真空攪拌骨水泥技術(shù)應(yīng)用于椎體后凸成形術(shù)的生物力學(xué)研究

陳勇等

[摘要] 目的 探討應(yīng)用真空攪拌骨水泥技術(shù)的椎體后凸成形術(shù)的生物力學(xué)特點(diǎn)。 方法 新鮮成年羊的腰段椎體48個(gè)，乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-Na2）脫鈣法制備離體動(dòng)物椎體骨質(zhì)疏松模型，在生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上垂直壓縮制備椎體壓縮性骨折模型，將模型隨機(jī)分為4組，骨折模型對(duì)照組及試驗(yàn)組分別行應(yīng)用真空骨水泥攪拌技術(shù)的椎體后凸成形術(shù)和應(yīng)用空氣中攪拌骨水泥技術(shù)的椎體后凸成形術(shù)，對(duì)各組生物力學(xué)性能進(jìn)行比較。 結(jié)果 A組（骨質(zhì)疏松椎體對(duì)照組）椎體前緣壓縮值為0.474±0.073 mm，B組（骨質(zhì)疏松椎體骨折對(duì)照組）椎體前緣壓縮值為3.215±0.231 mm，C組（空氣中攪拌骨水泥技術(shù)PKP組）椎體前緣壓縮值為1.164±0.180 mm，D組（真空攪拌骨水泥技術(shù)PKP組）椎體前緣壓縮值為0.920±0.159 mm。兩種骨水泥技術(shù)PKP術(shù)后椎體前緣壓縮程度均小于骨質(zhì)疏松椎體骨折對(duì)照組，且大于骨質(zhì)疏松椎體對(duì)照組；其中真空攪拌骨水泥技術(shù)PKP組的椎體前緣壓縮值小于空氣中真空攪拌骨水泥技術(shù)PKP組。 結(jié)論 真空攪拌骨水泥技術(shù)應(yīng)用于椎體后凸成形術(shù)能夠提高術(shù)后傷椎的生物力學(xué)穩(wěn)定性。

[關(guān)鍵詞] 真空攪拌；骨水泥技術(shù)；椎體后凸成形術(shù)； 生物力學(xué)

[中圖分類號(hào)] R683.2 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B [文章編號(hào)] 1673-9701（2015）01-0058-03

Biomechanical study of the kyphoplasty using vacuum-mixing bone cement

CHEN Yong WANG Gang ZHAO Peng

Department of Orthopedics， the Second People's Hospital of Dalian， Dalian 116011，China

[Abstract] Objective To investigate biomechanical characteristics of kyphoplasty using the vacuum mixed bone cement. Methods Forty-eight fresh lumbar vertebraes of adult sheep were randomly divided into four groups，each group included 12 vertebraes.These vertebraes were made in vitro vertebral osteoporosis models by edetate disodium（EDTA-Na2） decalcificating， and then biomechanical testing machine was used to make the models of compressed vertebral fractures by applying vertical compression. One of the fracture model group was applied kyphoplasty using air-mixing cement，and another fracture model group was applied kyphoplasty using vacuum-mixing cement.The biomechanical properties of all the four groups were compared. Results The vertebral compression of group A （control group of osteoporotic vertebraes） was 0.474±0.073 mm，group B（control group of fractured osteoporotic vertebrae） was 3.215±0.231 mm， group C（applied kyphoplasty using air-mixing cement） was 1.164±0.180 mm，group D（applied kyphoplasty using vacuum-mixing cement） was 0.920±0.159 mm. The vertebral compression of the two kyphoplasty groups was less than the control group of fractured osteoporotic vertebraes，and more than the control group of osteoporotic vertebraes.And the vertebral compression of the group applied kyphoplasty using vacuum-mixing cement was less than the group applied kyphoplasty using air-mixing cement. Conclusion The technology of vacuum-mixing cement used in kyphoplasty can improve the biomechanical stability of fractured osteoporotic vertebrae.

[Key words] Vacuum-mixing；Bone cement； Kyphoplasty； Biomechanics

椎體壓縮性骨折是老年人骨質(zhì)疏松癥的主要并發(fā)癥之一，椎體后凸成形術(shù)是近年來由椎體成形術(shù)結(jié)合血管成形術(shù)中的氣囊導(dǎo)管技術(shù)發(fā)展起來的一種創(chuàng)新性的微創(chuàng)技術(shù)，現(xiàn)已成為治療骨質(zhì)疏松椎體壓縮性骨折的一種常用術(shù)式。本研究提出將第三代骨水泥技術(shù)中的真空攪拌骨水泥技術(shù)應(yīng)用于椎體后凸成形術(shù)，并通過制備離體動(dòng)物標(biāo)本模型進(jìn)行生物力學(xué)試驗(yàn)驗(yàn)證，目前國(guó)內(nèi)外尚未見相關(guān)報(bào)道。

1 材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)標(biāo)本

8具新鮮成年羊脊柱，每具選取腰段椎體6節(jié)，共48個(gè)椎體，檢查無骨缺損、畸形，去除椎旁肌肉及椎間盤，保留橫突、關(guān)節(jié)突、棘突及完整骨膜，浸入福爾馬林溶液中固定24 h，再取出以生理鹽水沖洗、浸泡12 h，全部標(biāo)本隨機(jī)分為A、B、C、D共4個(gè)處理組，每組12個(gè)標(biāo)本。

1.2主要材料與儀器

①骨水泥真空攪拌系統(tǒng)（史賽克公司，美國(guó)）；②椎體后凸成形術(shù)器械（Kyphon公司，美國(guó)）；③MTS材料實(shí)驗(yàn)機(jī)（MTS 858 bionix II machine，美國(guó)），河北省第三醫(yī)院提供。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1分組方法 A組（骨質(zhì)疏松椎體對(duì)照組）：制備骨質(zhì)疏松椎體模型，不施加其他任何干預(yù)。B組（骨質(zhì)疏松椎體骨折對(duì)照組）：先后制備骨質(zhì)疏松椎體模型及壓縮性骨折模型，做為骨質(zhì)疏松椎體骨折模型對(duì)照組。C組（空氣中攪拌骨水泥技術(shù)PKP組）：先后制備骨質(zhì)疏松及壓縮性骨折模型，應(yīng)用空氣中攪拌骨水泥技術(shù)行椎體后凸成形術(shù)。D組（真空攪拌骨水泥技術(shù)PKP組）：先后制備骨質(zhì)疏松及壓縮性骨折模型，應(yīng)用真空攪拌骨水泥技術(shù)行椎體后凸成形術(shù)。

1.3.2實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭苽?（1）制備椎體骨質(zhì)疏松模型：A、B、C、D共4個(gè)處理組，均采用乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-Na2）脫鈣法制備骨質(zhì)疏松模椎體型。以0.595 mm/L的乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-Na2）脫鈣液（加入NaOH調(diào)整pH值為7.0）脫鈣3周。每天以注射器將浸泡椎體的脫鈣液向每個(gè)椎體預(yù)置的椎弓根釘?shù)纼?nèi)注射2次，每次1分鐘，每天更換一次脫鈣液。（2）制備骨質(zhì)疏松椎體壓縮性骨折模型：B、C、D兩組在制成骨質(zhì)疏松模椎體型之后，分別置于MTS材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上，以5 mm/min的加載速率進(jìn)行垂直加載，直到標(biāo)本屈服壓縮30%為止，制備出壓縮骨折模型，在壓縮過程中不斷用注射器向標(biāo)本上注射0.9%氯化鈉溶液，以保持椎體濕潤(rùn)，制備出骨質(zhì)疏松椎體壓縮性骨折模型。（3）兩種骨水泥技術(shù)的椎體后凸成形術(shù)：C組12個(gè)標(biāo)本在經(jīng)過上述步驟后，應(yīng)用空氣中攪拌骨水泥技術(shù)，行椎體后凸成形術(shù)?？諝庵袛嚢韫撬嗉夹g(shù)：按單體、粉末比例1 mL∶2 g調(diào)配PMMA骨水泥，將兩者倒入調(diào)和杯或碗中，以60次/min的速率用攪拌棒輕柔攪拌，約5 min后骨水泥進(jìn)入拉絲期，即可用于椎體后凸成形術(shù)的骨水泥灌注。D組12個(gè)標(biāo)本在經(jīng)過上述步驟后，應(yīng)用真空攪拌骨水泥技術(shù)，行椎體后凸成形術(shù)。使用骨水泥真空攪拌系統(tǒng)，同樣按單體、粉末比例1 mL∶2 g調(diào)配，真空泵將密閉的骨水泥調(diào)和杯抽成真空，在真空狀態(tài)下攪拌混合，約5 min后骨水泥進(jìn)入拉絲期，即可用于椎體后凸成形術(shù)的骨水泥灌注。PKP手術(shù)操作流程基本同文獻(xiàn)[1]。首先將導(dǎo)針經(jīng)雙側(cè)椎體椎弓根穿刺至椎體前1/3中心位置，打入套筒，拔出導(dǎo)針，平頭鉆擴(kuò)大通道，置入可擴(kuò)張球囊，打入造影劑至壓力250 psi左右擴(kuò)張球囊在椎體內(nèi)形成一空腔，然后退出球囊，于拉絲期注入骨水泥（PMMA），約15 min后取出套筒。經(jīng)兩側(cè)椎弓根通道分別注射10%椎體體積的骨水泥。椎體體積的計(jì)算方法如下：量筒內(nèi)置一定量的水，然后將椎體浸入水中，量筒水位刻度改變即為椎體體積。PKP術(shù)后將椎體置于室溫下24 h，使骨水泥完全聚合固化。

1.3.3生物力學(xué)測(cè)試 （1）A、B兩組：上MTS材料實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)量加載負(fù)荷后椎體前緣高度壓縮值。（2）C組：應(yīng)用空氣中攪拌骨水泥技術(shù)行椎體后凸成形術(shù)，然后上MTS材料實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)量加載負(fù)荷后椎體前緣高度壓縮值。（3）D組：應(yīng)用空氣中真空攪拌骨水泥技術(shù)行椎體后凸成形術(shù)，然后上MTS材料實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)量加載負(fù)荷后椎體前緣高度壓縮值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件學(xué)分析，計(jì)量資料采用（x±s）差表示。各組加載負(fù)荷后椎體前緣高度壓縮值的比較，采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)資料的方差分析并進(jìn)行組間兩兩比較（Q檢驗(yàn)法進(jìn)行兩兩比較），P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

各組經(jīng)生物力學(xué)試驗(yàn)機(jī)加載負(fù)荷后，測(cè)量其各組椎體前緣高度壓縮值，結(jié)果如下：A組（骨質(zhì)疏松椎體對(duì)照組）椎體前緣壓縮值為0.474±0.073 mm，B組（骨質(zhì)疏松椎體骨折對(duì)照組）椎體前緣壓縮值為3.215±0.231 mm，C組（空氣中攪拌骨水泥技術(shù)PKP組）椎體前緣壓縮值為1.164±0.180 mm，D組（真空攪拌骨水泥技術(shù)PKP組）椎體前緣壓縮值為0.920±0.159 mm。經(jīng)方差分析結(jié)果顯示：F=25.9，P<0.05，有顯著性差異；以Q檢驗(yàn)行各組間兩兩比較，結(jié)果顯示各組間均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05）。且B、C、D 3組椎體前緣壓縮值均高于A組，其中B組椎體前緣壓縮值最大；C、D兩組椎體前緣壓縮值均大于A組且小于B組；D組椎體前緣壓縮值小于C組，說明兩種骨水泥技術(shù)用于PKP術(shù)后椎體前緣壓縮程度小于椎體骨折模型對(duì)照組，且大于空白對(duì)照組；其中真空攪拌骨水泥技術(shù)PKP組的椎體前緣壓縮值小于空氣中攪拌骨水泥技術(shù)PKP組。見表1。

3 討論

椎體壓縮性骨折是骨質(zhì)疏松癥的主要并發(fā)癥之一，是老年人常見病[2，3，4]。椎體后凸成形術(shù)是近年來由椎體成形術(shù)結(jié)合血管成形術(shù)中的氣囊導(dǎo)管技術(shù)發(fā)展起來的一種創(chuàng)新性的微創(chuàng)技術(shù)，能將壓縮的骨折椎體復(fù)位到一定的高度并形成一個(gè)空腔以填充骨水泥、增強(qiáng)椎體剛度和強(qiáng)度，達(dá)到緩解疼痛、矯正后凸畸形的目的。骨水泥是用于椎體后凸成形術(shù)的填充粘固劑，1928年首次應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，用于制備口腔科齒托。20世紀(jì)60年代開始骨水泥被應(yīng)用于人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，作為人工關(guān)節(jié)假體的粘固填充介質(zhì)，目前市售的骨水泥主要成分多為聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）[5-7]。

目前椎體后凸成形術(shù)中所使用的骨水泥技術(shù)為空氣中攪拌骨水泥技術(shù)，而真空攪拌骨水泥技術(shù)是20世紀(jì)90年代以來在人工關(guān)節(jié)置換外科領(lǐng)域發(fā)展起來的第三代骨水泥技術(shù)[8]。第三代骨水泥技術(shù)由于在真空狀態(tài)下對(duì)骨水泥進(jìn)行攪拌，從而明顯降低了骨水泥固化后的孔隙率。文獻(xiàn)報(bào)道真空攪拌骨水泥技術(shù)被認(rèn)為是較有前途的方法，而且容易在手術(shù)室推廣使用，絕大部分學(xué)者認(rèn)為該技術(shù)可以降低骨水泥的疏松度，使其抗彎曲強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度分別提高了12%和15%，彈性模量亦有所提高，從而提高了骨水泥的機(jī)械性能[9-11]。

本研究提出將真空攪拌骨水泥技術(shù)應(yīng)用于椎體后凸成形術(shù)，為此筆者設(shè)計(jì)了本項(xiàng)生物力學(xué)研究以探討真空攪拌骨水泥技術(shù)應(yīng)用于椎體后凸成形術(shù)的生物力學(xué)特性，為臨床應(yīng)用真空攪拌骨水泥技術(shù)的椎體后凸成形術(shù)治療胸腰椎壓縮性骨折提供基礎(chǔ)理論研究參考。我們通過生物力學(xué)試驗(yàn)測(cè)試，表明真空攪拌骨水泥技術(shù)PKP組的椎體前緣壓縮值小于空氣中攪拌骨水泥技術(shù)PKP組，具有更好的生物力學(xué)穩(wěn)定性。因此我們認(rèn)為將真空攪拌骨水泥技術(shù)引入椎體后凸成形術(shù)，理論上有助于進(jìn)一步提高傷椎術(shù)后的生物力學(xué)穩(wěn)定性，改善椎體后凸成形術(shù)治療胸腰椎壓縮性骨折的療效、降低術(shù)后椎體復(fù)位丟失等并發(fā)癥。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 徐學(xué)方，吳冰，吳天泉，等. 經(jīng)皮穿刺球囊擴(kuò)張椎體后凸成形術(shù)治療骨質(zhì)疏松性胸腰椎骨折[J]. 浙江中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，38（5）：592-594.

[2] 吳愛國(guó)，汪冰霞，戴冠東，等. 深圳市坪山老年骨質(zhì)疏松性骨折患病率流行病學(xué)調(diào)查[J]. 醫(yī)學(xué)臨床研究，2014，（4）：637-639.

[3] 馬祥，劉雅，韓文群，等. 成都地區(qū)骨質(zhì)疏松性骨折的危險(xiǎn)因素分析[J]. 四川醫(yī)學(xué)，2013，34（12）：1790-1793.

[4] 羅鵬飛，潘曉群，蘇建，等. 江蘇省骨質(zhì)疏松自報(bào)患病率及其影響因素分析[J]. 江蘇預(yù)防醫(yī)學(xué)，2014，25（3）：43-45.

[5] 陳偉標(biāo). 骨水泥技術(shù)在骨科臨床中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代診斷與治療，2013，24（4）：881.

[6] 關(guān)群，熊小江，唐進(jìn)，等. 人工關(guān)節(jié)置換術(shù)治療老年股骨轉(zhuǎn)子間不穩(wěn)定骨折[J]. 中華創(chuàng)傷雜志，2014，30（3）：211-216.

[7] 張啟棟，郭萬首，程立明，等. 全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中骨水泥假體與非骨水泥假體生存率比較的系統(tǒng)評(píng)價(jià)[J]. 中國(guó)矯形外科雜志，2011，19（1）：26-30.

[8] 蔡宏，張克，田華. 中國(guó)髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中骨水泥使用狀況調(diào)查[J]. 中華關(guān)節(jié)外科雜志（電子版），2012，1（6）：55-58.

[9] Shiro， Hirose，Hiromi，et al. Outcomes of Charnley total hip arthroplasty using improved cementing with so-called second-and third-generation techniques[J]. Journal of Orthopaedic Science：official journal of the Japanese Orthopaedic Association，2012，17（2）：118-23.

[10] Jill，Meyer，Geoff，et al. Vacuum-mixing significantly changes antibiotic elution characteristics of commercially available antibiotic-impregnated bone cements[J]. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume，2011，93（22）：2049-2056.

[11] 陳曉欣，呂厚山，高彤，等. 真空攪拌對(duì)國(guó)產(chǎn)骨水泥性能影響的觀察[J]. 中華外科雜志，1992，30（10）：593-595.

（收稿日期：2014-09-16）