注入骨水泥治疗胸腰椎骨质疏松性骨折：成熟技术中的常见问题

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.26.022

中国组织工程研究

• 骨与关节学术探讨 academic discussion of the bone and joint • 上一篇下一篇

注入骨水泥治疗胸腰椎骨质疏松性骨折：成熟技术中的常见问题

韩卫东¹，黄爱军¹，陈丽萍²

1深圳市福田区人民医院骨科，广东省深圳市 518000
2深圳市福田区第二人民医院肾内科，广东省深圳市 518000

收稿日期:2012-12-15 修回日期:2013-04-12 出版日期:2013-06-25 发布日期:2013-06-25
通讯作者: 黄爱军，硕士，主治医师，深圳市福田区人民医院骨科，广东省深圳市 518000 omego@qq.com
作者简介:韩卫东，男，1968年生，广东省梅州市人，汉族，1992年中山医科大学毕业，副主任医师，主要从事脊柱外科研究。 hanwd88@163.com

Bone cement injection for the treatment of thoracolumbar osteoporotic fractures: Common problems in the mature technology

Han Wei-dong¹, Huang Ai-jun¹, Chen Li-ping²

1 Department of Orthopedics, the Fourth People’s Hospital of Shenzhen, Shenzhen 518000, Guangdong Province, China
2 Department of Nephrology, Second People’s Hospital of Futian District, Shenzhen 518000, Guangdong Province, China

Received:2012-12-15 Revised:2013-04-12 Online:2013-06-25 Published:2013-06-25
Contact: Huang Ai-jun, Master, Attending physician, Department of Orthopedics, the Fourth People’s Hospital of Shenzhen, Shenzhen 518000, Guangdong Province, China omego@qq.com
About author:Han Wei-dong, Associate chief physician, Department of Orthopedics, the Fourth People’s Hospital of Shenzhen, Shenzhen 518000, Guangdong Province, China Hanwd88@163.com

摘要/Abstract

摘要：

背景：注入骨水泥是胸腰椎骨质疏松性骨折常用的固定方法之一。
目的：评估注入骨水泥内固定胸腰椎骨质疏松性骨折的生物力学性能以及固定效果。
方法：选取骨质疏松胸腰椎标本，测定骨密度以及最大压力载荷、位移、刚度等力学性能指标，建立骨折模型，注入骨水泥固定后，再次测定最大压力载荷、位移、刚度指标，比较注入骨水泥固定前后生物性能的变化，同时与椎弓根螺钉固定胸腰椎骨质疏松性骨折的生物学性能进行比较。对注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折的患者进行随访观察，通过评估患者缓解疼痛程度、胸腰椎体高度恢复程度以及骨水泥注入量和骨水泥外渗等情况，明确注入骨水泥固定治疗的效果。
结果与结论：生物力学实验测定注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折后的最大载荷为2 285 N，比骨折前承受的最大载荷1 954 N强度增加了近16.9%，注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折后的刚度为427 N，比骨折前刚度349 N增加了近22.1%，显示出良好的生物性能。对应用注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折的患者以及应用闭合复位注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折的患者进行随访观察，结果发现2种方法均可以使患者的疼痛得到明显的缓解，而闭合复位注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折时骨水泥注入量、局部后凸角以及椎体高度恢复情况均更好，表明闭合复位辅助下注入骨水泥固定是胸腰椎骨质疏松性骨折安全有效的治疗方法。

关键词: 骨关节植入物, 骨与关节学术探讨, 骨水泥, 胸腰椎, 骨质疏松, 骨折, 聚甲基丙烯酸甲酯, 椎弓根螺钉, 神经根, 疼痛

Abstract:

BACKGROUND: Bone cement injection is one of the commonly used methods for the treatment of thoracolumbar osteoporotic fractures.
OBJECTIVE: To evaluate biomechanical properties and fixed effects of bone cement injection for the treatment of thoracolumbar osteoporotic fractures.
METHODS: The specimens of thoracolumbar osteoporotic fractures were selected, and used to measure the mechanical properties of bone mineral density, maximum pressure load, displacement and stiffness. The bone model was established, and after bone cement injection, the maximum pressure load, displacement and stiffness were measured again. The mechanical properties before and after bone cement injection were compared, and compared with those in the treatment of thoracolumbar osteoporotic fractures with pedicle screw fixation. The patients received bone cement injection for the treatment of thoracolumbar osteoporotic fractures were followed-up, and the treatment effect of bone cement injection was determined through evaluating the pain relief degree, thoracolumbar vertebral height restoration, amount of bone cement injection and bone cement extravasation.
RESULTS AND CONCLUSION: The biomechanical experiment determined that the maximum load was 2 285 N after thoracolumbar osteoporotic fractures treated with bone cement injection, which increased almost by 16.9% than 1 954 N before fracture; the stiffness was 427 N after thoracolumbar osteoporotic fractures treated with bone cement injection, which increased almost by 22.1% than 349 N before fracture, and showed good biological properties. The thoracolumbar osteoporotic fractures patients treated with bone cement injection and closed reduction combined with bone cement injection were followed-up, and found that both these two methods could relieve the pain of the patients. But closed reduction combined with bone cement injection for the treatment of thoracolumbar osteoporotic fractures was better than bone cement injection in the amount of bone cement injection, local kyphosis angle and vertebral height restoration. The results indicate that closed reduction combined with bone cement injection is a safe and effective method for the treatment of thoracolumbar osteoporotic fractures.

Key words: bone and joint implants, academic discussion of bone and joint, bone cement, thoracolumbar vertebrae, osteoporosis, fracture, poly (methyl methacrylate), pedicle screw, nerve root, pain

中图分类号:

R318

韩卫东，黄爱军，陈丽萍. 注入骨水泥治疗胸腰椎骨质疏松性骨折：成熟技术中的常见问题[J]. 中国组织工程研究, doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2013.26.022.

Han Wei-dong, Huang Ai-jun, Chen Li-ping. Bone cement injection for the treatment of thoracolumbar osteoporotic fractures: Common problems in the mature technology[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2013.26.022.

图/表（结果） 7

2.1 注入骨水泥治疗胸腰椎骨质疏松性骨折的生物力学变化李全义等^[9]对注入骨水泥治疗胸腰椎骨质疏松性骨折的生物力学变化进行了尸体标本实验。选取4具老年胸腰椎尸体标本，男女各2例，年龄58-82岁，身高160-173 mm，体质量55-64 kg，应用双能X射线吸收骨密度仪测量每个标本胸腰椎区域的骨密度，4例胸腰椎标本骨折前的骨密度分别为799，760，784，763 mg/cm。每个标本随机选取6个椎体，共24个单椎体标本，灌注聚甲基丙烯酸甲酯，固定成形后建立骨折模型，并给予载重量为200 N。每个椎体注入4 mL骨水泥。

封固后的骨水泥用5 mL注射器给予30-40 N推注力测定注射性和凝固性，结果显示压强为8-10 Psi，说明骨水泥的注射性能良好，无需添加其它成分来加强其注射性能。注射骨水泥前后的力学性能变化见表1。

单椎体成形后的椎弓根应变变小，而刚度有较大增加，注射骨水泥成形后椎体变硬，不易发生压缩性变形。注入骨水泥前单椎体能够承受的平均载荷为 1 954.00 N，注入骨水泥成形后能够承受的平均载荷为2 285.00 N，强度增加达16.9%，并且注入骨水泥成形后单椎体的轴向刚度增加达22.1%。

施俊武等^[10]同样对注入骨水泥治疗胸腰椎骨质疏松性骨折的生物力学变化进行了4例老年胸腰椎标本的实验观察。标本为男女各2例，年龄65-72岁，身高162-176 cm，体质量57-66 kg，应用双能X射线吸收骨密度仪测量每个标本胸腰椎区域的骨密度，4例胸腰椎标本骨折前的骨密度分别为801，763，786，759 mg/cm。每个标本随机选取6个椎体，制备成24个单椎体标本，灌注聚甲基丙烯酸甲酯，固定成形后建立骨折模型，并给予载重量为200 N。每个椎体注入4 mL骨水泥。

封固后的骨水泥用5 mL注射器给予30，40 N推注力测定注射性和凝固性，结果显示压强为8，10 Psi，说明骨水泥的注射性能良好，无需添加其它成分来加强其注射性能。且处于骨小梁间隙内的骨水泥能够在30-45 min内凝固。注射骨水泥前后的力学性能变化见表2。

单椎体成形后的椎弓根应变变小，而刚度有较大增加，注射骨水泥成形后椎体变硬，不易发生压缩性变形。注入骨水泥前单椎体能够承受的平均载荷为 (1 954.00±46.00)N，注入骨水泥成形后能够承受的平均载荷为(2 285.00±34.00)N，强度增加达16.92%，并且注入骨水泥成形后单椎体的轴向刚度增加达22.31%。

以上2组实验的结果均显示，注入骨水泥前单椎体能够承受的平均载荷为1 954.00 N左右，注入骨水泥成形后的平均载荷为2 285.00 N左右，骨折前载荷位移为5.6 mm，注入骨水泥成形后载荷位移为5.35 mm，刚度增加22.3%左右。

为了进一步证明注入骨水泥治疗胸腰椎骨质疏松性骨折的生物力学性能，林欣等^[11]对注入骨水泥与椎弓根螺钉固定治疗胸腰椎骨质疏松性骨折的生物力学变化进行了对比。实验选取18具胸腰椎标本，测定骨密度为0.6-1.0 g/cm²，年龄50-65岁，身高158-172 cm，体质量58-63 kg。将标本随机分为3组，注入骨水泥固定组，椎弓根螺钉固定组和正常对照组，注入骨水泥固定组和椎弓根螺钉固定组椎体标本给予建立胸腰椎骨折模型。注入骨水泥固定组每个椎体标本注入骨水泥5 mL，椎弓根螺钉固定组的胸腰椎骨折标本按标准的椎弓根螺钉固定方式给予固定，固定后2组标本给予力学性能测定，具体结果见表3。

各组结果之间进行比较发现，注入骨水泥固定组最大抗压强度明显高于椎弓根螺钉固定组，且差异有显著性意义(P < 0.05)，而注入骨水泥固定组与椎弓根螺钉固定组之间刚度结果比较差异无显著性意义(P > 0.05)；注入骨水泥固定组最大抗压强度和刚度与正常对照组比较差异无显著性意义(P > 0.05)；椎弓根螺钉固定组最大抗压强度和刚度均低于正常对照组，且差异有显著性意义(P < 0.05)。

林欣等^[11]研究中的实验结果说明，注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折的力学性能优于椎弓根螺钉固定胸腰椎骨质疏松性骨折的力学性能，进一步证明了注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折良好的生物性能。

国内学者对注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折的生物力学变化进行了研究分析，国外也有学者对此进行了研究。Lim等^[12]对30具胸腰椎标本骨质疏松性骨折的生物力学性能进行了研究，实验选取T₂-L₁之间的椎体标本，应用双能X射线骨密度仪测定骨密度为0.56-0.89 g/cm²，将实验标本随机分为3组，磷酸钙骨水泥组、聚甲基丙烯酸甲酯组以及对照组，各组间椎体标本的大小和注入骨水泥的量相似，结果显示注入聚甲基丙烯酸甲酯组的失败率明显高于磷酸钙骨水泥组，注入磷酸钙骨水泥以及注入注入聚甲基丙烯酸甲酯后椎体恢复高度分别为3.56%和2.01%。研究显示出磷酸钙骨水泥治疗胸腰椎骨质疏松性骨折良好的生物性能。Belkoff等^[13]对胸腰椎骨质疏松性骨折骨水泥的注入量与生物力学变化进行了研究，研究选取T₆-L₅节段椎体标本，结果显示注入2 mL骨水泥时，能恢复所有骨折椎体的强度，要完全恢复骨质疏松骨折椎体的刚度，应用Orthocomp骨水泥时，胸部以及胸腰部椎体需要注入4 mL骨水泥，腰部椎体需要注入6 mL骨水泥；应用Simplex 20骨水泥时，胸部及腰部椎体需要注入4 mL骨水泥，而胸腰部椎体需要注入8 mL骨水泥才能够完全恢复椎体的强度和刚度。

2.2 注入骨水泥治疗胸腰椎骨质疏松性骨折的病例分析

病例资料：来自深圳市福田区人民医院骨科胸腰椎骨质疏松性骨折患者60例，男11例，女49例，平均年龄68. 5岁，均伴有伤椎区域疼痛症状，无明显脊髓和神经根受压的症状及体征，经MRI检查证实有椎体压缩性骨折。患者病程为3-21 d，平均9.6 d，伤椎部位T₁₀-L₃，行CT检查排除椎体爆裂性骨折、后壁不完整或椎管内明显受累的骨折类型以及椎体肿瘤或炎症、脊柱侧凸超过40°，排除手术部位感染、椎间盘炎和发热。

病例分组：按随机数字法将60例患者分为2组，一组为对照组，行经皮椎体成形治疗；另一组为实验组，行闭合复位及经皮椎体成形治疗。全部患者由同一组医生完成固定操作。

治疗方法：实验组患者俯卧于手术床上，给予基础麻醉及止痛药物，在患者胸部及骨盆处各垫2个枕头，见图1，以伤柱棘突为中心按压腰背部，借助前纵韧带通过过伸复位，常规术野消毒、铺巾，C 型臂X射线机下正位透视双侧椎弓根形状对称，双侧“牛眼”(相邻椎体小关节处)显像清晰，棘突位于正中。确认病变相应椎体，在后正中线旁开2.5 cm 以1%利多卡因做全层浸润麻醉，将穿刺针于“牛眼”外上象限水平成矢状角10°-15°穿刺进入椎弓根，穿刺针可自行站立时改侧位透视，观察进针水平角度及进针深度，微调进针水平方向，C型臂X射线机荧幕上预测进针方向，缓慢进针至椎体前中1 /3 处，针尖斜面朝对侧。调聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥，C型臂X射线机下监视水泥扩散方向，如遇骨水泥有沿血管扩散至椎体外时暂停推入水泥或调整进针方向，同时防止骨水泥扩散至椎体后缘，且如有骨水泥扩散时暂停注入。注入骨水泥时持续按压直至拨出穿刺针。操作完成后患者取仰卧位，腰部垫枕2 h。注入骨水泥后第2天，佩戴胸腰骶矫形支具下床活动。

观察指标：①疼痛指数：2组患者治疗前以及治疗后48 h应用目测类比评分观察患者的疼痛程度。②椎体高度恢复率：治疗前和治疗后两三天常规拍摄以伤椎为中心的X射线片，测量治疗前后椎体前缘高度、中部高度以及局部后凸角，并计算椎体高度恢复率，即椎体高度取椎体前缘高度和中部高度的平均值。③局部后凸角：伤椎上位椎体上终板到下位椎体下终板的Cobb角。④骨水泥注入量及骨水泥外渗例数：治疗过程中记录每个椎体骨水泥的注入量及有无发生骨水泥外渗等并发症。

统计学分析：采用SPSS13.0对数据进行统计学分析。数值均用x(_)±s表示。对于计量资料采用独立样本t 检验，组间比较采用方差分析，计数资料采用χ²检验，P < 0.05为差异有显著性意义。

治疗结果：所有患者均在局麻下完成治疗操作，平均操作时间为每个椎体45 min，骨水泥注入量为2.0-5.5 mL，平均4.0 mL。共有5例出现无临床症状的骨水泥渗漏，无脊髓神经损伤、血管栓塞、肺栓塞、感染以及心脑血管意外等严重并发症发生。共有54例患者得到长达6个月以上的随访。

治疗后对照组和实验组患者目测类比疼痛评分均较治疗前明显降低，2组结果差异无显著性意义 (P > 0.05)；椎体高度较治疗前明显提高，2组结果差异有显著性意义(P < 0.05)；局部后凸角较治疗前明显下降，2组结果差异仍有显著性意义(P < 0.05)；骨水泥注入量对照组2.2-5.5 mL，平均(3.5± 0.68) mL，实验组2.0-5.2 mL，平均(4.1±0.56) mL，差异有显著性意义(P < 0.05)。骨水泥渗漏对组照2例，实验组3例，渗漏率为8.33%，差异无显著性意义(P > 0.05)，具体结果见表4。

实验结果显示，闭合复位注入骨水泥固定时骨水泥注入量、局部后凸角和椎体高度恢复情况均优于单纯经皮注入骨水泥。表明闭合复位辅助下注入骨水泥固定是胸腰椎骨质疏松性骨折安全有效的治疗方法。

2.3 注入骨水泥治疗胸腰椎骨质疏松性骨折2012年以来在CNKI数据库受读者欢迎的临床研究文章见表5。

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引言

骨质疏松的患者因为骨量的减少和脆性的增加，轻微的外力就可以导致骨折，以胸腰椎多见，骨质疏松性椎体压缩骨折可以带来患者长年的腰痛，疼痛源于骨折碎块之间的不稳定和对椎体内神经的刺激，同时骨折引起的后凸畸形使得脊柱的生物力学平衡被打乱，引起小关节源性及邻近肌肉的疼痛^[1]。传统的治疗方法是长期卧床休息，一般休息4-6周，但是老年患者长期卧床休息一方面容易出现呼吸系统、泌尿系统感染和下肢深静脉血栓的形成，导致严重的并发症发生，另一方面，长期卧床休息加速骨量的丢失，加重骨质疏松，有研究表明卧床1周的患者骨丢失量约等于正常情况下1年的骨丢失量^[2]，且长期卧床后因肌肉废用性萎缩，运动功能失调，导致一部分患者在短期内再次发生胸腰椎压缩性骨折。再者椎体骨折改变了脊柱的生物力学特点，包括椎体高度的丢失，脊柱生理曲度和序列的改变。未治疗的后凸畸形使椎体前部所受压力明显增大，椎体高度逐渐减少，这也可能会使其它椎体发生压缩骨折的风险增加。而注入骨水泥固定是近年发展起来的一项新的微创技术，经皮向压缩骨折的椎体内注入骨水泥甲基丙烯酸甲酯以增加椎体的高度和强度，提高胸腰椎的稳定性，防止椎体塌陷，缓解疼痛，能够改善脊柱的活动功能^[3]。

文章的研究主要有以下几种特征：①与椎弓根螺钉固定胸腰椎骨质疏松性骨折的生物性能进行比较，测定注入骨水泥固定前后胸腰椎骨质疏松性骨折的生物力学变化。②在所描述的内容中每个实验标本和临床病例都是独立的，且进行随机选择和分组，标本间及病例间无相关性。③客观采集资料信息和记录结果数据。④以病例观察研究结果，更好的阐述注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折的效果。

注入骨水泥固定胸腰骨质疏松性骨折是否优于其它固定方法？以及是否有其它干预措施的联合应用能够增加或降低其治疗效果？胸腰椎骨质疏松性骨折注入骨水泥成形固定后是否有相关并发症发生而增加治疗的风险？这些问题均有待于大量和进一步临床的研究证实。

1997年，Lane等^[4]首次应用注入骨水泥固定治疗4例胸腰椎骨质疏松性骨折的患者，治疗效果明显，能够稳定椎体，缓解疼痛。Wardlaw等^[5]报道椎体成形固定与保守治疗相比，椎体成形固定治疗后再次发生椎体骨折的风险明显降低；然而另外的非对照研究表明，椎体成形固定后可能会增加其它椎体发生压缩骨折的风险。Hiwatashi等^[6]同时对接受球囊椎体成形固定与保守治疗的患者进行对比，研究结果表明，固定后6 个月时，球囊固定组与保守治疗组对比，接受球囊椎体成形固定治疗后再次发生椎体骨折的概率显著降低。史成富等[7]应用注入骨水泥固定经皮穿刺注射到病变的椎体内，获得良好的止痛和防治椎体进一步压缩的效果。

文章研究的目的是为了明确在生物力学和临床应用方面，注入骨水泥固定胸腰椎骨折是否具有可行性，以及安全性如何，另外，注入骨水泥固定胸腰椎骨折的临床效果如何，该固定方法是否能够取代其它固定方法而被广泛应用。

材料方法

讨论

胸腰椎椎体骨质疏松性骨折是胸腰椎椎体生物力学性能下降情况下，在轻微外力或自身体重作用下发生的骨折。椎体生物力学性能指标中最重要的是最大载荷和刚度。最大载荷反应椎体的载荷能力，刚度是指椎体在轴向载荷作用下抵抗变形的能力。当椎体受压缩负荷超过最大载荷时即发生椎体压缩骨折。椎体最大载荷和刚度与骨密度关系密切，当骨质疏松时，骨密度下降，椎体最大载荷和刚度下降，则易发生骨折^[24]。应用穿刺椎体成形向骨质疏松椎体和骨质疏松性压缩性骨折椎体内注入磷酸化骨水泥，理论上可由于骨水泥扩散填充在骨小梁间从而稳定骨折的骨小梁，协助支撑，分担应力，通过改善椎体力学性能达到治疗作用^[25]。

注入骨水泥经皮椎体成形固定，短期内最显著的效果是减轻疼痛，使患者可以在短期内起床活动，但是不能移动骨折椎体的终板，难以恢复椎体的高度和改善后凸畸形，而且因向压缩椎体注入较低粘稠度的骨水泥需要较大压力，易引起骨水泥渗漏等风险，随着时间的延长，出现脊柱畸形和疼痛等远期并发症，因此，注入骨水泥经皮后凸椎体成形固定应运而生，但是由于操作复杂化，费用较高，使该固定技术的推广受到一定程度的限制，根据骨质疏松骨折的特点，采用闭合复位辅助结合注入骨水泥椎体成形固定治疗胸腰椎骨质疏松性骨折，能够获得满意的治疗效果。

闭合复位通过使脊柱过伸，形成拱桥形状，从而改变传统卧床三点支撑等弓腰复位法。该方法将手术床头、尾升高，使脊柱过伸形成拱桥形状，通过前纵韧带的过分伸展，提供过伸整复矫正力，同时按压两三次，进一步提高复位效果。此操作的目的在于恢复复脊柱序列；在脊柱逐渐达到过伸状态时，伤椎体前纵韧带拉伸后，可以提供过伸整复矫正力，从而有效地整复骨折脱位及后凸角的纠正，恢复生理弯曲和椎体高度，增加椎管和神经孔的容积。此外，促进压缩的椎体高度恢复并使被压缩的骨组织体积增大，但被挤压破坏的骨小梁并未完全复位，造成椎体内空隙形成。此时经皮向伤椎体内注入骨水泥，适当压力作用下骨水泥更易向骨折区域流动，尤其椎体内空隙区域，对微小骨折有锁固作用，可以稳定椎体。骨水泥材料凝固后，能够即刻增加椎体的力学强度和稳定性，恢复椎体高度，矫正伤椎后凸畸形，进而稳定小关节维持脊柱的功能，有利于疼痛缓解^[26]。同时骨水泥聚合时放热，可使组织损伤、坏死，对伤椎周围感觉神经末梢破坏，从而缓解疼痛。在闭合复位的基础上，向椎体注入骨水泥以强化椎体，进一步恢复椎体高度，纠正脊柱后凸畸形，增加伤椎抗压强度，防止椎体进一步塌陷和畸形，恢复脊柱的生理弯曲和力学强度。

综上所述，注入骨水泥固定胸腰椎骨质疏松性骨折是会发生骨水泥外渗等并发症，但只要严格掌握治疗的适应症，治疗前对患者状态进行严密检查评估，操作过程中采取相应预防措施尽量避免并发症的发生，均能够获得良好的治疗效果。

注入骨水泥治疗胸腰椎骨质疏松性骨折：成熟技术中的常见问题

Bone cement injection for the treatment of thoracolumbar osteoporotic fractures: Common problems in the mature technology

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