椎体成形术中骨填充物的研究进展*

冯庆裕, 谢文伟, 王志坤, 钟欢

1广东医科大学研究生学院(广东湛江 524000)； 2东莞市第三人民医院骨科(广东东莞 523290)

在我国，人口老龄化的问题日益严重，因而老年性骨质疏松症的发病率也随之增长，而老年性骨质疏松症是骨质疏松性椎体压缩性骨折(osteoporotic vertebral compression fractures,OVCF)的主要因素[1]，因此，我国的OVCF患者也日益增多，经皮椎体成形术(percutaneous vertebroplasty,PVP)以及经皮椎体后凸成形术(percutaneous kyphoplasty,PKP)这两种手术方式是治疗OVCF的主流手术方式。两种手术所常用的骨填充材料是聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥 (polymethyl methacrylate,PMMA)[2]，PMMA骨水泥能恢复患椎高度，且拥有足够的生物强度，但也可能引起低血压休克和脂肪栓塞等并发症[3-4]，目前不少学者致力于研究新型骨填充物，以期得到一种既安全，又符合人体生物力学及诱导骨生长的骨填充材料。本文就目前临床上应用较多的几类骨填充物做一综述，以明确骨填充物的发展现状及其发展前景。目前应用于椎体成形术的主要几种骨填充材料有PMMA、磷酸钙骨水泥(calcium phosphate bone cement,CPC)、硫酸钙骨水泥(calcium phosphate cement,CSC)。但除此之外，Cortoss、Orthocomp等新型骨水泥[5]和同种异体骨、天然珊瑚骨天然可降解性材料也投入到OVCF手术中骨填充物的研究中。

1 PMMA骨水泥

聚甲基丙烯酸甲酯是PMMA骨水泥的主要成分，早从1958年Charnley深入研究并推广使用于临床治疗[6-7]，我国于1978年研制成功并应用于临床。

PMMA骨水泥通常为粉末相和液相独立包装，在操作前充分混合，由于其具有良好的生物强度与刚度，而且价格低廉，是目前最常用的椎体成形术骨填充物，PMMA骨水泥硬化时的化学产热用具有止痛作用，可以及时止痛且有效固定骨折[8]，但随着PMMA骨水泥在临床重点推广应用，其缺陷也逐渐显露：(1)其单体毒性可引起低血压休克和脂肪栓塞[9]等并发症；(2)PMMA骨水泥的固化产热作用可能会灼伤硬膜以及神经根等周围组织[10-11]；(3)椎体成形术中PMMA骨水泥的渗漏是常见的并发症；(4)PMMA 骨水泥并无骨传导作用，且不能被骨替代，在体内起机械连接以传递载荷的作用，有研究发现椎体成形术中注入PMMA骨水泥后可能出现“Halo 现象”；(5) PMMA骨水泥注入患椎后会增加病椎临近椎体发生骨折的可能性；(6)PMMA的异物反应可导致与其接触的骨质吸收，从而降低患者的生物力学强度。

众多的弊端中又以PMMA骨水泥的渗漏最为常见，研究表明随着黏度的增加其渗漏发生率逐渐降低[12]。近年来研究的Confidence 高黏度骨水泥能有效降低术中渗漏的风险，其粉末相及液相充分混合后可在短时间内达到高黏度状态，杨杰等[13]在80例重度骨质疏松OVCF患者中分别使用高黏度骨水泥及传统PMMA骨水泥行PVP手术，结果表明Confidence高黏度骨水泥渗漏率较传统PMMA低。高黏度骨水泥的产热温度亦比传统PMMA低[14-15]，但其单体生物毒性，不可降解的特性仍旧存在，仍然算不上完美的OVCF手术填充物。

2 CPC骨水泥

早在1920年，Albee等[16]将磷酸三钙首次用于生物体内，到1985年，学者[17]研制出羟基磷灰石骨水泥(hydroxyapatite cement，HA)，是一种自固化型的磷酸钙骨水泥。

CPC骨水泥的主要成分是各种磷酸钙盐为，其能在特定条件下自我固化，拥有良好的成骨活性且可以降解，是一种有良好生物相容性的无机材料，其包装由固相及液相构成，充分混合后能在体内逐渐固化并转变为羟基磷灰石。有临床医生认为是PMMA骨水泥的替代品，因为其拥有以下优点：(1)CPC具有良好的生物形容性，直至现在未有研究表明其存在致癌、致畸以及生物毒性；(2)与PMMA不同，CPC骨水泥能通过骨传导的方式进行成骨且为骨的重塑提供基础；(3)能在体内降解以及能被骨组织所取代，且不减少其容积和形状的改变；(4)固化时的聚合反应放热温度较低[18]，不易造成周围组织的灼伤。

然而CPC仍存在着缺陷，贾小林等[19]在23例OVCF患者中使用CPC骨水泥及25例OVCF患者中使用PMMA骨水泥行PVP手术，结果发现使用CPC骨水泥术后3个月随访中椎体高度恢复后会有部分丢失。并且其存在着拉伸能力差、机械强度不足等缺陷，限制了其在椎体成形术中的应用，目前较少用于椎体成形术的治疗上。

为了改善 CPC 的力学性能，有研究将PLGA(polylactic-co-glycolic acid)强化纤维添加入 CPC内，并取名为PLGA 强化纤维CPC[20]，从而达到降低CPC的脆性、增加生物力学性能的目的。Xu等[21]在研究中加入可吸收纤维于CPC中，使得CPC骨水泥既能在体内维持足够的生物力学强度，又可以在一定时间内降解吸收，且其纤维简介后的间隙有助于骨组织长入。还有的学者将碳纤维、聚乳酸分别加入CPC组成复合填充物[22-23]，取得增加可降解性效果，Aghyarian等[24]将PMMA加入CPC组成PMMA-羟磷灰石复合填充物，可增加CPC骨水泥在椎体内的强度及刚度，但未进行到人体试验的进度。

3 CSC骨水泥

硫酸钙能以3种形态存在，分别为：二水硫酸钙、半水硫酸钙以及无水硫酸钙。在CSC骨水泥中，硫酸钙成分以半水硫酸钙的形态存在，早在1892年，Dreesmann将石膏作为骨填充材料首次在体内修复骨缺损，并取得较好的临床疗效。1959年，Peltier[25]进行石膏的骨修复早期研究，并认为石膏作为骨填充物有较好的生物相容性。1980年，Coetzee用硫酸钙修复头面部的骨缺损，取得良好的临床疗效，并认为其效果不亚于自体骨组织修复。1996年，Wright公司在硫酸钙的基础上研究出骨修复产品Osteoset，并在临床治疗上得到推广应用[26]。

CSC骨水泥产品一般由粉末相及水相独立包装而成，充分混合后成泥状及稠状作为可注射性骨填充物，CSC骨水泥的生物相容性、可降解吸收性以及填充后表现出的骨传导性曾一度成为研究热点[27-28]。

但是CSC骨水泥缺点也是比较明显的，其在单独使用时的材料性质较脆，而且在生物体内展现出的机械强度也比不上PMMA骨水泥，因此未能在OVCF手术中推广应用。

也有学者将有机物添加入CSC骨水泥内，研制出新型的复合材料，如Chen等[29]将胶原/羟基磷灰石(HA)添加入半水硫酸钙中创造出新型的可注射性骨填充物，并在骨缺损模型中取得更为优良的成骨性能，我国学者刘世军[30]在2007年报道了将磷酸钙/硫酸钙混合填充物运用于椎体成形术，并得到较好的疗效。还有国外的学者将生物玻璃与硫酸钙组合、将硅酸钙与硫酸钙组合为复合材料，均取得一定的研究进展，但是就当前的OVCF手术临床应用而言，将CSC骨水泥作为椎体成形术中骨填充材料的情况还是较为少见的，一般都是作为实验室内用来研究的状况较多。

4 陶瓷骨水泥

陶瓷骨水泥相较PMMA骨水泥以及CPC骨水泥而言是属于比较新颖的骨填充材料。目前，Orthocomp骨水泥和Cortoss骨水泥是作为OVCF手术中较为常用的陶瓷骨水泥。

Orthocomp骨水泥的主要成分为活性陶瓷、双酚乙氧基二甲基丙烯酸酯、双酚二甲基丙烯酸缩水甘油酯以及三乙二醇二甲基丙烯酸酯，具有生物相容性良好、固化时低放热、亲水性能较好以及注入后在生物体内与骨组织结合的优点，有实验表明Orthocomp骨水泥注入骨组织内能使其强度及刚度恢复至原有水平[31]，Belkoff等[32]曾用Orthocomp骨水泥及PMMA骨水泥对老年女性尸体离体椎体行椎体成形术，发现术后其椎体强度值较PMMA更高。

Cortoss骨水泥主要成分是活性陶瓷、双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯，其起初设计目的就是作为椎体成形术的骨填充材料[33]，其混合后可即刻使用，其原位凝固时间比PMMA骨水泥短的特性减少了渗漏的风险以及其凝固时产热更少[34]。有相关研究结果表明，Cortoss骨水泥注入骨组织内，弥散状态良好，能与骨组织紧密结合，且其表面可以被新生骨组织覆盖，而不是如PMMA骨水泥注入后其表面只能被纤维组织覆盖[35]。钱明等[36]在体外模型力学实验中的结果表示，Cortoss骨水泥的生物力学强度优于PMMA，Bae等[37]对162及94名患者分别使用Cortoss及PMMA作为填充物进行椎体成形术，结果显示使用Cortoss的患者于术后3个月时减轻效果较PMMA好，术后2年的功能恢复也较PMMA好，但两种陶瓷骨水泥同样也具有不可降解性的缺点，并形成终身异物，并且高昂的价格限制了其在临床上的推广应用。

5 其他骨水泥

天然海洋珊瑚由于其显微结构与人体骨组织有相似之处，且其互通的珊瑚骨骼有微小管纵横排列与人体骨骼的哈-佛系统极为相似。实验证明，新生骨只能长入孔径大于100 μm的孔隙内，而珊瑚骨的孔道一般在500 μm左右，足够宽广的孔道能有效地诱导骨组织长入，起骨缺损的填充和修复的作用，但目前仅停留在实验室阶段，偶有运用于骨缺损的修复，较少应用于OVCF的临床治疗上。

同种异体骨在临床治疗上一般应用于骨缺损的修复，如骨肿瘤切除后骨缺损的填充[38]，脊柱病变导致骨缺损的修复[39]，因为其价格昂贵、且有感染、骨不愈合以及免疫排斥反应等并发症，使得其未能在OVCF手术中单独应用。

目前临床上应用于OVCF手术中的骨填充材料主要还是PMMA骨水泥，其低廉的价格、能提供足够的生物力学强度及刚度以及其固化产热具有止痛作用的优点，使它的临床应用比其他骨填充物更为广泛，CPC、CSC骨水泥由于其良好的生物相容性及可降解性使其在口腔颌面外科应用上比较广泛，但较少运用于椎体形成术中。而陶瓷骨水泥拥有凝固时产热少的优点，且其生物力学强度及临床疗效均优于PMMA，拥有开阔的研究前景。希望在不久的将来，我们能研制出一种安全、无毒性、生物相容性高、可吸收降解、价格低廉并能诱导骨生长及符合人体生物力学的适用于椎体成形术的新型骨填充材料。