椎体成形术治疗骨质疏松性腰椎骨折的原理

    发布时间:2012-03-11    编辑:孙平

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  经皮椎体成形术(percutaneous vertebroplasty, PVP)是指经皮通过椎弓根或椎弓根外向椎体内注入骨水泥以达到增加椎体强度和稳定性,防止塌陷,缓解疼痛,甚至部分恢复椎体高度为目的一种微创脊椎外科技术。

  椎体成形术作为一种开放手术用于增强椎弓根螺钉和充填肿瘤切除后遗留的缺损已有几十年的历史。该手术经皮椎体后凸成形术是将骨组织或骨水泥注入椎体,从力学上增强其结构强度。对于某些病例,由于开放手术的风险太大,而使医患双方止步,因此出现了经皮椎体成形术(PVP)。经皮椎体成形术继承了椎体成形术的优点而无与开放手术有关的并发症。本手术1984年首先在法国Amiens大学医学放射科由Galibert和Deramond开展,经皮注射骨水泥甲基丙烯酸甲酯(polymethyl-methacrylate PMMA)成功地治疗了1例颈2椎体血管瘤患者,开创了经皮椎体成形术的先河。法国里昂大学附属医院的神经放射科和神经外科医生使用一种略加改良的技术(18G)给7例患者椎体内注射骨水泥,其中2例为椎体血管瘤(vertebral hemangiomas VHs),1例是脊柱转移性肿瘤,4例患者有骨质疏松性椎体压缩性骨折。结果7例患者的近期疼痛缓解,良1例,优6例。1989年Kaemmerlen等报道采用该技术治疗椎体转移瘤,20例椎体转移瘤患者中有16例取得显着疗效,2例无效,有2例出现并发症,作者认为,疼痛性溶骨性椎体转移瘤不伴有椎弓根周围侵犯是经皮椎体成形术最佳的手术适应证之一。

  1994年PVP(应用Deramond的方法)被弗吉尼亚大学率先介绍到美国。从那时开始,PVP成为一种治疗疼痛性椎体疾病的常用方法。近年来经皮椎体成形术的应用逐渐推广,除了脊椎血管瘤、骨髓瘤、溶骨性转移瘤外,更多应用于骨质疏松性椎体压缩骨折伴有顽固性疼痛的患者。随着肿瘤转移患者的生存时间延长,他们在生活质量和疾病的最后阶段能够活动的要求也随之提高。在脊柱转移瘤患者中,据报道PVP能够缓解疼痛并且在结构上加强被溶骨破坏的椎体,使得患者的痛苦减轻而且能够继续日常的负重活动。欧洲人的经验主要集中在治疗与肿瘤有关的疼痛(包括良性和恶性),而美国人的经验主要集中在治疗与骨质疏松性压缩骨折有关的疼痛。

  经皮椎体后凸成形术

  经皮椎体后凸成形术(percutaneous kyphoplasty,PKP)是经皮椎体成形术的改良与发展,1999年美国Berkeley骨科医生Mark Reiley研制出一种可膨胀性扩骨球囊(KyphXTM ,Inflatable Bone Tamp),该技术采用经皮穿刺椎体内气囊扩张的方法使椎体复位,在椎体内部形成空间,这样可减小注入骨水泥时所需的推力,而且骨水泥置于其内不易流动。这种方式和常规方式相比,两者生物力学性质无区别,临床应用显示其不仅可解除或缓解疼痛症状,还可以明显恢复被压缩椎体的高度,增加椎体的刚度和强度,使脊柱的生理曲度得到恢复,并可增加胸腹腔的容积与改善脏器功能,提高患者的生活质量。美国Kyphon公司研制生产的可膨胀性扩骨球囊(KyphXTM)费用昂贵,国内冠龙公司生产改进的可膨胀性扩骨球囊已用于临床,费用大大降低,有利于推广应用。最近,以色列Disc-O-Tech公司研制的一种新型椎体后凸成形系统—Sky膨胀式椎体成形系统(Sky Bone Expender system)亦已开始应用于临床。另外,A-spine公司研制的使用四块金属钢板使椎体复位并同时提供一个稳定空洞的Sunflower系统的后凸成形术,还有可以控制空洞的形状和容积并可将囊状容器(Vessel-X® )留置于椎体内充填骨水泥的 Vesselplasty技术等等也将应用于临床。

  经皮椎体成形术和经皮球囊椎体后凸成形术目前在全世界范围内广泛开展。2002年,美国开展的经皮椎体成形术就有38000台,经皮后凸成形术有16000台,主要用于骨质疏松性椎体压缩骨折的治疗,报道的疼痛缓解率均超过90%,出现严重并发症少,它们良好的疗效和较高的安全性得到了广大医生和患者的认可。

  目录机理

  (一)、增强椎体强度

  Bo等对40例新鲜骨质疏松患者的椎体标本的生物力学测试显示:椎体压缩骨折后其轴向压缩强度和刚度分别为527±43N、84±11N/mm;而椎体内注入磷酸钙或PMMA后的测试结果显示:磷酸钙组分别为1063±127N、157±21N/mm,PMMA 组分别为1036±100N、156±8N/mm,CT检查显示椎体内骨水泥充盈良好,除椎体后部外,磷酸钙组85~95%充盈,PMMA组79~90%充盈。有研究表明,椎体内注射自固化磷酸钙骨水泥(Calcium Phosphate Cement, CPC)能显着恢复骨折椎体的力学性质,其恢复的程度与注入骨水泥的量有关,其强度最高可达到来正常情况下的2倍,而刚度可超过原来的15%左右;椎体骨折后经椎弓根 CPC填塞骨折间隙及椎体内空隙同样也可恢复椎体的强度和刚度,分别增加 16.67%(P<0.05)和11.05%(P<0.05)。

  (二)、改变椎体稳定性

  Mermelstein发现骨质疏松患者压缩骨折行椎体成形术后,其所在椎体运动节段的顺应性较术前显着降低,其屈伸和侧弯顺应性分别降低23%和26%,但Kifune的研究则显示椎体压缩性骨折后,其屈伸、侧弯顺应性较骨折前均增加了34%。尸体标本的生物力学实验表明,经椎弓根向病椎内注入自固化人工骨水泥后可以立即降低椎弓根螺钉的应力。Mermelstein发现爆裂性骨折椎弓根内固定、磷酸钙椎体成形术后,屈伸刚度增加40%,磷酸钙能显着增加前柱的稳定性,降低作用在椎弓根上的应力,最终使骨质疏松、爆裂性骨折及椎弓根内固定术后的稳定性得到增强。尽管各项研究结果有所不同,但均表明椎体成形术对椎体压缩骨折患者所在脊柱节段的稳定性产生明显的影响。

  椎体成形术后椎体强度的增加以及刚性改变可能会出现另外一个问题,即上下椎间盘负荷增加(以上椎间盘更明显),易导致椎间盘退变或者邻近椎体的骨折。研究表明,椎体强度改变后,过高的刚度在一定程度上可引起脊柱应力场和位移场的重分布,但用CPC椎体强化后对邻近椎体的应力无明显影响,对邻近椎间盘的影响亦较小。

  (三)、缓解脊柱疼痛

  椎体微小的骨折及骨折线微动对椎体内的神经末梢产生刺激引起疼痛,经皮椎体成形术对这种情况下的疼痛可以产生很好的止痛作用,从这种意义上说,经皮椎体成形术是一种骨折修复技术,而不仅仅是对椎体的单纯填塞。几乎所有的临床结果都显示,不论是治疗骨质疏松性压缩骨折还是陈旧性胸腰椎骨折患者,疼痛的缓解率均高达90%以上,其原因目前尚无肯定的解释,可能在于:

  ⑴椎体内的微骨折在椎体成形术后得以稳定;

  ⑵骨水泥承担了相当部分轴向应力,从而减少了骨折线的微动对椎体内神经的刺激;

  ⑶椎体内感觉神经末梢被破坏。

  由于PMMA有放热和毒性作用,可能损害骨内神经末梢,因此最初许多人认为PMMA椎体成形术后疼痛的缓解主要是最后一种因素在发生作用,但后来发现磷酸钙椎体成形术也能达到同样止痛效果,可见对神经末梢的损害作用并非唯一因素,以往认为的椎体骨质疏松楔形压缩致脊神经后支牵张引起疼痛的解释也不能排除。国内蒲波等发现骨质疏松大鼠的椎体、椎间盘及小关节均有脊神经后支纤维大量分布,认为这可能与不稳有关。

  在椎体肿瘤方面,注入骨水泥后,其机械作用可使局部血流中断,其化学毒性作用及聚合热还可使肿瘤组织及其周围组织的神经末梢坏死而达到止痛的效果,甚至在某种意义上讲具有一定程度的杀死肿瘤细胞的作用。