應用新西蘭兔股骨穿刺驗證可降解網狀微孔球囊的防滲漏性能

吳建英，劉訓偉

(1.濟南軍區總醫院實驗診斷科，濟南 250031；2.濟南軍區總醫院醫學影像科，濟南 250031)

椎體病變(如骨質疏松、腫瘤等)與外傷常可導致椎體壓縮性骨折，誘發頑固性疼痛及成角畸形，并增加了其它部位損傷和退變的幾率，甚至引起截癱，對患者身心危害極大。經皮椎體成形術(percutaneous vertebroplasty，PVP)、經皮椎體后凸成形術(percutaneous kyphoplasty，PKP)現已成為臨床上治療椎體壓縮性骨折的重要手段。經過多年的發展創新及經驗積累，PVP、PKP術式、器械及植入骨水泥種類基本確定，同時骨水泥外溢、術后傷椎臨近椎體骨折發生率增加[1-3]、傷椎裂隙征[4]等后續問題也顯露出來，究其原因，主要是植入的骨水泥—聚丙烯酸樹脂骨水泥自身硬度大、剛度強[5]的特性導致的。而具有促骨生長的可降解性鈣鹽骨水泥(calcium phosphate cement，CPC)因機械性能差、遇水易潰散[6]難以應用于椎體手術中，國內外專家學者多年來的改性或改良研究[7-9]，仍未見鈣鹽骨水泥可應用椎體的確切報道。

圖1 在DSA監視下，新西蘭兔骨水泥組與球囊組手術過程圖

為改善這一問題，課題組采用生物高分子材料，應用靜電紡絲技術，制備出可降解網狀微孔球囊，利用球囊的包裹性能，提高CPC的承壓能力，防止CPC過多接觸體液而潰散。并對球囊性能、生物相容性及力學研究，證實球囊在體外符合具有預先設計的要求[10-12]。為進一步觀察可降解網狀微孔球囊植能否保證磷酸鈣骨水泥在體液豐富的骨組織內的固化程度，以及防滲漏性能，我們利用新西蘭兔股骨，構建骨小梁骨折模型，并與直接灌注CPC進行比較，通過影像學評價可降解網狀微孔球囊的包裹性能，通過血氧飽和度的改變檢測影像無法發現的肺栓塞[13]。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 實驗動物

普通級新西蘭兔48只，雌雄不限，3～4月齡，體重1.5～2.0 kg，購于濟南西嶺角養殖培育中心【SCXK(魯)20100005】。無菌手術在濟南軍區總醫院實驗動物中心動物實驗設施中進行【SYXK(軍)20120042】。

1.1.2 麻醉藥品

氯胺酮(福建古田藥業有限公司)、陸眠寧II(吉林省華牧動物保健品有限公司)，以上藥品由本院藥劑科提供，麻醉藥品的使用均符合國家有關規定。

1.1.3 儀器設備

穿刺針及精細骨鉆(山東冠龍醫療用品有限公司)；磷酸鈣骨水泥(上海瑞邦生物材料有限公司)；INNOVA 4100平板DSA系統(美國通用電氣公司)。

1.2 方法

1.2.1 麻醉方法：48只新西蘭兔術前1 h禁食水。術前15 min將氯胺酮15 mg、陸眠寧II 8 mg注射于兔右后肢肌內豐厚處，耳部的夾痛反射完全消失后，取俯臥位四肢固定，左下肢股骨部位備皮，消毒并鋪洞巾。

1.2.2 手術方法：在INNOVA 4100平板DSA系統透視監視下穿刺進入股骨上段，撤出穿刺針針芯，引入精細骨鉆，順時針旋轉進入股骨上段至股骨頭部，建立工作通道并制造骨小梁骨折模型，然后撤出精細骨鉆。CPC組為應用骨水泥灌注器將漿糊期CPC通過套管直接灌注入股骨上端，灌注CPC約0.5 mL后，將針芯完全插入套管后，撤出穿刺針，穿刺點壓迫止血3 min后將新西蘭兔置于保溫箱內復蘇；球囊組是將可降解網狀微孔球囊直接植入股骨上端，通過球囊輸送裝置灌注CPC 0.5 mL，灌注完成后，球囊尾端用可降解栓子封閉，解脫并撤出輸送裝置，其余操作同CPC組。手術過程見圖1。

1.3 數據記錄

觀察并記錄每只新西蘭兔在灌注前、灌注中和灌注后的血氧飽和度。記錄術中發生骨水泥潰散和呼吸急促的例數及組別，檢查并記錄術后穿刺處皮下血腫發生的例數。

1.4 統計學分析

采用SPSS Statistics17.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示，所得數據進行配對t檢驗，P<0.05為有統計學意義。

2 結果

2.1 手術結果

穿刺針穿刺過程中導致股骨骨折2例，放棄入組。其余穿刺順利，精細骨鉆引入后在股骨內通過旋轉進入導致骨小梁斷裂，建立骨折模型。術后撤出穿刺針，壓迫止血后無皮下血腫發生。

2.2 骨水泥滲漏結果

在DSA監視下，骨水泥在灌注過程中可觀察到CPC外滲3例，均為CPC組，外滲的骨水泥通過回流靜脈進入下腔靜脈并最終死亡(圖2)，發生率為12.5%。球囊組未觀測到骨水泥明確外溢征象。

圖2 潰散的骨水泥通過髂靜脈流入下腔靜脈。

2.3 血氧飽和度改變情況

骨水泥灌注前、灌注中和灌注后CPC組與球囊組的數據間表1，灌注前P> 0.05，兩者比較差異無統計學意義。球囊組在灌注過程新西蘭兔呼吸平穩，無呼吸急促情況發生，組內血氧飽和度兩兩比較無統計學意義。CPC組在灌注過程中出現呼吸急促5例，呼吸停止3例，灌注中及灌注后與灌注前數據比較P< 0.05。出現呼吸急促的5例血氧飽和度下降明顯，提示有少量骨水泥進入肺循環導致肺栓塞的可能。

表1 骨水泥灌注過程中新西蘭兔血氧飽和度的變化情況

3 討論

自1987年法國Galibert等[14]首次報道經皮穿刺注射骨水泥治療頸椎血管瘤獲得成功后， PVP、PKP以其微創、安全性已在臨床得到廣泛的應用。而灌注材料—聚丙烯酸樹脂骨水泥為非生物材料，硬度大、不降解、無骨誘導作用，不能實現椎體內的骨性融合，并因遠高于正常椎體的硬度引起的彈簧效應，以及在剪切力和骨質疏松加重的條件下導致傷椎內骨水泥塊的松動，引起傷椎及臨近椎體的繼發骨折。CPC具有自行固化、生物相容、逐步降解等特性，有較好的骨傳導性，在椎體內可逐漸被新骨取代，恢復椎體的骨量，但存在遇水潰散、強度低，不適用于椎體等承重骨。

而椎體內植入材料應該是具有良好的成骨作用、與椎體相似的抗壓強度以及降解時間與骨組織生長相匹配的性能。因此本課題組為改變CPC不能應用椎體的缺陷，嘗試應用聚乳酸-已內酯共聚物(P(DLLA-CL))，利用靜電紡絲技術，制備的可降解網狀微孔球囊，通過球囊的包裹作用，防止骨水泥滲漏，提升CPC的抗壓強度和承重能力，并減少椎體內骨水泥塊接觸體液的面積，利于CPC固化和防止潰散。可降解網狀微孔球囊和CPC均為可降解材料，CPC在降解過程中增加局部Ca2+濃度，為成骨創造了良好的條件，并最終為正常骨組織替代。

體外實驗顯示可降解網狀微孔球囊具有較好的防滲漏性[12]，稀粥期灌注CPC后在球囊完全膨脹的狀態下，球囊表面僅有微量骨水泥呈針尖狀滲出，本實驗中球囊組CPC灌注后呈“橄欖球”形，與周邊骨組織緊密接觸，X射線下未見到CPC潰散現象，血氧飽和度在灌注過程中改變不明顯，因此沒有小的影像檢查不能發現的骨水泥外溢發生。而CPC組有3例因骨水泥潰散導致動物死亡，術中出現呼吸急促5例，灌注過程中血氧飽和度改變明顯，表明可能出現小的肺栓塞。本實驗更進一步證實球囊對CPC的防滲漏和潰散的作用。

總之，可降解網狀微孔球囊使CPC應用到承重骨成為可能，更好的避免了PVP、PKP的并發癥的出現。本實驗所用新西蘭兔的股骨作為椎體實驗的替代品，主要是因為穿刺套件和球囊較大，無法植入新西蘭兔椎體內。而新西蘭兔股骨頭處血供豐富，體液環境與椎體相似，可模仿椎體內環境，股骨頭端骨小梁組織相對較多，易于建立骨小梁骨折模型，且股骨屬于承重部位，可以模擬椎體的承重。但新西蘭兔的股骨與人類椎體比較仍存在較大差異，實驗有一定的局限性，可降解網狀微孔球囊在活體內的性能還需進一步的研究證實。

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