前路TARP系统与后路钉棒系统对枢椎下拉力的生物力学研究

夏虹，石林，赵卫东，石亮，杨庆磊，尹庆水

颅底凹陷症合并寰枢椎脱位的治疗一直是临床医师面临的难题。传统的治疗方式是切除枕骨大孔后缘和(或)寰椎后弓以扩大枕骨大孔减压，或前路切除枢椎齿状突及斜坡再行后路融合固定。在颅底凹陷合并寰枢椎脱位状态下，由于枢椎齿突上移，脊髓腹侧受压明显，此时将上移的枢椎齿突下拉，使寰枢椎复位至正常解剖位置，即可达到对脊髓腹侧减压的目的[1-3]。目前临床常用的前路经口寰枢椎复位钢板(transoral atlantoaxial reduction plate，TARP)系统及后路寰枢椎钉棒(板)系统均有将上移的枢椎齿突下拉，复位固定寰枢椎的作用[4-7]，但孰优孰劣尚无充足的依据。本研究从生物力学角度比较了前、后路固定系统对寰枢椎的复位效能，以期为临床应用提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料 获取6具年龄21～53岁(平均37岁)意外死亡男性新鲜冰冻尸体的颈椎标本(南方医科大学解剖研究所提供)，经检查排除颈椎外伤、肿瘤、骨质增生及变性疾病等，截取寰枢椎(C0-C3)段，去除椎旁肌肉、脂肪等软组织，保留骨、所有韧带和关节囊完整，制成颈椎完整状态的实验模型，双层塑料密封保存于–20℃低温冰箱冷冻备用。前路TARP系统、后路颈椎椎弓根钉棒系统均为钛合金，由山东威高骨科材料公司提供。

1.2 实验方法及分组

1.2.1 寰枢椎标本预处理 实验前标本置于室温下自然解冻4～6h，然后将标本C0和C3用聚甲基丙烯酸甲酯(自凝型，上海齿科材料厂)包埋，保留寰枢关节活动不受限。

1.2.2 实验分组 6例标本分别先后行前路TARP系统(TRAP组，n=6)和后路椎弓根钉棒系统(后路钉棒组，n=6)固定。

1.2.3 内固定器械放置 TARP组：寰椎螺钉的进钉点位于寰椎两侧侧块前表面的中心点，进钉方向为寰椎侧块的长轴方向，即向后外偏10°～15°；枢椎前路用临时复位椎体钉固定于椎体前中央[7-8]。螺钉为3.5mm骨皮质螺钉，长度为26.0mm，钢板厚2.0mm。

后路钉棒组：寰椎椎弓根钉以枢椎侧块内外缘中点作为解剖标志，进钉点位于经枢椎侧块中点的纵垂线上，距寰椎后弓上缘下方至少3.0mm，螺钉内倾10°、上倾5°，枢椎椎弓根螺钉进钉点位于枢椎侧块内上象限，椎板上缘下方5.0mm和椎管内缘外侧7.0mm的交点处，内斜10 °～15°，上倾40°[7,9]，螺钉长度为28.0mm。

1.3 生物力学测试 所有标本随机依次固定于BOSE材料试验机(ELF-3510AT，Bose Inc.，USA)上，将包埋处理好的标本上缘正对枢椎齿突部与位移传感器相连，下缘固定于力学传感器上。前路用TARP-Ⅲ系统按上述方法固定于寰枢椎上，结合撑开复位器，模拟手术撑开复位过程，在复位器旋转支点两侧相等力臂处依次施加撑开负荷(60、80、100N)，用BOSE材料试验机记录撑开过程中对枢椎的下拉力及寰枢椎间分离的位移。同理将后路椎弓根钉棒系统固定于寰枢椎上，连接棒安放在钉尾凹槽内，拧紧C2尾帽，C1尾帽拧入钉尾一半使连接棒可在椎弓根钉尾的凹槽内上下滑动，并带动寰枢椎上下分离。利用撑开器在左右两侧椎弓根钉尾连接棒处同时施加与前路相等的撑开负荷(2×30N、2×40N、2×50N)，用BOSE材料试验机记录撑开过程中对枢椎的下拉力及寰枢椎间分离的位移。

1.4 统计学处理 采用SPSS 13.0软件进行统计分析，数据结果以s表示，组间比较采用配对t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

在加载60、80、100N撑开负荷时，TARP组对枢椎产生的下拉力分别为26.11±2.08、36.08±2.40、45.01±2.26N，而后路钉棒组分别为22.09±1.45、29.77±2.36、40.80±3.41N，配对t检验分析显示，前路TARP系统对枢椎产生的下拉力均显著高于后路钉棒系统，差异有统计学意义(P＜0.05)。在加载60、80、100N撑开负荷时，TARP组寰枢椎间分离位移分别为0.87±0.07、1.07±0.07、1.14±0.06mm，而后路钉棒组分别为0.82±0.07、1.01±0.08、1.06±0.08mm，配对 t检验分析显示，前路TARP系统产生的寰枢椎间分离位移均显著高于后路钉棒系统，差异有统计学意义(P＜0.05)。

3 讨 论

3.1 颅底凹陷症合并难复性寰枢椎脱位的治疗现状 针对上颈椎疾患的治疗，临床医师设计发明了多种固定方法，包括Gellie法、Brooks法、椎板夹固定、Magerl螺钉等[10-15]。这些技术对易复性的寰枢椎脱位疗效确实，但对于颅底凹陷症合并难复性寰枢椎脱位的患者，由于其寰椎向前脱位、齿突上移、脊髓腹侧受压严重，上述技术虽能起到一定固定作用，但对脊髓腹侧的减压往往不够充分，导致临床疗效不够满意。有鉴于此，对于颅底凹陷症合并难复性寰枢椎脱位的患者，Wang等[5]采用经口前路切除瘢痕及增生的骨痂等进行松解，然后一期行后路钉板复位，将枢椎及齿突下拉后再行固定，使复位率及脊髓减压程度明显提高，但该方法需行两次较大的手术，手术时间长，创伤大，风险高。彭新生等[4]针对颅底凹陷症伴寰枢椎脱位的患者，术前予以大重量牵引，然后行后路枕颈固定治疗，取得了较好的临床效果，但此法只适用于可复性寰枢椎脱位，而且住院时间长，齿突下移复位并不十分理想。

为解决上述不足，我们采用尹庆水等[16]研发的前路TARP系统对颅底凹陷症合并寰枢椎脱位的患者进行治疗，在经口前路松解后，术中结合寰枢椎复位器将枢椎及齿突有效地下拉至解剖位置，达到即时复位，再行同期固定、融合[17-18]，避免了分期或一期后路手术，且无需切除寰椎前弓及枢椎齿突，从而达到“无创”减压。TARP技术对颅底凹陷合并寰枢椎脱位的治疗，开创了一种全新的手术方法，极大地简化了手术方式，降低了手术风险，具有良好的应用前景。

3.2 前、后路系统对枢椎的复位效能比较 对于颅底凹陷症患者，由于颅底的畸形，枢椎及齿突向上凸入枕骨大孔，使枕骨大孔及以下部分椎管相对狭小，椎管横截面积变小，延脊髓受到压迫。而在合并寰枢椎脱位时，由于各种原因导致寰枢椎骨质及其连接的韧带、关节囊等结构退变和(或)破坏，在寰椎及以上头颅等组织垂直重力作用下，寰枢椎间的韧带和肌肉等组织失去维持寰枢椎间正常位置关系的能力，即寰枢椎之间椎体前后缘的受力平衡机制失衡，寰椎向前下脱位，枢椎及齿突向后上移位[19]，从而导致椎管在滑移节段的横截面积缩小，延脊髓腹侧受到枢椎齿突及枢椎后上部压迫。

传统的治疗方式是切除枕骨大孔后缘和(或)寰椎后弓以扩大枕骨大孔减压，然而后路枕骨大孔扩大并非直接减压，其临床效果欠佳，因此需行前路松解减压，直视下切除寰椎前弓、齿状突，必要时可将枢椎椎体及斜坡下部一并切除，这就增加了手术风险及难度。故此，若能将枢椎及齿突向下拉至正常解剖位置，使寰枢椎复位以恢复椎管的有效横截面积，就能使延脊髓腹侧的压迫得到“无创”减压，从而避免上述手术风险。目前临床应用较多的前路TARP系统和后路钉棒系统对枢椎及齿突均有下拉功能，但其对枢椎及齿突下拉复位的能力大小尚无文献报道。

本研究结果显示，在施加不同撑开负荷时前路TARP系统对枢椎产生的下拉力及寰枢椎间产生的分离位移均大于后路椎弓根钉棒系统。我们认为这是由两套系统本身的复位机制所决定的。后路钉棒系统在复位过程中巧妙地利用连接棒的滑动及钉棒之间的杠杆原理，首先，椎弓根螺钉植入寰枢椎椎体，再将连接棒任意一端与椎弓根钉尾连接并拧紧，使椎体、椎弓根、连接棒一端三者成为一个整体，让另一端在椎弓根钉尾的凹槽内可任意上下滑动，然后利用撑开器在椎弓根钉尾部施加撑开负荷，连接棒在一端椎弓根钉尾部凹槽内上下滑动，从而带动寰枢椎间上下分离，而后再据连接棒的预弯幅度，通过拧紧椎弓根螺钉尾帽时的撬拨和杠杆作用将寰椎向后撬拨提拉，把枢椎及齿突下拉至解剖位置，从而使延脊髓得到有效减压。在后路撑开复位过程中，在椎弓根钉尾部间施加的撑开负荷受力点位于颈椎椎体后方，而寰椎及其以上头颅组织的脱位重心位于颈椎椎体前方，二者间的距离相距较远，其复位力臂短而脱位力臂长，故施加相同的撑开负荷时，在寰枢椎椎体间产生的分离力量较小，对枢椎产生的下拉力小，寰枢椎间产生的分离位移也较小，即复位效能较差。在前路TARP系统的复位过程中，TARP钢板固定于寰枢椎体前方，结合复位器，在前方撑开分离寰枢椎，其撑开负荷直接施加于椎体前方。与寰椎及其以上头颅组织的脱位重心距离较短，相对于后路椎弓根钉棒系统，其复位力臂长、脱位力臂短，故在寰枢椎椎体间产生的分离力较大，对枢椎产生的下拉力大，寰枢椎间产生的分离位移也较大，故其复位效能也相对较好。

综上所述，本研究结果表明，在相同条件下前路TARP系统对枢椎向下的拉力和寰枢椎间的分离位移均明显大于后路椎弓根钉棒系统，提示对颅底凹陷症合并寰枢椎脱位的治疗，前路TARP系统可作为临床较好的选择方案。

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