寰枕融合的形态生物力学分析

寰枕融合的形态生物力学分析

寰枕融合时，骨性畸形的存在是导致颅颈交界区域生物力学特征发生变化重要原因，然而目前尚未见详细的几何形态学证据。有作者将正常尸体标本的寰椎与枕骨固定制作寰枕融合模型，用以研究其生物力学变化，然而这种模型与实际情况尚有较大区别，无法体现除寰枕关节功能丧失外的任何骨与关节畸形特征。本组采用在体模型，获取患者的颅颈交界螺旋CT扫描数据，然后采用三维可视化技术，测量关节面的三维几何角度。测量基准采用基于三维坐标系的相互垂直的轴位、冠状位和矢状位三个方向的重建断层平面，其中轴位平面平行于FH平面。FH平面最早由人类学研究者确定，被认为平行于地面，以该平面作为参考观察寰椎下关节面倾斜角可以较好反映患者在直立状态下寰枢关节承载头部的力学特征。

枕-寰-枢结构是人体脊柱的一个特殊功能结构单元，承担头部的大部分运动功能，其中寰枕关节主要承担头部的屈伸运动，而寰枢关节主要承担头部的旋转运动，寰枕融合后，寰枕关节功能丧失，头部的屈伸功能由其它节段代偿。正常解剖形态的枕-寰-枢结构，寰椎居于枕骨髁和枢椎之间，起到类似衬垫的作用缓冲头部各种复杂运动时各关节所承受的载荷，是颅颈交界（上颈椎）所负担的复杂运动功能的枢纽。寰枕融合时，寰椎所负担的缓冲功能丧失，将导致颅颈交界各关节和韧带所承受的应力加重。因此通常认为，寰枕融合时韧带负荷加重发生疲劳，最终导致韧带拉伸形变无法维持关节对位关系发生脱位。然而，本组解剖学观测证实，先天性寰枕融合时，寰枢侧方关节的关节面常出现前倾、侧倾等角度变化，这种几何形态的变化将引起的寰枢椎之间静力学和动力学特征发生变化，可能是韧带拉伸形变和关节脱位更为直接的原因。

结果显示寰枕融合患者寰椎下关节面多数呈现向前倾斜的变化，相应的两侧关节面的前倾程度的不同，与寰枢椎脱位的程度和类型一致。这种关节面角度的变化将导致颈椎承托头部的受力平衡发生变化。因此在日常活动状态下，头部的重力和头部屈伸活动致使颅骨相对于枢椎的位置出现向前下滑落的趋势，这种脱位不仅为前后方向的错位，同时也有纵轴方向的位移亦即所谓的颅骨下沉（Cranial settling）。Naderi等报告两例颅骨下沉病例，根据该文中CT矢状和冠状图像所示，这两个病例实际存在寰枕融合。值得注意的是，这两个病例在齿状突切除术后即使已经枕颈植骨融合固定，颅骨下沉仍然进一步加重。Goel等报告了相似的病例，但未经枕颈植骨融合固定，Goel推测其原因为先天畸形致寰枢关节倾斜，导致寰椎于枢椎之上“滑脱”，引起寰枢椎脱位和颅底陷入。我们在临床上，也有发现相似的寰枕融合患者经齿状突切除和枕颈植骨线缆内固定术后，出现颅骨进一步下沉或前后脱位的现象。本组结果支持Goel的推断。

寰椎下关节面倾斜角度变化等骨和关节的形态学变化是否完全来源于先天性发育异常值得商榷。根据Wolff法则，骨在生长期间保持与作用它之上的机械力相适应。有证据表明，脊柱关节突关节关节面所受应力变化可以导致关节的形态发生变化。因此我们有理由推测，颅颈交界畸形关节的几何形态变化至少部分原因可能是由于寰枕融合后颅颈交界的应力应变变化，导致骨生长过程中发生变形，关节面变形进一步加重应力变化，进而发生恶性循环。根据文献复习和我院的病例回顾，临床难以见到婴儿和幼儿组患者，说明畸形、脱位等导致病情进展因素可能随着生长发育逐步加重，这一证据间接支持我们的推测。本组中无关节面前倾者，寰枢椎脱位仅见于1例且较轻，虽然我们尚不知关节未变形的确切原因，但至少说明没有出现应力应变的恶性循环时寰枢椎脱位的可能性明显减少。

寰枕融合伴寰枢椎脱位导致齿状突压迫延髓或延颈髓交界是此类疾病病理变化特点，因而其治疗一般涉及两个过程，即切除齿状突的腹侧减压和枕颈融合内固定术。本组结果提示寰枕融合时寰椎下关节面呈现前倾的几何形态学变化，给单纯线缆固定方式的生物力学稳定性提出了新的疑问。目前大多作者认识到采用线缆技术结合以经关节螺钉为代表的螺钉内固定技术获得的三点式固定方法可以获得最佳的生物力学效果，然而对于包含寰枕融合的先天性颅颈交界畸形患者，寰枢椎的畸形形态导致其不确定的解剖特征，椎动脉的走行变异更为复杂，给螺钉技术的安全性提出了更大的挑战。尽管如此，一些作者已经将螺钉技术成功用于先天性颅颈交界畸形，我们也已经开始螺钉技术的初步应用。Goel等对一组固定的寰枢椎脱位施行术中复位，显露侧块关节然后垫入定制网状钛片，然后施行C1-2钉棒固定，取得满意的结果，其报告的系列中部分病例为先天性寰枕融合。基于寰枕融合时寰椎下关节面的几何特征，以及这种病例的颅骨下沉趋势，为获得更稳定的生物力学效果，对寰枕融合患者采用更稳定的内固定方式是必要的。

总之，寰枕融合患者寰枢椎之间承重的侧块关节呈现不同程度的前倾和不对称是一种常见变化，这种几何形态变化导致的关节生物力学变化有可能是寰枢椎脱位的直接原因。分析关节面的倾斜角度，对于病情判断、手术指征的把握以及内固定方法的选择均有重要意义。