本病发生于由高处落下的物体撞击于头顶部,或由高处坠落,头顶垂直触地所致。寰椎连接枕骨和其他颈椎,是一节非典型的脊椎,外观呈椭圆环状,无椎体,在环形两侧增厚变粗,称之侧块,其上下表面为斜向内前方的关节面。从侧块伸出的前后椎弓在伸出部位为寰椎最薄弱部,也是最常见的骨折部位。当暴力和反作用力聚积作用于寰椎时,因寰椎上下关节面的内向性,暴力和反作用力的合力使寰椎侧块受到离心性暴力,从而在寰椎前后弓与其侧块连接处的最薄弱部位发生骨折,这种骨折也称为Jefferson骨折。其特点是寰椎骨折呈四处对应的骨折,形成四块骨折段,即两个侧块和前后两弓。当暴力作用方向不正,仅作用于头部一侧或当头部倾向一侧受到暴力时,可致一侧椎弓骨折,偶尔也可引起侧块骨折。
寰椎损伤的机制为轴向压缩-后伸,并非单一一种模式,其中大多系由来自头顶部的纵(轴)向挤压的暴力所引起。除高处重物坠落引起外,高台跳水时头顶直接撞击池底为其另一多发原因,且后者易当场死亡。此类伤者多伴有脑外伤。由于受伤时垂直暴力通过枕骨髁向下传导,使两侧寰椎侧块多呈分离状。寰椎骨折的骨折线一般好发于结构薄弱的前、后弓与侧块的衔接处,寰椎侧块移位的程度不同,对椎节的稳定性影响也不同 当侧块向两侧方移位大于7mm时 表明横韧带断裂,并加重了寰椎、枢椎间的不稳定和寰椎向前的移位。移位间距愈大稳定性愈差,尤其是当头颈处于仰伸位时,骨折块多向四周移位,致使该处椎管扩大,因此少有神经症状。当头颈处于屈曲状态时,则易引起寰椎前弓粉碎性骨折。由于致伤物先作用于头顶部,因而齿突及其后方的寰椎横韧带也易伴有损伤,如横韧带完全断裂,则齿突后移并压迫脊髓,可立即引起死亡或出现四肢瘫。