經(jīng)皮椎體成形術(shù)骨水泥椎間盤滲漏的研究現(xiàn)狀

陶 瑩，鄧見鍵，吳 輝，汪麗霞，唐芬芬，繆新新

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院骨科，南昌 330006)

經(jīng)皮椎體成形術(shù)(PVP)因具有微創(chuàng)和早期穩(wěn)定骨折、緩解疼痛等優(yōu)點，現(xiàn)已逐漸成為治療骨質(zhì)疏松性椎體壓縮骨折、椎體腫瘤和骨髓瘤等疼痛性椎體疾患的重要方法[1]。但隨著臨床運用的增加，骨水泥滲漏的報道也越來越多[2]，骨水泥椎間盤滲漏是最常見的并發(fā)癥。由于骨水泥椎間盤滲漏不會引起嚴重的并發(fā)癥，臨床醫(yī)生多不太關(guān)注[3]；但從長遠看，漏入的骨水泥可加速椎間盤的退變，增加鄰近椎體骨折的風(fēng)險[4]。為提高人們對骨水泥椎間盤滲漏相關(guān)問題的認識，筆者就骨水泥椎間盤滲漏的臨床和基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀作一綜述。

1 骨水泥滲漏的類型

骨水泥滲漏通常采用2種分類方法，按照滲漏的路徑和部位。根據(jù)滲漏的途徑及CT表現(xiàn)，將骨水泥滲漏分為3種類型：B型、C型和S型。B型為骨水泥沿椎體靜脈滲漏至椎體后緣和硬膜前方；C型為骨水泥從椎體的骨皮質(zhì)缺損處滲漏，可發(fā)生在椎體周邊任何部位；S型為骨水泥通過節(jié)段靜脈滲漏，多局限在局部靜脈內(nèi)[5]。按骨水泥滲漏的解剖位置將其分為6型：Ⅰ型為椎體周圍滲漏，Ⅱ型為椎管內(nèi)滲漏，Ⅲ型為椎間孔內(nèi)滲漏，Ⅳ型為椎間盤內(nèi)滲漏，Ⅴ型為椎旁軟組織內(nèi)滲漏，Ⅵ型為混合型滲漏。椎間盤滲漏主要通過C型路徑[6]。

2 骨水泥椎間滲漏的分型與原因

CHUROJANA等[7]根據(jù)骨水泥椎間滲漏的特征分為3型：Ⅰ型為骨水泥沿椎間盤邊緣滲漏(骨水泥沿纖維環(huán)和終板間滲漏)，Ⅱ型為骨水泥椎間盤內(nèi)滲漏(骨水泥漏入髓核組織)，Ⅲ型為骨水泥沿椎間盤邊緣滲漏并進入髓核組織。他們回顧性分析了已行 PVP 治療的 148個椎體，有30個椎體出現(xiàn)了椎間盤滲漏，其中Ⅱ型占50%，Ⅰ型占27%，Ⅲ型占23%，椎間盤內(nèi)骨水泥滲漏(Ⅱ型)是最常見的類型，最顯著的特點就是骨水泥滲入到椎間盤內(nèi)面。在行PVP術(shù)后1年，與Ⅰ型、Ⅲ型相比，Ⅱ型可能會延遲疼痛的緩解。他們根據(jù)骨水泥占椎間盤的空間面積分為4個等級：GradeⅠ為<25%的椎間盤空間，GradeⅡ為25%～50%的椎間盤空間，GradeⅢ為50%～75%的椎間盤空間，GradeⅣ為>75%的椎間盤空間，并對其相關(guān)數(shù)據(jù)分析得出，Ⅰ型、Ⅱ型骨水泥滲漏面積占椎間盤空間多不超過25%，Ⅲ型骨水泥滲漏面積占椎間盤空間多位于25%～50%，74.43%屬于GradeⅡ滲漏等級。正常情況下行PVP術(shù)時骨水泥是不會通過完整的椎板滲漏入椎間盤，但骨質(zhì)疏松的椎體發(fā)生壓縮性骨折時多合并有終板的骨折，較高的終板骨折發(fā)生率，導(dǎo)致骨水泥漏入椎間盤的可能性大。有文獻[8]報道骨水泥椎間滲漏率為14%，但嚴重椎體骨折中可高達35%，椎間盤滲漏的發(fā)生與椎體骨折形狀并無顯著相關(guān)性。CHEN等[9]研究認為，骨水泥滲漏入椎間盤的主要原因是由于椎體軟骨終板的破損、椎體真空裂隙及穿刺針醫(yī)源性損傷終板而引起的。MIROVSKY等[10]研究認為，骨水泥椎間盤滲漏與終板是否破損、穿刺針的位置有關(guān)。HONG等[11]研究認為，椎間盤線性損傷和終板的缺失是骨水泥漏入椎間盤的重要原因，術(shù)前行腰椎MRI評估椎體情況，有利于預(yù)防骨水泥椎間盤滲漏的發(fā)生。此外，手術(shù)操作不當(dāng)以及骨水泥的低黏稠度和注射劑量過大也是發(fā)生骨水泥滲漏的原因。

3 骨水泥椎間盤滲漏后脊柱生物力學(xué)特點

有研究[12]認為，PKP術(shù)后骨水泥椎間滲漏可以減少遠端椎體的受力，而增加相鄰椎間盤和相鄰終板的局部應(yīng)力，并使得相鄰椎體的最大應(yīng)力成倍增加。有學(xué)者建立PKP術(shù)后骨水泥椎間盤滲漏三維有限元模型研究證明這一觀點，當(dāng)軸向壓力逐漸增加時，脊柱胸腰段各部位的應(yīng)力開始重新分布，可增加椎體的上、下終板應(yīng)力和區(qū)域范圍，增加相鄰椎間盤、相鄰終板的應(yīng)力及區(qū)域，也顯著增加相鄰椎體所受最大應(yīng)力，但遠端椎體的最大應(yīng)力明顯減小[13]。骨水泥注入椎體本身也對脊柱的生物力學(xué)有影響，通過對經(jīng)骨水泥增強的功能脊柱單位進行力學(xué)測試，結(jié)果顯示，骨水泥強化節(jié)段相鄰椎體的極限承載負荷明顯低于未增強椎體的相鄰節(jié)段。同時，生物力學(xué)的改變可能增加鄰近椎體的骨折以及促使椎間盤突出[14]。由于骨水泥滲漏改變了脊柱的生物力學(xué)行為，使應(yīng)力在相鄰椎間盤內(nèi)重新分配，椎間盤內(nèi)壓力增加，而髓核壓力首先升高，促使了椎間盤突出。

4 減少椎間盤內(nèi)骨水泥滲漏的策略及其并發(fā)癥處理

有文獻[14]報道，骨水泥椎間盤滲漏主要發(fā)生在嚴重的骨質(zhì)疏松性椎體壓縮性骨折和新鮮創(chuàng)傷性非骨質(zhì)疏松性椎體壓縮性骨折，因此嚴格把握手術(shù)適應(yīng)證、選擇合適的患者是預(yù)防骨水泥椎間盤滲漏的前提。術(shù)前詳細的詢問病史及體格檢查，完善相關(guān)影像學(xué)檢查，了解椎體病損特點及有無骨皮質(zhì)缺損、終板骨折及脊柱椎體內(nèi)真空現(xiàn)象等，均有利于減少術(shù)后骨水泥椎間盤滲漏的發(fā)生[15]。術(shù)中嚴格掌握穿刺方法及注入時機、骨水泥的量，也可以減少骨水泥椎間盤滲漏的發(fā)生[16]。此外，使用新型材料、改良手術(shù)器械可以減少骨水泥椎間盤滲漏的發(fā)生，如使用新型Vessel-X骨材料填充器，是由聚苯二甲酸醇酯材料互相交錯編織成的網(wǎng)袋狀結(jié)構(gòu)，注射黏稠骨水泥后網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)膨脹，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)僅允許少量骨水泥滲漏到網(wǎng)層外并與骨組織結(jié)合。結(jié)合后，無骨水泥的滲漏[17]。國內(nèi)使用新型編織材料代替PVP的球囊，證明其可降低骨水泥滲漏的風(fēng)險[18]。骨水泥漏入椎間盤內(nèi)，一般無明顯的臨床癥狀，可不需特殊處理；但也有患者因骨水泥滲漏至椎間隙后導(dǎo)致腰痛不緩解，此時可行椎體切除后加內(nèi)固定術(shù)治療[19]。骨水泥向相鄰椎間盤滲漏，可能改變椎間盤的生物力學(xué)環(huán)境，遠期有可能加速椎間盤退變，繼發(fā)鄰近椎體骨折[20]。通過建立三維有限元模型，行相鄰椎體預(yù)防性強化可能會減少鄰近椎體骨折的發(fā)生[21]。

5 骨水泥椎間盤滲漏與椎間盤退行性變的關(guān)系

5.1 椎間盤內(nèi)骨水泥滲漏加速椎間盤的退行性變

椎間盤所處的生物力學(xué)環(huán)境直接影響椎間盤細胞的代謝，特別是壓力負荷對椎間盤基質(zhì)的產(chǎn)生和細胞活性有所影響。椎間盤是閉合的緩沖系統(tǒng)，骨水泥滲入將導(dǎo)致椎間盤內(nèi)的壓力升高，使髓核細胞及細胞外基質(zhì)承受異常的應(yīng)力，這種高應(yīng)力狀態(tài)可能導(dǎo)致椎間盤的退變[22]。此外，這種高應(yīng)力狀態(tài)也會使得細胞滲透功能減退，影響椎間盤細胞的營養(yǎng)成分的吸收和代謝水平，加速髓核細胞凋亡[23]。有研究[24-25]表明，椎間盤的持續(xù)高應(yīng)力能夠加速終板的損傷、纖維環(huán)的變性，甚至整個椎間盤退行性變。當(dāng)高應(yīng)力在椎間盤重新分配時，會引起髓核體積縮小、纖維環(huán)壓力的重新分布，而這2個生物學(xué)現(xiàn)象是椎間盤退行性變的重要生物學(xué)因素。骨水泥也可通過抑制髓核細胞的增殖，加速椎間盤退行性變。LIN等[26]報道，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥能顯著減少體外培養(yǎng)的髓核細胞數(shù)量，影響細胞外基質(zhì)代謝基因的表達，同時發(fā)現(xiàn)髓核細胞數(shù)量減少與骨水泥的量相關(guān)。此外，PMMA骨水泥顆粒本身也可能對髓核細胞的活性、周期、凋亡和衰老等生物學(xué)行為產(chǎn)生影響。對骨水泥椎間盤滲漏動物模型的研究[27]顯示，PMMA骨水泥注入犬椎間盤24周后，組織學(xué)檢查顯示髓核細胞數(shù)減少，TUNEL法檢測凋亡髓核細胞明顯增加。骨水泥椎間盤滲漏可影響蛋白多糖的合成，引起椎間盤退行性變。對成年家犬建立骨水泥椎間盤滲漏模型的研究[28]發(fā)現(xiàn)，骨水泥椎間盤滲漏會導(dǎo)致椎間盤的糖胺多糖含量下降，蛋白多糖合成下降，且椎間盤的糖胺多糖含量改變與骨水泥滲漏入椎間盤量有關(guān)。這個實驗說明了滲漏的骨水泥可以使蛋白多糖的合成減少，進而促進椎間盤退行性變。骨水泥也可通過改變椎間盤的力學(xué)環(huán)境而改變蛋白多糖的含量，引起椎間盤退行性變。有研究[29]顯示，牛和豬的椎間盤在受到壓應(yīng)力、張應(yīng)力時，蛋白多糖的合成降低。

5.2 不同骨水泥對髓核細胞損傷的差異性

有研究[30]顯示，通過在體外人退變髓核細胞的培養(yǎng)液中分別加入不同濃度的PMMA、磷酸鈣和硫酸鈣顆粒，觀察不同骨水泥顆粒對髓核細胞的影響。結(jié)果顯示，PMMA和磷酸鈣顆粒使人髓核細胞減少，而硫酸鈣對人髓核細胞活性影響較小。細胞外基質(zhì)代謝相關(guān)基因的表達在顆粒處理后也會發(fā)生改變，如PMMA、磷酸鈣和硫酸鈣分別使聚蛋白聚糖的基因表達減少2.5、6.4和6.6倍，PMMA也使SOX9基因表達減少3.3倍，并證明PMMA骨水泥所致椎間盤退變較CPC骨水泥更為嚴重。國內(nèi)有學(xué)者[31]通過建立椎間盤滲漏的動物模型，也得到相同結(jié)論。有研究[4]發(fā)現(xiàn)，PMMA組椎間盤退變程度比CPC組嚴重。也有研究[12]顯示，不同體積分數(shù)的CPC顆粒對人正常髓核細胞增殖無影響，而一定體積分數(shù)的PMMA顆粒作用髓核細胞后，能導(dǎo)致髓核細胞活性降低，并且該效應(yīng)具有時間依賴性和劑量依賴性。對于PMMA所致椎間盤退變?yōu)槭裁幢菴PC更為嚴重，可能與PMMA熱效應(yīng)有關(guān)，但還需進一步的深入研究。

6 骨水泥椎間盤滲漏與鄰近椎體骨折的關(guān)系

有研究[32]認為，骨水泥滲漏至椎間盤能夠增加相鄰椎體的機械應(yīng)力，從而增加了PVP術(shù)后相鄰節(jié)段椎體繼發(fā)性骨折的風(fēng)險。同時對38例行PVP治療的患者進行回訪，發(fā)現(xiàn)骨水泥椎間盤滲漏的病例中有58%出現(xiàn)了鄰椎骨折，得出骨水泥椎間盤滲漏可明顯增加術(shù)后相鄰椎體骨折的風(fēng)險的結(jié)論。相鄰椎體并發(fā)骨折并非由單一因素引起，而是由多種因素共同作用的結(jié)果。有研究[33]發(fā)現(xiàn)，骨水泥椎間盤滲漏、椎體骨的低密度、PVP術(shù)后壓縮椎體的高度恢復(fù)均是椎體發(fā)生骨折的最強有力的風(fēng)險因素。另研究者對508例椎體骨折患者采用PVP治療，隨訪期間出現(xiàn)49例新的椎體骨折，在35個鄰近節(jié)段的椎體骨折中54.3%鄰近椎間盤有骨水泥滲漏。同時對PVP術(shù)后骨折的影響因素進行多因素Logistic回歸分析，結(jié)果顯示，低體質(zhì)量指數(shù)和椎間盤滲漏與PVP術(shù)后的相鄰椎體骨折相關(guān)[23]。也有研究[34]認為，PVP術(shù)后發(fā)生非手術(shù)椎體骨折與骨水泥椎間盤滲漏、術(shù)后未抗骨質(zhì)疏松治療以及低25-(OH)D水平有關(guān)。有學(xué)者[2]認為，椎間盤滲漏與鄰近節(jié)段的椎體骨折沒有相關(guān)性。有研究[35]表明，病變椎體在接受PVP治療后，部分椎間盤存在骨水泥滲漏，但滲漏椎間隙相鄰椎體骨折發(fā)生率與無滲漏者比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義。然而，對于骨水泥椎間盤滲漏是否會增加鄰近節(jié)段椎體骨折的發(fā)生率，目前還存在一定的爭議[3]。因為骨水泥注入病變椎體本身就能增加鄰近椎體終板的承受應(yīng)力，增加椎體發(fā)生骨折的風(fēng)險。

7 結(jié)論與展望

骨水泥椎間盤滲漏可通過改變椎間盤的生物力壞境，抑制髓核細胞的增殖，加速椎間盤的退變。骨水泥椎間盤滲漏使相鄰椎體的最大應(yīng)力成倍增加，增加鄰近椎體骨折的發(fā)生率。術(shù)前評估椎體情況、使用新型材料及改進手術(shù)方法均可有效減少椎間盤骨水泥滲漏的發(fā)生。不同骨水泥對椎間盤損傷有差異，因此開發(fā)出一種無凝固放熱、生物降解和相容性好及強度與正常椎體接近的新型椎體填充材料是今后研究的方向。在基礎(chǔ)研究方面，骨水泥顆粒對椎間盤退變的機制以及對人體的影響有待于進一步的深入研究。