经皮椎体强化术骨水泥椎间盘渗漏的研究进展

胡元裕 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）

以经皮椎体成形术（percutaneous vertebroplasty,PVP）及经皮椎体后凸成形术（percutaneous kyphoplasty,PKP）为代表的经皮椎体强化术（percutaneous vertebral augmentation,PVA）是治疗骨质疏松性椎体压缩骨折及椎体肿瘤等疾病的主要外科治疗手段，有创伤小、早期稳定骨折、有效缓解疼痛、促进患者快速康复、避免长期卧床相关并发症及明显改善患者生活质量等优点[1]。骨水泥渗漏（cement disc leakage，CDL）是此类术式常见的并发症，既往不少研究表明骨水泥渗漏至椎间盘可加速渗漏处椎间盘退行性变（intervertebral disc degeneration,IVDD）并增加邻近椎体骨折（adjacent vertebral fracture,AVF）的风险，也有不少研究认为CDL并非AVF的危险因素。但由于大多数CDL 椎间盘渗漏量并不大，短时间内并不会在患者身上表现出相应的临床症状，此前并未受到足够重视[2]。随着临床应用不断推广，关于CDL的报道不断增加，引起了不少学者及临床医师的关注。现就CDL 的分类及分布特点、CDL 的危险因素、CDL 脊柱生物力学变化、CDL 与IVDD 关系、CDL 与AVF 关系及CDL的防治六方面的研究进展予以综述。

1 CDL的分类及分布特点

目前CDL的分类较多，Churojana等[3]根据CDL的特征将其分为3种类型：Ⅰ型为骨水泥沿椎间盘边缘渗漏；Ⅱ型为骨水泥椎间盘内渗漏；Ⅲ型为骨水泥沿椎间盘边缘渗漏并进入椎间盘内。在其研究的148个渗漏椎体中，Ⅱ型占50%，Ⅰ、Ⅲ型占比大致相同，最常见的渗漏类型是骨水泥进入髓核组织中的椎间盘内渗漏。根据渗漏的骨水泥占椎间盘空间的面积比将其划分为4级：Ⅰ级为＜25%椎间盘空间，Ⅱ级为25%～50%（含50%）椎间盘空间，Ⅲ级为50%～75%（不含50%）的椎间盘空间，Ⅳ级为＞75%椎间盘空间。在其统计的30 例椎间盘渗漏中，Ⅱ级渗漏占74.4%。除此之外，也有不少文献报道了其他分类方法[4,5]，其中绝大多数分类方法还处于研究之中，并未应用到临床中。目前关于CDL渗漏位置具体分布的研究相对较少。蔡金辉等[6]的研究显示在59例CDL中，椎间盘前、中、后部的渗漏发生率35.6%、54.2%、10.2%，进一步分析显示CDL在椎间盘前、中、后分布AVF发生率分别为52.4%、28.1%、50.0%，统计学检验提示该差异无意义。有研究发现在同一椎体的上终板的骨密度、骨矿含量显著低于下终板，然而，对于一个椎间盘而言，其上终板骨密度高于下终板，所以终板骨折易发生于椎体上终板中央或中央靠前的部分[7]。这也解释了CDL好发于骨折椎体上椎间盘前中部的现象。

2 CDL的危险因素

CDL的危险因素较多，其中终板骨折及椎体内裂隙征被认为是其中的重要因素。Kobayashi 等[8]研究认为终板骨折及椎体内裂隙征是骨水泥椎间盘渗漏的重要危险因素。姚海燕等[5]对132例骨质疏松患者的术前CT进行分析，根据有无CDL将其分为CDL组和对照组，结果显示对照组及渗漏组存在终板异常、椎体内裂隙征的椎体分别为12、2 个（7.4%，1.2%）和35、14个（100.0%，40.0%），多因素分析提示终板异常及椎体内裂隙征是CDL的危险因素，CDL组发生终板异常和裂隙征的危险度分别是对照组的379.0 倍和15.5倍。Nieuwenhuijse等[9]研究提示使用低黏度骨水泥也是CDL的危险因素。Gao等[10]研究认为椎体皮质骨中断、骨水泥量大及低骨密度是CDL的危险因素，Schmorl 结节是CDL 的额外危险因素。Zhong 等[11]的研究认为骨折严重程度及终板骨折是CDL的危险因素，而合并Kummell 病则是CDL 的保护因素。Chen等[12]研究认为骨水泥椎间盘渗漏与术中骨水泥注射量过大相关。Lee等[13]的研究显示骨水泥剂量过大与病变椎体上方椎间盘发生骨水泥渗漏相关。李军科等[14]在15具尸体标本上制作椎体压缩骨折模型，注射不同剂量骨水泥，骨水泥剂量增加到椎体体积10%以后，椎体刚度不再明显增加。但在临床应用中，部分临床医师为确保手术疗效，会尽可能多注射骨水泥，导致CDL发生率增加。此外，也有研究认为穿刺针的位置不当与骨水泥渗漏相关[15]。目前大多数研究普遍认为终板骨折、椎体内裂隙征、使用低黏度骨水泥及骨水泥注射剂量过大是CDL的高危因素，其中终板骨折及椎体内裂隙征作为CDL高危因素的公认度是最高的，而这两者往往与高龄、更严重的骨质疏松及更严重的椎体压缩骨折相关，进一步研究可以分析高龄及骨质疏松严重程度等因素与CDL的相关性。

3 CDL发生后脊柱生物力学改变

费琦等[16]建立的PKP 术后CDL 的三维有限元模型提示：当轴向加压时，强化椎体周围结构出现应力重新分布，强化椎体相邻终板（上位椎体下终板及下位椎体上终板）手术前后应力分布区域变化不大，但存在局部受力增大情况，增强椎体的上下椎体受力分别增加了444%及400%，而远端椎体受力则明显减小。Meng等[17]的研究进一步证实骨水泥渗漏至椎间盘能使相邻椎间盘及相邻终板的局部应力成倍增加，并可减少远端椎体的受力。上述两项研究均只比较术前和PVA 术后CDL 模型，其相邻椎体及椎间盘的受力变化，并未与PVA 时未发生CDL 的模型进行进一步比较，而PVA 本身便可能造成相邻椎间盘及相邻终板受力发生变化，但这种变化到底有多大，目前还是有争议的。Du等[18]的研究提示强化椎体本身也会对脊柱功能单位的受力产生影响，其研究的力学检测结果提示强化椎体相邻椎体的极限承载负荷明显地低于远端不相邻椎体。Villarraga 等[19]在一个脊柱功能单位的三维有限元模型上模拟PKP 手术，结果提示强化椎体的相邻椎体所受应力的改变轻微，强化椎体的应力应变水平小于正常皮质骨和松质骨的损伤阈值。然而，也有不少研究者认为这种应力的改变不至于带来再骨折等有临床意义的不良后果。徐晖等[20]在一个胸、腰段骨质疏松性椎体压缩骨折三维有限元模型上模拟在T12上PVP手术，置入较小剂量骨水泥并分析轴向压缩、前屈和后伸3种加载状态下手术前、后相邻椎体终板的应力变化，结果显示T11 的下终板和L1 的上终板手术前后总体应力变化不足以引起应力集中而造成AVF。目前大多数关于CDL 引起脊柱生物力学改变的研究还局限于三维有限元模型研究中，受限于模型本身的局限性，简化模型难以模拟真实脊柱生物力学改变，关于PVA 本身对脊柱生物力学改变的研究目前也尚存争议。在无法除外PVA本身对相邻椎间盘及相邻椎体终板影响的情况下，关于CDL 对脊柱生物力学改变的研究是很有挑战性的。CDL 对相邻椎间盘及相邻椎体终板的生物力学改变作用及贡献有待进一步研究明确。

4 CDL与IVDD关系

椎间盘本身为闭合缓冲系统，椎间盘细胞代谢直接受到椎间盘力学环境的影响，发生CDL，骨水泥进入椎间盘，椎间盘内压力明显增加，髓核细胞及细胞外基质因承额外压力而导致椎间盘退行性变。Jamjoom 等[4]利用MRI影像评分系统对PKP术后发生Ⅰ～Ⅳ级CDL 的患者进行MRI影像评分随访，结果中高级（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级）CDL 较低级（Ⅰ级）CDL 椎间盘影像学退变评分明显更高，提示骨水泥渗漏剂量与IVDD 进程密切相关。此外，渗漏剂量与椎间盘压力变化密切相关，也进一步提示椎间盘内压力变化引起椎间盘退变。也有研究发现聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate,PMMA）接触体外培养的髓核细胞后可显著减少体外培养细胞的数量并影响髓核细胞基质代谢基因表达[21]。由此看来，CDL引起椎间盘内部压力的改变及PMMA 与髓核细胞及基质的接触均可能加速椎间盘退行性改变。也有学者认为，骨水泥渗漏至椎间盘可对其造成化学损伤及热损伤，破坏椎间盘生理结构，导致IVDD 加速[6]。尽管目前关于CDL 是否增加AVF 发生风险的研究仍然争论较多，CDL导致IVDD加速已基本达成共识[22]。受限于伦理等相关考虑，关于CDL与IVDD关系的相关研究大多局限于基础及动物实验阶段，临床研究仅限于部分影像学研究，但目前尚无反对CDL加速IVDD的研究。

5 CDL与AVF的关系

关于CDL与AVF关系的争论向来是CDL相关研究领域关注的重点。Lin 等[23]在一个包含38 例接受PVP手术患者的研究中，共14例出现术后新发骨折，其中10例为AVF，4例为非AVF，差异有统计学意义，进一步分析发现有无CDL的患者AVF发生率分别为58%及12%。Rho[24]等研究了147 例行PKP 或PVP 的患者，术后新发椎体骨折27 例，AVF 8 例，对术后再发骨折的危险因素进行多因素Logistic回归分析提示年龄、治疗方法、骨密度及CDL是PVA术后再发骨折的危险因素，CDL 及低骨密度是AVF 的危险因素。还有研究者认为CDL 加速IVDD，使椎间盘缓冲不良应力作用下降而使应力分布不均匀，椎间盘组织与PVA 术后椎体共同组成高刚度节段，增加邻近终板应力，诱发AVF[16]。此外，也有学者认为发生CDL 时渗漏至椎间盘内的骨水泥可能通过“柱墩效应”对邻椎产生应力效应，进一步增加发生AVF的风险[25]。因此有不少学者在建立PVA术后AVF发生的预测模型时将CDL作为重要危险因素引入其中[26,27]。然而，也有不少关于AVF 危险因素的研究未能得出CDL 是AVF 危险因素的结论。Kang 等[28]研究提示术前局部后凸角及体重指数越大，再骨折的风险越高，PVA 本身及CDL等手术相关因素都不影响PVA术后再骨折的发生。黄天霁等[29]的一项包含148 例患者的回顾性研究中，再发椎体骨折29 例（共42 个椎体），未再发骨折椎体119例，对患者性别、年龄、身高、体重、体重指数、有无糖尿病、有无其他部位骨折病史、是否再次骨折、手术方式、骨水泥是否渗漏、骨水泥弥散好坏、腰椎骨密度等再骨折潜在危险因素进行Cox回归分析，结果显示高龄、既往存在其他部位骨折史是再骨折的独立危险因素，骨质疏松骨折行PVA 术后再骨折的原因可能更多地由骨质疏松的自然病程所致，与包括CDL在内的手术相关因素无关。商澜镨[30]等研究显示PVP后发生CDL的病例与未发生CDL的病例相比，AVF 的发生率比较差异无统计学意义。Reyad 等[31]的研究同样得出CDL 与AVF 没有相关性的结论。目前，CDL增加AVF发生率尚存争议，既往大部分研究只针对有无CDL与AVF的相关性进行分析，而未进一步分析CDL 发生时骨水泥渗漏量及渗漏部位对AVF 发生风险影响，但是这些信息对判断CDL是否增加AVF风险可能有不小的帮助。

对于PVA 术后再发骨折的机制目前尚无定论，PVA 本身是否会增加AVF 发生率仍存在争议。Mudano 等[32]的研究认为，PVA 组患者与保守治疗组相比，术后再骨折风险明显增加，前者3 个月内再骨折风险是后者的6.8倍，1年内再骨折风险是后者的2.9倍。除此之外，有不少临床研究认为骨水泥注入剂量过多、骨水泥分布不均、椎体前缘高度恢复过多是导致再骨折的危险因素，也进一步佐证PVA 本身是术后再骨折发生的主要机制。当然，也有不少研究认为PVA 并非术后再骨折或AVF 的危险因素，他们通常认为PVA术后再骨折的主要原因是骨质疏松的自然进展。Han 等[2]的一项包括了13 个研究的荟萃分析研究认为，与保守治疗组相比，PVA 本身不会增加相邻椎体再骨折的风险，但有可能缩短再骨折发生所需的时间。此外，国内外学者建立的三维有限元模型结果提示PVA术后对相邻椎体终板应力改变不足以导致再骨折发生[19,20]。目前，多数学者认为PVA术后再发骨折与骨质疏松的自然病程及PVA本身导致的局部生物力学改变有关，但哪种因素更为关键目前仍存争议。在这种争议尚未有定论的情况下，探讨CDL对AVF发生风险增加的贡献度可能是比较困难的。

笔者认为，终板骨折及椎体裂隙被认为是CDL发生重要危险因素，二者往往还伴随高龄、更严重的骨质疏松症及更严重的椎体压缩骨折。这些伴随因素都是AVF 发生的危险因素，难免会在CDL 与AVF 关系的各种研究中引起偏倚，CDL与高AVF发生率可能只是表象。对于轻、中度椎间盘渗漏（I 度或II 度），CDL与AVF的关联性可能只是简单的伴随关系，两者之间未必有因果关系，CDL 可能只是AVF 的预测因素，CDL 本身对AVF 的发生可能并没有实质性的作用。III度以上的椎间盘渗漏往往跟骨水泥注射剂量相关，鉴于其对脊柱功能单位不可忽视的生物力学改变作用，理应引起足够重视。进一步的研究应关注渗漏入椎间盘的骨水泥剂量，渗漏位置及渗漏水泥具体形态等在增加AVF风险方面具有重要作用的因素。

6 CDL的防治

尽管CDL 是否增加AVF 发生风险尚存争议，但作为增加AVF 发生率的一大潜在危险因素，临床医师不可轻视，尤其Ⅲ度及Ⅳ度CDL。关于CDL 的危险因素研究提示终板骨折及椎体裂隙征为骨水泥渗漏危险因素，后两者往往见于压缩骨折较严重的病例。因此术前详细地采集病史及查体，完善术前CT及MRI 等检查，全面评估终板骨折及椎体裂隙情况。根据终板骨折及椎体裂隙的位置合理地制定手术计划，指导穿刺针入路的选择、骨水泥用量及球囊扩张位置及程度等术中决策都可能有效地预防CDL发生。术中一旦出现渗漏，在能保证疗效的剂量（2～4 ml）下，应尽快停止继续注射，防止骨水泥过量而加重渗漏[5]。对于存在CDL高危因素的患者，在开始注射前先注入少量黏稠骨水泥后再予球囊扩张，使之堵塞住可能的渗漏通道后再注入拉丝后期骨水泥也可能有效避免发生CDL[33]。高黏度骨水泥在调和后即可维持较长时间的面团状状态，因其高黏度性能而在推注时不易出现喷射样流柱，或许也是预防CDL的好材料[34,35]，有荟萃分析显示，应用高黏度骨水泥可显著降低CDL发生风险[36]。此外，有文献报道在骨水泥注射操作时使用一种具有半透膜结构特性的骨填充网袋（Vessel-X 骨填充器）可有效减少CDL 发生风险，但可能存在骨水泥弥散不良而影响疗效的风险[37]。国内学者研发的用以代替扩张球囊的新型网状编织材料被证明有良好的预防CDL 效果[38]。也有学者研制了一种专门用于一侧椎体终板塌陷时进行手术的新型器械SpineJack，它从头向尾撑开后可使终板复位并使其缺损口闭合，能起到预防CDL 的作用[39]。由于目前大部分CDL 均为轻、中度渗漏，患者近中期内并不会出现相应临床症状，绝大部分CDL并未行特殊处理。也有学者认为发生CDL时应评估相邻椎体骨折风险并考虑行相邻椎体预防性强化来预防AVF[40,41]。鉴于目前CDL 是否增加AVF 发生风险也未有定论的情况，对相邻椎体预防性强化也是极具争议的，临床应用相对较少。随着对CDL 研究的精细化，对CDL的防治手段或许也会逐步丰富。

7 总结与展望

随着PVP 及PKP 等微创椎体强化技术的不断应用及推广，CDL作为其常见并发症是广大临床医师无法回避的问题。目前普遍认为CDL会引起椎间盘及邻近椎体终板应力分布改变及峰值应力增加，但由于目前大多数研究无法除外强化椎体本身对邻近椎间盘及相邻椎体终板的应力改变影响，CDL在椎间盘及相邻椎体终板应力改变中所起的确切作用有待进一步研究明确。CDL 通过改变椎间盘的生物力学环境及其本身的化学及热力损伤，干扰椎间盘髓核细胞及基质的正常代谢，加速IVDD 进展。既往研究针对CDL 及AVF 关系的结论并不一致，这种不一致可能是由于忽视了骨水泥渗漏剂量、渗漏位置及渗漏的骨水泥形状等对AVF 发生很重要的潜在因素造成的。CDL 的进一步研究可针对以上因素进行精细化地分析，得出可靠的结论以指导临床实践。虽然CDL 增加AVF 发生风险的观点仍存争议，但Ⅲ度及以上的CDL通常是应当且可以避免的，术前充分评估渗漏风险，术中应用一些操作技巧或特殊器械，都可以降低CDL 发生风险。CDL 发生后是否需行相邻椎体预防性强化，目前争议较大，在临床实践中较少应用。