目的1、通过离体生物力学研究,分析寰枢椎融合角度变化对下颈椎运动范围和椎间压力的影响,揭示下颈椎曲度出现异常的生物力学机制,为临床诊治提供重要的理论指导。2、通过建立上颈椎固定于不同角度的三维有限元模型,对下颈椎各运动节段的运动范围、椎间压力、前纵韧带张力以及侧块关节关节面压力的数据进行综合分析,试图找到相对较为合适的寰枢椎固定角度,以减少下颈椎发生后凸畸形的风险。3、通过长期的临床随访,对使用C1侧块螺钉和C2椎弓根螺钉技术以及Magerl技术后的C1-C2固定角度和术后C2-C7矢状位曲度的关系进行评价。方法1、为了使实验能更客观真实的模拟患者寰枢椎固定术后的实际情况,有鉴于人类颈椎部位有其独特的解剖学构造,我们根据目前常用的颈椎力学实验方法,使用青壮年新近死亡的冷冻尸体标本作为实验材料。我们在8具成人颈椎尸体标本上模拟三维颈椎运动。先于三维材料测试系统上行正常标本测试,其后分别将寰枢椎固定于3个不同角度(中立位,中立位-10°,中立位+10°)并进行测试。各运动节段运动范围和4个下颈椎节段(C2-C3、C3-C4、C4-C5和C5-C6)的椎间压力得到监测。2、在全颈椎三维有限元模型上模拟加载C1侧块螺钉及C2椎弓根螺钉(Harms技术),并通过改变钉尾间距,构建3种不同寰枢椎固定角度全颈椎模型,对3种寰枢椎固定角度全颈椎模型下颈椎节段活动度、前纵韧带应力、椎间压力及侧块关节应力进行分析比较。3、通过对2010年9月至2012年9月间收治的由同一名术者利用C1侧块螺钉和C2椎弓根螺钉固定或者Magerl技术结合线缆固定治疗寰枢椎不稳的30名患者进行了回顾性研究。术前、术后以及最后的随访期对前屈位的寰齿间距(ADI)进行评估。中立位拍摄侧位片对脊髓可用间隙(SAC)进行评估。中立位侧位片测量Oc-C1、C1-C2、C2-C3以及C2-C7的矢状位角度。结果1、离体生物力学实验结果:下颈椎各运动节段运动范围变化模式是类似的。在前屈后伸测试中,固定的寰枢椎角度导致运动范围相较正常标本组显著增大,而且在前屈测试中,更大的寰枢椎固定角度会进一步增加下颈椎运动范围,在后伸测试中,更小的寰枢椎固定角度也会进一步增大下颈椎运动范围。轴向旋转测试中,所有寰枢椎固定组相较正常标本组都有显著的运动范围增大,而所有寰枢椎固定组间,运动范围增幅相当。侧屈测试中,各寰枢椎固定组和正常标本组之间并没有显著地运动范围差异。椎间压力分析结果显示,寰枢椎固定于较大寰枢椎角度将导致C2-C3、C3-C4和C4-C5节段在前屈测试中椎间压力显著增大。2、三维有限元实验结果:寰枢椎固定角度越大,下颈椎代偿性前屈越明显,寰枢椎固定角度越小,下颈椎代偿性后伸越明显,3种不同角度寰枢椎固定模型与正常模型相比,均有明显的下颈椎代偿性旋转运动。椎间压力测试显示椎间压力在前屈测试中随着寰枢椎固定角度的增大而明显增大。前纵韧带张力测试和侧块关节关节压力测试显示,寰枢椎固定角度过小(中立位-10°)造成下颈椎过度后伸运动的同时将使前纵韧带模块拉伸,造成拉力增大,而侧块关节作为旋转轴,关节压力也将增大。寰枢椎固定造成下颈椎过度旋转运动的同时将使旋转方向对侧的侧块关节压力增大,同时前纵韧带拉力小幅增大,不同固定角度造成的影响差别不大。3、临床研究结果:两组患者术后ADI和SAC均得到了显著的恢复。然而,术后Magerl组的平均C1-C2矢状位角比Harms组更加前凸。无论是Harms组还是Magerl组,C1-C2角的变化值和C2-C7角的变化值之间有线性负相关关系。结论1、离体生物力学研究结果显示,在混合测试模式下,寰枢椎固定将导致下颈椎的代偿运动,以弥补寰枢椎因固定所产生的运动范围损失。当寰枢椎固定于相对前凸的位置时,下颈椎将有更多的代偿性前屈,相反的,寰枢椎固定于相对后凸的位置,下颈椎将有更多的代偿性后伸。而且,当寰枢椎固定于前凸的位置时,下颈椎椎间压力在前屈测试时会显著增大。之前有研究认为增大的活动度和椎间压力会破坏椎间盘的营养供应,并进一步产生椎间盘进展性退变,而这会导致下颈椎曲度不良。因此,为使下颈椎保持矢状位生理曲度,寰枢椎应该固定于中立位或者固定于一个较小的寰枢椎角度,而不能固定于相对前凸位。2、三维有限元研究结果显示,当寰枢椎固定于中立位+10°时下颈椎将出现过度的代偿性前屈运动,进而将增大前屈测试中的椎间压力,而当寰枢椎固定于中立位-10°时下颈椎将出现过度的代偿性后伸运动,将使前纵韧带张力及侧块关节压力明显增大,而寰枢椎固定造成下颈椎过度旋转运动的同时将使旋转方向对侧的侧块关节压力增大,同时前纵韧带拉力小幅增大,不同固定角度造成的影响差别不大。在现实情况中,这些改变将导致下颈椎前纵韧带、椎间盘以及关节突关节退变加速,椎间高度降低,进而出现矢状位曲度不良。合理的寰枢椎固定角度应该为中立位(或者是上下颈椎达到平衡时的初始位置)。3、回顾性临床研究显示,无论采取Harms技术还是Magerl技术,术后C1-C2角的前凸改变和C2-C7角的后凸改变密切相关。Harms技术对于术中控制C1-C2矢状位角度更加有效。为减少术后下颈椎发生后凸改变的风险,手术医师应该对于C1-C2固定角度的选择慎之又慎。必须在术前全面考虑颈椎整体序列以确定寰枢椎固定角度。