使用，可以明显降低头环钉及骨盆钉的感染率[49]。目前随着导航技术在术中的实时运用，骨盆钉误置率明显下降[7]。

神经损伤并发症方面，由于在牵引脊柱的同时，会同时对神经根产生牵引，导致相应神经缺血损伤及牵拉物理损伤[21]。文献报道牵引所致颅神经损伤主要包括Ⅵ、Ⅸ、Ⅹ及Ⅺ神经损伤[45]。宋西正等[37]统计了80例头盆环牵引病例，其中13例出现了短暂性颅神经（Ⅻ及Ⅵ）麻痹症状，但13例颅神经并发症患者均于放松牵引后数日内恢复正常，恢复正常后再次牵引均未再发生相应并发症。同时有学者报道了头盆环牵引后出现脊髓损伤[50]、臂丛神经麻痹（C5/C6 麻痹）[12]及喉反神经麻痹[51]。宋西正等[37]认为，牵引早期出现的神经功能障碍，多因为相关神经不适应牵引，放松牵引待并发症消失后，再次牵引多不再发生相应神经功能障碍；如在牵引晚期出现或者中期反复出现的神经功能障碍，则为不能继续牵引的指征。所以牵引过程中医务人员需要严密观察患者神经并发症，于神经症状出现早期及时调整牵引力度可以有效避免严重神经损伤并发症的发生。

其他方面，有报道称结核性脊柱后凸畸形的患者在牵引后出现了体温及血压的波动，Hsu[12]认为这与牵拉刺激了延髓体温及血压控制中枢有关。文献还报道了牵引后枢椎齿状突缺血性坏死[52]、颈椎关节突关节退变[53]、脊柱活动度的损失[51]、自发性颈椎融合[54]及颈椎僵硬等并发症，其发生率与头盆环的佩戴时间呈正相关。O'Brien[4]报道的118例头盆环牵引病例平均牵引时间为22周；Hsu[12]报道的150例头盆环牵引病例平均牵引时间为12～24周，少数病例牵引时间超过1年；宋西正等[37]报道的76例头盆环牵引病例平均牵引时间为8周。在保证牵引效果下尽可能缩短牵引时间是降低脊柱退变并发症的重要因素。

随着头盆环牵引装置不断的改良和牵引经验的积累，相对于20世纪60年代，头盆环牵引并发症发生率明显降低[55]。但减免并发症的发生依旧是学者们共同的目标。

6 其他牵引方式

Halo牵引技术，文献报道的除了骨盆牵引，还有股骨牵引及重力牵引。Halo-股骨牵引（halo-femoral traction,HFT），是最早出现的Halo牵引装置，目前因为其缺点较多而逐渐被弃用[56]。相对于头盆环牵引，HFT牵引力度有限，矫正效率低[57]，股骨钉的感染率较高[12]；同时由于股骨钉的相对固定，患者在牵引过程中缺乏下肢运动能力，长期卧床显著增加了褥疮、呼吸道感染发生率及护理难度[58]；股骨牵引后患者骨质疏松性骨折风险明显增加[59]；同时牵引后髋关节及膝关节的僵硬也是不容忽视的问题[12]。

Halo-重力牵引（halo-gravity traction,HGT）是目前运用较多的牵引装置[16]，其利用患者自身重量为反作用力[15]，从而达到持续牵引的目的。重力牵引对于脊柱畸形矫正是一种安全、有效的非手术方法[25]。其最大优点为此装置没有股骨钉或者骨盆钉，减少了钉道相关并发症[60]；同时患者可自行调节头部高度调节牵引力度，舒适性较佳，患者依从性相对较好[61]。与头盆环牵引类似，患者无需长期卧床，卧床相关并发症如褥疮、呼吸道感染发生率明显减少。相对于头盆环牵引，重力牵引其主要缺点在于牵引装置笨重庞大，患者活动能力略受限，且在俯卧或者平卧位时使用受限，故重力牵引无法在患者卧床休息时使用，不能实现全天24 h不间断牵引；同时对于极重度僵硬脊柱畸形患者，重力牵引无法在矫形术中提供持续牵引[62]。而且重力牵引提供的牵引力度有限，可控性欠佳[63]，实际矫形能力有待进一步观察。

7 总结与展望

头盆换牵引目前在国内应用不广泛的主要原因，一方面在于随着公共卫生的发展，结核病及脊髓灰质炎等感染性疾病的发生率明显降低，同时随着学校体检筛查力度加大，继发性重度僵硬性脊柱畸形的病例也在逐渐减少；另一方面，脊柱畸形患者需要很高的依从性来佩戴头盆环牵引装置，装置平均佩戴时间为5个月[41]，佩戴期间对于患者外貌及生活质量的有一定影响；同时，考虑到医院病床利用效率、住院时间等因素，很多医师更愿意选择坚强内固定装置直接行矫形手术。

头盆环作为一种古老的牵引装置，构造简单、价格低廉，可以给重度脊柱畸形的患者提供有效、持续、可控的矫正力度。相对于其他类型Halo牵引架，其效果可靠、并发症少。一期头盆环牵引可以有效地改善患者心肺功能及消化系统功能，降低二期矫形术中风险，提高矫正效率[7,64]，术后患者可以更早地进行康复训练，从而达到更好的矫正效果。对于头盆环牵引装置的并发症，在加强护理力度、及时依据患者症状调整牵引强度、合理控制牵引时间后可以得到明显控制。目前头盆环牵引生物力学及装置构造还有待进一步研究，以增加其在临床中的应用价值。进一步增加装置的简易度及舒适度，改进材料工艺从而减轻装置重量、增强其磁相容性，将医院牵引模式逐渐转化为家庭牵引模式，都将是头盆环牵引装置未来的发展方向。有理由相信，头盆环牵引装置在重度脊柱畸形中的应用价值会越来越大。