寰枢关节的生物力学研究与临床应用

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1、寰枢关节的生物力学研究与临床应用作者：时雨，李军，游路宽，朱星红【关键词】寰枢关节；生物力学；临床应用寰枢关节作为枕颈部的移行部位和构成头颅旋转运动的重要结构，其形态结构复杂，作用关键，因其邻近颈髓、椎动脉和颈神经等重要结构，故该关节损伤后不仅可导致寰枢椎不稳，而且可造成高位颈脊髓急性或慢性的压迫并出现相应的临床症状。寰枢关节由寰椎、枢椎及维持其关节稳定的横韧带、翼状韧带等结构组成。了解寰枢关节的生物力学特征，可进一步揭示寰枢关节的运动和损伤机理，并为寰枢椎失稳的临床诊断和治疗提供可靠的理论依据。本文就寰枢椎的生物力学研究及常见临床应用作一综述。1寰枢关节

2、的生物力学研究1.1寰椎寰椎呈环状，前弓长度为(19.8±2.3)mm，齿突高度为(15.9±1.9)mm，最大横径为(10.5±0.6)mm，最大矢状径为(11.5±1.9)mm。桂斌捷等［1］采用有限元方法构建寰椎三维骨性结构，分析寰椎在中立、屈曲、后伸三种位置下应力分布状况，寰椎前弓和前结节交界处、前弓和侧块交界处、后弓和侧块交界处、后弓和后结节交界处是应力较为集中的部位，也是寰椎骨折容易发生的部位，支持了Ted等［2］人关于寰椎在不同位置下受伤时骨折的机制不尽相同的观点。因此，寰椎应力分布主要依赖外力作用的方向、损伤时头颅的位置、寰椎的几何形状和寰

3、椎力学特征；这些因素共同决定寰椎骨折的部位、骨折类型。1.2枢椎枢椎椎弓根长度为(20.1±2.9)mm，宽度为(7.3±1.3)mm，高长度为(8.5±0.7)mm，椎弓根由后外下向前内上走向，平均内倾角为9.0°±6.5°，上倾角为42.4°±5.3°，上述参数对于后入路经寰枢关节螺钉内固定术具有重要意义［3］。由于椎动脉在经过枢椎侧块下方时，20%的人形成一动脉压迹沟，致使侧块和椎弓根变薄至2mm以下，而不适宜于经椎弓根螺钉固定，需引起特别注意。对于齿突因素造成的寰枢关节障碍，张美超等［4］的研究结果显示对于齿突前部斜向后下方载荷，应力集中区从齿突前

4、上部斜贯穿至后下部；对于齿突前部斜向后上方载荷，应力集中区从齿突前下部斜贯穿至后上部；在齿突后部载荷下，其应力集中情况与前部载荷相似，不过应力集中区位置有所偏下。1.3横韧带横韧带是维持寰枢椎稳定的最主要韧带，长19.7～21.9mm，厚2.0mm(中央部)，高8.5～11.3mm(中央部)、5.7mm(两侧附着部)。有人在生物力学实验中分别对寰椎关节施加过屈、过伸及水平剪切等载荷，结果均未能造成齿突骨折。因此认为前后水平方向的外力主要引起韧带结构的破坏［2］。另有人在实验中分离牵拉侧块，造成横韧带的纯牵拉负荷，发现使横韧带损伤的平均负荷量为581N，在明

5、显的阻抗出现前，韧带平均仅可拉长2.3mm，而1557N的抗拉伸强度足以抵抗生理负荷［1］。上述生物力学测量表明横韧带相当坚韧且弹性小，在限制寰枢关节的前屈运动和寰椎向前过度滑移方面发挥重要作用。1.4翼状韧带翼状韧带主要作用在于限制寰枢关节的轴向旋转运动。翼状韧带长10.3～12.3mm，齿突起点处宽6.9mm、厚6.9mm，枕骨髁止点处宽6.6mm，截面为椭圆形，面积约3.2mm2，两韧带水平投影成150°～180°角。有研究发现左侧韧带断裂使寰枢关节左右轴向旋转分别增加了22.0%、25.9%，表明一侧翼状韧带断裂后寰枢关节双侧运动范围均增加，且双侧

6、间无显著性差异，翼状韧带作用需要双侧共同协调［4］。此外翼状韧带损伤部位与载速率有关，速率低时损伤多在韧带的骨附着处(齿突或枕髁)，而速率高时损伤发生在韧带本身。这对于翼状韧带损伤的治疗有一定指导意义。2寰枢关节临床应用2.1寰枢关节的损伤原因寰枢关节损伤主要有以下几种原因：①意外突发暴力损伤，如高空坠落、车祸和体育运动伤等。脊柱力学分析表明［5］，如果外力作用方向与脊柱的夹角越小，脊柱受到垂直方向的压力就越大，颈椎发生压缩性骨折的概率就越大；反之亦然。②先天性胚胎发生和发育异常，如齿状突游离小骨畸形。③咽部炎症是造成上颈椎不稳的最重要原因。咽部炎症侵至咽

7、后壁可造成寰枢关节周围的软组织的水肿、松弛。此外，结核、肿瘤及部分骨质脱钙，会导致韧带的松动、撕脱，进而导致寰枢椎关节不稳。2.2寰枢关节损伤的手术治疗手术治疗适用于有较大位移的骨折、难复性损伤和经保守治疗后仍存在不稳的损伤。手术方式的选择应根据寰枢椎不稳的类型、部位、严重程度以及复位情况、有无脊髓损伤等来决定。对于单纯性寰枢关节不稳者尤其是年幼病人多采用Brook法寰枢椎后路融合术，对于寰枢椎脱位明显者多采用Gallie法寰枢椎后路融合术［6］。由于该方法操作简单，风险相对较小，特别是儿童患者大多不适合用椎板夹或经关节突螺钉固定等方法，所以目前后路融合固

8、定技术在寰枢椎融合术中占有重要地位［7］。为克服Brook法和Ga