可注射性磷酸鈣骨水泥對骨質疏松椎體壓縮骨折的生物力學研究

苗峰　戴翼斌

摘要：目的 研究可注射性磷酸鈣骨水泥注射椎體成形術后對骨質疏松性椎體壓縮性骨折的生物力學影響。方法 選用12只骨質疏松性脊柱標本制作腰2椎體壓縮性骨折模型，分為實驗組和對照組，分別應用可注射性磷酸鈣骨水泥與聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥椎體成形術后，進行生物力學檢測。結果 腰椎標本椎體注射成形后，其剛度、最大載荷、最大位移與術前相比，均有所改善，差異具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）；CPC組剛度、最大載荷、最大位移均明顯高于PMMA組，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。結論 與聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥相比，注射性磷酸鈣骨水泥可以更有效地恢復骨質疏松性椎體壓縮性骨折術后力學性質。

關鍵詞：可注射性磷酸鈣骨水泥；骨質疏松性椎體壓縮骨折；生物力學

骨質疏松癥（Osteoporosis，OP），是目前世界人口老齡化重點防治的病癥。可注射磷酸鈣骨水泥因其良好生物相容性、可降解性、骨傳導性及可塑形性等優(yōu)點已應用于臨床床骨缺損的修復與重建與修復，骨質疏松的治療[1]。本實驗擬比較可注射性磷酸鈣骨水泥（calcium phosphate cement，CPC）與聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）對骨質疏松性椎體壓縮性骨折椎體成形術后的生物力學影響，從而為其防治骨質疏松椎體壓縮性骨折提供實驗依據(jù)。

1 資料與方法

1.1一般資料 12只胸腰段（T6-L5）脊柱標本（均來自湖北醫(yī)藥學院人體解剖學教研室用于局解教學的尸體）。

1.2主要儀器 CPC（上海瑞邦生物材料有限公司）；S-2型PMMA（晨光醫(yī)用高分子制藥廠）；CSS-44300型電子萬能試驗機（長春試驗機研究所）。

1.3實驗分組 實驗分組：所有標本均攝X線片，以排除先天性畸形、骨折、腫瘤。采用法國DMS公司生產(chǎn)的CHRONOS型雙能X線吸收骨密度儀，測定每具標本椎體的骨密度，證實為骨質疏松。12只脊柱標本隨機編號平均分成兩組，每組6只，實驗組：植入CPC組；對照組，植入PMMA組。隨機選擇腰椎椎體節(jié)段，以消除不同的椎體可能造成的生物學差異。

1.4模型制備與實驗方法 將椎體從冰箱中取出，室溫下解凍24h，將各椎體放置在微機控制CSS-44300型電子萬能試驗機測試平臺上.以距椎體前緣5mm為加載點。先用載荷90 N預載2 min，然后采用位移控制方式加載，速度5mm/min，當載荷位移曲線出現(xiàn)最高點時停止壓縮，均在前屈方向造成腰2椎體壓縮骨折模型，獲得最大載荷和剛度數(shù)據(jù)。椎體出現(xiàn)塌陷或壓縮性骨折的標準是載荷一位移曲線出現(xiàn)了最高點即椎體的抗壓力開始出現(xiàn)下降。試驗機的載荷信號由計算機記錄，并由相應的測試分析軟件計算椎體的抗壓強度（載荷一位移曲線最高處的載荷數(shù)值）和剛度（載荷為彈性范圍內(nèi)曲線的斜率）。力學模型建立后，然后進行正式試驗。椎體成形術：直視下采用16G針頭經(jīng)椎弓根穿刺，事先在椎體上方用畫線筆標線，以確定進針方向與深度，經(jīng)右側椎弓根穿刺至椎體前l(fā)，3的中線側方。選用國產(chǎn)的PMMA和CPC，PMMA按粉（g）、液（rm）比l：l調配，CPC按照粉（g）、液（rm）比l：2調配。在粥狀期將其按預設的量用力注入椎體共4ml。所有椎體標本注射后，用生理鹽水紗布包裹，放置于密封塑料袋中。室溫下放置24h，行生物力學性能測試，獲得骨水泥固化后椎體的最大載荷和位移，明確其剛度。

1.5統(tǒng)計學分析 采用SPSS19.0軟件處理，計量資料比較采用x±s及t檢驗，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結果

兩組術后剛度、最大載荷、最大位移比較：術后兩組剛度、最大載荷、最大位移與術前相比，均有所改善，差異具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）；CPC組剛度、最大載荷、最大位移均明顯高于PMMA組，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05），見表2。

3 討論

普通骨水泥，即聚甲基丙烯酸甲酯，是現(xiàn)行最常用于強化椎體成形術的材料，經(jīng)PMMA強化后，椎體的最大載荷可提高至原來的2～3倍[2]。但是，PMMA在聚合反應是發(fā)熱反應，局部溫度可高達100℃以上，如果發(fā)生滲漏存在引起脊髓、神經(jīng)受損等的嚴重后果的可能；還有PMMA會以永久性異物的形成存留于體內(nèi)，不可降解[3-4]，加之已有采用大量的PMMA作壓縮性骨折椎體成形術強化的研究文獻報道[5]，故在本實驗設計中納入PMMA強化組作對照。本實驗中所用的強化材料是采用獨特的生物工程工藝所合成的新型可注射性磷酸鈣骨水泥CPC，其主要是用于骨缺損修復與重建。選用這種材料作為椎體強化材料，在于材料兼具可注射性、生物可降解、骨傳導及成骨等優(yōu)點，以期規(guī)避PMMA的部分缺點。

本實驗研究結果顯示，在術前兩組的椎體高度、剛度、最大載荷、最大位移均無明顯差別，而手術后，CPC組椎體高度、剛度、最大載荷、最大位移較PAMA組比較均明顯改善，說明與聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥相比，注射性磷酸鈣骨水泥可以更有效地恢復骨質疏松性椎體壓縮性骨折術后力學性質。

本實驗在實施過程中也有不足之處，如雖然強化材料的注射劑量采用了統(tǒng)一的4ml，提高了組間的可比性，但與臨床實踐中盡量多注的實際是不相符的，存在低估材料的強化效應的可能。同時，鑒于本實驗室條件所限及臨床和實際需要，只做了椎體的生物力學實驗，以后的研究中我們會進一步做椎體的的扭骨形態(tài)及骨質量等實驗。但是，CPC具體通過何種機制和途徑作用于骨質疏松癥椎體力學重建。

參考文獻：

[1]Philips FM.Minimally invasive treatment of osteoporotic vertebral compression fractures[J].Spine，2003，28：45-53.

[2滕皋軍，何仕成，郭金和，等.經(jīng)皮椎體成形術治療椎體良惡性病變的臨床技術應用探討[J].中華放射學雜志，2002，36（4）：295-299.

[3]田征，田禾，王種，等。比較經(jīng)皮椎體成形術與保守治療治療骨質疏松性椎體壓縮骨折的系統(tǒng)評價[J].中國骨質疏松雜志，2008，14（6）：396-399.

[4]董雙海，田紀偉，王雷，等。應用經(jīng)皮椎體成形術及經(jīng)皮椎體后凸成形術治療骨質疏松性椎體壓縮骨折[J].中華創(chuàng)傷雜志，2011，27（3）：236-239.

[5]馬軍，朱裕成，鄭紅兵，等.骨質疏松性椎體骨折經(jīng)皮后凸成形術中傷椎和手術人路的選擇[J].中國骨質疏松雜志，2009，15（12）：913-916.

編輯/王敏