
==== Front
Zhejiang Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban
Zhejiang Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban
ZJYB
Journal of Zhejiang University (Medical Sciences)
1008-9292
《浙江大学学报》编辑部 杭州市天目山路148号浙江大学西溪校区浙江大学出版社415室

39183068
1008-9292(2024)04-0443-07
10.3724/zdxbyxb-2024-0220
2024-0220
R322.7+1
a
Monographic Reports
椎基静脉孔的解剖学和生物力学特征及其临床意义
Anatomical and biomechanical characteristics of basivertebral foramen and its clinical significancehttp://orcid.org/0000-0002-3974-1813
李 生鋆 LI Shengyun
http://orcid.org/0000-0002-7067-5754
赵 兴 ZHAO Xing
浙江大学医学院附属邵逸夫医院骨科，浙江 杭州 310016
Department of Orthopedics, Sir Run Run Shaw Hospital, Zhejiang University School of Medicine Hangzhou 310016 China
沈 敏
沈 洁
赵兴，主任医师，博士生导师，主要从事脊柱微结构及其生物力学研究；E-mail：zhaox@zju.edu.cn；https：//orcid.org/0000-0002-7067-5754
ZHAO Xing, E-mail: zhaox@zju.edu.cn, https://orcid.org/0000-0002-7067-5754
李生鋆，主治医师，主要从事脊柱微结构及生物力学研究；E-mail：lsyxywx@163.com；https：//orcid.org/0000-0002-3974-1813

25 8 2024
53 4 294 443449
20 5 2024
12 7 2024
2024
The Author(s)
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)
椎基静脉孔是椎体后壁的皮质缺损区域，在人类及常见哺乳动物中均有存在，是椎基静脉、腰动脉分支、脊神经返支等结构进出椎体的天然孔道，其存在改变了椎体局部微结构，导致椎体中部区域皮质骨缺损及骨小梁稀疏，进而影响了椎体的生物力学特征，使椎体中部成为椎体的一个“薄弱”区域。在椎体内，部分特征性损伤的产生与椎基静脉孔有关，如椎体压缩性骨折及骨折不愈合产生的椎体裂隙征、椎体爆裂性骨折及椎体后上缘骨折块，以及治疗过程中产生的骨水泥漏等。本文就椎基静脉孔的解剖学特征、发育生物学特征、椎基静脉孔对生物力学特征的影响、椎基静脉孔相关的椎体疾病及治疗进行综述，以期为临床椎体骨折诊疗提供参考。

Basivertebral foramen is a natural orifice in the posterior wall of the vertebral body existing in humans and mammals, through which the basal vertebral vein, branch of lumbar artery and recurrent branch of spinal nerve enter and exit the vertebral body. Basivertebral foramen changes the local microstructure of the vertebral body, resulting in cortical defect and sparse trabecular bone in the central region of the vertebral body, thus affecting its biomechanical characteristics and making its central region a “weak” area of the vertebra. Some characteristic injuries of the vertebra are related to basivertebral foramen, such as vertebral compression fracture and intervertebral cleft, vertebral burst fracture and posterior upper vertebral fracture fragment, and cement leakage during treatment. In this article, the anatomical and developmental biological characteristics of basivertebral foramen, the impact of basivertebral foramen on biomechanical characteristics, and the treatment of basivertebral foramen related vertebral diseases are reviewed, in order to provide references for the clinical diagnosis and treatment of vertebral injuries.

椎基静脉孔
解剖学
生物力学
椎体疾病
综述
Basivertebral foramen
Anatomy
Biomechanics
Vertebral diseases
Review
中西医协同创新基金
==== Body
pmc脊柱是人体的中轴骨，在椎体后壁两个椎弓之间的正中位置存在一个皮质缺损区域即为椎基静脉孔。椎基静脉孔是动静脉（椎基静脉、腰动脉分支等）和神经（脊神经返支等）进出椎体的主要通道，在椎体的大体标本、磁共振和CT等影像上均可观察到（图1）。椎基静脉孔因皮质骨缺损及骨小梁稀疏，是椎体的生物力学薄弱区域。

图1 椎基静脉孔示意图

Figure 1 Basivertebral foramen diagram

A：CT矢状位重建图像；B：椎基静脉孔MRI-T1加权像矢状位图像；C：椎体正中矢状位椎基静脉孔解剖图；D：新鲜大体标本中椎基静脉孔位置解剖图. 红色箭头所指为椎基静脉孔. CT：计算机断层扫描；MRI：磁共振成像.

常见哺乳动物均存在椎基静脉孔，可因物种不同而存在结构差异。相较而言，人类的椎基静脉孔更大，可能是由于进化方向不同导致脊柱所承受的载荷及功能不同：直立行走对椎体造成较大的压力负荷，而椎体微损伤的修复需要更多的血液供应，因此孔隙结构更大。Bailey等［1］通过蛋白基因产物9.5对神经纤维进行染色，研究人腰4椎体中的神经分布，发现椎体（包括终板的神经）绝大多数通过椎基静脉孔进入椎体，散布到椎体各个方位，这也解释了椎基静脉孔尺寸明显偏大的原因。本文就椎基静脉孔的解剖学特征、发育生物学特征、椎基静脉孔对生物力学特征的影响、椎基静脉孔相关的椎体疾病及治疗进行综述，以期为临床椎体骨折诊疗提供参考。

1 椎基静脉孔的解剖学特征

目前，通过人群CT检查及尸体标本解剖已证实了椎基静脉孔的存在［2-5］。测量并描述其解剖学特征可以为临床影像学检查及手术提供形态学依据。椎基静脉孔不仅在不同物种中存在差异，在人群中也不尽相同，见图2。赵兴等［6］通过对36名健康成人胸腰段椎体进行螺旋CT薄层扫描，并对每个节段单独进行正中矢状位和横断位重建研究，发现上终板相比下终板更接近椎基静脉孔，并根据形态将椎基静脉孔分为三种形状：三角形（65%）、梯形（24%）、不规则形（11%），其中不规则形椎基静脉孔内部出现骨性间隔的比例为6%。Yu等［7］将椎基静脉孔分为两种形状：magistral型（一个大的、位于中央的孔，宽度或高度在5 mm及以上）和dispersed型（多个小孔），发现在2968个椎体中801个椎体是magistral型，并认为其与硬膜外骨水泥漏相关。Wang等［8］回顾性分析了300多名成人的磁共振资料，测量椎基静脉孔相关参数并评估了性别、身高、体重、体重指数、饮酒、吸烟、工作类型（体力工作或非体力工作）等对椎基静脉孔形态的影响，发现60岁以上人群的椎基静脉孔高度更高，女性腰椎的椎基静脉孔相对较高、较深，重体力劳动会降低椎基静脉孔的高度。

图2 椎基静脉孔不同形状及分型CT图

Figure 2 CT images of different shapes of basivertebral foramen

A：三角形；B：梯形；C：不规则形；D：不规则形中特殊类型（骨间隔型）；E： magistral型；F：dispersed型. 其中E和F为CT矢状位重建图像. CT：计算机断层扫描.

椎基静脉孔的存在会对椎体的微结构产生影响。通过micro-CT测量椎体内不同区域骨小梁的分布，发现椎体内各部位微结构存在差异，椎体中部的骨体积分数BV/TV、骨小梁数、连通密度、结构模型指数和骨密度较上部和下部低，而骨小梁分离度较上部和下部高；随着骨小梁分离度增高，椎体中部BV/TV、骨小梁数、连通密度和骨密度降低20%~39%，因此从解剖学角度解释了椎基静脉孔可致椎体中部皮质骨缺失及骨小梁稀疏这一现象［9］。

2 椎基静脉孔的发育生物学特征

Doskocil等［10］研究显示椎体的软骨终板是椎体的一部分，在个体发育过程中，典型的生长软骨（骨骺）在面向椎体的软骨终板表面形成，因此从椎体生长角度来看，椎体应该是长骨的一种。但与其他长骨不同，椎体骨骺从不骨化，而在其生长期结束后缩小成位于椎体和椎间盘之间的透明软骨终板。椎体的中央动脉由穿过椎基静脉孔的营养动脉延续形成，其中心血管分布是在胎儿发育过程中建立起来，且中央动脉的弯曲度和椎体周围血管数随年龄增长而增加［1］。椎基静脉孔由椎体发育而生成。随着椎体周围血管数增加，通过中央血管的营养供应减弱，椎基静脉孔的深度减小。另外，由于微骨折或蠕变变形使椎体血供受损而产生营养不良，可能导致椎体变性，促进周围血管浸润，从而导致椎基静脉孔深度减小［8］。此外，椎基静脉孔高度与椎体高度的比值随着年龄增长而增大，继而椎体后壁在暴力下会变得更加脆弱，因此，老化的骨质疏松型骨折患者的椎体一般表现为扁平形，而年轻的骨折患者的椎体常呈楔形。同时，随着年龄增长、血管老化及椎体供血相对不足，椎基静脉孔高度增高、变大［8］。综上，椎基静脉孔的形态随着年龄增长、椎体及血管退变等发生动态变化，以适应椎体内部营养需求及生物力学特征变化。

3 椎基静脉孔影响椎体生物力学特征

椎体由骨小梁和皮质骨组成。骨小梁是一种分布在椎体及长骨中的不规则片状或线状骨组织，内部呈疏松的海绵状，是松质骨的主要结构。皮质骨是骨骼致密的外表面，占骨骼质量的80%~82%，其与骨骼的脆性密切相关。椎基静脉孔是椎体后壁的皮质缺损区域，因血管、神经等的穿入使其骨小梁稀疏。椎体的生物力学特征主要表现为强度和韧性，而强度和韧性高度依赖于骨消散导致应变增加的应力的能力，以及防止微损伤扩展的微观结构特性［11-13］。椎体生物力学特征由皮质骨和骨小梁的生物力学特性共同决定。研究表明，椎体生物力学特征与以下几种因素密切相关［14］：①椎体的形态学特征，由骨组织数及分布决定；②椎体组织的整体组成；③骨组织成分的生物物理学特性，如胶原交联的程度和类型、矿物晶体的大小及其结晶度。可见骨量减少、微结构改变均会影响骨强度。Fonseca等［13］研究证实，椎体强度由骨矿化程度、羟基磷灰石晶体大小和异质性、胶原特性、骨细胞密度、骨小梁和皮质微结构，以及整个骨的几何形状共同决定，每一种因素都可能独立影响椎体生物力学特征；椎基静脉孔影响了椎体的整体组成及内部骨组织的微结构，从而影响椎体的生物力学特征。

3.1 椎基静脉孔影响骨小梁的生物力学特征

在宏观结构上，由板状骨小梁和柱状骨小梁组成骨小梁的支架形成了一种既有一定硬度、又有一定韧性的结构，为填充骨小梁间柔软、高度细胞化的骨髓提供了框架。在微观结构上，骨小梁的物质组成如矿物质含量、胶原含量，以及骨小梁的微结构（如BV/TV、骨小梁数）等共同决定了骨小梁的生物力学性质，骨小梁可以有效地进行载荷分散传导［15］。骨小梁是椎体内主要的载荷骨，通常认为在压缩时骨小梁的弹性特征主要表现为弹性模量［16］。力学试验与有限元分析均证实，骨小梁的弹性模量与BV/TV呈正相关［17-19］。骨小梁的强度定义为其结构破坏前所能承受的极限应力，其数量、厚度、BV/TV均与强度成正相关。其中，骨小梁的强度与BV/TV相关性最大：随着BV/TV减小，骨小梁由板状变成脆弱的棒状，骨小梁数相应减少，骨小梁分离度增加，骨小梁强度迅速下降［20-22］。椎基静脉孔的存在引起椎体中部BV/TV减小，进而导致其骨小梁强度下降。

当椎体承受轴向载荷时，骨小梁承担了绝大多数的载荷，占整个载荷的76%~89%［23］，并将其转换成椎体内部的剪切应力。椎体内部剪切应力的变异性与骨小梁脆性相关，且变异性会随着BV/TV的减小而增大，即BV/TV越小，变异性越大，椎体内部剪切应力分布越紊乱，椎体内骨小梁脆性增加。椎基静脉孔可导致椎体中部区域剪切应力紊乱，因此增加了骨小梁脆性。

3.2 椎基静脉孔影响皮质骨的生物力学特征

在椎体中，皮质骨约占骨骼质量的30%~60%［24］。皮质骨与骨骼的脆性密切相关，其强度主要由孔隙率和骨量决定［25］。随年龄增长，骨量逐渐下降，在丢失的骨量中70%是皮质骨，主要是皮质骨内重塑不平衡增大孔隙率所致；在低孔隙率的致密结构如皮质骨中，孔隙率的增大会迅速降低其刚度，导致皮质骨由致密结构向稀疏结构转化，从而降低了骨强度［26］。已有文献报道，在椎体中由于椎基静脉孔的存在，椎体中部孔隙率比上部增大33%，比下部增大28%［9］。另一个影响皮质骨强度的因素是骨量。皮质骨组织数或密度的微小变化对其刚度的影响比骨小梁的类似变化更为明显［27］。随着年龄增长，骨量流失，BV/TV减小，且皮质骨强度下降的程度远高于骨小梁。可见随着年龄增长，椎基静脉孔导致的皮质缺损进一步增大，椎体的脆性进一步增加，强度进一步下降。

综上，椎体中部椎基静脉孔区域是椎体的一个力学薄弱区域，该处骨小梁分布稀疏，皮质骨缺损，BV/TV减小，皮质孔隙率增大。对于骨小梁来说，椎基静脉孔通过减小BV/TV及增加椎体内部剪切应力的变异性明显影响椎体中部区域的生物力学特性，使骨小梁强度下降。对于皮质骨来说，椎基静脉孔通过增大皮质骨的孔隙率及减小BV/TV导致椎体中部的皮质骨强度更低，脆性更高。可见椎基静脉孔能影响骨小梁及皮质骨的生物力学特性，进而影响椎体的生物力学特征。

4 椎基静脉孔相关椎体疾病及治疗

椎体内部不同区域的生物力学特征因椎基静脉孔的存在而产生差异，椎基静脉孔在解剖学及发育生物学中的特异性导致椎体承受暴力时产生不同的病变。对于骨质疏松的患者，一般表现为压缩性骨折及骨折不愈合产生的椎体裂隙征；而对于骨量正常的患者，常表现为爆裂性骨折及后上缘骨折块。Qin等［28］回顾性分析了186例骨质疏松症及骨质疏松症合并椎体裂隙征患者的椎体CT中椎基静脉孔的形态，发现在骨质疏松症合并椎体裂隙征患者中椎基静脉孔的形态三角形、梯形、不规则形分别占18%、57%、36%，而在单纯骨质疏松组中三角形、梯形、不规则形分别占51%、17%、26%，可见梯形和不规则形椎基静脉孔的椎体更易发生椎体裂隙征。

4.1 压缩性骨折

对于骨质疏松的脊柱运动节段（包含上下椎体及椎间盘），Wang等［29］采用轴向压缩来构建骨质疏松压缩性骨折模型，并进一步模拟一定载荷下的反复屈伸损伤，制作椎体裂隙征模型，得到的椎体内裂隙与椎基静脉孔相连。椎体压缩性骨折后，原有骨小梁结构被破坏，椎体内部孔隙互相联通，进而形成更大直径的孔隙，导致最严重的骨小梁损伤，产生更多大直径孔隙以及椎体内通道，骨折前后骨小梁间孔隙直径的定量分析也可以验证此结论［9］。这也从生物力学角度阐明了椎体裂隙征形成的机制，有助于椎体裂隙征的治疗及骨水泥漏损伤脊髓等严重并发症的预防。

对于骨质疏松的压缩性骨折患者的治疗，常需使用骨水泥进行椎体的强化或增加植入螺钉的稳定性，然而术中骨水泥漏是使用骨水泥的主要危险因素之一，发生率高达25%，其中硬膜外的骨水泥漏可能会导致脊髓损伤等严重后果，渗漏入椎管的硬膜外B型骨水泥漏（下文简称B型骨水泥漏）在伴椎体裂隙征的椎体中更为常见［30］。已有学者通过压缩性骨折模型模拟骨水泥漏的研究证实，椎体内裂隙与椎基静脉孔之间存在通道，从而形成B型骨水泥漏［9］。Hu等［31］通过构建机器学习模型预测椎基静脉孔是B型骨水泥漏的独立危险因素。Hou等［32］通过临床研究也证实当骨折线与椎基静脉孔相连时更容易发生B型骨水泥漏。Yu等 ［33-34］回顾性分析了282例患者置入骨水泥强化螺钉时椎基静脉孔的形态对骨水泥漏的影响，发现magistral型椎基静脉孔比dispersed型椎基静脉孔更易发生B型骨水泥漏。此外，骨水泥在凝固过程中会释放大量热，Feldmann等［35］研究检测了人体皮质骨与骨小梁的导热系数，人皮质骨的导热系数为0.68±0.01，骨小梁的导热系数与BV/TV相关，椎基静脉孔导致的皮质骨缺损及骨小梁稀疏使椎基静脉孔区域空气较其他部位多。由于空气中热传导更慢，因此椎基静脉孔在一定程度上降低了热传导，对椎管内的重要结构起了一定的保护作用。

4.2 爆裂性骨折

爆裂性骨折也是临床常见的椎体骨折类型之一，Guerra等［36］回顾性分析了10例胸腰椎爆裂性骨折患者，发现其中6例椎管内占位的骨块来源于椎基静脉孔区域，可见爆裂性骨折时椎基静脉孔更容易产生引起椎管内占位以及神经损害的后上缘骨折块。Zhang等［37］通过重物撞击腰椎构建爆裂性骨折模型，成功模拟产生了后上缘骨折块，骨折块常位于椎体后上1/3区、椎基静脉孔上方，骨折线经过椎基静脉孔顶点或上表面，骨折块的下表面为全部或部分椎基静脉孔的上表面。作为骨质缺损区，椎基静脉孔是正常椎体最薄弱的区域，且影响其周边区域的骨小梁分布。当遭受轴向暴力时，椎基静脉孔相邻区域最先发生骨折，进而形成后上缘骨折块。

对于骨量正常爆裂性骨折患者的治疗，常需要根据骨折的机制及后上缘骨折块造成椎管狭窄的程度来制订合适的手术方案。骨折块发生移位常预示后纵韧带破裂，骨折块的移位程度可以评估脊髓损伤程度。对于后纵韧带破裂的患者，单纯的后路内固定往往无法取得良好的治疗效果，需要同时进行前路的减压［38］。后上缘骨折块发生粉碎、旋转以及轴向的移位会造成手术中骨折块的复位困难［36］，需要制订更合理的手术方案及预案以应对术中可能出现的问题。当后上缘骨折块突入椎管的面积超过50%，则需要行前路手术进行减压［39］。因此，对后上缘骨折块形成机制的深入了解有助于临床上制订合理的手术方案，取得更好的临床疗效。

5 结语

椎基静脉孔是椎体后壁的皮质缺损区域，其解剖学特征因物种、年龄、性别、受力等的不同而存在明显差异。椎基静脉孔是椎基静脉、腰动脉分支、脊神经返支等重要结构进入椎体的通道。椎基静脉孔的存在导致椎体中部区域的皮质骨缺损及骨小梁稀疏，使椎体中部骨强度低于上部及下部，成为椎体内的生物力学薄弱区域。目前对椎体裂隙征及椎体后上缘骨折块形成机制的研究较多，深入了解这些机制有助于椎体压缩性骨折和爆裂性骨折的治疗及相关并发症的预防。血供变化与椎体及椎间盘退变息息相关，随着老龄化的到来，脊柱退行性疾病如腰椎间盘退变等发生率增加，但目前对于椎基静脉孔发育生物学及其发育过程中动态调节椎体内血供的研究仍较少，今后还须开展更多研究，以期为脊柱退行性疾病的诊疗提供新的思路。

研究得到中西医协同创新基金支持

This work was supported by the Collaborative Innovation Fund of Chinese and Western Medicine

利益冲突声明

所有作者均声明不存在利益冲突

Conflict of Interests

The authors declare that there is no conflict of interests

［缩略语］

计算机断层扫描（computed tomography，CT）；微计算机断层扫描（micro-computerized tomography，micro-CT）；小梁骨体积/总体积（trabecular bone volume/total volume，BV/TV）
==== Refs
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