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经皮椎体成形术和后凸成形术的充填质料及生物力学研讨停顿

脊柱椎体的紧缩性骨折是骨质松散患者最罕见的并发症,严峻的椎体紧缩性骨折守旧医治5 a内殒命率可达23%~34%,现在常用的手术医治包罗椎体撑开后单纯植骨牢固和(或)同时举行刚强内牢固质料举行牢固等,手术创伤大,并发症也多。经皮椎体成形术(percutaneous vertebroplasty,PVP)与后凸成形术(percutaneous kyphoplasty,PKP)是脊柱内科迩来开展敏捷的一项新型微创内科技能,经过经皮向紧缩骨折椎体内间接注入(PVP)大概先经过球囊扩张再注入(PKP)骨水泥等添补物,从而加强病变椎体的力学波动性,临床使用证明其有波动牢靠、敏捷无效的医治结果,且并发症少,但到现在为止临时临床随访材料还不敷,椎体成形术后脊柱生物力学的研讨也发明了一些题目,椎体成形技能还必要不停的改良和探究,分外是质料的开展对减小椎体成形术的并发症产生率和改进术后脊柱的生物力学特征起着要害的作用。

    1  PVP和PKP的充填质料研讨停顿

    使用于椎体成形的充填质料次要包罗注射型聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)、复合骨水泥如玻璃陶瓷强化复合骨水泥(Orthocomp)、Cortoss(Orthovia)、Hydroxyapatite composite resin(Kuraray)以及可生物降解的骨水泥如自然珊瑚骨替换物和磷酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CPC)等。

    11  PMMA

    具有浓厚度低,容易贯注,能疾速提供必要的椎体强度和刚度,代价较廉价等好处,如今还是现在临床上椎体成形术较常用的质料,但其有肯定的范围性:(1)粘滞性较低,渗漏是最罕见的并发症,向前方渗漏入椎管可克制脊髓,严峻时可渗漏入血管沿静脉回流惹起肺栓塞,乃至招致患者殒命;(2)放热反响:PMMA聚适时产热可对四周构造形成热烧伤,有研讨表现骨水泥聚适时的温度在椎体前部达44~113 ℃,在椎体中心达49~112 ℃,椎管内达39~57 ℃,而温度凌驾50 ℃的滞留工夫辨别可达55、8min和25 min〔1〕;(3)缺乏骨传导性和生物活性,无法生物降解,前期可呈现骨水泥与骨质界面的松动;(4)PMMA注射后的椎体与邻近椎体的力学强度差别大,易招致邻近椎体的骨折;(5)有毒单体的开释和PMMA碎屑的作用使细胞的生长、DNA的分解和糖代谢遭到克制而具有细胞毒性,其单体毒性可惹起患者血压骤降,从而惹起患者猝去世的大概。别的,另有致敏、部分构造抗熏染才能低落、致肿瘤等不良反响。为了进步其机器功能和生物相容性,比年已有将具有生物活性的无机颗粒或纤维加强的高分子骨粘合剂参加PMMA来进步其生物相容性的报道,但仍旧不得意,其机器强度低落较快。

    12  复合骨水泥

    如Orthocomp、Cortoss、Hydroxyapatite composite resin(Kuraray)等与PMMA具有类似的根本性子,但较PMMA有更符合的浓厚度、X线的不透射性、硬化快、产热低、具有更好的力学功能、生物活性及骨诱导性等好处。Cortoss是一种新型分解骨腔添补物,容易弥散进入松质骨,弹性模量与骨相近。Orthocomp是一种玻璃陶瓷加强的多种基质复合物骨水泥,固然为不行吸取质料,但其具有亲水性的外表,使骨水泥可以经过化学键与松质骨保持。Jasper等研讨发明Orthocomp的强度和刚度是PMMA骨水泥的2倍左右〔2〕。Belkoff等也研讨标明Orthocomp对椎体的强度和刚度都有较好的规复。Lu等介绍了一种含锶羟基磷灰石粉末和BisGMA(bisphenol A diglycidylether dimethacrylate)的复合骨水泥,在植物实行模子中举行30 000和20 000次的委顿载荷测试后,骨水泥成形椎体的刚度与比较组相比辨别降落75%和56%,均匀抗压极限载荷辨别为5 056 N和5 301 N〔3〕。

    13  磷酸钙类骨水泥(CPC)

    CPC具有恣意塑形、自行固化、生物相容、渐渐降解等特征,较PMMA有更好的生物相容性、骨传导性和粘滞度。新骨的替换方法由CPC的外表向深层渐渐推进,6个月时均匀长入深度为6 mm,12个月时为114 mm。CPC大概是椎体成形术更好的注入质料,但在体内的使用及临时生物力学和生物效应还必要进一步的研讨〔4、5〕。Heini和Lim等〔6、7〕研讨以为CPC及改进的CPC在体内成形历程中产热分明增加,而且具有精良的弥散才能,可以分明加强骨质松散椎体的抗压强度和刚度。其自己的强度低于正常椎体,但高于骨质松散椎体,在成形术后可以减小因椎体的刚度变革而招致上下缘椎体骨折的几率〔8〕。CPC固化后的微孔布局具有引导新骨构成才能,但无诱导成骨活性,生物活性CPC使用其固化历程平和的特征,将骨形状生长卵白BMP与CPC均相负荷,使质料在充填修复的同时减速CPC的降解和促进成骨作用。但是,Heini等以为CPC的生物降解也会招致响应的题目,医治骨质松散椎体紧缩骨折时,骨水泥疾速吸取会减弱椎体并招致其进一步塌陷〔9〕。

    Cunin使用一种具有多孔状布局的自然珊瑚参加骨诱导因子BMP举行研讨,以为颗粒状的自然珊瑚具有可注射性、生物相容性和骨诱导性,但其生物力学特征还需进一步研讨〔7〕。近来有报道用MMA(methyl methacrylate)处置的SrHAC(strontiumcontaining hydroxyapatite cement)对椎体刚度、紧缩强度、弯曲强度和杨氏系数的规复都具有很好的结果〔10〕。

    2  PVP和PKP的生物力学研讨

    椎体成形术的短期疗效非常令人鼓动,也推进了PVP和PKP在临床的开展,Garfin等报道了从1998年10月~2000年5月由多家到场的临床研讨后果,共340例,603个椎体,随访最长18个月,凌驾90%的患者症状改进。有人对13例颠末经皮椎体成形术的患者举行了长达5 a的随访察看,后果临床疗效明显,5 a的临时随访发明VAS(visual analogue scale)评分略降低,但仍旧分明低于术前程度,未发明成形椎体的进一步紧缩〔11〕。比年来关于椎体成形术后脊柱的生物力学研讨表现椎体成形术后关于脊柱全体分外是邻近椎体的影响照旧明显的。对椎体成形术后脊柱的生物力学研讨关于准确使用椎体成形术非常有协助,并对临床使用举行准确的引导。

    21  术后骨折椎体的生物力学性子

    PMMA或磷酸钙椎体成形后的生物力学研讨证明骨折椎体成形后的波动性参数明显进步〔12〕,可避免椎体的进一步塌陷和变形。椎体紧缩骨折后低落了活动节段的椎体紧缩强度,增长后柱的负荷而惹起痛苦悲伤,经过对遗体模子的丈量发明病变椎体后柱的压力负荷在愚昧时增高21%、42%,后伸时增长39%~68%,椎体成形术后则使脊柱愚昧时后柱的压力负荷减小26%,后伸时减小61%,后果示椎体骨折前和成形术后的神经弓压力无分明差别,所有或局部的逆转了后部布局的压力负荷,从而使痛苦悲伤症状立刻缓解〔13〕。

    22  充填质料与骨折椎体生物力学的干系

    基于骨水泥注入越多椎体可以失掉更好强化的看法,有些临床大夫在病变椎体内注入最大剂量的骨水泥来进步其椎体抗压强度,有人报道在遗体标本中可以注入椎体容积70%的骨水泥〔14〕。椎体成形后的强度越大,对上下位椎体的应力也越强,使邻近椎体的骨折产生率增高,分外是在高龄骨质严峻松散患者。成形术后邻近椎体有抗紧缩力降落及椎体间移位等改动,而且邻近椎体抗压力降落的水平与成形术时注入的骨水泥量相干〔15、16〕。能否注入的骨水泥量越大,椎体的抗压强度和刚度就越高?Molloy,S等对120个椎体(T6~L5)注入2~8 ml不等量的骨水泥,研讨发明注入量与椎体抗压强度和刚度的规复只要弱相干(r2辨别为021和027),抗压强度和刚度的规复均匀只必要注入椎体容积的162%和298%〔17〕。注入的骨水泥量越大,渗漏的几率则越高。Belkog等〔18〕人对骨质松散女性遗体的椎体创建紧缩性骨折模子,用Orthocomp或Simplex P作为充填质料,后果仅需2 ml即可规复椎体的紧缩强度,而椎体刚度的规复与水泥充填容量缺乏相干干系。减小骨水泥的注入量同时可延长注入工夫,分明低落骨水泥渗漏的伤害。也有人报道椎体成形术后椎体刚度的规复与注入的骨水泥量相干,14%容积的骨水泥就可满意刚度规复的要求,30%容积的骨水泥注入则可使刚度分明增长,使邻近椎体的骨折伤害增长〔19〕。

    差别的充填质料对椎体生物力学性子的影响也有差别。Belkoff等人先后对Simplex P,Cranoplastic,Osteobond,Orthocomp等差别质料举行椎体成形术后的椎体生物力学研讨,后果表现Simplex P、Osteobond及Orthocomp能无效规复椎体的刚度和紧缩强度,而Cranoplastic则仅能增长紧缩强度,不克不及规复椎体的刚度,且在刚度的规复水平上Orthocomp优于Simplex P〔20、21〕。新型质料CPC能分明规复骨质松散椎体的抗压强度,对刚度的规复也较好,CPC的微孔布局可以使新骨长入,使其具有更好的生物相容性。对羟基磷灰石骨水泥(HA)充填椎体后的生物力学测试标明其对紧缩强度的规复得意,但对刚度的规复作用小。MMA处置的SrHAC不但有利于界面的交融,对椎体刚度、紧缩强度、弯曲强度和杨氏系数的规复都具有很好的结果,并且分明优于单纯的SrHAC〔10〕。

    23  PVP和PKP两种术式的生物力学比力

    Belkoff等先后两次举行了关于后凸成形术的体外生物力学检测,发明无论在有无载荷的状况下后凸成形术均能局部规复椎体的高度,规复椎体的强度。它在无载荷的状况下可以规复丧失高度的97%,而椎体成形术仅能规复30%,两种办法都能分明加强椎体的强度。Belkoff对16个椎体随机分为PVP和PKP医治组,后果表现PKP组能规复椎体的肇始刚度,而PVP则不克不及,PKP与PVP相比,不但能无效规复椎体的高度,并且能规复椎体的紧缩强度和刚度〔22〕。但也有差别看法,Tomita等对30个骨质松散椎体随机分为4组:(1)PKP+CPC;(2)PKP+PMMA;(3)PVP+CPC;(4)PVP+PMMA,术前及术后对椎体强度和刚度的剖析表现各组对椎体强度的规复都较好,但对椎体刚度的规复PKP组不及PVP组〔23〕。关于PVP和PKP术后的生物力学差别另有待进一步研讨。

   24  防备性使用椎体成形术可行性研讨

    程度骨小梁的丧失和骨小梁间清闲的增大低落了椎体的紧缩强度,这与骨矿物质含量和密度高度相干,椎体成形术确实切疗效也仅在骨折松散性骨折衷发明,术后椎体的抗压才能可以经过注入骨水泥而明显加强,但在正常BMD(bone mineral density)的椎体,成形术前后则没有分明差异。Skos Pheumaticos等对4个奇怪脊柱共40个正常椎体举行椎体注入了PMMA与不注入PMMA的生物力学研讨表现未举行成形术的椎体最大负荷为(6 72402±3 29170)N,但是注入了PMMA的椎体最大负荷为(5 770504±2 13372)N,两组间统计学上无分明区别。这提示对有椎体骨折高危患者举行防备性的椎体成形术大概是不行取的〔24〕。在骨折椎体上下缘椎体注入得当的骨水泥来缓解椎体间强度差别,能否可以增加由于椎体间应力不屈衡招致的骨折以及能否可以更无效的维持脊柱的生物力学波动性另有待进一步的研讨。但关于有严峻骨质松散患者的椎体紧缩性骨折,也有在包罗骨折椎体共4个椎体注入PMMA(此中骨折椎体为T6、7,注入骨水泥椎体T6~9)〔25〕。迩来连续有对骨质松散患者防备性注入骨水泥来进步椎体强度可行性的研讨。Sun,K等研讨发明,对高危患者注入至多椎体容积20%的骨水泥才干无效增加其骨折危害,而对中等水平伤害度患者则必要注入椎体容积5%~15%的骨水泥,而这种防备性医治和骨折落伍行椎体成形术医治的并发症产生率并无太大区别〔26〕。

    25  椎体成形术后邻近椎体的生物力学改动

    对椎体成形术后的生物力学研讨同时发明其不敷之处,分外是对上下缘椎体的影响较为分明。椎体成形术的目标为最大水平上的规复紧缩椎体的刚度和抗压强度,但对椎体强度的规复或加强,大概是邻近椎体骨折的紧张缘故原由,因其可使上下缘椎体所受压力降低〔27〕。

    Bertemann等对10例人体奇怪标真相邻椎体共20对,随机分红2组,一组下缘椎体注射PMMA,另一组设为比较,对上缘椎体负荷的生物力学研讨表现,2组上缘椎体在低于临界负荷下与比较组无分明差异,但在临界负荷时实行组压力均匀低于比较组19%,在实行组中,骨折总产生在成形椎体的上缘椎体〔28〕。临床上也有椎体成形术后上下邻近椎体骨折的报道〔15、29〕。在APerezHigueras等对13例颠末经皮椎体成形术的患者举行5 a临时随访察看得出临床疗效明显的同时也发明有2例产生邻近椎体骨折〔11〕。对1组均匀年事74岁的椎体成形术后患者研讨表现,邻近椎体产生骨折概率每年递增66%。其下缘椎体有一个或多个椎体骨折时,第1 a产生骨折的伤害性进步了约5倍,在椎体骨折后的1 a里产生新的骨折的概率约192%〔30〕。

    如前所述,椎体骨折大概与邻近椎体的强度增长有关。对L4、5椎体的研讨发明椎体成形术后坚固的骨水泥对椎体上缘的终板形成约7%的紧缩,使椎间盘内压力较正常增高了19%,分外是在脊柱负荷增高时,椎间枢纽关头运动度降落11%,上缘椎体下终板内凸增长17%,这大概是招致成形术后邻近椎体骨折的缘故原由〔31〕。由于患者术后痛苦悲伤的加重,改动了生存方法,脊柱活动量和负荷增长,也使椎体骨折的几率增长。同时与成形术后椎体邻近的椎间盘内压力降低也使椎间盘突出的伤害性增长。

    差别质料的利用对邻近椎体生物力学影响差别。一样平常而言,松质骨弹性模量为168 MPa,PMMA则为2 700 MPa,CPC弹性模量在180 MPa左右,CPC较PMMA在制止应力遮挡效应和载荷通报非常以及增加相邻椎体继发骨折方面有良好性。有研讨表现CPC椎体成形后,相邻椎间盘应力没有分明变革,应力遮挡和非常载荷通报效应甚微,相比PMMA、CPC椎体成形术在低落相邻椎体骨折产生率方面有潜伏的上风。

    到现在为止,对椎体成形术后与未举行椎体成形术时对邻近椎体产生骨折的伤害性能否增高还未见完全随机实验的研讨,但是邻近椎体的骨折大概是严峻骨质松散的历程,分外是邻近椎体有类似的机器和形状学特性。但迩来相继有报道椎体成形术后邻近椎体的力学性子降落,大概增长骨折的伤害性。添补质料的可以无效加强骨折椎体的抗压才能和维持精良的形状学特性,并大概使骨折椎体的生物力学性子规复到最佳的形态。

   

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