骨水泥与非水泥半髋置换-髋关节骨折手术治疗 循证医学文献回顾I 股骨...
种涛 赵斌 张中华 黄凌岸
[摘要] 骨水泥作为一种具有自凝特性的生物材料，已经在临床医学多学科多领域得到广泛的应用。本文通过查阅大量文献，论述骨水泥在创伤外科、脊柱外科、关节外科三个方面的应用进展，为骨水泥在骨科手术中的应用提供理论依据，并为其进一步发展做出展望。
[关键词] 骨水泥；骨缺损；椎体骨折；骨髓炎；关节置换
[中图分类号] R715.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2018）10-0159-05
Application and prospect of bone cement in orthopedic surgery
CHONG Tao ZHAO Bin ZHANG Zhonghua HUANG Ling'an
Department of Orthopedics， the Second Hospital of Shanxi Medical University，Taiyuan 030000， China
[Abstract] Bone cement， a biomaterial with self-solidifying properties， has been widely used in many fields of clinical medicine. This article reviews a large number of literatures and discusses the application of bone cement in traumatic surgery， spinal surgery and joint surgery. It provides a theoretical basis for the application of bone cement in orthopedic surgery and makes a prospect for its further development.
[Key words] Bone cement； Bone defect； Vertebral fracture； Osteomyelitis； Joint replacement
骨水泥是一类具有自凝特性的生物材料，可填充于骨与内植物之间、潜在的骨间隙等来发挥特定作用。Wahlig等[1]在20世纪60年代首次应用骨水泥固定股骨假体成功实施髋关节置换术，骨水泥已广泛应用于骨科临床手术中，如骨缺损、慢性骨髓炎的治疗，骨质疏松引起的脊柱压缩性骨折、椎弓根钉道强化，关节置换中抗生素骨水泥的应用，目前应用较为广泛的有PMMA骨水泥和碳酸钙骨水泥，本文通过查阅大量文献，对近年來骨科外科手术中骨水泥的应用及展望进行综述。
1 创伤外科手术中骨水泥的应用
1.1 骨折后骨缺损的应用
1.1.1 骨缺损的治疗现状 骨缺损常由复杂的创伤引起，给患者造成巨大的痛苦，并且治疗过程漫长，20世纪50年代以来，自体骨的移植、血管化腓骨移植术、Ilizarov技术、肢体缩短术等都曾用来处理各种长度的骨缺损，对于小范围骨缺损，有软组织良好的覆盖，可用骨替代物或松质骨进行植骨，但是对于大段骨缺损，超过5 cm时，无论是否伴有良好的软组织覆盖，都大大增加了其治疗难度。近年来，Masquelet技术[2]通过一期应用骨水泥填充缺损并形成诱导膜，二期切开诱导膜，并行松质骨填充，被证实为一种有潜力的治疗方法，并且在合并感染的情况下，联合应用抗生素骨水泥，往往能取得很好的效果。
1.1.2 骨水泥在骨缺损应用的优势 血管化骨移植技术[3]需要精细的吻合血管，对术者的显微外科技术要求高，手术耗时久，供区和植骨区并发症多，而Ilizarov技术每天一般延长1 cm左右，治疗周期长，外固定架佩戴会影响患者的正常生活并有可能引起应力性骨折[4]。
（1）Masquelet技术的操作要点[5]：一期彻底清创，清除坏死和感染组织，骨水泥填充缺损，诱导生物膜生成，二期取出骨水泥并进行植骨，在怀疑有感染时使用抗生素骨水泥，大段的骨缺损，可因情况使用外固定架，髓内针及钢板等坚强固定。Aho等[6]研究骨缺损修复中诱导膜作用机制，发现诱导膜1个多月时相对于2个月有更强的成骨能力，提示我们在进行第二阶段手术的最佳时间。
（2）Masqulet技术的机制：诱导膜能分隔周围软组织与松质骨[7]，使骨重吸收减少，诱导膜中生成血管，加快松质骨快速血管化及皮质化成骨，骨生长及诱导因子，能促进骨间充干细胞增生及骨分化。
（3）Masqulet技术的改良：①一期手术中，传统的骨水泥填充物是一期整体成形，使骨水泥置入困难，诱导膜容易损伤，抗生素释放率较低，国内学者[8]采用体外成形多柱状骨水泥的方式并取得良好的效果；②二期手术中，植骨材料的选择，以往多采用自体髂骨松质骨，近年来有用磷酸三钙或羟基磷灰石填充，有些会在松质骨中加入BMP-7[9]等。
1.1.3 其他 随着此技术使用范围的扩大，诱导膜成分及诱导机制的进一步研究、植骨材料的优选等，在骨缺损治疗中未来会有更深远的应用。
1.2 骨髓炎中的应用
1.2.1 骨髓炎的治疗现状 慢性骨髓炎病程长、治疗困难、易复发，容易导致脓肿和死骨形成[10]，治疗关键是要彻底清除死骨及感染骨质；高能量开放骨折往往软组织损伤严重，骨折端常与外界贯通，细菌易进入髓腔中，并且很难彻底清除，一旦形成感染，会从骨折中心向两端发展，骨哈弗管因感染闭塞产生坏死，在死骨组织表面细菌形成菌膜[11]，细菌在菌膜中新陈代谢及繁殖持续低水平，加之局部软组织严重损伤，贴骨瘢痕容易形成，局部血运差。传统的抗生素全身治疗局部有效浓度不够[12]，不能起到应有的抗感染效果，静脉长期应用抗生素可引起肝肾功能障碍、静脉炎等并发症。
1.2.2 抗生素骨水泥局部应用的优势 （1）使用剂量较低，避免血液中药物浓度超过毒性水平；（2）不易产生耐药性；（3）直接作用于病灶，局部长期释放有效药物浓度，防止耐药菌株产生[13]；（4）清创后留下空腔，抗生素骨水泥起到支架作用，为二期植骨提供准备；（5）病灶周围细菌彻底清除，降低复发率。在欧洲，庆大霉素PMMA水泥链[14]目前已经成为治疗创伤性骨髓炎的重要方法，武亮等[15]通过比较传统灌洗冲刷与抗生素骨水泥链珠治疗慢性脊髓炎发现，抗生素骨水泥链治疗恢复快，出血少。有学者在伤口处VSD持续吸引，使骨水泥局部抗生素释放速度加快，并及时将病灶区渗液、脓液、细菌和坏死组织引出体外，有利于肉芽组织的生成。
1.2.3 其他 在慢性骨髓炎的治疗中，随着新的抗感染材料的不断研究和发展，会出现更优的抗生素缓释系统，使骨髓炎得到更科学有效的治疗。
2 脊柱外科手术中骨水泥的应用
2.1 脊柱内固定手术中的应用
2.1.1 腰椎退变性疾病手术合并骨质疏松时的问题 在退变腰椎退变性病变内固定手术中的并发症[16]
有神经性损伤、邻近节段退变、内固定失败、假关节形成等。在骨质疏松的患者中，骨小梁排列稀疏，周围骨质破坏会降低椎弓根钉的把持力，容易造成钉道松动导致内固定失败，近端交界区和远端交界区失败的发生，对于这些问题，近年来开展的研究有手术微创、椎弓根钉道系统加强和多节段螺钉固定等。
2.1.2 骨水泥强化椎弓根钉道系统的优势与不足 （1）目前主要通过改良螺钉螺纹设计，延长螺钉直径和长度，骨水泥加强技术等手段增强椎弓根钉道系统，改变螺钉的螺纹等设计会增加椎弓根骨折的风险，而骨水泥加强技术逐渐被认为是一种有效方法[17]。传统的骨水泥加强技术骨水泥渗漏风险高，术后椎弓根钉易拔出，近些年来，出现多孔中空椎弓根螺钉，中空螺钉是在先置入螺钉后推入骨水泥，而以往的骨水泥加强术是先在钉道中灌注骨水泥，然后拧入螺钉。孙浩林等[18]研究在腰椎内固定手术中当患者伴有骨质疏松时，与传统的椎弓根螺钉骨水泥强化比较，中空椎弓根螺钉能减少近远端交界区失败的发生，同时并没有增加相关并发症。（2）空心侧孔螺钉区别于传统椎弓根螺钉，其特点是螺钉内部为空心结构，侧边有骨水泥灌注孔，有配套推杆装置将骨水泥灌注至特定位置，从而对骨质疏松椎体进行强化。螺钉周围骨水泥使螺钉、骨水泥、螺钉周围锚定成整体[19]，Goldhahn等[20]进一步研究，术后椎体骨小梁会经过侧孔长入螺钉内部，从而使椎弓根钉的抗拔出力进一步增强。Yazu等[21]研究骨水泥强化空心侧孔螺钉和普通螺钉的生物力学，发现空心侧孔螺钉抗拔出力大于普通螺钉，国外学者研究发现空心侧孔螺钉在疲劳应力方面要优于传统螺钉骨水泥强化，Fransen等[22]在研究骨水泥强化椎弓根螺钉用于治疗腰椎退行性疾病中得出，术后随访螺钉未出现断裂，椎间融合率良好，且术后VAS评分较术前明显降低。（3）虽然骨水泥强化钉道的技术会明显提高螺钉的抗拔出力，但骨水泥渗漏依然是钉道强化时不可避免的并发症[23]，骨水泥单体具有毒性，进入血管会引起骨水泥植入综合征，并且骨水泥一旦漏入椎管会压迫脊髓、神经根等造成患者术后瘫痪等严重后果。国外学者[24]对比传统椎弓钉骨水泥强化及空心侧孔螺钉强化的骨水泥渗漏率，发现两组无统计学差异。但是有学者[25]认为骨水泥强化螺钉长期会出现增加临近椎体的骨折风险，原因是固定节段应力集中并加快相邻节段退变。而且由于骨水泥强化后形成牢固的骨质-骨水泥-螺钉复合体，一旦出现内固定失效，将增加翻修时螺钉的取出难度。
2.2 脊柱骨质疏松性压缩性骨折的治疗
2.2.1 脊柱骨质疏松性压缩性骨折治疗现状 老年骨质疏松症患者椎体压缩性骨折的发生率越来越高[26]，把改善功能活动、缓解疼痛、预防骨折再发生作为骨质疏松症椎体骨折治疗的目的，常将经皮椎体成形术（PVP）和经皮椎体后凸成形术（PKP）作为常用的手术治疗措施[27]。
2.2.2 骨水泥技术在脊柱骨质疏松性压缩性骨折的应用 PVP手术是指经皮通过椎弓根或椎弓根外向椎体内打入骨水泥以增加椎体强度和稳定性，防止塌陷，缓解疼痛、恢复脊柱生理曲度和使患者早期活动，PKP手术是借助一种可膨胀性球囊，形成脊柱后凸，人为形成椎体空腔再打入骨水泥。PVP及PKP手术的止痛机制：（1）骨水泥支撑压缩椎体，同时固定微小骨折，减少骨折微动刺激痛觉神经末梢；（2）骨水泥在硬化过程中发热使骨水泥周围的组织坏死，疼痛消失或缓解。Eck等[28]研究关于PVP和PKP手术疗效的168篇文献，得出两种术式都能够很好的缓解患者疼痛，但PKP手术能降低骨水泥的渗漏发生率及椎体再骨折的发生。
2.3 脊柱转移瘤的治疗
2.3.1 脊柱转移瘤的治疗现状 脊柱是临床常见的恶性肿瘤好发和转移的器官，以转移性肿瘤居多，且胸腰椎是恶性肿瘤最常见的转移部位，随着肿瘤的诊断治疗水平的提高，患者生存时间延长，为提高患者生质量，对脊柱转移瘤进行积极的手术干预是近年来的趋势，但是对于很多经过原发灶的手术、放化疗的患者，一般情况较差，无法耐内固定或椎体切除等手术[29]。近些年来，脊柱转移瘤的微创技术受到关注[30]，其优势在于创伤小、出血少、并发症少、不影响患者辅助治疗并且疗效较好，主要有经内窥镜辅助下手术和经皮穿刺手术。
2.3.2 骨水泥技術在脊髓转移瘤手术的应用 （1）PVP术和PKP术目前应用较为广泛，将骨水泥注入病灶，骨水泥在固化过程中产热使肿瘤组织坏死，同时能破坏神经末梢以缓解疼痛；通过恢复椎体高度，恢复强度及稳定性，防止椎体进一步塌陷压迫脊髓，骨水泥打入通过肿瘤内的压力改变，造成局部微环境缺血，致肿瘤组织坏死。胡侦明等[31]研究PMMA对于原代肿瘤细胞生长的影响，得出PMMA可有效诱导原代癌细胞凋亡，尤其是骨水泥拉丝期的肿瘤细胞凋亡更明显。（2）Fournry等[32]对21例多发性骨髓瘤和35例脊柱转移瘤患者引起顽固性疼痛，行椎体成形治疗，84%患者术后疼痛显著缓解。Pflugmacher等[33]对31例椎体转移瘤造成压缩骨折的患者行PKP手术，患者术后疼痛缓解显著。Leysalle A等[34]更推崇PKP术，因为球囊后凸成形术并发症较低，并能更好的回复椎体高度，而且在椎体肿瘤切除术中骨水泥作为承载性材料填充椎体缺损或重建椎体时，骨水泥与上下椎体终板形成面接触，在骨水泥硬化后，通过钉棒系统的加压，使骨水泥与椎体紧密连接，术后不易出现下沉并重建脊柱的稳定性。
綜上所述，椎体成形术对于不能耐受全麻及椎体切除等大创伤手术的脊柱转移瘤患者，术后可达到减轻疼痛、避免长期卧床，提高生活质量。
3 关节外科手术中骨水泥的应用
3.1 初次关节置换中抗生素骨水泥预防性应用
3.1.1 预防关节置换术后感染的现状 研究发现，手术中细菌在骨水泥和内植物等表面形成的菌膜[35]是人工关节假体感染的主要原因。同时发现，菌膜形成后，能保护细菌免疫调理素等物质对其作用，并且全身用抗生素很难达到局部治疗浓度[36]。
3.1.2 预防初次关节置换术后感染抗生素骨水泥的应用 初次关节置换中应用抗生素素水泥的是为了减少术中的污染以及预防术后早期感染。目前，Mahmoud等[37]研究显示生物膜在开始形成的72 h之内不会达到动态平衡，在这时应用抗生素的敏感性最高，因此在术中应用抗生素骨水泥对于避免术中关节感染及术后早期感染具有意义，在一项340例初次全膝关节置换术中患者的前瞻性对照试验[38]中，应用抗生素骨水泥的178例没有出现关节感染，普通骨水泥固定的162例中感染率为3.1%。Block等[39]分析了22篇在人工关节置换中使用抗生素骨水泥的文献，得出抗生素骨水泥能够降低人工关节置换的深部感染。抗生素骨水泥虽然能预防早期术中造成的感染，却不能预防晚期血源性的感染。
3.2 膝、髋关节置换术后感染翻修的应用
3.2.1 膝、髋关节术后感染翻修的现状 膝、髋关节置换术后感染治疗的目的在于去除感染的假体、彻底清创，恢复关节功能，必须行一期或二期翻修，关节置换术后感染的金标准[40]是假体去除后抗生素骨水泥占位器植入，其作用有：（1）维持关节稳定性；（2）防止双下肢不等长；（3）局部抗生素治疗感染灶。
3.2.2 膝、髋关节置换术后感染翻修手术中骨水泥假体的应用 （1）关节置换术后感染翻修手术的步骤：首先取出感染的关节假体，彻底清创，将含有抗生素骨水泥（占位器）置入间隙；等感染控制后，取出占位器，并安装正式关节翻修假体。Hsieh等[41]对41例髋关节置换术后假体感染应用骨水泥占位器翻修，总体感染控制率为95.2%。Masri等[42]对24例膝关节置换术后感染应用骨水泥占位器翻修，术后随访感染治愈率达92.0%。常见的并发症有占位器的脱位及占位器的折断，抗生素骨水泥间隔物分为两种：非关节（静态型）和关节型（活动性），关节型间隔物更符合解剖学基础及力学特性，可允许更大范围的关节活动，改善关节功能，减少瘢痕组织形成。Emerson等[43]比较22例关节型间隔物与26例非关节型间隔物翻修手术，术后感染率分别为8%、9%，但关节型间隔物患者比非关节型平均关节活动度增加14°。周勇刚等[44]设计关节型抗生素骨水泥占位器的压制模具，使二期翻修时软组织张力减少，骨质吸收减少，利于翻修。（2）我们发现在预防和治疗关节置换术后关节感染时，抗生素性骨水泥的效果是值得肯定的。随着抗生素骨水泥的广泛应用，同时会带来细菌的多重耐药性，未来对于关节感染细菌种类的研究，以及掺入敏感抗生素时骨水泥的物理性质等，将会使抗生素骨水泥在关节感染方面有更广泛的应用。
综上所述，虽然目前骨水泥在骨科外科治疗中得到广泛的应用，但是骨水泥在应用过程的潜在风险同样要引起我们的足够重视，研究发现，在关节置换中，约30%患者会出现低血压、心率失常、严重低氧血症、心肌梗死、肺动脉高压、出血、哮喘发作等不良反应[45]，称之为骨水泥植入综合征，严重时会引起心脏骤停，同时有报道抗生素性骨水泥应用时会出现严重的过敏反应[46]，作为临床医生要严格评估其存在风险，使骨水泥更加安全有效的应用。
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（收稿日期：2017-12-25）
