颈胸椎椎旁肌和表皮的动脉供应

说明：
1. 参考自Yue BY,le Roux CM,Corlett R et al.The arterial supply of the cervical and thoracic spinal muscles and overlying skin: Anatomical study with implications for surgical wound complications.Clin Anat,2013,26(5):584-91.

一、摘要

1. 术后脊柱伤口裂开是后正中入路的一个重要并发症。
2. 据推测，后正中入路破坏了供应椎旁肌和皮肤的脉管系统。
3. 尽管先前已经研究过脊柱的血管系统，但针对后正中入路，尚未描述其较小的动脉。
4. 用不透射线的lead oxide mixture注射后，解剖8个尸体的颈部和躯干背部标本，随后拍摄X线照片进行分析。
5. 颈深动脉，椎动脉，superficial cervical a.和枕动脉始终供应颈椎椎旁肌。后两条动脉供应该区域的皮肤。
6. 颈深动脉位于C3-C6椎体的外侧，在后路易被损伤。
7. 在胸背部区域，superior and posterior intercostal arteries持续供应脊柱肌肉。
8. 在所有标本中，发现椎板后面的两条小的吻合血管纵向连接intercostal artery perforators（即dorsal intercostal perforator arteries）。
9. intercostal artery perforators及它们的吻合通道都位于手术区域中并且易在后路中被损伤。
10. 脊柱血管系统的破坏可能是后正中入路中伤口裂开的因素之一。

二、前言

（一）后正中入路及其并发症

1. 在后正中入路(posterior midline approach)，术后伤口裂开及随后感染的发生率为2.1% (Fang et al., 2005)。
2. 后正中入路的并发症发生率明显高于前正中入路(the anterior approach)(Levi et al., 1997; Olsen et al., 2003; Fang et al., 2005; Pull ter Gunne and Cohen, 2009)。
3. 据推测，后正中入路威胁到供应椎旁肌和覆盖皮肤的脉管系统(Wimmer et al., 1998)，这是导致并发症的高危险因素。

（二）供应脊柱肌肉和皮肤的脉管系统

有大量的文献关于供应脊柱肌肉和皮肤(spinal muscles and overlying skin)的脉管系统。

颈背部区域

1. 颈深动脉(deep cervical a.)
2. 颈浅动脉(superficial cervical a./transverse cervical a.)
3. 椎动脉(vertebral a.)
4. 枕动脉(occipital a.)

胸背部区域

1. Superior Intercostal Artery
2. 肋间后动脉(posterior intercostal a.)
3. 肩胛背动脉(dorsal scapular a.)

（三）研究目的

1. 在文献中关于小动脉的解剖学及其与后正中入路的关系的报道很少。
2. 本研究的目的是阐明小动脉在椎旁肌的血管供应中的作用，以及后正中入路可能对该脉管系统完整性产生的潜在影响。
3. 希望这项研究可以更全面地了解在后正中入路中导致脊柱伤口并发症的血管因素。

三、背部肌肉解剖

背部肌肉解剖概览

（一）浅层

1. 背阔肌(Latissimus Dorsi)
2. 斜方肌(Trapezius)
3. 菱形肌(Rhomboideus major&minor)
4. 肩胛提肌(Levator Scapulae)
5. 臀大肌(Gluteus Maximus)

（二）中间层

1. 上后锯肌(Serratus Posterior Superior)
2. 下后锯肌(Serratus Posterior Inferior)

（三）深层

(1)竖脊肌(Erector Spinae)

1. 髂肋肌(Iliocostalis)

   • iliocostalis lumborum: lumbar part (where its insertion is in the 12th to 7th ribs).
   • iliocostalis thoracis: its insertion runs from the last 6 ribs to the first 6 ribs.
   • iliocostalis cervicis: runs from the first 6 ribs to the posterior tubercle of the transverse process of C6-C4.

   

2. 最长肌(Longissimus)

   • longissimus thoracis: originates from the sacrum, spinous processes of the lumbar vertebrae, and transverse process of the last thoracic vertebra and inserts in the transverse processes of the lumbar vertebrae, 竖脊肌腱膜(erector spinae aponeurosis), ribs, and costal processes of the thoracic vertebrae.
   • longissimus cervicis: originates from the transverse processes of T6-T1 and inserts in the transverse processes of C7-C2.
   • longissimus capitis: originates from the transverse processes of T3-T1, runs through C7-C3, and inserts in the mastoid process of the temporal bone.

   

3. 棘肌(Spinalis)

   • spinalis thoracis: which originates from the spinous process of L3-T10 and inserts in the spinous process of T8-T2.
   • spinalis cervicis: originates from the spinous process of T2-C6 and inserts in the spinous process of C4-C2.
   • spinalis capitis: an inconstant muscle fiber that runs from the cervical and upper thoracic and then inserts in the external occipital protuberance.

(2)夹肌(Splenius)

1. Splenius capitis muscle

2. Splenius cervicis muscle

   

(3)半棘肌(Semispinalis)

1. semispinalis capitis

2. semispinalis cervicis

3. semispinalis thoracis

   

（四）枕骨下(Suboccipital)区域

1. 头后大直肌(Rectus Capitis Posterior Major)

2. 头后小直肌(Rectus Capitis Posterior Minor)

   

3. 头上斜肌(Obliquus Capitis Superiorta)

4. 头下斜肌(Obliquus Capitis Inferior)

（五）其他深层小肌肉

1. 棘间肌(Interspinales)

2. 回旋肌(Rotatores)

3. 多裂肌(Multifidus)

   

（六）transversospinales肌群

transversospinales是人体背部的一组功能肌群。它们的联合作用是脊柱的旋转和伸展(extension)。包括：

1. 半棘肌(semispinalis muscles)，跨越4-6个节段
   • semispinalis thoracis
   • semispinalis cervicis
   • semispinalis capitis
2. 多裂肌(multifidus)，跨越2-4个节段
3. 回旋肌(rotatores)，跨越1-2个节段
   • 颈回旋肌(rotatores cervicis)
   • 胸回旋肌(rotatores thoracis)
   • 腰回旋肌(rotatores lumborum)
4. 棘间肌(interspinales)
5. 横突间肌(intertransversarii)

四、材料与方法

1. 对6具经防腐处理的Genelyn尸体和2具新鲜人体尸体的躯干和颈后部标本进行了血管造影研究 (Anatomical Series nonflammable S6: Genelyn P/L, SA Australia)。
2. 标本包括5具男性尸体和3具女性尸体（年龄为59-94岁；平均年龄为75岁），它们没有任何大体上的损伤或疾病。
3. 所有标本均注射四氧化三铅/奶粉混合物(lead oxide/milk powder mixture)。

（一）Harvesting Techniques

1. 从肩部(shoulders)至L3椎体，沿腋后线解剖。
2. 切除胸腔内的脏器，使主动脉保持完整。
3. 沿主动脉的长度切开切口，显露肋间后动脉的起点，用5%过氧化氢和镊子去除动脉粥样硬化斑块。

（二）血管注射技术

1. 将套管(Cannulae)插入每一个肋间动脉并用缝线固定。

2. 导管(Catheters)充气并固定在颈总动脉和锁骨下动脉内。

3. 将样品浸入40℃的温水中，水浴1小时从而使血管扩张最大化。

4. 将过氧化氢注入每一个肋间后动脉(posterior intercostal a.)，锁骨下动脉(subclavian a.)和颈总动脉(common carotid a.)。

5. 然后将样品再次浸入温水中，水浴1小时。根据先前描述的技术制备四氧化三铅/奶粉混合物 (Pan et al,2010)。

   （36克精细研磨的奶粉，200克四氧化三铅[Pb₃O₄]，120毫升水）

6. 以逐步、选择性的方式注入四氧化三铅/牛奶混合物。

   以脉冲方式进行注射（模拟自然动脉搏动以最小化降低血管破裂的风险）（Rees和Taylor，1986）。

7. 然后将样品在冷藏室中储存至少5天，以便使四氧化三铅混合物在解剖前稳定在动脉内。

（三）解剖与放射技术

1. 注射完以后，去除颅骨，仔细解剖以保留颈椎。
2. 在X线的引导下对颈椎进行解剖，从而能够获得每个椎体的横断面(cross-sections)。
3. 在胸椎中，将标本平行于椎间盘解剖，沿肋骨的上缘横向切开。
4. 随后，用periosteal elevator小心地去除骨结构，留下具有脉管系统的软组织。
5. 在注射和解剖过程的每个阶段依次拍摄X线和照片。
6. 成像软件（Adobe Photoshop CS3，Adobe Systems，CA）用于描画动脉血管并测量血管直径。

五、结果

将造影剂混合物注入到所有样本中，在新鲜的和防腐处理后的样本中产生充分灌注的X线照片。

（一）颈椎

颈椎的血管解剖

1. 颈深动脉和superficial cervical arteries始终被观察为颈椎区域椎旁肌和皮肤的主要供应动脉 (Fig. 1)。

   • 颈深动脉起源于T1肋椎关节前的肋颈干(costocervical trunks)。颈深动脉在颈椎的后缘上方走行至transversospinales肌肉组和竖脊肌的前部，与枕动脉(occipital artery)吻合。

   • The transverse cervical artery来自甲状颈干，其分支为：

     • 1.Superficial branch

       • Ascending branch
       • Descending branch (also known as superficial cervical a.)

     • 2.Deep branch/dorsal scapular artery/descending scapular artery

       Deep branch通常来自锁骨下动脉(第二或第三段)，但也有25%来自transverse cervical artery。在这种情况下，Deep branch也被称为the deep branch of the transverse cervical artery。而Superficial branch和Deep branch的结合部被称为cervicodorsal trunk。

       

     Descending branch (also known as superficial cervical artery，供应斜方肌的中间和外侧部分)

     

     1. orange: Superior or upper fibers of the trapezius
        
     2. red: Middle fibers of the trapezius
        
     3. purple: Inferior or lower fibers of the trapezius
        

2. 在两个标本中，cervicodorsal trunks源自T1水平的锁骨下动脉的甲状颈干。

   • cervicodorsal trunks穿过第一肋向后行进到竖脊肌的前缘，然后上升到C6。
   • 在C6，cervicodorsal trunks发出superficial cervical arteries，供应斜方肌和颈部的皮肤。
   • cervicodorsal trunks也发出dorsal scapular arteries，为胸背部提供血供。

3. 在所有标本中，椎动脉始终源于T1椎体前外侧的锁骨下动脉。

   • 椎动脉向后内侧走行，进入C6横突的横突孔(transverse foramina)。
   • 在椎间孔内，来自椎动脉的分支向里走行，供应椎管及其内容物，向外走行供应transversospinales muscles的前部。
   • 在C1和C2水平观察到椎动脉的贡献较大，在此处其分支与来自枕骨动脉的血管吻合(Fig. 2)。

   

   • 在该研究中未注射颈外动脉，并且在两个样本中，通过椎动脉与枕动脉之间的吻合支灌注枕动脉。

     

     Cross sectional X-rays of the C1/2 and C7 vertebral levels following selective injection of the subclavian and common carotid arteries.

颈椎Integument区域的血供

1. 颈部皮肤的主要动脉供应源自枕动脉和superficial cervical arteries。
   • 枕动脉从枕骨部向下至C2水平供应这一区域的皮肤。其与superficial cervical arteries形成吻合。
   • superficial cervical arteries从C2水平向下供应颈部的其余皮肤。
2. 椎动脉对颈椎肌肉很重要，但对皮肤则不重要。
3. The deep cervical arteries从C2到C5水平对皮肤的贡献很小。
4. The transverse cervical arteries供应竖脊肌，斜方肌和皮肤直至C2水平。

（二）胸椎

胸椎的血管解剖

肋间后动脉(posterior intercostal a.)，superior intercostal artery和肩胛背(dorsal scapular a.)是胸椎椎旁肌和皮肤的主要动脉供给(Fig. 3)。

1. supreme intercostal artery/the highest intercostal artery/superior intercostal artery

   通常来自肋颈干，通常发出first and second posterior intercostal arteries，供应相应的肋间隙。

   

   

   Cross sectional X-rays of the T2 and T10 vertebral levels following injection of the subclavian, common carotid, and posterior intercostal arteries.

   • 在所有标本中，superior intercostal artery起源于T1水平的肋颈干(costocervical trunks)，并且沿前外侧下降至椎体。其沿着T1，T2和T3处肋骨的肋沟(costal grooves of ribs)。

   • 在所有标本中都可以观察到，superior intercostal arteries对斜方肌和皮肤的贡献最小。

   • superior intercostal arteries在椎板后面有两个较大的吻合通道。

2. 肋间后动脉(posterior intercostal a.)

   • 供应相应的肋间隙。
   • 每一侧都有11支posterior intercostal arteries。
     • The 1st and 2nd posterior intercostal arteries来自the supreme intercostal artery。
     • 剩余9支来自胸主动脉。
   • 肋间后动脉主要供应T4-T12椎体。
   • 此外，还有两个标本显示其对T2-T3水平（superior intercostal artery支配的区域）也有有较大的贡献。
   • 肋间后动脉发自主动脉，走行至椎体的前外侧缘，并以类似于superior intercostal arteries的方式沿着肋骨的肋沟(costal grooves)走行。
   • Dorsal intercostal artery perforators起源于肋间后动脉。
     • 首先在椎体的小关节下侧走行，通过椎板的内侧和后侧，最终在棘突的尖端相遇。
     • 这些动脉穿支一直非常靠近中线。
     

3. 肩胛背动脉(dorsal scapular arteries)

   • 始终来自T1水平锁骨下动脉的甲状颈干的cervicodorsal trunk
   • 肩胛背动脉在内侧供应斜方肌和体表，延伸至T5/6水平，其分支沿内侧走行，从斜方肌到棘突尖端，对T1到T4的贡献最大。

胸椎Integument区域的血供

1. 肩胛背动脉供应背部中线的皮肤，向下延伸至T5水平。
2. 从T5到T12的水平，肋间后动脉负责供应体表皮肤。
3. Superior intercostal arteries对背部皮肤没有任何贡献。

（三）动脉供应模式

在颈背部和胸背部中，脊柱肌肉在每个椎体水平按分段的方式由分支供应(segmental fashion at each vertebral level)。

颈背部

1. 在颈背部，deep cervical a.和vertebral a.始终为每个椎体水平处的供应动脉之间提供纵向连接。
2. 椎旁肌由多个小动脉以分段的方式供应，小动脉在椎体的椎板后面曲折走行。在左侧和右侧的血管之间可以看到有限的吻合。

胸背部

1. 在胸背部，两条小血管始终为dorsal intercostal artery perforators（来自superior intercostal a.和肋间后动脉）提供choke anastomoses。

2. 这两个血管始终位于棘突底部的侧面，位于椎体的椎板后面(Fig. 4)。

3. 供应左侧和右侧椎旁肌的动脉在棘突间韧带内始终相互吻合。

   Cadaveric studies have revealed that cutaneous perforators are linked by either reduced-caliber "choke" arteries, or by vessels without change in caliber, the true anastomoses.

   

   1. Anteroposterior X-ray image of the thorax following injection of the superior and posterior intercostal arteries (both orange).
      
   2. 红色箭头指向两个吻合血管，这两个吻合血管提供dorsal intercostal perforator arteries之间的纵向连接。

六、讨论

1. 先前研究的X线照片是从全身输注造影剂混合物的样本中产生的（Crock，1977; Taylor和Palmer，1987; Houseman等，2000; Minabe和Harii，2007）。

2. 相比之下，本研究采用逐步注射造影剂混合物以及每个椎体水平的标本成像，以允许绘制血管支配区域和血管吻合区域。通过这些对比X线片显示的动脉解剖结构，以及颈背部和胸背部区域之间的比较，能够彻底地研究局部循环障碍可能导致术后伤口并发症的可能机制(Fig. 5)。

   

   Fig. 5:后正中入路的脊柱脉管系统和手术视野的图示。
   

   1. 在选择性注射锁骨下动脉和颈总动脉后，C3椎体水平的血管：vertebral (purple), deep cervical (red), and superficial cervical arteries (green)
      
   2. 选择性注射肋间后动脉后，T10椎体水平的血管：posterior intercostal arteries
      
   3. 箭头所示为预计的手术区域。
      

（一）颈背部区域

1. 在颈背部区域，Weiglein et al. (2005) 展示了颈后三角区动脉干arterial trunks的四种情况(variations)，并提出了在本研究中使用的命名系统。
2. 在Weiglein所描述的四种情况(variations)中，在该研究中仅证实了cervicodorsal trunk，这可能因为此次研究中使用的尸体标本较少。
3. 本研究进一步确认先前文献中描述的颈部血管解剖结构和支配区域(Taylor and Palmer,1987; Houseman et al.,2000)。
4. 此外，本研究进一步证明供应椎旁肌的小动脉位于椎板的后外侧。这些与脊柱后正中入路相关的血管如Figure 5所示。椎动脉和颈深动脉提供了供应颈椎椎旁肌的节段动脉之间的纵向连接。

（二）胸背部区域

1. 在胸背部区域，本研究显示了T4至T12水平的肋间后动脉和posterior intercostal arteries perforators的走行
2. 本研究的结果与先前的研究不同，以前的研究中只发现前两对肋间动脉来自锁骨下动脉的肋颈干的superior intercostal arteries。
3. 此外，此次研究的结果与Kocbek et al. (2011)的研究结果形成鲜明对比，并没有发现肋间动脉在肋骨和横突之间的背侧走行。
4. 然而，目前的研究结果与Minabe and Harii (2007)关于dorsal intercostal artery perforators的位置及其与棘突的接近程度保持一致。
5. dorsal intercostal artery perforators（来自肋间后动脉和superior intercostal arteries）在后正中入路中常规被烧灼(Fig. 5)，仅留下来自相邻椎体脉管系统的血液供应以防止脊柱肌肉组织和体表组织缺血。
6. 这种机制可以为理解手术节段水平的数量如何导致手术部位伤口并发症发生率的风险提供基础，如以前的文献所示(Olsen et al.,2003; Fang et al.,2005; Rohmiller et al., 2010)。

（三）血管吻合

1. 如本研究结果所示，相邻节段之间的两个choke anastomotic channel始终位于椎板后面，在那里它们受到后正中入路的损伤。
2. 在可能的情况下，anastomotic vessels的保存对于供应节段和伤口的存活是必不可少的。

（四）动脉供应模式

1. 在这项研究中，前后位和横断面的X线显示，在三个椎体水平上，superior intercostal arteries具有与dorsal intercostal artery perforators相似的动脉供应模式。
2. 此外，该研究的结果证明了胸椎脉管系统与腰椎脉管系统的相似性，特别是节段供血和由肋间后动脉和腰椎动脉产生的穿支血管（Crock，1977）。

（五）研究的局限性

1. 不向颈外动脉注射四氧化三铅/奶粉混合物。
   • 这是为了避免尸体脉管系统过度灌注，从而避免在解释血管支配区域时的潜在困难。
   • 通过与椎动脉的吻合通道间接灌注枕动脉。如果直接注射枕动脉，血管支配区域的更多细节可能更加明显。
2. 小样本量也意味着在本研究的结果中没有展示一些解剖变异。

（六）研究意义

1. 这项研究已经证明了胸椎和颈椎水平的脊柱肌肉和体表皮肤的供应动脉的走行。
2. 本研究中的解剖学结果为后正中入路的伤口并发症提供了可能的解释。