骨水泥灌注螺钉技术在脊柱骨质疏松治疗中的临床应用进展

韩 琦 韦善华 韩承佑 韦永安（通信作者）

（河池市第一人民医院脊柱外科，广西 河池 546300）

随着我国人口老龄化加剧，老年性脊柱骨质疏松已经成为威胁老年人健康的常见病、多发病，并已受到人们的关注和重视，这类疾病的治疗也成了当今临床骨科医师面临的难题。脊柱是骨质疏松最常累及的部位，中老年脊柱疾病手术患者当中，36%的患者可发生骨质疏松症，椎体骨小梁相对来说比较稀疏，常规椎弓根螺钉复位和固定所需的把持力无法得到保证，手术中提拉或撑开椎体时容易导致椎弓根螺钉在钉道内发生松动，术后就会出现固定节段不稳定、角度丢失，甚至出现螺钉断裂、脱出等问题而导致手术失败[1-3]。那么，多种螺钉设计的创新，包括改变螺钉长短、直径、内径、螺纹及可膨胀螺钉的选择等灌注骨水泥椎弓根螺钉的出现，为骨质疏松患者提供了新的固定材料[4]。螺钉设计对老年性脊柱骨质疏松患者的固定强度有重要决定性作用，但手术操作技术的不断地创新同样有重要的指导意义。本文对近年来应用在脊柱骨质疏松治疗中的骨水泥灌注螺钉技术进行探究，旨在为其临床应用提供参考。

1 椎弓根螺钉置入技术

如何确保脊柱骨质疏松患者椎弓根螺钉的牢固强度，首先要实现椎弓根螺钉置入的有效固定。目前常见椎弓根螺钉有3 种，第一种是实心螺钉，置钉要点是在钉孔内灌注骨水泥后再拧入螺钉；第二种是多侧孔中空螺钉，置钉要点是先将螺钉拧到到理想位置，再通过中空管道灌注骨水泥；第三种是可膨胀螺钉,多用于脊柱后路手术[5]。椎弓根螺钉扭力和把持力与引导孔的容积有关，当引导孔直径大于螺钉直径时，椎弓根骨折、螺钉松动拔出的风险增大。在脊柱骨质疏松治疗中，强化椎弓根螺钉技术要点包括引导孔的容积、自攻螺钉与预先攻丝、置钉深度和角度及螺钉的再次调整。

1.1 引导孔的容积

对于脊柱骨质疏松患者椎弓根螺钉固定强度方面，引导孔的容积具有重要作用。Battula等[6]做过研究，通过对不同螺钉外径引导孔进行拔出强度试验，验证在高螺钉固定强度和低螺钉固定扭矩之间保持最佳平衡所需的引导孔容积的临界值，得出了应用椎弓根螺钉外径的较好临界值。

1.2 自攻螺钉是否需预先攻丝

在脊柱内固定手术中，置入椎弓根螺钉前往往在引导孔内预攻丝，但大部分术者为了缩短手术时间，直接使用自攻螺钉，自攻螺钉在置入过程能切割螺纹路径中的骨质，省力省时，Pfeiffer等[7]通过10种不同设计的自攻螺钉和非自攻螺钉做了比较，认为大部分自攻螺钉的把持力在骨质疏松模型中显著性明显，但在旋入过程中产生一定的摩擦阻力，增加了椎弓根骨折的风险。Halvorson等[8]认为，正常脊柱骨质无需攻丝，并不影响内固定强度，骨质疏松时，用小于螺钉直径的型号来攻丝，抗拔出力为400.2 N，而未攻丝组为350.2 N，统计学数据差异不大。Carmouche等[9]报道，严重的脊柱骨质疏松患者在腰椎骨质中预攻丝会降低椎弓根螺钉的把持力，但在胸椎内固定中预攻丝和自攻螺钉2 种方法对螺钉把持力并没有受到影响。因此，对于脊柱骨质疏松患者，置钉前无需预攻丝，同样得到较好的内固定效果。

1.3 控制置钉方向

脊柱椎弓根皮质骨维持着大部分的螺钉把持力强度，其他由椎体内骨小梁来辅助性固定。改变置钉方向会影响螺钉内固定强度，Yuan等[10]应用导航技术，对螺钉向脊柱尾侧倾斜置入和平行上终板置入进行了比较，发现前者固定强度较高。Kuhns等[11]认为，当螺钉向脊柱尾侧倾斜置入角度23°时，螺钉的固定强度都有所增加。以上说明了在脊柱骨质疏松患手术中者，当螺钉与终板呈23～40°进入椎体时，其骨-钉触合面积加大、走径距离足够，增加了椎弓根螺钉的固定强度。也有学者采用经横突通道植钉技术，对侧后凸畸形和僵硬性后凸畸形的矫正疗效满意，该技术在提高纵向撑开力，恢复椎体高度等方面具有一定的技术优势[12]。在实践中，置钉方向把握，如何避免椎弓根骨折和不破损伤终板，都需要术者的经验和操作技能来保驾护航。

1.4 置钉深度

理论上讲，在一定范围内增加椎弓根螺钉置入深度可增加螺钉拔出强度，深度代表了骨-螺钉接触面的大小，直观表现了对螺钉拔出强度的影响，但并不是越深越牢固。Karami等[13]对不同置钉深度做了试验,通过一侧皮质固定，深度相差0.5 cm螺钉的抗拔出力分别为798 N和714 N，置钉深度到达椎体前缘时抗拔出力也没有明显增加，但穿过对面皮质骨时得到了最高的抗拔出力。都金鹏等[14]通过3 种辅助导航技术对置钉精确度进行了比较，认为机器人引导技术、导航模板、O-臂导航系统在精确度方面无明显差异，但机器人引导技术能够减少不良事件的发生，可作为首选。吴兵等[15]应用CT导航技术，在术中行椎弓根螺钉植入深度方面提高了准确性。目前临床普遍认可长度40 mm以上的螺钉，进入椎弓根的深度位于椎体置钉轴线的80%，再延长置钉深度会增加穿透椎体前侧皮质，损伤腹侧血管、神经及腹盆腔脏器损伤的风险[16]。因此，依据术中透视判断置钉轴线的深度比较可靠。

1.5 螺钉的再次调整

对于术中透视判断置钉位置不满意，往往需要再次调整方向置入的操作，一定程度上会降低螺钉的固定效果。Krishnan等[17]和Manon等[18]通过骨质疏松模型翻修螺钉重置对拔出强度影响的生物力学方面进行研究，认为要维持椎弓根重置螺钉的拔出强度，可使用稍大直径的螺钉；Chen等[19]研究发现，重度骨质疏松的低密度骨模型中，螺钉撤出后再次单独置入螺钉后固定强度较拔出前下降10%。由此可见，术中再次调整螺钉位置，在评估有无椎弓根骨折风险前提下，相应增加置入螺钉的直径，可以提高螺钉的固定效果。

2 骨水泥灌注

2.1 骨水泥类型

现阶段，临床上使用最多的骨水泥原料是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），其被广泛应用于椎体成形术、骨肿瘤腔缺损填充、髋膝关节假体固定等手术中，并发症较少且成本相对较低[20]。PMMA骨水泥由固态与液态两部分组成，其中固态主要成分是聚甲基丙烯酸甲酯粉末，液态为甲基丙烯酸甲酯单体，使用时将固态和液态混合,发生聚合反应后可将假体牢固地固定于骨组织上,起到填充和锚固作用。在提高椎弓根螺钉强度方面，PMMA可以提高25%以上的抗拔出力[21]。PMMA有良好的生物相容性，但体内不可吸收，没有骨传导性与骨诱导性，可能出现变态反应。其他骨水泥材料有羟基磷灰石和磷酸钙、硫酸钙及其混合物。有学者认为羟基磷灰石具有骨传导性和骨诱导性，未来可以用来代替PMMA[22]。赵金柱等[23]通过矿化胶原（MC）对PMMA进行改性后，在骨修复领域应用方面具有一定优势。

2.2 骨水泥灌注量和时间把握

有学者用不同的骨水泥灌注量对椎弓根螺钉轴向把持力作了对比，认为2.0～3.0 mL的骨水泥可得到最佳的内固定强度，骨水泥过多不但没有提高抗拔出强度，还可能提高骨水泥外渗风险[24]。Chen等[25]在骨质疏松模型中用1.0～3.0 mL的骨水泥量灌注椎弓根钉道，发现骨水泥使用量与拉伸强度和拉拔力成正比。韩桩汛等[26]也做同类型试验，认为在骨水泥2.0～4.0 mL的灌注量对轴向拉拔强度最佳。当前应用骨水泥灌注螺钉技术时，多数术者认为骨水泥使用量在2.0～3.0 mL，不会有较大的骨水泥泄漏风险,还能提升脊柱椎体整体稳定性。在控制骨水泥注入的时机方面，Hu等[27]的试验发现，灌注过程中阻力过大常见于骨水泥黏度过高，黏度较低时推注阻力小，但会增加栓塞与渗漏的风险，但对于重度骨质疏松患者尽可能用高黏度的骨水泥。在凝固期时间把控方面，有学者对骨水泥聚合不同时期对螺钉把持力强度进行了比较，将“糨糊期”“面团期”及“硬化后期”作了对比，发现“面团期”持力强度最佳，“硬化后期”最差[28]。Linhardt等[29]在尸体标本作同样的试验，也认为“面团期”的抗拔出力最佳。

2.3 骨水泥灌注中并发症的预防。

骨水泥灌注过程中出现的相关并发症有过很多报道。主要是骨水泥渗漏造成椎管内占位，可能对神经造成机械性压迫，热效应可导致神经、脊髓、血管损伤等[30]。Moon等[31]报道骨水泥向腹侧渗漏率为5.4%；Kerry等[32]椎弓根骨水泥强化周围渗漏率在5%～39%范围内；也有的患者未产生自觉症状骨水泥渗漏率高达65.8%，深静脉栓塞率达4%，肺栓塞率可达7.8%[33]。罕见神经受机械性压迫损伤；国内有学者报道应用骨水泥强化椎弓根螺钉技术渗漏率近30%[34]。Guo等[35]对202 例患者进行了回顾性分析，其中有165 例发生骨水泥渗漏，渗漏率达81.68%，总共使用了950 枚椎弓根螺钉，其中有335 枚螺钉发生骨水泥渗漏，渗漏率为35.26%，有255 枚发生经节段静脉渗漏，渗漏率为76%，有77 枚经椎基底静脉发生渗漏，渗漏率达22.99%，有30 枚经椎旁软组织渗漏，渗漏率达8.96%。骨水泥渗漏多数原因是骨水泥混合物中的溶质、溶剂间的比例，注入时机的把握等骨水泥状态，多数认为高黏度水泥增强螺钉的固定效果比较明显。基于骨水泥灌注中存在渗漏的风险，在关注骨质疏松程度（骨密度测出T-score＜-1.94）或骨质疏松引起应力性骨折时才考虑骨水泥强化[36]。如果术前CT检查发现胸腰椎体上下终板及侧壁有缺损，必须在监控下缓慢注入骨水泥。如果置钉时有穿破过侧壁或前壁，不能注入骨水泥；其他问题可能是骨水泥对周围的机械压迫占位等可产生无菌性炎症反应，出现胸腰椎周围慢性疼痛，发生热损伤可造成骨坏死和血管、神经受损。另外，发生邻近椎体退变加速、其他椎体应力性骨折、螺钉松动脱出或断裂等风险同样不可避免，这些并发症可能导致更复杂的值得术后思考的问题。由此可见，骨水泥的规范化应用虽然增强了椎弓根螺钉的把持力，但在应用水泥增强化技术之前，应综合考虑、谨慎操作。因此，掌握好置钉技术，对把握好骨水泥强化技术更为重要。

3 椎体节段内固定

在脊柱骨质疏松治疗中,椎体内固定节段的增加可以提高螺钉的整体固定强度，也能相应降低每一枚螺钉所承受的应力,但每增加1 个固定节段就会丧失1 个脊柱节段的活动度，增加并不是无限制。史册等[37]认为长节段固定术式每枚螺钉所承受应力较短节段减少，但长节段固定如果达到4个椎体以上，对脊柱活动度限制会增大，手术时间及创伤相应增加。章文杰等[38]认为，对于伴有脊柱后凸的胸腰椎骨质疏松性骨折患者，联合后路短节段固定加以伤椎椎体成形术，能有效恢复并维持椎体高度及强度，重建脊柱生理曲度，增加术后脊柱稳定性，减少腰背部肌肉的痉挛。有学者报道，增加伤椎置钉固定的轴向抗扭转力增加1 倍多，且屈伸、侧弯抗扭转力也有增加[39]。因此，掌握好节段内固定技术，可提高脊柱整体稳定性。

4 提高手术技术策略

4.1 置钉策略

对于提高脊柱骨质疏松患者的手术技术，置钉策略比置钉技术更关键。置钉技术操作要求是没有重复操作动作，力求一次置钉成功，在提拉撑开矫形过程中不要追求过于完美[40]。同时要合理延长固定椎体节段，低位腰骶部也可往下延长到髂骨，往上可超过后凸顶点椎体，这样便于分散螺钉产生的应力，提高内固定强度。

4.2 内固定材料改良

考虑到骨水泥强化椎弓根螺钉技术翻修困难。还需在内固定材料方面进一步探索，对内固定骨水泥材料构成进行改进。展望以后的骨水泥加强技术将进一步标准化、个性化、体系化，针对不同骨质疏松性患者的疾病特点采取不同手术技术方案。其中膨胀式螺钉改进设计提供了一种新型内固定材料，在增加机械固定强度方面有一定优势，但同样要面对骨质受损和骨水泥外渗的风险。因此，在使用膨胀螺钉前提条件是确保椎弓根外部皮质的完整性。在改进螺钉材料方面，无论是膨胀螺钉还是骨水泥强化螺钉，要考虑到螺钉的合适直径，防止椎弓根骨折和神经受压迫的风险，而增加螺钉的长度则可能破坏椎体前缘皮质，引起血管和内脏的损伤。同时工具与材料研发改进提供给术者更安全便捷的手术体验，降低手术失败率，提高就医体验。

5 小结与展望

对于脊柱骨质疏松患者，使用普通椎弓根螺钉固定所出现的并发症偏高，远期疗效欠佳。目前应用灌注骨水泥椎弓根螺钉方式，在脊柱骨质疏松治疗中改善了内固定强度。以上置钉等技术虽然在理论上为术者的选择提供了依据，但也要根据术者的经验、习惯、对各种技术优缺点的评估以及患者骨质情况、椎弓根解剖特点等进行个体化选择，如何进一步优化术中置钉策略仍是今后研究的方向之一。PMMA强度高且生物相容性好，羟基磷灰石具有的骨诱导性。 如何对强化骨水泥材料和工具的研发是今后努力的方向。骨水泥灌注螺钉技术在脊柱骨质疏松治疗中取得一定的疗效，但脊柱退行不断变化和骨质疏松程度不断加重，在考虑如何提高椎弓根螺钉技术应用同时，也应积极关注抗骨质疏松治疗，补充钙剂，口服阿仑膦酸钠片等药物，预防髋部和脊柱骨折再发风险。目前在生物力学研究方面，对骨水泥的应用显著增加椎弓根螺钉的锚定力，考虑到骨水泥注入的体积和分布、骨质疏松的严重程度等因素影响以及骨水泥渗漏的问题，在改进新型螺钉设计、新型骨水泥材料的同时减少相关并发症方面仍需要更多的临床研究。