从仿生学角度论寰椎骨折的治疗

郝定均 杨俊松 刘团江 贺宝荣

上颈椎包括寰椎和枢椎，位于颅颈交界区，在头侧上承颅骨，在尾侧与下颈椎毗邻。作为“承上启下”的重要结构，寰椎和枢椎单一椎节的旋转活动度最大，其椎管内的颈脊髓与生命中枢延髓相续，在枢椎椎体内部穿行的椎动脉经横突孔及寰椎后弓上方的椎动脉沟汇入颅内。直接暴力可导致寰椎骨折，进一步影响寰枢关节周围“筋骨”结构的稳定性，导致寰椎和枢椎序列失常甚至脱位。由于损伤机制不同，寰椎骨折的形态改变各异，随着寰椎和枢椎正常解剖对位关系的破坏，其支撑及运动功能紊乱，轻症患者可仅出现颈项部疼痛，重症患者可因延髓受到压迫或椎-基底动脉系统供血的中断出现四肢瘫痪、呼吸功能衰竭甚至病死。由于寰椎位置深在，血管神经密布，寰椎骨折手术治疗难度大，风险高，曾被视为颈椎外科的禁区。由骨科学“自然修复、功能至上”治疗理念孕育而生的仿生骨外科学(bionic orthopaedic surgery，BOS)，以正常骨骼的解剖和功能作为仿生对象，应用先进的技术、材料或器械，将骨伤或骨病最大程度地修复到正常解剖和功能状态。根据仿生修复方式的不同，将骨外科的仿生治疗术式细分为仿生替代治疗与仿生自然治疗两大类[1]。以下从BOS的角度对寰椎骨折的仿生治疗现状进行回顾，为规范并改进寰椎骨折的诊疗决策提供新的思路。

上颈椎位置深在，患者受到高处坠落伤或交通事故伤时颅骨承受向尾侧传导的轴向负荷是寰椎骨折的主要原因。寰椎不同于下颈椎椎体，其解剖存在独特性。寰椎缺乏椎体，其前后弓与左右侧块的交界处骨质薄弱，轴向外力易使寰椎炸裂，导致Jefferson骨折。侧块关节囊以及齿状突周围附着的翼状韧带、齿突间韧带和十字韧带共同参与上颈椎力学稳定性的维持，因此寰椎骨折患者会存在不同程度的韧带损伤。基于骨骼可再生修复的生物学属性以及韧带结构部分可自愈的能力，仿生治疗通过系统评估对可采用保守治疗的患者进行识别并通过必要的干预手段实现创伤的自然修复，达到仿生自然的状态；而对保守治疗无效或不稳定骨折的患者，通过早期外科干预，最大程度地重塑力学支撑及运动功能，亦可实现仿生自然治疗。因此，在寰椎骨折的治疗决策中，术后的仿生重建策略应全面考量骨性结构及韧带结构稳定性的评估与重塑。1822年Cooper首次报告寰椎骨折，直到1920年Jefferson才首次对寰椎骨折进行系统归类[2]。随着研究的深入，寰椎横韧带被视为维持寰椎稳定的主要结构，这一观点也被纳入美国神经外科医师学会发布的相关指南和中国医师协会骨科医师分会颁布的《成人急性寰椎骨折循证临床诊疗指南》[3-4]。MRI提示断裂是横韧带断裂诊断的唯一直接证据[5]；而CT冠状面上寰椎双侧侧块外移距离>6.9 mm、矢状面寰齿前间距>5 mm或横断面横韧带撕脱是其间接诊断标准。上颈椎损伤机制较为复杂，临床上发现并非所有横韧带完好的前弓骨折或后弓骨折都是稳定骨折。寰椎前弓后面的齿凹与枢椎齿突的前关节面构成齿凹关节，与齿突后方寰椎横韧带等韧带结构共同维持寰椎的稳定。当寰椎前弓存在多处骨折时，即便横韧带完好，颈部后伸可使齿突突破寰椎前弓的骨性束缚发生前移位，继而引起寰椎后弓及横韧带后向移位；当前弓和后弓均存在骨折时，寰椎可能发生以横韧带附着点为支点的旋转移位。因此，寰椎横韧带并非维持寰椎稳定的唯一因素。不仅横韧带本身的完整性对寰枢椎稳定性产生影响，横韧带止点的撕脱骨折也会因横韧带张力带功能丧失引发寰枢椎失稳。

在之前的报道中，寰椎骨折的保守治疗与手术治疗均存在一定的缺陷。保守治疗存在周期长、患者耐受差和并发症发生率高等缺点，治疗后期部分患者诉有颈项部疼痛、枕颈失稳及神经功能障碍等症状，若骨折断端不连仍需后期手术干预[6]。传统的手术治疗方法主要包括寰枕融合术和寰枢融合术。寰枕融合术牺牲了寰枕关节和寰枢关节，术后上颈椎旋转及伸展运动均受限，上颈椎90%的活动功能由此丧失。寰枢融合术尽管保留了寰枕关节的活动度，但由于寰枢关节是枕颈部旋转活动的枢纽，上颈椎50%左右的旋转功能因寰枢融合而丧失。寰椎骨折多由纵向暴力所致，侧块爆裂导致横向走行的横韧带撕裂，而纵向走行的韧带由于枕颈部的相对短缩得以保留完整。因此，对侧方炸裂的寰椎侧块进行有效复位后，枕颈部的垂直高度得以恢复，纵向走行的韧带得以紧绷，重塑其张力带功能，在正常生理载荷下重建寰枢椎的稳定性[7]。基于上述理论，有研究通过系列探索，在优化寰椎分型评估及螺钉置入技术的基础上，自主研发了寰椎钉板内固定系统，并提出了寰椎单椎节内固定术[8-11]。该术式通过后路钉板的置入，在骨折断端实现加压稳定，通过断端骨小梁的再生与修复实现寰椎骨折的仿生自然重建。

然而，如何对寰椎骨折进行准确的分型与评估，做到“应治尽治，精准施治”，实现寰椎骨折的仿生治疗，是目前亟待解决的问题。寰椎仿生治疗的原则主要是对保守治疗效果确切可靠的患者尽可能采用外固定达到寰椎的仿生自然修复，而对保守治疗效果欠佳的患者以“结构稳定、功能最优”为出发点，尽可能通过手术达到寰椎的仿生自然重建。寰椎稳定性的精准评价使寰椎骨折仿生治疗阶梯化模式成为可行。以生物力学稳定性为考量要素，遵循“损伤逐级递增，稳定性逐级递减”的原则，可将寰椎骨折划分为3型，对各型骨折应采用不同的固定策略。不合并横韧带断裂的前弓单处骨折或后弓单处骨折为Ⅰ型寰椎骨折，为稳定型骨折，对此型骨折患者可采用硬颈围固定行保守治疗[12]。Ⅰ型骨折以外的寰椎骨折为不稳定型骨折，其中横韧带完好者为Ⅱ型寰椎骨折，横韧带断裂则为Ⅲ型寰椎骨折。对Ⅱ型及Ⅲ型寰椎骨折患者，硬颈围固定难以提供足够的稳定性，应增加固定的强度。对Ⅱ型寰椎骨折患者建议采用头颈胸支具或Halo-vest外固定架；Ⅲ型寰椎骨折稳定性最差，对此类患者建议采用Halo-vest外固定架或手术内固定治疗，手术首选寰椎单椎节固定方式。对寰椎和枢椎复合骨折或寰椎骨折不愈合导致寰椎和枢椎失稳的患者，可考虑行寰枢融合手术治疗。枕颈部固定融合术仅适用于急性寰椎侧块粉碎性骨折(侧块碎裂严重致使无法置入侧块螺钉或累及寰枕关节稳定性)或陈旧性寰椎骨折已畸形愈合的患者。这一治疗策略符合BOS理念，通过评估分型，以力学稳定性为考量点，实现寰椎骨折的精准施治及仿生重建。

展望未来，寰椎骨折的仿生治疗仍存在以下几个问题，需进一步探索。首先，虽然仿生自然治疗对于大部分寰椎骨折患者效果可靠，但对严重寰椎骨折脱位患者，无论前路还是单纯后路手术均难以完全实现解剖学复位，导致术后残余颈枕部疼痛。甚至对少数病例不得不采用寰枢融合固定或颈枕融合固定手术，牺牲上颈椎的活动功能。因此，有待研发更加理想的复位内固定器械，以提升寰椎骨折仿生自然治疗的效果。其次，部分学者对采用单椎节内固定治疗合并横韧带损伤的寰椎骨折仍存有争议，其焦点主要在于如何判断寰椎横韧带损伤以及侧块撕脱对寰枢椎稳定性的影响程度[6]。未来可通过生物力学研究确定寰椎横韧带损伤以及侧块撕脱需固定融合的界值。最后，针对因陈旧性寰椎骨折脱位合并顽固性颈枕疼痛使生活质量受到严重影响的患者，通过将医学和工程学等学科深度融合研发人工寰枢关节，实现伤后寰枢椎功能与结构的生理重塑，即仿生替代治疗[13-14]。