新型寰枢椎固定组合的生物力学测试△

段 俊，张兴鹏，徐晓楠，许天明*，高晓翔，左琴琴，吉应征

（1.海军特色医学中心，上海 200050；2.上海市浦东新区人民医院，上海 201200；3.海军军医大学，上海 200433）

后路寰枢椎融合技术是治疗寰枢椎不稳的主要方法，传统的后路寰枢椎融合技术有钛缆或钢丝捆扎术（Brooks技术，Gallie技术）、椎板钩或夹技术（Apofix,Halifax）、寰枢椎经关节螺钉技术、寰枢椎椎弓根螺钉技术等。临床上目前较为常用的内固定术式为寰枢椎经关节螺钉技术和寰枢椎椎弓根螺钉技术［1，2］。然而，生物力学实验及临床实践表明，每种单一技术均存在不足，且由于寰枢椎不稳病变的多样性及寰枢椎解剖变异等因素，许多患者不能进行双侧寰枢椎经关节螺钉或椎弓根螺钉固定置钉，所以本研究设计枢椎椎板螺钉联合新型寰椎椎板钩的非对称内固定系统，尝试解决遇到不能进行双侧置钉的情况时，达到重建寰枢椎稳定性的目的。本研究通过对比评价该非对称内固定系统与传统的“三点”内固定技术（寰枢椎经关节螺钉结合Gallie、寰枢椎经关节螺钉结合寰椎椎板钩）的生物力学稳定性，为其临床应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

选取6具成人尸体颈椎标本（C0～3），其中男性4具，女性2具，年龄为 26～61岁，平均（46.23±8.76）岁。无颈部外伤史、肿瘤病史、类风湿病史，标本经过观察及影像学检查以排除严重软组织损伤、骨性结构异常以及严重的骨质增生。

1.2 标本分组与模型制备

实验标本按测试的先后顺序分为完整组、失稳组、双侧寰枢椎经关节螺钉联合Gallie固定植骨模型组（bilateral transfacet screw combined with Gallie wire,bTFS+G组）、双侧寰枢椎经关节螺钉联合新型寰椎椎板钩固定植骨模型组（bilateral transfacet screw combined with a novel hook plate,bTFS+H组）、一侧寰枢椎经关节螺钉与对侧枢椎椎板螺钉联合新型寰椎椎板钩非对称固定植骨模型组（非对称组）。以往文献报道按照这样的内固定安装顺序进行装卸能尽可能减少由于在同一标本上多次手术操作破坏解剖结构完整性而造成的实验误差［3］。

完整组：将处理好的标本分别用聚酯树脂、医用牙脱粉包埋标本两端，克氏针加强固定，仅保留寰枢关节和其下相邻关节活动范围。

失稳组：从完整标本前方显露齿状突基底部，以窄的摆锯从前侧齿状突基底部造成Ⅱ型齿状突骨折制成寰枢椎失稳的模型。处理过程中保持寰枢椎两侧小关节、韧带以及齿状突周围翼状韧带、横韧带等完整性。

bTFS+G组：选择C2椎板与侧块交界处外侧2 mm，C2侧块下缘上方3 mm为进钉点，在维持复位条件下，用电转沿进钉点转孔，方向为微向前倾，严格沿矢状面方向。经过C2峡部、椎弓根，进入C2侧块，置入长度合适的螺钉固定。以Gallie技术捆扎木块模拟植骨块并加压（图1a）。

bTFS+H组：寰枢椎经关节螺钉置钉方法参照bTFS+G组中方法。在C1后结节与侧块之间区域置入新型寰椎椎板钩，并连接新型寰椎椎板钩与寰枢椎经关节螺钉。合适大小的木块模拟植骨块并加压，螺帽锁紧（图1b）。

非对称组：在右侧置入寰枢椎经关节螺钉，方法参照bTFS+G组中置法。在左侧C2椎板上选择合适进钉点，置入长度合适的螺钉固定。在C1后结节与侧块之间区域置入新型寰椎椎板钩，并连接新型寰椎椎板钩与寰枢椎经关节螺钉及枢椎椎板螺钉。合适大小的木块模拟植骨块并加压，螺帽锁紧（图1c）。

图1 不同内固定固定模型 1a:双侧寰枢椎经关节螺钉联合Gallie固定植骨模型 1b:双侧寰枢椎经关节螺钉联合新型寰椎椎板钩固定植骨模型 1c:一侧寰枢椎经关节螺钉与对侧枢椎椎板钉联合新型寰椎椎板钩非对称固定植骨模型

1.3 标本生物力学测试

生物力学测试在非破坏方式下用脊椎三维运动机系统（上海交通大学提供）进行测试。在寰枢椎上分别安装标记物装置，对标本施加1.5 Nm纯力矩，使标本产生前后屈伸、左右侧屈、轴向旋转6种生理运动。三维光学运动捕捉系统捕捉标记物的空间位置并进行坐标变换和数据计算，得出每次寰枢关节的三维运动范围。循环加载3次，前2次加载作为预处理，测量最后一个循环的运动范围（ROM）。操作中小心轻柔，避免破坏标本。整个实验过程中间断向标本喷洒生理盐水以保持标本处于湿润状态。

1.4 统计学方法

采用SPSS 20.0软件对数据进行统计分析，定量资料采用±s描述，组间比较采用单因素方差分析和两独立样本t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

不同状态下寰枢关节的运动范围（ROM）测量结果见表1。生物力学结果显示：相对于完整组和失稳组模型，3种固定方式均能显著改善寰枢椎稳定性。3种内固定组模型的ROM较完整组与失稳组模型显著减小，差异有统计学意义（P＜0.05）。3种内固定组中：bTFS+G固定组在前后屈伸和左右侧曲方向上具有最小的ROM，bTFS+H内固定组在轴向旋转运动方向上有最小的ROM。非对称内固定组ROM在前后屈伸、左右侧曲、轴向旋转方向上均较另外两组大，但差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表1 不同状态下寰枢关节三维运动范围（ROM）测量结果（°，±s，n=6）与比较

表1 不同状态下寰枢关节三维运动范围（ROM）测量结果（°，±s，n=6）与比较

注，*:与完整组比较P＜0.05；#:与失稳组比较P＜0.05；△:与bTFS+G组比较P＞0.05；&:与bTFS+H组比较P＞0.05

项目前后屈伸（F E）左右侧屈（L R）轴向旋转（A R）完整组2 2.6 0±4.9 3 1 1.4 0±2.5 8 6 3.4 3±3.2 2失稳组2 9.6 4±5.5 4*1 4.2 3±2.8 8*7 2.1 9±4.3 9*b T F S+G组1.4 4±1.0 0*#0.9 1±0.2 5*#1.2 3±0.4 7*#b T F S+H组1.7 1±1.2 1*#△0.9 5±0.2 0*#△1.2 2±0.3 4*#△非对称组1.8 0±1.0 3*#△&1.3 4±0.2 9*#△&1.4 0±0.5 3*#△&P值＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1

3 讨论

寰枢椎经关节螺钉联合Gallie技术，构成坚强的三点固定，植骨融合率可达到94.6%，被认为寰枢椎后路固定融合的金标准［8］。倪斌教授团队［9-11］研究采用寰椎椎板钩取代钢丝联合寰枢椎经关节螺钉固定，避免了钢丝固定可能带来的脊髓损伤、钢丝松动等风险，且同样为三点固定，生物力学稳定性与bTFS+G固定无明显统计学差异。但寰枢椎经关节螺钉固定要求寰枢关节解剖复位，术中不能有效地施行提拉复位操作，且部分患者由于椎动脉高弓等解剖特点，在置钉过程中可能损伤椎动脉、颈脊髓和枕大神经，以至于不适合施行寰枢椎经关节螺钉固定。全美神经外科协会通过大样本调查显示，在1 318个行寰枢椎经关节螺钉固定的患者中，椎动脉损伤率为4.1%每人，或2.2%每钉［12］；近期有一项Meta分析显示寰枢椎经关节螺钉固定技术椎动脉损伤的发生率为3.1%，神经损伤的发生率为0.2%［8］。为减少椎动脉损伤，国内外学者提出枢椎椎板螺钉技术。Gorek等［13］研究者通过对6具人体颈椎标本进行离体生物力学研究，证实枢椎椎板钉技术能够提供与经典的寰枢椎固定技术相近的稳定性。Sinha等［14］通过对41例枢椎椎板钉手术患者的长期随访中发现，除外2例失访病例，剩余的39例患者的植骨融合率达到100%，且无神经、血管损伤等并发症。该技术操作时完全避开横突孔，术中可直视下椎板置钉，故不损伤枢椎横突孔段椎动脉，相对安全简单，但该内固定系统不适用于枢椎椎板骨折的患者。

后路手术的进展还体现在非对称内固定方面。有文献报道高达18%～23%的患者存在一侧横突孔高弓［15］，10%～20%的患者存在椎动脉解剖变异导致不适合行双侧经关节螺钉固定［16，17］。人群中上颈椎的解剖变异有其普遍性，而且这些变异往往集中在一侧，即不对称性。所以刻板的实施对称内固定手术是不合适的，非对称是个体化寰枢椎内固定的必然趋势。同时，非对称内固定还作为椎动脉损失的备选手术方案，当术中发现一侧椎动脉损伤或损伤可疑时，对侧不应采用有较高椎动脉损伤率的寰枢椎经关节螺钉固定，而需要选择椎动脉损伤率低的固定方式，即非对称内固定技术。Gorek等［13］通过生物力学研究方法在尸体颈椎标本上测试了一侧寰椎侧块螺钉+枢椎椎弓根螺钉固定联合对侧寰椎侧块螺钉+枢椎椎板螺钉固定的非对称固定的生物力学稳定性，结果表明非对称固定和对称固定生物力学稳定性差异没有统计学意义。Elgafy等［18］通过离体生物力学研究表明：单侧寰枢椎经关节螺钉固定联合对侧寰椎侧块螺钉+枢椎椎板螺钉固定与单侧寰枢椎经关节螺钉固定联合对侧寰椎侧块螺钉+枢椎椎弓根螺钉固定技术可达到相同的稳定性，在对寰枢椎旋转的限制上优于仅行单侧寰枢椎经关节螺钉技术联合Gallie技术固定。但以上两位学者的研究都是针对不同螺钉组合的力学研究，而忽略了植骨方式的影响。临床通常使用卡压植骨，可改变纯螺钉内固定的力学环境，所以他们的研究结果并不完全适用于临床。

本研究采用寰枢椎经关节螺钉与新型寰椎椎板钩进行组合，对侧搭配枢椎椎板螺钉联合新型寰椎椎板钩，这样的组合能有效降低手术难度，避免椎动脉损伤。目前未见对这种非对称内固定的生物力学研究报道。本研究通过离体生物力学研究，证实该非对称内固定系统可提供与传统“三点”固定相似的生物力学稳定性。但从数据上可以看出完整组与失稳组标本的三维运动范围大于以往文献报道值［5，6，19］，这可能是由于处理标本时，过多切除寰枢关节周围覆膜和韧带所致，但该内固定手术是在相同破坏程度的标本上依次实施，所以由过度破坏带来的实验误差可以忽略。

综上所述，寰枢椎经关节螺钉与对侧枢椎椎板钉联合寰椎椎板钩非对称固定植骨可提供良好的生物力学稳定性，可为临床开展寰枢椎个体化非对称固定手术提供理论指导，但该非对称内固定系统尚不适用于寰椎后弓先天缺如或骨折以及枢椎椎板骨折的患者。