新型可注射磷酸鈣骨水泥在椎體后凸成形術(shù)中的生物力學(xué)評價.pdf

1、骨質(zhì)疏松癥是威脅人類健康，特別是老年人健康的重大疾病之一。我國現(xiàn)有骨質(zhì)疏松癥患者8400萬。骨質(zhì)疏松癥和骨質(zhì)疏松性骨折的預(yù)防和治療已成為醫(yī)學(xué)上急需解決的難題。骨質(zhì)疏松引起骨痛、骨骼變性和骨折，高齡女性的骨折發(fā)生率很高，以脊椎骨折和髖部骨折最為常見，占67％。目前由骨質(zhì)疏松引起的椎體壓縮性骨折與椎體塌陷仍缺乏有效的治療方法。近年來一項新的微創(chuàng)技術(shù)一經(jīng)皮椎體成形術(shù)( percutaneous vertebroplasty，PVP)及經(jīng)皮球囊

2、擴張后凸成形術(shù)(percutaneous kyphoplasty，PKP)應(yīng)用于臨床，通過經(jīng)皮向壓縮骨折椎體內(nèi)注入骨水泥等填充物，增強病變椎體的力學(xué)強度，以增強脊柱的穩(wěn)定性，減輕或消除因骨折所致疼痛，PKP還可恢復(fù)椎體高度，從而提高患者的生活質(zhì)量。目前最常用的充填材料是聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)因其放熱反應(yīng)、單體毒性、無生物活性、不能自身降解和起骨傳導(dǎo)作用，不能被新骨替代，在體內(nèi)長期呈異物

3、存在，以及其機械力學(xué)穩(wěn)定性隨時間推移逐漸減弱等缺點使其臨床應(yīng)用受到限制和質(zhì)疑。因此，針對充填材料的研究成為近年來椎體成形術(shù)和后凸成形術(shù)的研究熱點之一。
　　 一種新型的人造骨材料可注射自固化磷酸鈣骨水泥(calcium phosphatecement，CPC)具有可塑形、自固化、低溫無毒、生物相容、可降解和成骨活性。以及可直接顯影等優(yōu)點而應(yīng)用前景廣闊。但新材料也帶來一些新的問題，如強度不夠理想、可注射性不佳、抗?jié)⑸⑿圆蛔?、可降?/p>

4、性與強度之間的矛盾，以及顯影性、新骨生成速度與材料降解速度的匹配等一系列問題。由華南理工大學(xué)等單位合作研究開發(fā)的一種新型可注射磷酸鈣骨水泥，采用復(fù)合的方式，將納米羥基磷灰石/膠原骨修復(fù)材料微粒彌散復(fù)合在海藻酸鈣凝膠基體中，制備可注射骨修復(fù)材料。通過組裝膠原蛋白和生長因子使材料具有誘導(dǎo)成骨功能，通過平衡材料的降解速度和成骨速度，使新骨生長速度與材料降解吸收速度相匹配，以及使用新的抗?jié)⑸?。開發(fā)出具有室溫下可注射性好、能在體溫下迅速自固化、

5、在水性溶液中不潰散、水化熱很小的特性、具有良好的力學(xué)性能和誘導(dǎo)成骨性能、新骨生成速度較快且與材料降解速度基本匹配的、設(shè)計優(yōu)化出載藥型、載活性因子型等系列功能的、可用于骨質(zhì)疏松和骨缺損治療的可注射可吸收磷酸鈣骨水泥材料。本實驗對這種優(yōu)化配方后的新型可注射磷酸鈣骨水泥作為椎體后凸成形術(shù)( KP)的填充材料，與目前臨床常用的PMMA在生物力學(xué)性能方面進行對比分析，以探討該材料能否有效替代PMMA應(yīng)用于PKP手術(shù)。為該材料的臨床應(yīng)用提供實驗依據(jù)

6、。
　　 材料和方法
　　 取4具老年尸體共20個胸腰椎新鮮標本( T11-L3)，拍攝脊柱正側(cè)位X線片，排除脊柱畸形、腫瘤、骨折等。經(jīng)雙能X線吸收骨密度儀測試骨密度(bone mineraldensity，BMD)后根據(jù)WHO關(guān)于骨質(zhì)疏松的定義去除不合格標本。每組椎體上下凹面均用牙托粉充填平整，測量椎體高度和受力面積。20個椎體隨機分為CPC組和PMMA組，每組10個。在MTS電子萬能材料試驗機上測量兩組椎體初始強度和

7、剛度，建立椎體壓縮骨折模型，然后分別用CPC和PMMA兩種材料行椎體后凸成形術(shù)，測量兩種材料固化后的溫度和凝結(jié)時間、完全固化時間，每個椎體的注入骨水泥量。測量兩組椎體KP術(shù)后的高度，計算KP術(shù)后椎體高度恢復(fù)百分比，兩組椎體骨水泥灌注后分別拍攝X線正側(cè)位和軸位片。待骨水泥完全凝固后兩組椎體再次在MTS試驗機上壓縮椎體至骨折，記錄載荷，位移數(shù)據(jù)。計算KP術(shù)后兩組椎體的抗壓強度與剛度。所得數(shù)據(jù)采用(x±s)表示，應(yīng)用SPSS15.0版軟件進行

8、統(tǒng)計學(xué)分析。兩組椎體的BMD、平均高度、受力面積、材料充填量、高度恢復(fù)百分比、最大載荷、抗壓強度、剛度的組間比較采用單因素方差分析( ANOVA)，兩組椎體骨折前、KP術(shù)后最大載荷、抗壓強度、剛度的比較采用配對資料t檢驗分析，p<0.05為差異具有顯著性意義。
　　 結(jié)果
　　 兩種骨水泥都具有良好的可注射性，室溫下CPC粉末與生理鹽水混合后無明顯放熱，凝結(jié)時間為15-25min，完全固化需3h，注入椎體后X線直接顯影清

9、晰，骨水泥在椎體內(nèi)分布均勻。PMMA與固化液混合后明顯放熱，其核心溫度可達100℃，表面溫度也可達70℃左右，室溫下從配置到出絲后期時間4-6min，完全固化時間10-12min。注入椎體后X線顯影模糊，骨水泥在椎體內(nèi)滲透、分布均勻。在軸位X線上顯示兩組材料與椎體之間連接處界限模糊無縫隙。
　　 PMMA組椎體平均BMD為(0.495±0.023)g/m2,CPC組平均BMD為(0.482±0.023)g/cm2,均符合骨質(zhì)疏松

10、椎體標準，兩組BMD無明顯差異(p>0.05)。兩組椎體KP手術(shù)材料充填量PMMA組為(3.85±0.19)ml，CPC組為(3.92±0.15)ml，兩組間亦無明顯差異(p>0.05)。兩組椎體平均高度、受力面積、KP術(shù)后椎體高度恢復(fù)百分比組間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(p>0.05)。兩組椎體在初始最大載荷、初始抗壓強度、初始剛度比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(p>0.05)。KP術(shù)后PMMA組椎體最大載荷、抗壓強度均較骨折前明顯增加，組內(nèi)比較有顯

11、著性差異(p<0.05)，剛度雖高于骨折前，但無顯著性差異(p>0.05)。CPC組術(shù)后最大載荷、抗壓強度均稍高于骨折前水平，但無顯著性差異(p>0.05)。而剛度則低于骨折前，且有統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.05)。兩組對比PMMA組術(shù)后最大載荷、抗壓強度、剛度均明顯高于CPC組(p<0.05)
　　 結(jié)論
　　 新型CPC在KP術(shù)中能有效恢復(fù)椎體的強度和剛度，其對椎體強化水平雖不及PMMA，但避免了因椎體過度強化而引起鄰近節(jié)