不同劑量聚甲基丙烯酸甲酯強化錨釘在骨質疏松骨模塊中的穩定性差異

董伊隆，錢約男，張俠，李一民，蔡春元，劉良樂

溫州醫科大學附屬第三醫院，浙江 溫州 325200，1.骨外科；2.影像科

目前，利用錨釘縫合技術治療肩袖撕裂已被廣泛應用于運動醫學科[1-2]，但隨著社會老齡化的加劇，伴有骨質疏松的肩袖損傷患者越來越多[3]，骨質疏松帶來的骨密度下降會嚴重影響錨釘的把持力，導致錨釘松動，甚至脫離等[4]，而錨釘松動拔出等錨釘固定失敗是導致肩袖修補手術失敗的主要原因之一[5]。因此，在不能改變患者骨密度的前提下，臨床上急需一種方法來提高錨釘的穩定性。

聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate, PMMA）骨水泥由于其良好的機械強度和強化效果，在臨床上廣泛應用于關節置換和脊柱椎體強化手術，但PMMA骨水泥應用于錨釘強化較少見。本研究通過股骨頭標本模擬骨質疏松肱骨大結節區域結構，在該骨模型下比較不同劑量PMMA骨水泥強化錨釘穩定性的效果，分析錨釘穩定性同PMMA骨水泥劑量之間的關系，探索骨質疏松條件下注射PMMA骨水泥強化的最佳劑量，以期為臨床治療伴有骨質疏松的肩袖損傷提供參考。

1 材料和方法

1.1 實驗標本和工具 選擇股骨頭標本，年齡60～95歲，為完整的股骨頭標本，排除肉眼觀察或X線證實有腫瘤、結核、風濕、骨折等病變及解剖學異常的標本。實驗所用標本均由北京運康恒業生物科技有限公司提供，電動擺鋸等解剖器械購自美國Stryker公司，錨釘強化材料PMMA骨水泥購自天津合成材料工業研究所，帶線錨釘（TwinFix Ti 5.0，錨釘直徑5 mm，長度1.5 cm）購自施樂輝醫用產品（蘇州）有限公司，數字X線機（DirectView DR7500，Kodak，USA）由瑞安市人民醫院提供，生物力學機購自美國Bose公司。CAD圖像處理軟件購自美國Autodesk公司，牙脫石粉和自凝牙脫水購自上海珊瑚化工廠。

1.2 方法

1.2.1 骨質疏松骨模塊的制作和固定：經定量CT（quantitative computed tomography, QCT）篩選骨密度（bone mineral density, BMD）＜120 mg/cm3的股骨頭作為實驗對象，本研究中利用電動擺鋸將股骨頭標本切割成3 cm×3 cm×3 cm的立方體，完全去除股骨頭軟骨，原股骨頸處灌注調配好的自凝型牙脫粉，使其牢固固定底座。

1.2.2 分組和實驗方法：36個骨質疏松骨模塊隨機分為A至F 6個實驗組。采用相同的方法制備釘道，開孔器建立骨道，骨道深度20 mm，A組直接擰入錨釘；B-F組注射器推桿精確分別向釘道內直接注入0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL PMMA骨水泥，然后各組垂錨釘直骨面90°擰入。其中PMMA骨水泥粉和液體按照2:1的比例進行混合，PMMA骨水泥進入面團期后再注射到釘道內。骨水泥進入固化期后對所有標本進行X線檢查，了解錨釘及其周圍骨水泥的分布情況。

將已置釘的骨模塊通過特制的夾具固定在生物力學機上，沿錨釘長軸方向以5 mm/min的加載速度進行拔出力學實驗，以錨釘拔出骨破壞后停止加載。錨釘被拔出的判斷標準是位移-拔出力曲線至最高點后隨即明顯下降。實驗機的載荷信號由計算機數據采集系統記錄，并由相應的測試軟件計算螺釘的最大軸向拔出力（Fmax）。觀察拔出后骨模塊的破壞情況，數碼相機拍攝入口處平面圖，利用CAD圖像軟件描邊后，自動計算不規則平面圖面積 （irregual graphs ares, IGA）。

為保證力學測量的高精度，實驗所制作的置釘骨模塊在模型制作、材料力學、高度、加載方式、結構處理上保持一致。

1.3 統計學處理方法 采用SPSS17.0統計軟件對數據進行統計分析。計量資料采用±s表示，用Levene法進行方差齊性檢驗，多組間比較采用方差分析，組間兩兩比較采用LSD-t檢驗；采用Pearson相關性分析Fmax與PMMA劑量之間的關系。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 X線示錨釘周圍PMMA骨水泥的分布情況 A組中錨釘螺紋直接與骨接觸；B組至F組中，錨釘周圍可見PMMA的高密度區域，B組錨釘尖端被PMMA骨水泥包繞；C組錨釘尖端和體部被PMMA骨水泥包繞；D組錨釘尖端和體部被PMMA骨水泥包繞，周圍PMMA高密度區域較C組增加；E組錨釘包括尖端、體部和近端被PMMA骨水泥完全包繞；F組錨釘包括尖端、體部和近端被PMMA骨水泥完全包繞，但部分骨水泥外溢到骨面上。見圖1。

圖1 X線示各組錨釘周圍PMMA骨水泥的分布情況

2.2 Fmax與PMMA注射劑量的關系 A-F組的Fmax分別為（145.50±23.82）N、 （188.67±34.9）N、 （234± 21.14）N、 （296.80±18.55）N、 （445±33.72）N和（458.60±25.54）N，各組間差異有統計學意義（P＜ 0.05）。B組至F組與A組相比，Fmax的差異均有統計學意義（P＜0.05），與A組相比，B組至F組的Fmax分別提高了29.67%、60.82%、104.01%、205.96%和215.23%。E組和F組之間Fmax的差異無統計學意義 （P＞0.05），其余各組間的差異均有統計學意義（P＜ 0.05）。PMMA劑量為0～2 mL，Fmax與PMMA劑量之間存在正相關關系（r=0.948，P＜0.05）。見圖2。

圖2 Fmax與PMMA注射劑量之間的相關性

2.3 錨釘拔出后入口處破壞情況 錨釘拔出后各組模塊均有不同程度的破壞。從A組到E組，模塊的破壞程度逐漸加重，E組和F組中模塊的破壞程度相差無幾。入口處A組至F組的IGA分別為（22.35± 3.47）mm2、 （24.35±4.32）mm2、 （38.18±3.29）mm2、 （49.56±7.54）mm2、 （62.42±10.42）mm2、 （60.73± 9.87）mm2。見圖3。

圖3 錨釘拔出后各組入口處破壞情況

3 討論

據報道60歲以上人群出現肩袖損傷高達25%以上[3]。中國40歲以上男性罹患骨質疏松高達11.8%，女性則達14.2%，隨著年齡增長，骨質疏松的患病率也逐年升高，其中50歲以上女性患病率明顯增 高[6]。目前，伴有骨質疏松的肩袖損傷越來越多，而關節鏡下帶線錨釘縫合修補損傷肩袖已成為目前肩袖損傷手術治療的主要方法[7]，錨釘拔出等錨釘固定失敗是導致肩袖修補手術失敗的主要原因之 一[5]。一旦發生錨釘拔出，不僅影響肩袖修補愈合的成功率，而且拔出的錨釘在關節腔內形成異物，對關節內的組織結構產生不可逆的損害。而導致錨釘拔出失效主要與錨釘的設計、患者骨質密度、錨釘插入深度和插入角度等因素相關[8]。手術醫師無法掌控錨釘的設計和患者的骨質密度，故需尋找一種強化材料來改變骨質情況，進而提高錨釘的穩定性。PMMA骨水泥因其質量輕、抗酸堿腐蝕性強、機械強度高的特點被認為是提高螺釘拔出力的最有效的材料[9]。有學者使用PMMA骨水泥錨釘進行失敗負荷試驗，已證明使用PMMA骨水泥可有效增加錨釘的穩定性[10-11]。但對于最佳PMMA骨水泥注射量目前缺少研究。故研究在骨質疏松條件下PMMA骨水泥劑量同錨釘的把持穩定性的相關性，有助于臨床醫師在實踐中更好地掌握PMMA的注射劑量，減少錨釘拔出失敗率，從而進一步提高肩袖修補手術的成功率。

本研究采取股骨頭標本代替肱骨近端標本，是由于肱骨近端標本來源有限，骨質疏松的標本更為稀少。而骨質疏松股骨頭標本相對充裕，老年股骨頸骨折患者選擇髖關節置換術，故股骨頭標本不必等待患者死亡即可獲得。相對于目前的聚氨酯骨質疏松模塊，股骨頭標本微觀骨結構更接近肱骨近端。基于來源相對充裕和骨結構近似，故本研究選用股骨頭來模擬骨質疏松條件下的肱骨近端結構，通過生物力學實驗來比較不同劑量PMMA骨水泥強化骨質疏松模塊中螺釘穩定性的效果，并分析錨釘穩定性與PMMA劑量之間的關系。

本研究結果發現，注射不同劑量的PMMA后螺釘的穩定性均有不同程度的提高，且隨PMMA劑量增加螺釘的穩定性逐漸提高，螺釘穩定性與PMMA劑量之間存在明顯的正相關關系（r=0.916，P＜0.05）。但拔出試驗中發現在注射PMMA劑量0.5 mL、1.0 mL和 1.5 mL時，螺釘的穩定性僅分別提高30.33%、61.19%和99.79%，而在注射2.0 mL時，螺釘的穩定性突增到215.05%。這可能與錨釘與骨隧道間的最大把持力集中在近端錨釘螺紋和周圍的骨組織表面之間[12]，而該恰好對應錨釘入口。只有PMMA達到一定劑量，才能覆蓋整個釘道，從而在錨釘入口處作用于近端錨釘周圍。其中E組和F組之間Fmax的差異無統計學意義，同時F組部分PMMA骨水泥外溢到骨面上，在臨床上，外溢的PMMA骨水泥可能對關節內的組織結構產生不可逆的損害。故本研究結果提示，雖然錨釘的穩定性與PMMA骨水泥劑量正相關，但并不意味著加大PMMA的劑量就一定能取得最大利益。結果表明在骨質疏松骨模塊中，注射2.0 mL PMMA進行強化最合適。

綜上所述，本研究結果表明，PMMA可以顯著提高骨質疏松骨模塊中錨釘的穩定性，且錨釘的穩定性同PMMA骨水泥劑量存在顯著相關性，在0～2 mL中，錨釘的穩定性隨PMMA劑量的增加而提高。故在臨床上針對伴有骨質疏松的患者，進行錨釘強化時，推薦PMMA的劑量為2.0 mL。