骨质疏松性椎体压缩骨折的微创强化治疗

张嘉

（中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院骨科，北京 100730）

骨质疏松性骨折是指由骨质疏松症导致骨密度和骨质量下降，骨强度减低，在轻微外力甚至没有明显外力作用下即发生的骨折[1,2]。椎体是骨质疏松性骨折最常发生的部位，常见症状为腰背部疼痛，尤其是在体位改变时疼痛明显。压缩严重患者可导致脊柱局部后凸畸形，部分患者还会出现顽固性腰背痛[3]，上述症状都会严重影响患者的生活质量。

骨质疏松性椎体压缩骨折（osteoporotic vertebral compression fracture，OVCF）的治疗方法主要分为保守治疗和手术治疗。对于疼痛症状较轻的患者可以选择卧床休息、佩戴支具及对症镇痛等保守治疗方法，但对于保守治疗后疼痛难以缓解或不宜长期卧床的患者，往往需要手术治疗。经皮椎体强化术（percutaneous vertebral augmentation，PVA）因其确切的疗效和较小的创伤在临床上得到了广泛应用，其方法是在X 线透视引导下经皮穿刺将骨水泥注入病变椎体内，达到增加椎体强度及稳定性、减轻疼痛的目的。目前临床上常用的技术手段主要包括经皮椎体成形术（percutaneous vertebroplasty,PVP）和经皮椎体后凸成形术（percutaneous kyphoplasty,PKP）。本文就PVA在OVCF治疗中的相关问题进行探讨。

1 PVP及PKP的发展

PVP 最初由Galibert 和Deramond 于1984 年应用于1 例C2 椎体血管瘤患者的治疗，他们将聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA）注射到被侵袭性血管瘤破坏的C2 椎体中，取得了良好的治疗效果。随后在1987 年，他们报道了7 例伴有疼痛症状的椎体血管瘤患者PVP的治疗结果[4]，自此PVP技术在临床上逐步推广使用。1990 年Galibert 和Dera⁃mond又将PVP技术用于椎体骨质疏松性骨折[5]，结果显示其在缓解椎体压缩骨折引起的疼痛方面疗效显著，强化的椎体还防止了椎体高度的进一步丢失，阻止了后凸畸形的进展[6,7]。但随着PVP技术的广泛应用，其缺点也逐步显现出来。首先，骨水泥往往需要较高的压力才能注入椎体松质骨内，而压缩的松质骨并没有过多的空间容纳骨水泥，这就使PVP 操作过程中出现较高概率的骨水泥渗漏[8]；此外，PVP不能通过有效恢复已压缩椎体的高度来矫正脊柱后凸畸形。鉴于此，PKP 作为PVP 的改良技术引入到OVCF的临床治疗中[9]。PKP通过将球囊置入椎体并充入造影剂使球囊扩张，以恢复塌陷的椎体的高度并在内部形成空腔。当球囊放置于合适的位置时可撑起下降的终板从而恢复椎体高度，球囊撤出后会在椎体内形成一个空腔，有利于较低压力下注入高黏度的骨水泥，从而降低骨水泥渗漏率。相关临床研究显示PKP 术后椎体高度的恢复可以更有效地缓解患者的疼痛及改善脊柱功能[10]。

2 手术入路及手术时机

目前临床PVP/PKP 手术入路主要是经椎弓根入路及椎弓根外侧入路，两种入路均可完成胸腰椎强化手术，但二者有各自的优缺点[11]。相较于椎弓根外侧入路，经椎弓根入路能更好地避免发生胸膜损伤、血气胸及腰肌血肿等并发症，且通过穿刺孔从椎体渗出的水泥更少，是椎体强化手术的经典入路，但经椎弓根入路也有其不足及局限性。首先，由于此入路需贯穿椎弓根，操作过程中对穿刺进针点和穿刺方向都有更高的精确性要求，否则存在穿透椎弓根内壁造成神经损伤的风险；其次，对于病变位于上胸椎的病例，由于椎弓根较细难以满足穿刺要求，此类部位的手术倾向于选择椎弓根外侧入路。

对于应选择单侧还是双侧椎体强化术来治疗椎体压缩骨折还存在一定争议，但多数研究显示经单侧入路可以达到双侧椎体强化术同等的治疗效果[12,13]。相关的生物力学实验也证实，经单侧入路强化治疗对椎体生物力学特性的改善与双侧治疗无明显差异[14]，但单侧手术具有手术时间短、创伤更小、骨水泥渗漏少、射线暴露少、花费低等优点，目前已被广泛采纳。需要注意的是，行PKP手术时，单侧入路要求球囊的放置位置尽量贴近椎体中线以利于灌注的骨水泥弥散至对侧[15]。临床上不同患者椎体压缩骨折的情况千变万化，经椎弓根入路还是椎弓根外侧入路、单侧入路还是双侧入路往往取决于骨折的具体情况，临床医师还需灵活运用。

传统上OVCF 的椎体强化治疗一般用于保守治疗2～8 周后疼痛无法缓解的患者。由于与该手术相关的主要并发症发生率较低，且在保守治疗期间椎体压缩骨折可能出现进展，因此对疼痛较为剧烈的患者提倡早期进行外科干预[16]。有研究显示病程超过6个月的患者由于术后症状缓解不明显，不建议行椎体强化治疗[17]，但其他研究显示椎体强化治疗的疗效与骨折病程无明显相关性[18]。笔者认为对于疼痛症状严重甚至影响睡眠的患者可考虑尽快行PKP 治疗，最新研究也显示与晚期PKP相比，早期PKP能更好地恢复椎体高度和降低后续发生骨折的概率[19]。

3 强化填充材料

目前PVP/PKP 使用最多的是以PMMA 为代表的传统丙烯酸酯类骨水泥，此种材料于1928 年首次在实验室合成，并于1933 年由德国一家公司推向市场。PMMA具有优异的理化性能，固化前的低黏度使其易于灌注，而固化后的高强度又能为骨折椎体提供良好的支撑作用，直至今日医疗领域仍未发展出一种可以完全替代PMMA 的材料，其仍然是PKP 和PVP 中最常用的填充物。但PMMA 也存在一些固有的缺陷：①PMMA固化前的低黏度特性虽然使其易于灌注和弥散，但也容易造成渗漏。椎管内渗漏可造成脊髓或马尾神经损伤，渗漏至椎旁静脉系统可能造成肺栓塞。研究显示，PKP 的局部渗漏率为20%～50%[8,20,21]，PVP局部渗漏率超过50%[8,22]。②PMMA在固化时的聚合反应会产生大量的热量，造成周围组织热灼伤。实验显示聚合反应热量可使椎体前方温度达到39～112℃，在椎体中心达到49～112℃，在椎管达到39～57℃，而且椎管内温度≥50℃的时间最长可持续2.5 min[23]，可见椎管内神经受热力灼伤的风险确实存在。③PMMA 无成骨诱导活性，且不可降解。PMMA 属于生物惰性材料，无任何生物活性，在人体内仅起到填充空腔的作用，更为重要的是其不能与宿主骨组织形成有机的化学界面结合，注入椎体后并未与骨组织紧密结合，造成椎体骨折的长期存在，虽然术后短期内依靠微观绞锁和容积填充两种作用机制达到一定的稳定性，但随着后期骨折界面的骨吸收等反应，远期椎体稳定性存在一定的隐患。④由于PMMA 不可降解，植入椎体后，因其弹性模量较高，强化椎与邻近椎体之间的机械强度差异很容易导致相邻椎体骨折。大量的临床研究也证实了此类远期并发症的发生并非个案[24-26]，所以椎体强化术虽然短期疗效值得肯定，但远期疗效仍有待进一步观察。⑤PMMA可造成全身性不良反应，即骨水泥植入综合征（bone cement implantation syndrome，BCIS），是指由于骨水泥的植入使患者出现一过性或明显的低血压和动脉血氧分压降低，并使0.6%～1%的患者出现心搏骤停，原因是PMMA 的单体具有毒性，单体入血后导致的全身性反应[27]。由于病情突发性，往往无先兆，救治有一定难度。可见，虽然PVP和PKP技术使众多OVCF 患者受益，但由于PMMA 骨水泥的缺陷，使其应用受到限制并造成多种并发症。

鉴于目前PVP 和PKP 所采用的PMMA 存在诸多缺陷，国内外学者对PMMA 骨水泥进行了大量研究，对其成分加以改进，以期获得改善。为增加PMMA的生物相容性，有学者在PMMA 中加入生物活性玻璃或羟基磷灰石（hydroxyl apatite，HA）颗粒[28-30]，但骨水泥的力学性能明显下降，造成PMMA 强度不足，且由于PMMA对生物玻璃或HA颗粒的包裹，干扰了活性材料的成骨诱导作用，抑制了表面骨的形成。为了得到一种组织相容性好又可逐步转化为人体骨组织的新型骨水泥，1985 年Brown 和Chow 共同研制了磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement，CPC），它是将两种或两种以上磷酸钙粉体加入液相调和剂，通过磷酸钙盐发生水化硬化。该类骨水泥不但具有良好的生物相容性[31]，且固化过程中放热慢、升温小，不会造成局部过热，但其拉伸、剪切等机械性能不足，降解速度过快，难以应用于脊柱等负重部位[32,33]。可见，虽然PMMA 在椎体强化术的应用中存在一些问题，但目前仍未发展出可以替代PMMA 的新型骨水泥，开发出具有良好生物相容性并具备足够力学强度的新型骨水泥仍是未来的主要研究方向。

4 骨水泥填充量及骨水泥渗漏

PVP/PKP 对OVCF 的主要治疗目标是迅速缓解骨折引起的疼痛并对伤椎进行强化，防止椎体高度进一步丢失。目前多数研究认为椎体强化术后疼痛缓解的可能机制主要有：增强椎体的稳定性，防止骨折的微动引起疼痛；骨水泥的热化学损伤使椎体痛觉神经末梢坏死；防止椎体进一步压缩导致的疼痛[34-36]。理论上讲，更高的骨水泥灌注量有利于获得更好的治疗效果，但目前PVP/PKP 的最适骨水泥灌注量仍有争议[37-40]。伤椎内较高的骨水泥体积可通过增强椎体的强度和刚度来改善椎体的力学性能[41]，相关力学实验也显示当骨水泥灌注量达到伤椎体积的15%以上时，椎体强度才有明显的升高[42]。但过多的骨水泥灌注量将增加骨水泥渗漏率[41,43]。

PVP/PKP 的并发症主要为骨水泥渗漏。研究表明PVP 和PKP 骨水泥渗漏发生率分别可达59.7%和18.4%[44]。多数情况下少量骨水泥渗漏不会出现临床症状，但渗漏量多或渗漏至重要部位也会导致严重的并发症，如水泥渗漏至椎管或椎间孔，可导致神经系统并发症[45]，渗漏入肺动脉，可引起肺栓塞[46]。为了平衡患者的获益和骨水泥渗漏的风险，探索椎体强化术最佳的骨水泥灌注量，学者们做了大量临床研究。Luo等[39]发现灌注3.5 ml的PMMA基本可恢复伤椎的正常应力分布，但恢复椎体动态刚度和载荷分布需要灌注7 ml，水泥渗漏率和抗压强度均随灌注量的增加而升高。Molloy 等[47]的研究显示灌注量在2～8 ml 之间时，骨水泥填充量与椎体强度和刚度恢复程度之间的相关性较弱，恢复椎体强度和刚度所需的骨水泥填充量分别为伤椎体积的16.2%和29.8%。也有研究使用有限元模型来探索骨水泥填充量与伤椎力学特性的关系，结果显示只需要少量骨水泥（约15%体积分数）就可以将伤椎硬度恢复到损伤前水平，更大的填充量可能导致硬度显著增加，远远超过正常水平。目前多数研究建议的骨水泥灌注量在3～6 ml[48-50]，腰椎略多于胸椎，这与目前临床骨水泥实际灌注量接近。总之，骨水泥填充量被认为是椎体强化术疼痛缓解的一个显著预测因子，但在追求骨水泥高填充量的同时需注意骨水泥渗漏的风险[50]。

5 PVP/PKP术后邻近节段再骨折

随着近年来PVP/PKP 技术的广泛开展，经皮椎体强化术治疗OVCF 后发生邻近椎体骨折（adjacent vertebral fracture，AVF）的现象逐渐引起临床的重视。椎体强化术的目的是最大程度地恢复受压椎体的刚度和抗压强度，但这可能会增加邻近椎体所受的应力，从而造成邻近椎体新发骨折[51]。一些研究表明椎体内骨水泥的填充可能增加邻近椎体骨折的风险[52,53]，但另一些研究持相反的观点[54,55]。体外生物力学实验表明：OVCF对伤椎及邻近椎体的载荷分布和椎体形变都会产生不利影响，而椎体成形术可部分逆转这些不利影响[56]。既往文献报道的椎体成形术后邻近椎体再发骨折的发生率约为20%[57]，而这一数字正好与椎体骨折患者再次发生骨折的发生率类似，因此AVF 是由于骨水泥弹性模量过高引起的脊柱生物力学变化结果，还是骨质疏松疾病进展的结果尚无定论[58]。近年的研究显示椎间隙内骨水泥的渗漏可能造成邻近椎体的应力集中从而增加邻近椎体骨折的风险[59,60]。总之，椎体强化术后AVF 可能是多因素所致的并发症，其发生机制有待进一步深入研究。

综上，虽然PVA 尚有不足之处，但仍不失为OVCF 首选的外科治疗手段。自1984 年首次提出至今，30余年的发展已使其成为成熟的手术技术，确切的疗效和较小的创伤也得到了广大患者的认可。随着医用材料学及脊柱生物力学的进步，PVA 技术将进一步完善，相信其将更好地服务于广大患者。