可注射性磷酸钙骨水泥对骨质疏松椎体压缩骨折的生物力学研究

苗峰　戴翼斌

摘要：目的 研究可注射性磷酸钙骨水泥注射椎体成形术后对骨质疏松性椎体压缩性骨折的生物力学影响。方法 选用12只骨质疏松性脊柱标本制作腰2椎体压缩性骨折模型，分为实验组和对照组，分别应用可注射性磷酸钙骨水泥与聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥椎体成形术后，进行生物力学检测。结果 腰椎标本椎体注射成形后，其刚度、最大载荷、最大位移与术前相比，均有所改善，差异具有统计学意义（P<0.05）；CPC组刚度、最大载荷、最大位移均明显高于PMMA组，差异有统计学意义（P<0.05）。结论 与聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥相比，注射性磷酸钙骨水泥可以更有效地恢复骨质疏松性椎体压缩性骨折术后力学性质。

关键词：可注射性磷酸钙骨水泥；骨质疏松性椎体压缩骨折；生物力学

骨质疏松症（Osteoporosis，OP），是目前世界人口老龄化重点防治的病症。可注射磷酸钙骨水泥因其良好生物相容性、可降解性、骨传导性及可塑形性等优点已应用于临床床骨缺损的修复与重建与修复，骨质疏松的治疗[1]。本实验拟比较可注射性磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement，CPC）与聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）对骨质疏松性椎体压缩性骨折椎体成形术后的生物力学影响，从而为其防治骨质疏松椎体压缩性骨折提供实验依据。

1 资料与方法

1.1一般资料 12只胸腰段（T6-L5）脊柱标本（均来自湖北医药学院人体解剖学教研室用于局解教学的尸体）。

1.2主要仪器 CPC（上海瑞邦生物材料有限公司）；S-2型PMMA（晨光医用高分子制药厂）；CSS-44300型电子万能试验机（长春试验机研究所）。

1.3实验分组 实验分组：所有标本均摄X线片，以排除先天性畸形、骨折、肿瘤。采用法国DMS公司生产的CHRONOS型双能X线吸收骨密度仪，测定每具标本椎体的骨密度，证实为骨质疏松。12只脊柱标本随机编号平均分成两组，每组6只，实验组：植入CPC组；对照组，植入PMMA组。随机选择腰椎椎体节段，以消除不同的椎体可能造成的生物学差异。

1.4模型制备与实验方法 将椎体从冰箱中取出，室温下解冻24h，将各椎体放置在微机控制CSS-44300型电子万能试验机测试平台上.以距椎体前缘5mm为加载点。先用载荷90 N预载2 min，然后采用位移控制方式加载，速度5mm/min，当载荷位移曲线出现最高点时停止压缩，均在前屈方向造成腰2椎体压缩骨折模型，获得最大载荷和刚度数据。椎体出现塌陷或压缩性骨折的标准是载荷一位移曲线出现了最高点即椎体的抗压力开始出现下降。试验机的载荷信号由计算机记录，并由相应的测试分析软件计算椎体的抗压强度（载荷一位移曲线最高处的载荷数值）和刚度（载荷为弹性范围内曲线的斜率）。力学模型建立后，然后进行正式试验。椎体成形术：直视下采用16G针头经椎弓根穿刺，事先在椎体上方用画线笔标线，以确定进针方向与深度，经右侧椎弓根穿刺至椎体前l，3的中线侧方。选用国产的PMMA和CPC，PMMA按粉（g）、液（rm）比l：l调配，CPC按照粉（g）、液（rm）比l：2调配。在粥状期将其按预设的量用力注入椎体共4ml。所有椎体标本注射后，用生理盐水纱布包裹，放置于密封塑料袋中。室温下放置24h，行生物力学性能测试，获得骨水泥固化后椎体的最大载荷和位移，明确其刚度。

1.5统计学分析 采用SPSS19.0软件处理，计量资料比较采用x±s及t检验，以P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

两组术后刚度、最大载荷、最大位移比较：术后两组刚度、最大载荷、最大位移与术前相比，均有所改善，差异具有统计学意义（P<0.05）；CPC组刚度、最大载荷、最大位移均明显高于PMMA组，差异有统计学意义（P<0.05），见表2。

3 讨论

普通骨水泥，即聚甲基丙烯酸甲酯，是现行最常用于强化椎体成形术的材料，经PMMA强化后，椎体的最大载荷可提高至原来的2～3倍[2]。但是，PMMA在聚合反应是发热反应，局部温度可高达100℃以上，如果发生渗漏存在引起脊髓、神经受损等的严重后果的可能；还有PMMA会以永久性异物的形成存留于体内，不可降解[3-4]，加之已有采用大量的PMMA作压缩性骨折椎体成形术强化的研究文献报道[5]，故在本实验设计中纳入PMMA强化组作对照。本实验中所用的强化材料是采用独特的生物工程工艺所合成的新型可注射性磷酸钙骨水泥CPC，其主要是用于骨缺损修复与重建。选用这种材料作为椎体强化材料，在于材料兼具可注射性、生物可降解、骨传导及成骨等优点，以期规避PMMA的部分缺点。

本实验研究结果显示，在术前两组的椎体高度、刚度、最大载荷、最大位移均无明显差别，而手术后，CPC组椎体高度、刚度、最大载荷、最大位移较PAMA组比较均明显改善，说明与聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥相比，注射性磷酸钙骨水泥可以更有效地恢复骨质疏松性椎体压缩性骨折术后力学性质。

本实验在实施过程中也有不足之处，如虽然强化材料的注射剂量采用了统一的4ml，提高了组间的可比性，但与临床实践中尽量多注的实际是不相符的，存在低估材料的强化效应的可能。同时，鉴于本实验室条件所限及临床和实际需要，只做了椎体的生物力学实验，以后的研究中我们会进一步做椎体的的扭骨形态及骨质量等实验。但是，CPC具体通过何种机制和途径作用于骨质疏松症椎体力学重建。

参考文献：

[1]Philips FM.Minimally invasive treatment of osteoporotic vertebral compression fractures[J].Spine，2003，28：45-53.

[2滕皋军，何仕成，郭金和，等.经皮椎体成形术治疗椎体良恶性病变的临床技术应用探讨[J].中华放射学杂志，2002，36（4）：295-299.

[3]田征，田禾，王种，等。比较经皮椎体成形术与保守治疗治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的系统评价[J].中国骨质疏松杂志，2008，14（6）：396-399.

[4]董双海，田纪伟，王雷，等。应用经皮椎体成形术及经皮椎体后凸成形术治疗骨质疏松性椎体压缩骨折[J].中华创伤杂志，2011，27（3）：236-239.

[5]马军，朱裕成，郑红兵，等.骨质疏松性椎体骨折经皮后凸成形术中伤椎和手术人路的选择[J].中国骨质疏松杂志，2009，15（12）：913-916.

编辑/王敏