经皮椎体成形术骨水泥椎间盘渗漏的研究现状

陶 莹，邓见键，吴 辉，汪丽霞，唐芬芬，缪新新

(南昌大学第二附属医院骨科，南昌 330006)

经皮椎体成形术(PVP)因具有微创和早期稳定骨折、缓解疼痛等优点，现已逐渐成为治疗骨质疏松性椎体压缩骨折、椎体肿瘤和骨髓瘤等疼痛性椎体疾患的重要方法[1]。但随着临床运用的增加，骨水泥渗漏的报道也越来越多[2]，骨水泥椎间盘渗漏是最常见的并发症。由于骨水泥椎间盘渗漏不会引起严重的并发症，临床医生多不太关注[3]；但从长远看，漏入的骨水泥可加速椎间盘的退变，增加邻近椎体骨折的风险[4]。为提高人们对骨水泥椎间盘渗漏相关问题的认识，笔者就骨水泥椎间盘渗漏的临床和基础研究现状作一综述。

1 骨水泥渗漏的类型

骨水泥渗漏通常采用2种分类方法，按照渗漏的路径和部位。根据渗漏的途径及CT表现，将骨水泥渗漏分为3种类型：B型、C型和S型。B型为骨水泥沿椎体静脉渗漏至椎体后缘和硬膜前方；C型为骨水泥从椎体的骨皮质缺损处渗漏，可发生在椎体周边任何部位；S型为骨水泥通过节段静脉渗漏，多局限在局部静脉内[5]。按骨水泥渗漏的解剖位置将其分为6型：Ⅰ型为椎体周围渗漏，Ⅱ型为椎管内渗漏，Ⅲ型为椎间孔内渗漏，Ⅳ型为椎间盘内渗漏，Ⅴ型为椎旁软组织内渗漏，Ⅵ型为混合型渗漏。椎间盘渗漏主要通过C型路径[6]。

2 骨水泥椎间渗漏的分型与原因

CHUROJANA等[7]根据骨水泥椎间渗漏的特征分为3型：Ⅰ型为骨水泥沿椎间盘边缘渗漏(骨水泥沿纤维环和终板间渗漏)，Ⅱ型为骨水泥椎间盘内渗漏(骨水泥漏入髓核组织)，Ⅲ型为骨水泥沿椎间盘边缘渗漏并进入髓核组织。他们回顾性分析了已行 PVP 治疗的 148个椎体，有30个椎体出现了椎间盘渗漏，其中Ⅱ型占50%，Ⅰ型占27%，Ⅲ型占23%，椎间盘内骨水泥渗漏(Ⅱ型)是最常见的类型，最显著的特点就是骨水泥渗入到椎间盘内面。在行PVP术后1年，与Ⅰ型、Ⅲ型相比，Ⅱ型可能会延迟疼痛的缓解。他们根据骨水泥占椎间盘的空间面积分为4个等级：GradeⅠ为<25%的椎间盘空间，GradeⅡ为25%～50%的椎间盘空间，GradeⅢ为50%～75%的椎间盘空间，GradeⅣ为>75%的椎间盘空间，并对其相关数据分析得出，Ⅰ型、Ⅱ型骨水泥渗漏面积占椎间盘空间多不超过25%，Ⅲ型骨水泥渗漏面积占椎间盘空间多位于25%～50%，74.43%属于GradeⅡ渗漏等级。正常情况下行PVP术时骨水泥是不会通过完整的椎板渗漏入椎间盘，但骨质疏松的椎体发生压缩性骨折时多合并有终板的骨折，较高的终板骨折发生率，导致骨水泥漏入椎间盘的可能性大。有文献[8]报道骨水泥椎间渗漏率为14%，但严重椎体骨折中可高达35%，椎间盘渗漏的发生与椎体骨折形状并无显著相关性。CHEN等[9]研究认为，骨水泥渗漏入椎间盘的主要原因是由于椎体软骨终板的破损、椎体真空裂隙及穿刺针医源性损伤终板而引起的。MIROVSKY等[10]研究认为，骨水泥椎间盘渗漏与终板是否破损、穿刺针的位置有关。HONG等[11]研究认为，椎间盘线性损伤和终板的缺失是骨水泥漏入椎间盘的重要原因，术前行腰椎MRI评估椎体情况，有利于预防骨水泥椎间盘渗漏的发生。此外，手术操作不当以及骨水泥的低黏稠度和注射剂量过大也是发生骨水泥渗漏的原因。

3 骨水泥椎间盘渗漏后脊柱生物力学特点

有研究[12]认为，PKP术后骨水泥椎间渗漏可以减少远端椎体的受力，而增加相邻椎间盘和相邻终板的局部应力，并使得相邻椎体的最大应力成倍增加。有学者建立PKP术后骨水泥椎间盘渗漏三维有限元模型研究证明这一观点，当轴向压力逐渐增加时，脊柱胸腰段各部位的应力开始重新分布，可增加椎体的上、下终板应力和区域范围，增加相邻椎间盘、相邻终板的应力及区域，也显著增加相邻椎体所受最大应力，但远端椎体的最大应力明显减小[13]。骨水泥注入椎体本身也对脊柱的生物力学有影响，通过对经骨水泥增强的功能脊柱单位进行力学测试，结果显示，骨水泥强化节段相邻椎体的极限承载负荷明显低于未增强椎体的相邻节段。同时，生物力学的改变可能增加邻近椎体的骨折以及促使椎间盘突出[14]。由于骨水泥渗漏改变了脊柱的生物力学行为，使应力在相邻椎间盘内重新分配，椎间盘内压力增加，而髓核压力首先升高，促使了椎间盘突出。

4 减少椎间盘内骨水泥渗漏的策略及其并发症处理

有文献[14]报道，骨水泥椎间盘渗漏主要发生在严重的骨质疏松性椎体压缩性骨折和新鲜创伤性非骨质疏松性椎体压缩性骨折，因此严格把握手术适应证、选择合适的患者是预防骨水泥椎间盘渗漏的前提。术前详细的询问病史及体格检查，完善相关影像学检查，了解椎体病损特点及有无骨皮质缺损、终板骨折及脊柱椎体内真空现象等，均有利于减少术后骨水泥椎间盘渗漏的发生[15]。术中严格掌握穿刺方法及注入时机、骨水泥的量，也可以减少骨水泥椎间盘渗漏的发生[16]。此外，使用新型材料、改良手术器械可以减少骨水泥椎间盘渗漏的发生，如使用新型Vessel-X骨材料填充器，是由聚苯二甲酸醇酯材料互相交错编织成的网袋状结构，注射黏稠骨水泥后网状结构膨胀，这种网状结构仅允许少量骨水泥渗漏到网层外并与骨组织结合。结合后，无骨水泥的渗漏[17]。国内使用新型编织材料代替PVP的球囊，证明其可降低骨水泥渗漏的风险[18]。骨水泥漏入椎间盘内，一般无明显的临床症状，可不需特殊处理；但也有患者因骨水泥渗漏至椎间隙后导致腰痛不缓解，此时可行椎体切除后加内固定术治疗[19]。骨水泥向相邻椎间盘渗漏，可能改变椎间盘的生物力学环境，远期有可能加速椎间盘退变，继发邻近椎体骨折[20]。通过建立三维有限元模型，行相邻椎体预防性强化可能会减少邻近椎体骨折的发生[21]。

5 骨水泥椎间盘渗漏与椎间盘退行性变的关系

5.1 椎间盘内骨水泥渗漏加速椎间盘的退行性变

椎间盘所处的生物力学环境直接影响椎间盘细胞的代谢，特别是压力负荷对椎间盘基质的产生和细胞活性有所影响。椎间盘是闭合的缓冲系统，骨水泥渗入将导致椎间盘内的压力升高，使髓核细胞及细胞外基质承受异常的应力，这种高应力状态可能导致椎间盘的退变[22]。此外，这种高应力状态也会使得细胞渗透功能减退，影响椎间盘细胞的营养成分的吸收和代谢水平，加速髓核细胞凋亡[23]。有研究[24-25]表明，椎间盘的持续高应力能够加速终板的损伤、纤维环的变性，甚至整个椎间盘退行性变。当高应力在椎间盘重新分配时，会引起髓核体积缩小、纤维环压力的重新分布，而这2个生物学现象是椎间盘退行性变的重要生物学因素。骨水泥也可通过抑制髓核细胞的增殖，加速椎间盘退行性变。LIN等[26]报道，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥能显著减少体外培养的髓核细胞数量，影响细胞外基质代谢基因的表达，同时发现髓核细胞数量减少与骨水泥的量相关。此外，PMMA骨水泥颗粒本身也可能对髓核细胞的活性、周期、凋亡和衰老等生物学行为产生影响。对骨水泥椎间盘渗漏动物模型的研究[27]显示，PMMA骨水泥注入犬椎间盘24周后，组织学检查显示髓核细胞数减少，TUNEL法检测凋亡髓核细胞明显增加。骨水泥椎间盘渗漏可影响蛋白多糖的合成，引起椎间盘退行性变。对成年家犬建立骨水泥椎间盘渗漏模型的研究[28]发现，骨水泥椎间盘渗漏会导致椎间盘的糖胺多糖含量下降，蛋白多糖合成下降，且椎间盘的糖胺多糖含量改变与骨水泥渗漏入椎间盘量有关。这个实验说明了渗漏的骨水泥可以使蛋白多糖的合成减少，进而促进椎间盘退行性变。骨水泥也可通过改变椎间盘的力学环境而改变蛋白多糖的含量，引起椎间盘退行性变。有研究[29]显示，牛和猪的椎间盘在受到压应力、张应力时，蛋白多糖的合成降低。

5.2 不同骨水泥对髓核细胞损伤的差异性

有研究[30]显示，通过在体外人退变髓核细胞的培养液中分别加入不同浓度的PMMA、磷酸钙和硫酸钙颗粒，观察不同骨水泥颗粒对髓核细胞的影响。结果显示，PMMA和磷酸钙颗粒使人髓核细胞减少，而硫酸钙对人髓核细胞活性影响较小。细胞外基质代谢相关基因的表达在颗粒处理后也会发生改变，如PMMA、磷酸钙和硫酸钙分别使聚蛋白聚糖的基因表达减少2.5、6.4和6.6倍，PMMA也使SOX9基因表达减少3.3倍，并证明PMMA骨水泥所致椎间盘退变较CPC骨水泥更为严重。国内有学者[31]通过建立椎间盘渗漏的动物模型，也得到相同结论。有研究[4]发现，PMMA组椎间盘退变程度比CPC组严重。也有研究[12]显示，不同体积分数的CPC颗粒对人正常髓核细胞增殖无影响，而一定体积分数的PMMA颗粒作用髓核细胞后，能导致髓核细胞活性降低，并且该效应具有时间依赖性和剂量依赖性。对于PMMA所致椎间盘退变为什么比CPC更为严重，可能与PMMA热效应有关，但还需进一步的深入研究。

6 骨水泥椎间盘渗漏与邻近椎体骨折的关系

有研究[32]认为，骨水泥渗漏至椎间盘能够增加相邻椎体的机械应力，从而增加了PVP术后相邻节段椎体继发性骨折的风险。同时对38例行PVP治疗的患者进行回访，发现骨水泥椎间盘渗漏的病例中有58%出现了邻椎骨折，得出骨水泥椎间盘渗漏可明显增加术后相邻椎体骨折的风险的结论。相邻椎体并发骨折并非由单一因素引起，而是由多种因素共同作用的结果。有研究[33]发现，骨水泥椎间盘渗漏、椎体骨的低密度、PVP术后压缩椎体的高度恢复均是椎体发生骨折的最强有力的风险因素。另研究者对508例椎体骨折患者采用PVP治疗，随访期间出现49例新的椎体骨折，在35个邻近节段的椎体骨折中54.3%邻近椎间盘有骨水泥渗漏。同时对PVP术后骨折的影响因素进行多因素Logistic回归分析，结果显示，低体质量指数和椎间盘渗漏与PVP术后的相邻椎体骨折相关[23]。也有研究[34]认为，PVP术后发生非手术椎体骨折与骨水泥椎间盘渗漏、术后未抗骨质疏松治疗以及低25-(OH)D水平有关。有学者[2]认为，椎间盘渗漏与邻近节段的椎体骨折没有相关性。有研究[35]表明，病变椎体在接受PVP治疗后，部分椎间盘存在骨水泥渗漏，但渗漏椎间隙相邻椎体骨折发生率与无渗漏者比较差异无统计学意义。然而，对于骨水泥椎间盘渗漏是否会增加邻近节段椎体骨折的发生率，目前还存在一定的争议[3]。因为骨水泥注入病变椎体本身就能增加邻近椎体终板的承受应力，增加椎体发生骨折的风险。

7 结论与展望

骨水泥椎间盘渗漏可通过改变椎间盘的生物力坏境，抑制髓核细胞的增殖，加速椎间盘的退变。骨水泥椎间盘渗漏使相邻椎体的最大应力成倍增加，增加邻近椎体骨折的发生率。术前评估椎体情况、使用新型材料及改进手术方法均可有效减少椎间盘骨水泥渗漏的发生。不同骨水泥对椎间盘损伤有差异，因此开发出一种无凝固放热、生物降解和相容性好及强度与正常椎体接近的新型椎体填充材料是今后研究的方向。在基础研究方面，骨水泥颗粒对椎间盘退变的机制以及对人体的影响有待于进一步的深入研究。