优化剂量骨水泥强化螺钉固定治疗骨质疏松腰椎间盘突出症的临床疗效

刘达，廖冬发，郑伟，黄晨，康夏，盛珺，周江军，巴晶晶，伍红桦*

(1.成都军区总医院骨科，四川 成都　610038；2.解放军第184医院骨科，江西 鹰潭　335000；3.山东威高骨科材料股份有限公司，山东 威海　264200)



优化剂量骨水泥强化螺钉固定治疗骨质疏松腰椎间盘突出症的临床疗效

刘达1，廖冬发1，郑伟1，黄晨1，康夏1，盛珺1，周江军2，巴晶晶3，伍红桦1*

(1.成都军区总医院骨科，四川 成都610038；2.解放军第184医院骨科，江西 鹰潭335000；3.山东威高骨科材料股份有限公司，山东 威海264200)

目的评价优化剂量的骨水泥强化椎弓根螺钉固定治疗合并骨质疏松症的腰椎间盘突出症患者的临床效果。方法我科于2013年6月至2014年6月对27 例合并骨质疏松症的腰椎间盘突出症患者进行了经后路骨水泥强化椎弓根螺钉固定、全椎板减压、髓核摘除、椎间植骨融合术。所有患者术前BMD检查T值均小于-2.5，均诊断为骨质疏松症。所有患者均注1.5 mL聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)强化椎弓根螺钉固定，术前和术后均给予抗骨质疏松治疗。记录和观察患者围手术期基本情况及并发症。记录术前、术后6个月和末次随访患者疼痛的视觉模拟评分(visual analogue scale，VAS)、日本骨科协会下腰痛评分(Japanese orthopedic association low back pain score，JOA)和Oswestry功能障碍指数(oswestry disability index，ODI)，X线和CT检查评价螺钉稳定性和椎间植骨融合情况。结果27 例患者均顺利完成手术，手术时间130～200 min，出血量200～500 mL；术中无神经损伤，无硬膜撕裂，无明显骨水泥渗漏及螺钉松动。所有患者均得到随访，随访时间18～30个月。末次随访X线及CT检查示：未发现明显的骨水泥渗漏、螺钉松动、融合器下沉；椎间植骨融合良好，椎间融合率为88.9%。患者术后6个月和末次随访的VAS、JOA、ODI评分均较术前有明显好转，差异均具有统计学意义(P<0.05)，上述指标在末次随访和术后6个月之间的差异均无统计学意义(P>0.05)。结论在合并骨质疏松症的腰椎间盘突出症患者手术中，注射1.5 mL骨水泥强化椎弓根螺钉固定能够有效提高骨质疏松条件下脊柱内固定的初始稳定性。该方法能很好地维持骨质疏松条件下内固定的远期稳定性，提高椎间植骨融合率，显著降低了远期螺钉松动和椎间植骨不融合的风险。

腰椎间盘突出症；骨质疏松症；骨水泥；椎弓根螺钉；强化

对于神经症状明显且经保守治疗无效的中老年腰椎间盘突出症患者，给予经后路腰椎管探查充分减压、神经根松解、髓核摘除，为防止术后发生医源性腰椎不稳，予以椎体间植骨融合、椎弓根螺钉内固定术具有有效的临床治疗效果[1-2]。但随着我国人口老龄化的日益加重，越来越多的腰椎间盘突出症患者同时患有骨质疏松症。研究表明，骨质疏松严重影响螺钉的把持力，容易发生螺钉的松动或不能安放椎弓根螺钉，导致椎间融合器下沉、椎间融合率下降及内固定失败[3]，严重影响治疗效果，增加术后风险。

为了解决上述问题，很多学者通过向钉道内注射聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥(polymethylmethacrylate，PMMA)来强化螺钉的稳定性，并取得了良好的效果。然而，通过文献回顾我们发现，在众多的研究中PMMA的注射剂量存在很大的差异[4-10]，且对于不同剂量PMMA强化螺钉稳定性的比较研究以及螺钉稳定性与PMMA剂量之间的相关性研究甚少。前期我们通过骨质疏松腰椎标本实验发现[11]，椎弓根螺钉的稳定性与PMMA的剂量之间呈显著的正相关关系。但在某个范围内，增加PMMA的剂量并不能显著提高螺钉的稳定性，反而会增加骨水泥渗漏的潜在风险[12]，骨质疏松腰椎标本中PMMA的最合适剂量是1.5 mL，既可以显著提高螺钉的固定强度又显著降低了PMMA的渗漏风险。

根据前期的研究结果，我们在2013年6月至2014年6月期间对27 例骨质疏松性腰椎间盘突出症患者采用经后路骨水泥强化椎弓根螺钉固定、全椎板减压髓核摘除、椎间植骨融合术，并优化了PMMA的注射剂量，取得了较好的临床效果，现汇报如下。

1　资料与方法

1.1一般资料2013年6月至2014年6月我科收治的腰椎间盘突出症患者中选取27 例患者，其中男8 例，女19 例；年龄58～72岁，平均65.8岁，责任间隙：L3～45例，L4～510 例，L5S112 例。术前均行X线、CT和MRI检查，均诊断为腰椎间盘突出症。术前均采用双能X线吸收法行骨密度检测，所有患者腰椎T值小于-2.5，根据WHO的诊断标准所有患者均诊断为骨质疏松。患者术前均有不同程度的神经压迫症状，患者均经系统保守治疗无效。纳入标准：a)均为单间隙椎间盘突出；b)巨大椎间盘脱出、椎间隙严重退变、后纵韧带骨化、双侧侧隐窝狭窄等，有全椎板减压、椎间融合手术指证，无明显手术禁忌证；c)能接受骨水泥钉道强化可能的风险；d)依从性好，术后能够配合进行正规功能锻炼及抗骨质疏松治疗。排除标准：a)多间隙椎间盘突出、椎体间严重失稳或滑脱者；b)无明显全椎板减压、椎间融合手术指证者；c)不能理解及接受手术风险，身体条件不能耐受麻醉及手术者；d)依从性差，术后无法配合进行正规的功能锻炼及抗骨质疏松治疗者。

1.2围手术期处理术前所有患者均给予抗骨质疏松治疗，包括钙剂、活性维生素D和抑制钙吸收药物。患者完善相关辅助检查后，排除手术禁忌证。

1.3手术治疗全身麻醉后患者取俯卧位，术前透视定位，以责任间隙为中心行后正中切口，常规暴露需要固定节段椎体的棘突、椎板至双侧小关节突。充分显露椎弓根的进针点，常规方法制备钉道后探得钉道四壁及底部坚硬，无落空感，置入定位针。术中透视确定定位针位置及方向良好，将骨水泥专用推杆经钉道放置于椎体内，透视确认推杆尖端位于椎体内(侧位位于椎体前1/3)。使用PMMA骨水泥进行钉道强化处理，将粉剂和水剂按照比例混合后充分搅拌，待其成牙膏状时注入到推杆内，缓慢将1.5 mL PMMA推入椎体内，边注射边往后退出推杆直至推杆的尖端位于椎体后缘即停止注射，透视下严密关注注射过程中PMMA的流动及分布，一旦发生渗漏立即停止注射。注入骨水泥的同时应密切注意患者的血压、心率和呼吸等指标变化。注射完毕后取出推杆，直接拧入长度合适的椎弓根螺钉，并再次透视确认椎弓根螺钉位置及PMMA分布情况。根据责任间隙进行椎管探查减压，取出椎间盘髓核及终板软骨，处理植骨床，行椎体间植骨融合后置入填满骨粒的椎间融合器。选取长度合适的连接棒，按照脊柱生理曲度进行预弯并连接，椎间适当加压。将减压的骨质或同种异体骨行后外侧植骨。冲洗切口，置引流管，逐层缝合切口。

术后应用抗生素预防切口感染，48～72 h内拔除切口引流管，术后2 d床上进行腰背部肌肉及双下肢功能练习，8周过伸位腰围保护下限时下床行走活动。术后4个月，去除腰围，加强腰背部肌肉功能锻炼。术后及出院后正规抗骨质疏松治疗，并定期门诊随访调整药物。

1.4疗效评价及观察指标a)围手术期参数：手术时间、术中出血量、并发症等；b)视觉模拟疼痛评分(visual analogue scale pain score，VAS)：记录术前、术后6个月及末次随访VAS来评价疼痛症状的改善情况；c)日本骨科协会下腰痛评分(Japanese orthopedic association low back pain score，JOA)：记录术前、术后6个月及末次随访JOA来评价神经功能的改善情况；d)Oswestry功能障碍指数(oswestry disability index，ODI)：记录术前、术后6个月及末次随访ODI来评价日常功能的改善情况；e)患者术后定期随访，随访过程中常规摄腰椎正侧位及动力位片、CT，评价融合节段的融合情况及螺钉的位置。椎体融合的评价指标[5]：可见融合节段间有连续性骨小梁所形成的骨桥，椎弓根钉及融合器周围无硬化、透亮带，同时在动力位X线片上融合节段无相对移位，三者缺一即视为未能成功融合，或原融合节段间形成假关节。

1.5统计学方法采用SPSS 16.0对数据进行分析，计量资料以均数±标准差表示，采用t检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2　结　　果

2.1术后一般情况27 例患者均顺利完成手术，手术时间为130～200 min，术中出血量为200～500 mL。所有钉道均注射1.5 mL PMMA强化椎弓根螺钉固定，术中无神经损伤，无硬膜撕裂，无明显骨水泥渗漏、螺钉松动等并发症。所有患者术后未出现切口感染及脊髓神经症状加重等情况。本组获得18～30个月随防，平均24个月。

2.2影像学情况术后6个月及术后末次随访X线及CT检查显示：所有椎弓根螺钉及融合器位置良好，椎间隙高度良好，未发现明显的骨水泥渗漏、螺钉松动、融合器下沉。椎间植骨融合良好，椎间融合24 例，融合率为88.9%。

2.3疗效评分对患者术前、术后6个月和末次随访的疼痛指数、神经功能及日常生活功能情况分别进行统计和比较，患者术后6个月和末次随访的VAS、JOA、ODI评分均较术前明显好转，差异均具有统计学意义(P<0.05)，患者术后的疼痛明显减轻，神经功能明显恢复，日常生活功能明显改善。但上述指标在末次随访和术后6个月之间的差异均无统计学意义(P>0.05)(见表1)。

表1　手术前后患者VAS和影像学参数比较±s)

2.4典型病例73 岁女性患者，主因“反复左下肢放射痛1年，加重伴跛行4 d”入院，专科查体：L4～5棘突、椎间隙压痛，左内外踝、左足第2、3跖背侧皮肤感觉减退，左侧踇长伸肌肌力Ⅲ级，左下肢直腿抬高试验阳性。采用经后路骨水泥强化椎弓根螺钉固定、全椎板减压髓核摘除、椎间植骨融合术，手术前后影像学资料见图1～3。

3　讨　　论

图1　术前正侧位X线片及CT示腰椎退变明显，L4～5椎间盘突出明显

经后路腰椎椎间融合内固定术是目前治疗腰椎间盘突出症的有效方法之一。然而，对于合并骨质疏松症的患者来说，进行脊柱植骨融合内固定术具有极大的挑战。研究表明，骨质疏松严重影响螺钉的固定强度，导致内固定物松动、内固定失败[3]。目前提高骨质疏松条件下螺钉稳定性的主要方法是向钉道内直接注射PMMA强化螺钉的稳定性。然而，目前的实验研究和临床研究中PMMA的注射剂量没有统一的标准[4-10]，少则0.8 mL，多达8.0 mL，螺钉稳定性提高的程度差异很大，缺少对于螺钉稳定性与注射PMMA剂量的相关性研究，尤其缺乏针对骨质疏松腰椎标本中提高螺钉固定时注射PMMA最佳剂量的相关研究。

针对上述不足之处，我们在骨质疏松的尸体腰椎标本中进行了PMMA强化螺钉稳定性的研究。为了降低骨水泥的渗漏风险，我们采用了边注入骨水泥边退出骨水泥推杆的方法，使骨水泥主要分布在椎体内的钉道周围。结果表明[11]，注射不同剂量的PMMA后螺钉在骨质疏松腰椎中的稳定性有不同程度的提高，且螺钉的稳定性与PMMA剂量之间存在显著的正相关关系。然而在某个范围内提高PMMA的剂量并不能显著提高螺钉的稳定性，反而提高了骨水泥渗漏的潜在风险。研究表明：在骨质疏松腰椎标本中提高螺钉稳定性时注射1.5 mL的PMMA可以作为较合适的选择。

图2　术后6个月正侧位X线片及CT示螺钉及融合器位置、螺钉周围骨水泥分布、椎间隙高度、椎间植骨融合情况均良好

图3　末次随访正侧位X线片及CT示螺钉及融合器的位置、螺钉周围骨水泥的分布、椎间隙高度、椎间植骨融合均良好

目前临床上并无注射PMMA的统一标准。基于前期研究的结果我们进行了临床研究，选取了27 例合并骨质疏松症的腰椎间盘突出症患者，采用经后路骨水泥强化椎弓根螺钉固定、全椎板减压髓核摘除、椎间植骨融合术，选择了更为优化的骨水泥注射剂量，所有患者责任间隙的相邻椎体均注射1.5 mL的PMMA来强化椎弓根螺钉固定。记录患者手术前后疼痛评分、神经功能情况、日常生活功能情况，并通过影像学检查评价植骨融合和螺钉稳定性情况。统计学分析发现，与术前相比术后6个月和末次随访患者的VAS、JOA、ODI评分均显著下降，差异具有统计学意义；术后6个月和末次随访在上述指标上均不具差异有统计学意义。影像学检查表明，末次随访时所有患者的所有内固定位置良好，未发现明显的螺钉松动、融合器下沉，其中形成椎间融合24 例，融合率为88.9%。结果表明：经过有效、彻底的减压及坚强的内固定后患者的疼痛症状、神经功能和日常生活功能均有显著的恢复。我们在术中使用PMMA强化螺钉固定，在连接钉棒系统时未发现明显螺钉松动现象，且术后影像学检查均证实了内固定的有效、坚强的早期和远期稳定性以及良好的椎间骨性融合。

我们认为：在合并骨质疏松症的腰椎间盘突出症患者手术中，注射1.5 mL骨水泥强化椎弓根螺钉固定能够有效提高骨质疏松条件下脊柱内固定的初始稳定性。该方法很好的维持骨质疏松条件下内固定的远期稳定性，提高椎间植骨融合率，显著降低了远期螺钉松动和椎间植骨不融合的风险。

[1]Kaymaz B，Demirkiran G，Ayvaz M，etal.Treatment of thoracolumbar burst fractures using combined pedicle screw-laminar hook fixation[J].Acta Orthop Traumatol Turc，2014，48(2)：152-156.

[2]Wang L，Li J，Wang H，etal.Posterior short segment pedicle screw fixation and TLIF for the treatment of unstable thoracolumbar/lumbar fracture[J].BMC Musculoskelet Disord，2014(15)：40.

[3]Reitman CA，Nguyen L，Fogel GR.Biomechanical evaluation of relationship of screw pullout strength，insertional torque，and bone mineral density in the cervical spine[J].J Spinal Disord Tech，2004，17(4)：306-311.[4]Frankel BM，D′Agostino S，Wang C.A biomechanical cadaveric analysis of polymethylmethacrylate-augmented pedicle screw fixation[J].J Neurosurg Spine，2007，7(1)：47-53.

[5]Moon BJ，Cho BY，Choi EY，etal.Polymethylmethacrylate-augmented screw fixation for stabilization of the osteoporotic spine：A three-year follow-up of 37 Patients[J].J Korean Neurosurg Soc，2009，46(4)：305-311.

[6]Waits C，Burton D，McIff T.Cement augmentation of pedicle screw fixation using novel cannulated cement insertion device[J].Spine(Phila Pa 1976)，2009，34(14)：478-483.

[7]Blattert TR，Glasmacher S，Riesner HJ，etal.Revision characteristics of cement-augmented，cannulated-fenestrated pedicle screws in the osteoporotic vertebral body：a biomechanical in vitro investigation.Technical note[J].J Neurosurg Spine，2009，11(1)：23-27.

[8]Bullmann V，Schmoelz W，Richter M，etal.Revision of cannulated and perforated cement-augmented pedicle screws：a biomechanical study in human cadavers[J].Spine(Phila Pa 1976)，2010，35(19)：932-939.

[9]Liu D，Shi L，Lei W，etal.Biomechanical comparison of expansive pedicle screw and polymethylmethacrylate-augmented pedicle screw in osteoporotic synthetic bone in primary implantation：an experimental study[J].Clin Spine Surg，2016，29(7)：351-357.

[10]Chen YL，Chen WC，Chou CW，etal.Biomechanical study of expandable pedicle screw fixation in severe osteoporotic bone comparing with conventional and cement-augmented pedicle screws[J].Med Eng Phys，2014，36(11)：1416-1420.

[11]Da Liu，Bo Zhang，QingYun Xie，etal.Biomechanical comparison of pedicle screw augmented with different volumes of polymethylmethacrylate in osteoporotic and severely osteoporotic cadaveric lumbar vertebrae：an experimental study[J].The Spine Journal，2016，Apr 21，Accepted.

[12]Hu MH，Wu HT，Chang MC，etal.Polymethylmethacrylate augmentation of the pedicle screw：the cement distribution in the vertebralbody[J].Eur Spine J，2011，20(8)：1281-1288.

Clinical Effect of Treatment of Lumbar Disc Herniation with Osteoporosis through Augmentation of Pedicle Screw Fixation with Optimized Volume of PMMA

Liu Da，Liao Dongfa，Zheng Wei，etal

(Department of Orthopaedics，General Hospital of Chengdu Military，Chengdu610038，China)

ObjectiveTo evaluate the clinical effect of augmentation of pedicle screw fixation with optimized volume of bone cement in treatment of lumbar disc herniation with osteoporosis.Methods27 patients with lumbar disc herniation and osteoporosis between June 2013 and June 2014 were treated with pedicle screw fixation and bone cement augmentation，laminectomy，discectomy and interbody fusion.All patients underwent pre-operative examination of bone mineral density with T-score<-2.5 and were diagnosed with osteoporosis.All patients underwent augmentation of pedicle screw fixation with injection of 1.5 mL bone cement and all patients were treated with anti-osteoporosis therapy pre- and post-operation.All patients were observed and recorded with basic conditions and complications.At pre-operation，6-month post-operation and last follow-up，pain visual analogue scale(VAS) and Japanese Orthopedic Association low back pain score(JOA) and Oswestry disability index(ODI) of all patients were recorded and the screw stability and interbody fusion of all patients were evaluated in X-ray and CT examination.Results27 patients were successfully underwent operation with operation time about 130～200 min and blood loss about 200～500 mL.There were no spinal cord or nerve injury，no dural tear and no obviously bone cement leakage and screw loosening during operation.All patients were followed up for 18 to 30 months.X-ray and CT examination at last follow-up showed no leakage of bone cement，non-loosening of pedicle screw and non-sinking of cage.Good interbody fusion was found and fusion rate was 88.9%.At 6-month post-operation and last follow-up，VAS，JOA and ODI were significantly improved than those at pre-operation(P<0.05)，but there were no significantly differences on these parameters between 6-month post-operation and last follow-up(P>0.05).ConclusionDuring operation for lumbar disc herniation with osteoporosis，augmentation of pedicle screw fixation with 1.5 mL bone cement can effectively enhance initial stability of pedicle screw in osteoporosis.This method can well maintain long-term stability of internal fixation in osteoporosis，improve interbody fusion rate and significantly reduce risks of long-term screw loosening and interbody non-fusion.

lumbar disc herniation；osteoporosis；bone cement；pedicle screw；augmentation

1008-5572(2016)10-0874-05

国家自然科学基金青年基金项目(81301606)；成都军区总医院院管课题资助项目(2013YG-B015)；成都军区总医院研究型人才资助项目(42412E33)；*本文通讯作者：伍红桦

R681.5+3

B

2016-05-31

刘达(1982- )，男，主治医师，成都军区总医院骨科，610038。