骨质疏松性椎体压缩性骨折经皮骨水泥椎体成形术：研究进展与争议

周海燕（通信作者） 王庚启 王 竹 陆华栋

（ 上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院骨科，上海 200437 ）

全球各国的老龄化现象愈发严重，骨质疏松症已成为社会各界的重要关注点，危害着全球老年人的生命安全及晚年幸福[1]。 根据第七次全国人口普查的结果，中国大于60 岁的人群占比为18.70%，总数2.64亿；65 岁及以上人口占比13.50%， 人口老龄化程度逐渐加速[2]，这一人群的骨质疏松情况也越来越普遍。骨质疏松症是老年人最常见的“无声”疾患，它的基本病理变化特点为骨小梁结构破坏，骨量下降，骨脆性增加，骨折风险上升[3]。 根据1994 年及2008 年WHO 发布绝经后女性骨质疏松症诊断标准，BMD 值低于年轻成年女性平均值2.5 个标准差。 据统计，2010 年全球约6%的男性和21%的50～84 岁的女性患有骨质疏松症；男性和女性在50 岁之后发生骨质疏松骨折的概率分别高达22%、46%[4]。 骨质疏松性骨折最常发生于髋部、脊柱、前臂、肱骨等部位[5]，发病部位按性别有差异，女性以前臂远端、脊柱和髋部骨折常见，男性以脊柱、髋部、肋骨、肱骨骨折等部位常见[6]。

脊柱椎体压缩性骨折（VCF）约占骨质疏松骨折的四分之一，它可导致腰背部慢性疼痛、脊柱后凸畸形、身体平衡机能失稳、消化及呼吸系统疾病等慢性后遗症[7-8]；患者1～2 年内生活质量严重下降，行动不便，长期卧床则易导致致死性并发症，如吸入性肺炎、下肢静脉血栓、压疮、脑血管意外等[9-10]。

1 椎体压缩性骨折经皮椎体成形术

椎体压缩性骨折的治疗目标包括缓解疼痛、恢复脊柱功能和预防再次骨折[11]。传统保守治疗主要有平卧位腰背部制动、口服或外用药物、理疗及佩戴支具保护等方式，大约50%的患者可在3 个月之内逐渐缓解疼痛[12]。 卧床休息是最主要的保守治疗方式，但是它的副作用不容小觑，如骨量进一步丢失、下肢屈伸肌群萎缩、骨突起部位压疮、下肢静脉血栓等[13]。基于强有力的证据支持推荐临床应用抗骨质疏松的药物治疗，如双磷酸盐类制剂或伊班膦酸盐、雷奈酸锶等预防骨质疏松及再骨折；其他如应用降钙素、维生素D、非甾体类药物等（基于证据较弱）也在临床广泛应用[14]。 患者长期平卧位腰背部制动，远期还可出现脊柱稳定性破坏、 脊柱力学失衡后凸畸形、 椎管狭窄、慢性疼痛等后遗症，致循环及呼吸功能下降，影响患者的灵活性和身体平衡及协调能力。 保守治疗虽然可以经由体位复位恢复椎体的高度， 但骨小梁并没有由压缩的挤压状态完全复位， 骨质疏松骨折的椎内骨空隙容积较大，即“空蛋壳样”椎体，缺乏爬行替代的骨小梁生长支架，骨小梁生长愈合缓慢，后期容易出现椎体高度丢失、再骨折等。

当前骨质疏松性椎体压缩骨折的传统内固定手术或保守治疗效果均不尽人意。 患者椎体骨质疏松，力学性能严重下降，对内固定的把持力极差；患者年老体弱， 对于手术切开及全身麻醉等应激反应耐受差，风险较高。 对于影像学上出现骨质疏松性脊柱压缩性骨折并伴有相关临床体征和症状， 且神经功能完好的患者，美国骨科医师学会（AAOS）推荐骨水泥椎体成形术作为一种治疗选择[15]。

经皮骨水泥椎体成形术（PVP），是借助X 光机透视，经皮穿刺进入椎体内，注射骨水泥以填充骨空隙的微创治疗方法。 1984年，Galibert 和Deramond 等首次报道应用经皮椎体内注射聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA）的方法治疗C2 椎体内血管瘤的患者。 PVP 通过向骨质疏松性骨折椎体内灌注骨水泥， 增强椎体的强度和稳定性。 它为脊柱提供可靠的力学性能，从而恢复椎体高度，减轻腰背部疼痛，稳定患者脊柱，预防骨质疏松性骨折椎体的进一步塌陷， 改善老年患者的生存质量。 当前，PVP 是治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折、脊柱转移性肿瘤、椎体血管瘤等疾病最有效的方法，它改善腰背部疼痛的总有效率为75%～100%[16-17]。 因PVP 能迅速稳定脊柱椎体，改善疼痛症状，减少患者卧床及在院时间，促进患者可尽早下地活动，具有操作时间短，手术过程微创便捷，手术后康复快等优点[18-19]，已经在全球范围内获得骨科医师及骨质疏松椎体骨折患者的认可， 被广泛应用于临床[20]。 PVP 主要用于治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折，临床上已逐渐成为首要选择。

2 骨水泥灌注量

PVP 在临床上的广泛应用取得了极好的社会效益，但是与之相关的并发症，如骨水泥渗漏、肺动脉栓塞、椎间盘退变加剧、相邻节段椎体退变、继发性骨折等[21-23]的报道也日益增多。 因此，国内外学者将研究聚集于骨水泥灌注剂量、 术后脊柱生物力学改变等议题，但是诸多争议尚无明确定论。

当前临床研究认为骨水泥灌注剂量与疗效并不成正相关，注射剂量变动范围较大[24]。根据文献报道，PVP 中单个椎体的骨水泥灌注量为2～15 mL 不等。骨水泥灌注剂量的变化范围，表明目前学术界对此问题认识不一，由此认为这一单因素缺乏对临床的指导意义[25]。 有研究报告指出，如果术中骨水泥的注射剂量越多，则术后骨折椎体的强度和刚度将恢复得越好，患者症状缓解也将越为满意。 Molloy 等[26]报道将腰椎椎体标本（L2～L5）进行体外的生物力学实验，灌注3.5 mL 骨水泥即可恢复椎体的强度至损伤前水平；7.0 mL 骨水泥用量可以接近椎体骨折前的刚度。持相反观点的研究人员指出，骨水泥的灌注剂量和改善疼痛之间并无相关性，过量的灌注剂量有可能会加重骨水泥渗漏、相邻椎体发生骨折的概率[27]。 Moon等[28]建议在PVP 手术中尽量减少骨水泥的灌注剂量，这样一来不但能降低骨水泥椎旁渗漏概率， 还可以减少骨折椎体术后再骨折的发生率。 Lin D 等[29]回顾性评估骨水泥体积分数与邻近节段椎体的骨折发生概率（AVF）之间的关系；495 例单节段骨质疏松性椎体压缩骨折经单侧PVP 手术，随访12 个月，52例患者出现AVF；AVF 组和正常组的骨水泥体积分数分别为（32.5%±5.5%）、（27.1%±2.6%）。

当前，诸多学者认为在PVP 术后，骨质疏松性骨折椎体的生物力学性能指标强度及刚度越接近骨折状态越好。 Liebschner MA 报道，只需要约14%体积分数的骨水泥填充， 即可将椎体压缩刚度恢复到其损伤前的水平； 他还认为临床上通常使用的高达30%体积分数骨水泥产生的刚度可远超于损伤前椎体50%以上，其危害性不容忽视[30]。

此外，很多研究报告指出，骨水泥的填充率和椎体生物力学性能指标的恢复并不是平行关系。 计算研究的结果与生物力学研究的结果不一致， 有一些报告坚持认为骨水泥体积与临床预后疗效或生物力学特性无关[31-33]。 Kaufmann TJ 认为从手术后1 周到2年内，椎体成形术中灌注的骨水泥量与随访中任何时间点的疼痛和药物使用的临床结果之间没有显著关联[34]。 因此，单纯的骨水泥灌注剂量/注射体积并不能准确反映骨质疏松性椎体骨折后椎体强度及刚度的变化，在骨密度不同的患者间，即使灌注同一骨水泥剂量，术后椎体的强度和刚度恢复情况也不会相同，二者之间的相关性并非为线性关系。 骨水泥灌注量并不完全反映骨水泥在椎体内的三维立体填充情况，将它作为评价术后疗效的指标具有片面性。

3 骨水泥弥散体积

骨水泥的弥散体积可以反映骨水泥填充术后椎体内部结构和椎体强度刚度指标的相应改变情况。脊柱椎体的生物力学指标与椎体的骨皮质、 骨小梁密切相关，外力致骨折发生后，椎体外围的骨皮质不能发挥有效支撑， 同时椎体内部骨小梁发生压缩性改变，网状结构所维持的稳定作用丧失，其椎体的生物力学性能显著下降。在PVP 中，骨水泥注射弥散进入压缩的骨小梁空隙内，可替代破坏的骨小梁，重新发挥支撑作用[35]。骨水泥在椎体空间内呈不规则形状的弥散，其分布的空间与椎体力学性能恢复关系密切。这种弥散会逐渐形成一个由骨水泥包裹着的骨小梁及骨水泥填充骨小梁周围间隙而共同构成的三维立体结构（骨水泥的弥散体积）。 所以，骨水泥弥散体积能更确切反映骨水泥在骨折椎体内部的三维立体填充状态，它在PVP 术后的恢复康复过程中起决定性意义。

患者骨密度越低，椎体骨质则越疏松，骨小梁体积也越小， 同一灌注量的骨水泥弥散后形成的三维立体结构也相对较小。 反之，骨密度越高，骨小梁体积就相对较大， 同一灌注量的骨水泥注射后形成的三维立体结构也就越大。 因而，同一灌注量的骨水泥椎体成形术后，骨密度不同的椎体，其强度和刚度也不相同，疗效也不相同，术中并发症和术后邻近节段再骨折发生率也不同。

Sun HB 等[36]在一项130 例胸腰椎骨质疏松性椎体压缩性骨折患者的前瞻性队列研究中， 有95 例（73.08%）患者出现骨水泥渗漏，回归分析将椎体骨皮质连续性中断和骨水泥弥散体积分数比（VF%）列为独立危险因素；弥散体积分数有利于骨水泥分布的临界值为19.78%，易发生骨水泥渗漏的临界值为21.545%。 这点也可以解释骨水泥的灌注剂量（体积）在某个范围间内可以与术后效果无相关性， 也暗示骨水泥的弥散体积与临床效果可能存在相关性。

骨水泥弥散体积可以准确反映骨水泥灌注的量及椎体内的力学变化，这对预防骨水泥渗漏、骨水泥术后出现邻近节段椎体退变加重、 继发性骨折等方面有指导意义。 合适的骨水泥弥散体积，可有机地综合患者骨密度因素及最优骨水泥灌注量， 可以快速有效地恢复骨质疏松性骨折椎体的力学性能， 更好地恢复脊柱的稳定性。 最优且适当的骨水泥剂量还能减少术中骨水泥渗漏， 降低肺动脉栓塞的发病率，不至于过高的强度及刚度而导致脊柱力学改变，减少术后邻近节段椎间盘退变及椎体继发性骨折等。 术前医师可以根据患者的骨密度而控制适当的骨水泥灌注剂量，形成最优的骨水泥弥散体积，则能比仅仅单纯追求大剂量骨水泥的灌注量而更有利于患者骨折术后的康复。 目前，已有少量临床研究针对骨密度不同的骨质疏松椎体骨折患者灌注等量骨水泥后观察骨水泥弥散体积及术后临床疗效， 尚缺乏骨水泥弥散体积与骨密度及椎体力学性能指标变化相关性的基础生物力学实验研究[37]。

4 骨水泥渗漏，诱导髓核细胞损伤

PVP 术中，骨水泥椎间盘渗漏的发生概率为10%～25%[38]。 骨水泥经椎体及终板裂隙渗漏入椎间盘，促进或加速椎间盘退变，增大邻近节段椎体骨折风险，是临床严重并发症[39]。 因此，研究PMMA 骨水泥渗漏促进或加速椎间盘退变的发生机制， 探讨行之有效的预防和治疗方法，具有重要的临床意义。

研究证实，椎间盘活性细胞数下降、细胞外基质合成减少和组成改变， 是椎间盘退变的基本病理基础， 而椎间盘髓核细胞的损伤死亡是直接原因。 将PMMA 骨水泥注入家兔椎间盘可诱发椎间盘退变，髓核细胞数明显下降，细胞死亡数量增加，Col II 的表达显著降低。 因此，PMMA 诱导的髓核细胞损伤是骨水泥渗漏促进或加速椎间盘退变的重要原因。

PMMA 可增加椎间盘内压力及应力，PMMA 聚合反应释放热量均可导致髓核细胞变性和死亡。 研究证实，PMMA 颗粒的细胞毒性作用与椎间盘髓核细胞的变性死亡有关。 Lazary 报道PMMA 可抑制椎间盘细胞的活性并促进椎间盘细胞的变性[40]。 Jun Ge等报道PMMA 处理髓核细胞可见Caspase 3/9 表达增加，Bcl-2、YAP、CTGF 表达降低，Bax、p-Mst1/2、p-Lats1、p-YAP 表达上调；髓核细胞增殖率降低，出现凋亡[41]。 Mao 等报道PMMA 增加基质降解酶的合成，促进胶原蛋白降解，组织细胞凋亡，椎间盘退变。 PMMA 诱导髓核细胞损伤的发病机制复杂，至今尚不明确，阐明损伤机制对预防和治疗PMMA 渗漏诱导椎间盘退变非常重要。

5 总结

骨质疏松性椎体压缩性骨折应用PVP 治疗已成为临床常用的方式，相关议题已经成为临床热点，研究骨水泥注射灌注量、 骨水泥弥散体积与椎体生物力学性能指标变化的相关性， 以及骨水泥渗漏诱导髓核细胞损伤，导致椎间盘加速退变等，便于临床医师在术前根据患者椎体的骨密度选择合适的骨水泥灌注量，从而最优恢复骨折椎体的强度及刚度，提供可靠的脊柱稳定性，降低手术风险，降低术中及术后中远期并发症发生率等，提高患者的生存质量，实现生物力学效应及临床效果均满意的目标。