骨水泥在骨科手術(shù)中的應(yīng)用及展望

種濤 趙斌 張中華 黃凌岸

[摘要] 骨水泥作為一種具有自凝特性的生物材料，已經(jīng)在臨床醫(yī)學(xué)多學(xué)科多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文通過查閱大量文獻，論述骨水泥在創(chuàng)傷外科、脊柱外科、關(guān)節(jié)外科三個方面的應(yīng)用進展，為骨水泥在骨科手術(shù)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)，并為其進一步發(fā)展做出展望。

[關(guān)鍵詞] 骨水泥；骨缺損；椎體骨折；骨髓炎；關(guān)節(jié)置換

[中圖分類號] R715.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-9701（2018）10-0159-05

Application and prospect of bone cement in orthopedic surgery

CHONG Tao ZHAO Bin ZHANG Zhonghua HUANG Ling'an

Department of Orthopedics， the Second Hospital of Shanxi Medical University，Taiyuan 030000， China

[Abstract] Bone cement， a biomaterial with self-solidifying properties， has been widely used in many fields of clinical medicine. This article reviews a large number of literatures and discusses the application of bone cement in traumatic surgery， spinal surgery and joint surgery. It provides a theoretical basis for the application of bone cement in orthopedic surgery and makes a prospect for its further development.

[Key words] Bone cement； Bone defect； Vertebral fracture； Osteomyelitis； Joint replacement

骨水泥是一類具有自凝特性的生物材料，可填充于骨與內(nèi)植物之間、潛在的骨間隙等來發(fā)揮特定作用。Wahlig等[1]在20世紀60年代首次應(yīng)用骨水泥固定股骨假體成功實施髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，骨水泥已廣泛應(yīng)用于骨科臨床手術(shù)中，如骨缺損、慢性骨髓炎的治療，骨質(zhì)疏松引起的脊柱壓縮性骨折、椎弓根釘?shù)缽娀?，關(guān)節(jié)置換中抗生素骨水泥的應(yīng)用，目前應(yīng)用較為廣泛的有PMMA骨水泥和碳酸鈣骨水泥，本文通過查閱大量文獻，對近年來骨科外科手術(shù)中骨水泥的應(yīng)用及展望進行綜述。

1 創(chuàng)傷外科手術(shù)中骨水泥的應(yīng)用

1.1 骨折后骨缺損的應(yīng)用

1.1.1 骨缺損的治療現(xiàn)狀 骨缺損常由復(fù)雜的創(chuàng)傷引起，給患者造成巨大的痛苦，并且治療過程漫長，20世紀50年代以來，自體骨的移植、血管化腓骨移植術(shù)、Ilizarov技術(shù)、肢體縮短術(shù)等都曾用來處理各種長度的骨缺損，對于小范圍骨缺損，有軟組織良好的覆蓋，可用骨替代物或松質(zhì)骨進行植骨，但是對于大段骨缺損，超過5 cm時，無論是否伴有良好的軟組織覆蓋，都大大增加了其治療難度。近年來，Masquelet技術(shù)[2]通過一期應(yīng)用骨水泥填充缺損并形成誘導(dǎo)膜，二期切開誘導(dǎo)膜，并行松質(zhì)骨填充，被證實為一種有潛力的治療方法，并且在合并感染的情況下，聯(lián)合應(yīng)用抗生素骨水泥，往往能取得很好的效果。

1.1.2 骨水泥在骨缺損應(yīng)用的優(yōu)勢 血管化骨移植技術(shù)[3]需要精細的吻合血管，對術(shù)者的顯微外科技術(shù)要求高，手術(shù)耗時久，供區(qū)和植骨區(qū)并發(fā)癥多，而Ilizarov技術(shù)每天一般延長1 cm左右，治療周期長，外固定架佩戴會影響患者的正常生活并有可能引起應(yīng)力性骨折[4]。

（1）Masquelet技術(shù)的操作要點[5]：一期徹底清創(chuàng)，清除壞死和感染組織，骨水泥填充缺損，誘導(dǎo)生物膜生成，二期取出骨水泥并進行植骨，在懷疑有感染時使用抗生素骨水泥，大段的骨缺損，可因情況使用外固定架，髓內(nèi)針及鋼板等堅強固定。Aho等[6]研究骨缺損修復(fù)中誘導(dǎo)膜作用機制，發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)膜1個多月時相對于2個月有更強的成骨能力，提示我們在進行第二階段手術(shù)的最佳時間。

（2）Masqulet技術(shù)的機制：誘導(dǎo)膜能分隔周圍軟組織與松質(zhì)骨[7]，使骨重吸收減少，誘導(dǎo)膜中生成血管，加快松質(zhì)骨快速血管化及皮質(zhì)化成骨，骨生長及誘導(dǎo)因子，能促進骨間充干細胞增生及骨分化。

（3）Masqulet技術(shù)的改良：①一期手術(shù)中，傳統(tǒng)的骨水泥填充物是一期整體成形，使骨水泥置入困難，誘導(dǎo)膜容易損傷，抗生素釋放率較低，國內(nèi)學(xué)者[8]采用體外成形多柱狀骨水泥的方式并取得良好的效果；②二期手術(shù)中，植骨材料的選擇，以往多采用自體髂骨松質(zhì)骨，近年來有用磷酸三鈣或羥基磷灰石填充，有些會在松質(zhì)骨中加入BMP-7[9]等。

1.1.3 其他 隨著此技術(shù)使用范圍的擴大，誘導(dǎo)膜成分及誘導(dǎo)機制的進一步研究、植骨材料的優(yōu)選等，在骨缺損治療中未來會有更深遠的應(yīng)用。

1.2 骨髓炎中的應(yīng)用

1.2.1 骨髓炎的治療現(xiàn)狀 慢性骨髓炎病程長、治療困難、易復(fù)發(fā)，容易導(dǎo)致膿腫和死骨形成[10]，治療關(guān)鍵是要徹底清除死骨及感染骨質(zhì)；高能量開放骨折往往軟組織損傷嚴重，骨折端常與外界貫通，細菌易進入髓腔中，并且很難徹底清除，一旦形成感染，會從骨折中心向兩端發(fā)展，骨哈弗管因感染閉塞產(chǎn)生壞死，在死骨組織表面細菌形成菌膜[11]，細菌在菌膜中新陳代謝及繁殖持續(xù)低水平，加之局部軟組織嚴重損傷，貼骨瘢痕容易形成，局部血運差。傳統(tǒng)的抗生素全身治療局部有效濃度不夠[12]，不能起到應(yīng)有的抗感染效果，靜脈長期應(yīng)用抗生素可引起肝腎功能障礙、靜脈炎等并發(fā)癥。

1.2.2 抗生素骨水泥局部應(yīng)用的優(yōu)勢 （1）使用劑量較低，避免血液中藥物濃度超過毒性水平；（2）不易產(chǎn)生耐藥性；（3）直接作用于病灶，局部長期釋放有效藥物濃度，防止耐藥菌株產(chǎn)生[13]；（4）清創(chuàng)后留下空腔，抗生素骨水泥起到支架作用，為二期植骨提供準備；（5）病灶周圍細菌徹底清除，降低復(fù)發(fā)率。在歐洲，慶大霉素PMMA水泥鏈[14]目前已經(jīng)成為治療創(chuàng)傷性骨髓炎的重要方法，武亮等[15]通過比較傳統(tǒng)灌洗沖刷與抗生素骨水泥鏈珠治療慢性脊髓炎發(fā)現(xiàn)，抗生素骨水泥鏈治療恢復(fù)快，出血少。有學(xué)者在傷口處VSD持續(xù)吸引，使骨水泥局部抗生素釋放速度加快，并及時將病灶區(qū)滲液、膿液、細菌和壞死組織引出體外，有利于肉芽組織的生成。

1.2.3 其他 在慢性骨髓炎的治療中，隨著新的抗感染材料的不斷研究和發(fā)展，會出現(xiàn)更優(yōu)的抗生素緩釋系統(tǒng)，使骨髓炎得到更科學(xué)有效的治療。

2 脊柱外科手術(shù)中骨水泥的應(yīng)用

2.1 脊柱內(nèi)固定手術(shù)中的應(yīng)用

2.1.1 腰椎退變性疾病手術(shù)合并骨質(zhì)疏松時的問題 在退變腰椎退變性病變內(nèi)固定手術(shù)中的并發(fā)癥[16]

有神經(jīng)性損傷、鄰近節(jié)段退變、內(nèi)固定失敗、假關(guān)節(jié)形成等。在骨質(zhì)疏松的患者中，骨小梁排列稀疏，周圍骨質(zhì)破壞會降低椎弓根釘?shù)陌殉至?，容易造成釘?shù)浪蓜訉?dǎo)致內(nèi)固定失敗，近端交界區(qū)和遠端交界區(qū)失敗的發(fā)生，對于這些問題，近年來開展的研究有手術(shù)微創(chuàng)、椎弓根釘?shù)老到y(tǒng)加強和多節(jié)段螺釘固定等。

2.1.2 骨水泥強化椎弓根釘?shù)老到y(tǒng)的優(yōu)勢與不足 （1）目前主要通過改良螺釘螺紋設(shè)計，延長螺釘直徑和長度，骨水泥加強技術(shù)等手段增強椎弓根釘?shù)老到y(tǒng)，改變螺釘?shù)穆菁y等設(shè)計會增加椎弓根骨折的風(fēng)險，而骨水泥加強技術(shù)逐漸被認為是一種有效方法[17]。傳統(tǒng)的骨水泥加強技術(shù)骨水泥滲漏風(fēng)險高，術(shù)后椎弓根釘易拔出，近些年來，出現(xiàn)多孔中空椎弓根螺釘，中空螺釘是在先置入螺釘后推入骨水泥，而以往的骨水泥加強術(shù)是先在釘?shù)乐泄嘧⒐撬?，然后擰入螺釘。孫浩林等[18]研究在腰椎內(nèi)固定手術(shù)中當(dāng)患者伴有骨質(zhì)疏松時，與傳統(tǒng)的椎弓根螺釘骨水泥強化比較，中空椎弓根螺釘能減少近遠端交界區(qū)失敗的發(fā)生，同時并沒有增加相關(guān)并發(fā)癥。（2）空心側(cè)孔螺釘區(qū)別于傳統(tǒng)椎弓根螺釘，其特點是螺釘內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，側(cè)邊有骨水泥灌注孔，有配套推桿裝置將骨水泥灌注至特定位置，從而對骨質(zhì)疏松椎體進行強化。螺釘周圍骨水泥使螺釘、骨水泥、螺釘周圍錨定成整體[19]，Goldhahn等[20]進一步研究，術(shù)后椎體骨小梁會經(jīng)過側(cè)孔長入螺釘內(nèi)部，從而使椎弓根釘?shù)目拱纬隽M一步增強。Yazu等[21]研究骨水泥強化空心側(cè)孔螺釘和普通螺釘?shù)纳锪W(xué)，發(fā)現(xiàn)空心側(cè)孔螺釘抗拔出力大于普通螺釘，國外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)空心側(cè)孔螺釘在疲勞應(yīng)力方面要優(yōu)于傳統(tǒng)螺釘骨水泥強化，F(xiàn)ransen等[22]在研究骨水泥強化椎弓根螺釘用于治療腰椎退行性疾病中得出，術(shù)后隨訪螺釘未出現(xiàn)斷裂，椎間融合率良好，且術(shù)后VAS評分較術(shù)前明顯降低。（3）雖然骨水泥強化釘?shù)赖募夹g(shù)會明顯提高螺釘?shù)目拱纬隽?，但骨水泥滲漏依然是釘?shù)缽娀瘯r不可避免的并發(fā)癥[23]，骨水泥單體具有毒性，進入血管會引起骨水泥植入綜合征，并且骨水泥一旦漏入椎管會壓迫脊髓、神經(jīng)根等造成患者術(shù)后癱瘓等嚴重后果。國外學(xué)者[24]對比傳統(tǒng)椎弓釘骨水泥強化及空心側(cè)孔螺釘強化的骨水泥滲漏率，發(fā)現(xiàn)兩組無統(tǒng)計學(xué)差異。但是有學(xué)者[25]認為骨水泥強化螺釘長期會出現(xiàn)增加臨近椎體的骨折風(fēng)險，原因是固定節(jié)段應(yīng)力集中并加快相鄰節(jié)段退變。而且由于骨水泥強化后形成牢固的骨質(zhì)-骨水泥-螺釘復(fù)合體，一旦出現(xiàn)內(nèi)固定失效，將增加翻修時螺釘?shù)娜〕鲭y度。

2.2 脊柱骨質(zhì)疏松性壓縮性骨折的治療

2.2.1 脊柱骨質(zhì)疏松性壓縮性骨折治療現(xiàn)狀 老年骨質(zhì)疏松癥患者椎體壓縮性骨折的發(fā)生率越來越高[26]，把改善功能活動、緩解疼痛、預(yù)防骨折再發(fā)生作為骨質(zhì)疏松癥椎體骨折治療的目的，常將經(jīng)皮椎體成形術(shù)（PVP）和經(jīng)皮椎體后凸成形術(shù)（PKP）作為常用的手術(shù)治療措施[27]。

2.2.2 骨水泥技術(shù)在脊柱骨質(zhì)疏松性壓縮性骨折的應(yīng)用 PVP手術(shù)是指經(jīng)皮通過椎弓根或椎弓根外向椎體內(nèi)打入骨水泥以增加椎體強度和穩(wěn)定性，防止塌陷，緩解疼痛、恢復(fù)脊柱生理曲度和使患者早期活動，PKP手術(shù)是借助一種可膨脹性球囊，形成脊柱后凸，人為形成椎體空腔再打入骨水泥。PVP及PKP手術(shù)的止痛機制：（1）骨水泥支撐壓縮椎體，同時固定微小骨折，減少骨折微動刺激痛覺神經(jīng)末梢；（2）骨水泥在硬化過程中發(fā)熱使骨水泥周圍的組織壞死，疼痛消失或緩解。Eck等[28]研究關(guān)于PVP和PKP手術(shù)療效的168篇文獻，得出兩種術(shù)式都能夠很好的緩解患者疼痛，但PKP手術(shù)能降低骨水泥的滲漏發(fā)生率及椎體再骨折的發(fā)生。

2.3 脊柱轉(zhuǎn)移瘤的治療

2.3.1 脊柱轉(zhuǎn)移瘤的治療現(xiàn)狀 脊柱是臨床常見的惡性腫瘤好發(fā)和轉(zhuǎn)移的器官，以轉(zhuǎn)移性腫瘤居多，且胸腰椎是惡性腫瘤最常見的轉(zhuǎn)移部位，隨著腫瘤的診斷治療水平的提高，患者生存時間延長，為提高患者生質(zhì)量，對脊柱轉(zhuǎn)移瘤進行積極的手術(shù)干預(yù)是近年來的趨勢，但是對于很多經(jīng)過原發(fā)灶的手術(shù)、放化療的患者，一般情況較差，無法耐內(nèi)固定或椎體切除等手術(shù)[29]。近些年來，脊柱轉(zhuǎn)移瘤的微創(chuàng)技術(shù)受到關(guān)注[30]，其優(yōu)勢在于創(chuàng)傷小、出血少、并發(fā)癥少、不影響患者輔助治療并且療效較好，主要有經(jīng)內(nèi)窺鏡輔助下手術(shù)和經(jīng)皮穿刺手術(shù)。

2.3.2 骨水泥技術(shù)在脊髓轉(zhuǎn)移瘤手術(shù)的應(yīng)用 （1）PVP術(shù)和PKP術(shù)目前應(yīng)用較為廣泛，將骨水泥注入病灶，骨水泥在固化過程中產(chǎn)熱使腫瘤組織壞死，同時能破壞神經(jīng)末梢以緩解疼痛；通過恢復(fù)椎體高度，恢復(fù)強度及穩(wěn)定性，防止椎體進一步塌陷壓迫脊髓，骨水泥打入通過腫瘤內(nèi)的壓力改變，造成局部微環(huán)境缺血，致腫瘤組織壞死。胡偵明等[31]研究PMMA對于原代腫瘤細胞生長的影響，得出PMMA可有效誘導(dǎo)原代癌細胞凋亡，尤其是骨水泥拉絲期的腫瘤細胞凋亡更明顯。（2）Fournry等[32]對21例多發(fā)性骨髓瘤和35例脊柱轉(zhuǎn)移瘤患者引起頑固性疼痛，行椎體成形治療，84%患者術(shù)后疼痛顯著緩解。Pflugmacher等[33]對31例椎體轉(zhuǎn)移瘤造成壓縮骨折的患者行PKP手術(shù)，患者術(shù)后疼痛緩解顯著。Leysalle A等[34]更推崇PKP術(shù)，因為球囊后凸成形術(shù)并發(fā)癥較低，并能更好的回復(fù)椎體高度，而且在椎體腫瘤切除術(shù)中骨水泥作為承載性材料填充椎體缺損或重建椎體時，骨水泥與上下椎體終板形成面接觸，在骨水泥硬化后，通過釘棒系統(tǒng)的加壓，使骨水泥與椎體緊密連接，術(shù)后不易出現(xiàn)下沉并重建脊柱的穩(wěn)定性。

綜上所述，椎體成形術(shù)對于不能耐受全麻及椎體切除等大創(chuàng)傷手術(shù)的脊柱轉(zhuǎn)移瘤患者，術(shù)后可達到減輕疼痛、避免長期臥床，提高生活質(zhì)量。

3 關(guān)節(jié)外科手術(shù)中骨水泥的應(yīng)用

3.1 初次關(guān)節(jié)置換中抗生素骨水泥預(yù)防性應(yīng)用

3.1.1 預(yù)防關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染的現(xiàn)狀 研究發(fā)現(xiàn)，手術(shù)中細菌在骨水泥和內(nèi)植物等表面形成的菌膜[35]是人工關(guān)節(jié)假體感染的主要原因。同時發(fā)現(xiàn)，菌膜形成后，能保護細菌免疫調(diào)理素等物質(zhì)對其作用，并且全身用抗生素很難達到局部治療濃度[36]。

3.1.2 預(yù)防初次關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染抗生素骨水泥的應(yīng)用 初次關(guān)節(jié)置換中應(yīng)用抗生素素水泥的是為了減少術(shù)中的污染以及預(yù)防術(shù)后早期感染。目前，Mahmoud等[37]研究顯示生物膜在開始形成的72 h之內(nèi)不會達到動態(tài)平衡，在這時應(yīng)用抗生素的敏感性最高，因此在術(shù)中應(yīng)用抗生素骨水泥對于避免術(shù)中關(guān)節(jié)感染及術(shù)后早期感染具有意義，在一項340例初次全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中患者的前瞻性對照試驗[38]中，應(yīng)用抗生素骨水泥的178例沒有出現(xiàn)關(guān)節(jié)感染，普通骨水泥固定的162例中感染率為3.1%。Block等[39]分析了22篇在人工關(guān)節(jié)置換中使用抗生素骨水泥的文獻，得出抗生素骨水泥能夠降低人工關(guān)節(jié)置換的深部感染?？股毓撬嚯m然能預(yù)防早期術(shù)中造成的感染，卻不能預(yù)防晚期血源性的感染。

3.2 膝、髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染翻修的應(yīng)用

3.2.1 膝、髖關(guān)節(jié)術(shù)后感染翻修的現(xiàn)狀 膝、髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染治療的目的在于去除感染的假體、徹底清創(chuàng)，恢復(fù)關(guān)節(jié)功能，必須行一期或二期翻修，關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染的金標準[40]是假體去除后抗生素骨水泥占位器植入，其作用有：（1）維持關(guān)節(jié)穩(wěn)定性；（2）防止雙下肢不等長；（3）局部抗生素治療感染灶。

3.2.2 膝、髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染翻修手術(shù)中骨水泥假體的應(yīng)用 （1）關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染翻修手術(shù)的步驟：首先取出感染的關(guān)節(jié)假體，徹底清創(chuàng)，將含有抗生素骨水泥（占位器）置入間隙；等感染控制后，取出占位器，并安裝正式關(guān)節(jié)翻修假體。Hsieh等[41]對41例髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體感染應(yīng)用骨水泥占位器翻修，總體感染控制率為95.2%。Masri等[42]對24例膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后感染應(yīng)用骨水泥占位器翻修，術(shù)后隨訪感染治愈率達92.0%。常見的并發(fā)癥有占位器的脫位及占位器的折斷，抗生素骨水泥間隔物分為兩種：非關(guān)節(jié)（靜態(tài)型）和關(guān)節(jié)型（活動性），關(guān)節(jié)型間隔物更符合解剖學(xué)基礎(chǔ)及力學(xué)特性，可允許更大范圍的關(guān)節(jié)活動，改善關(guān)節(jié)功能，減少瘢痕組織形成。Emerson等[43]比較22例關(guān)節(jié)型間隔物與26例非關(guān)節(jié)型間隔物翻修手術(shù)，術(shù)后感染率分別為8%、9%，但關(guān)節(jié)型間隔物患者比非關(guān)節(jié)型平均關(guān)節(jié)活動度增加14°。周勇剛等[44]設(shè)計關(guān)節(jié)型抗生素骨水泥占位器的壓制模具，使二期翻修時軟組織張力減少，骨質(zhì)吸收減少，利于翻修。（2）我們發(fā)現(xiàn)在預(yù)防和治療關(guān)節(jié)置換術(shù)后關(guān)節(jié)感染時，抗生素性骨水泥的效果是值得肯定的。隨著抗生素骨水泥的廣泛應(yīng)用，同時會帶來細菌的多重耐藥性，未來對于關(guān)節(jié)感染細菌種類的研究，以及摻入敏感抗生素時骨水泥的物理性質(zhì)等，將會使抗生素骨水泥在關(guān)節(jié)感染方面有更廣泛的應(yīng)用。

綜上所述，雖然目前骨水泥在骨科外科治療中得到廣泛的應(yīng)用，但是骨水泥在應(yīng)用過程的潛在風(fēng)險同樣要引起我們的足夠重視，研究發(fā)現(xiàn)，在關(guān)節(jié)置換中，約30%患者會出現(xiàn)低血壓、心率失常、嚴重低氧血癥、心肌梗死、肺動脈高壓、出血、哮喘發(fā)作等不良反應(yīng)[45]，稱之為骨水泥植入綜合征，嚴重時會引起心臟驟停，同時有報道抗生素性骨水泥應(yīng)用時會出現(xiàn)嚴重的過敏反應(yīng)[46]，作為臨床醫(yī)生要嚴格評估其存在風(fēng)險，使骨水泥更加安全有效的應(yīng)用。

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（收稿日期：2017-12-25）