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[病历讨论] 骨水泥

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发表在  2019-12-17 00:00:25  | 显示全部楼层 | 阅读模式

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骨水泥已经非常成功地用于固定人造关节(髋关节,膝关节,肩关节和肘关节)超过半个世纪。人造关节(称为假体)用骨水泥固定。骨水泥填充假体和骨骼之间的自由空间,并起着弹性区域的重要作用。这是必要的,因为人的髋部承受的重量约为体重的10-12倍,因此骨水泥必须吸收作用于髋部的力,以确保人造植入物长期保持在原位。

化学上骨水泥不过是有机玻璃(即聚甲基丙烯酸甲酯或PMMA)。 PMMA在1940年代首次在临床上用于整形外科手术,以缩小颅骨间隙。在将骨水泥用于外科手术之前,已对骨水泥与人体的相容性进行了全面的临床测试。 PMMA具有出色的组织相容性,因此在1950年代就可以将骨水泥用于固定头部假体。

今天,全世界每年进行这种类型的程序数以百万计,其中一半以上通常使用骨水泥-而且这一比例正在增加。骨水泥被认为是一种可靠的锚固材料,因为它在临床实践中易于使用,尤其是由于其在胶合假体中的长期存活率已被证实。人工关节置换术的髋关节和膝关节寄存器,例如在瑞典和挪威[2]中,清楚地表明了固定锚固术的优势。 2010年,德国引入了类似的假体注册系统。[3]

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内容
1 组成
2 使用骨水泥的重要信息
3 修复
4 参考

组成
提供骨水泥作为两组分材料。骨水泥由粉末(即预聚合的PMMA和/或PMMA或MMA共聚物珠粒和/或无定形粉末,放射性不透明剂,引发剂)和液体(MMA单体,稳定剂,抑制剂)组成。当引发剂与促进剂混合时,将两种组分混合并且单体发生自由基聚合。骨水泥的黏度会随着时间的变化从流淌的液体变成面团状的状态,可以安全地施加,然后最终硬化为固体硬化材料。[4]可以调整设定的时间,以帮助医生将骨水泥安全地应用到骨床中,以将金属或塑料修复装置锚固到骨上,或单独用于脊柱中以治疗骨质疏松性压缩性骨折。

在放热自由基聚合过程中,水泥加热。该聚合热在体内达到约82-86°C的温度。该温度高于体内蛋白质变性的临界温度。体内聚合温度低的原因是相对较薄的水泥涂层(不应超过5毫米),以及通过较大的假体表面和血液流动造成的温度耗散

骨水泥的各个组分在牙科填充材料领域也是已知的。这些应用中还使用了丙烯酸酯基塑料。尽管各个组分本身并不总是完全安全地作为药物添加剂和活性物质,但是作为骨水泥,在聚合阶段从粘度增加到固化的过程中,各个物质要么转化成或完全封闭在水泥基质中。根据目前的知识,如1950年代早期对人体相容性的初步研究所证明的那样,现在可以将固化骨水泥归为安全。

最近,在椎骨成形术或后凸成形术中,骨水泥已用于脊柱。这些类型的水泥的成分主要基于磷酸钙,最近基于磷酸镁。基于无定形磷酸镁(AMP)的新型可生物降解的,不发热的,自固化的骨科水泥组合物被开发出来。通过使用AMP作为固体前体,可以避免发生不希望的放热反应[5]。

使用骨水泥的重要信息
文献中描述了所谓的骨水泥植入综合征(BCIS)。[6]长期以来,人们认为从骨水泥释放的未完全转化的单体是循环反应和栓塞的原因。但是,现在已知该单体(残留单体)通过呼吸链代谢并分解为二氧化碳和水并排出体外。当将材料插入先前清理过的股管中时,在人工关节固定期间总是会发生栓塞。结果是髓内压力增加,可能使脂肪进入循环系统。

如果已知患者对骨水泥的成分有任何过敏,那么根据目前的知识,不应使用骨水泥来固定假体。另一种选择是不使用水泥的锚固-无水泥植入物放置。

新的骨水泥配方需要根据ASTM F451进行表征。[7]本标准描述了评估固化速率,残留单体,机械强度,过氧化苯甲酰浓度和固化过程中放热的测试方法。

修复
修复是假体的替代。这意味着将先前植入体内的假体移除,并用新的假体替换。与初次手术相比,修复手术通常更为复杂和困难,因为每次修复手术都会损失健康的骨质。为了获得令人满意的结果,修订操作也更加昂贵。因此,最重要的目标是通过使用良好的手术程序以及使用具有良好(长期)效果的产品来避免修复。

不幸的是,并非总是可以避免修复。[2] [4]修复也可能有不同的原因,败血性修订与无菌性修订之间是有区别的。[8]如果有必要在未确认感染的情况下更换植入物(例如,无菌的),则不必完全清除骨水泥。但是,如果由于感染原因而使植入物松动,则必须完全清除骨水泥以清除感染。在目前的知识状态下,与从骨头部位释放锚定良好的无骨水泥假体相比,去除骨水泥更容易。最终,对于修复假体的稳定性而言,重要的是尽早检测出初始植入物可能的松动,以便能够保留尽可能多的健康骨骼。

用骨水泥固定的假体可提供非常高的基本稳定性,并能使患者快速康复。由于PMMA在24小时之内即可发挥出最大的强度,因此在手术后很快就可以完全固定假体。[8]对于植入了假体的患者而言,必要的康复相对简单。关节在手术后不久即可再次加载,但出于安全原因,仍需要在合理的时期内使用拐杖。

事实证明,骨水泥特别有用,因为特定的活性物质例如抗生素,可以添加到粉末成分中。活性物质在植入新关节后即在新假体的紧邻处局部释放,并已被证实可以减少感染的危险。抗生素正好在开放伤口中需要的位置上对细菌起作用,而通常不会使人体受到不必要的高抗生素水平的伤害。这使骨水泥成为一种现代药物输送系统,可以将所需药物直接输送到手术部位。重要的因素不是水泥基体中有多少活性物质,而是实际上局部释放了多少活性物质。骨水泥中太多的活性物质实际上将是有害的,因为固定假体的机械稳定性会因水泥中大量的活性物质而减弱。通过使用含有活性物质的骨水泥形成的工业生产的骨水泥的局部活性物质含量是大约的(假设没有不相容性),并且显著低于全身性单次注射的临床常规剂量。

另见
Osteoplasty – use of bone cement to reduce pain
参考
Vert, Michel; Doi, Yoshiharu; Hellwich, Karl-Heinz; Hess, Michael; Hodge, Philip; Kubisa, Przemyslaw; Rinaudo, Marguerite; Schué, Franois (2012). "Terminology for biorelated polymers and applications (IUPAC Recommendations 2012)" (PDF). Pure and Applied Chemistry. 84 (2): 377–410. doi:10.1351/PAC-REC-10-12-04.
Hallan, Geir; Espehaug, Birgitte; Furnes, Ove; Wangen, Helge; Høl, Paul J.; Ellison, Peter; Havelin, Leif I. (2012). "Is there still a place for the cemented titanium femoral stem? 10,108 cases from the Norwegian Arthroplasty Register". Acta Orthopaedica. 83 (1): 1–6. doi:10.3109/17453674.2011.645194. PMC 3278649. PMID 22206445.
"Wir über uns". Endoprothesenregister Deutschland. EPRD Deutsche Endoprothesenregister GmbH. Archived from the original on 2016-02-25. Retrieved 22 February 2016.
Havelin, L. I.; Espehaug, B.; Vollset, S. E.; Engesaeter, L. B. (1995). "The effect of the type of cement on early revision of Charnley total hip prostheses. A review of eight thousand five hundred and seventy-nine primary arthroplasties from the Norwegian Arthroplasty Register". The Journal of Bone and Joint Surgery. 77 (10): 1543–1550. doi:10.2106/00004623-199510000-00009. PMID 7593063.
Evaluation of amorphous magnesium phosphate (AMP) based non-exothermic orthopedic cements, Biomed. Mater. 11 (2016) 055010, https://dx.doi.org/10.1088/1748-6041/11/5/055010.
Br. J. Anaesth. (2009) 102 (1): 12-22. doi: 10.1093/bja/aen328
ASTM F451: Standard Specification for Acrylic Bone Cement
Van Tol, Alexander Franciscus; Tibballs, John E.; Roar Gjerdet, Nils; Ellison, Peter (2013). "Experimental investigation of the effect of surface roughness on bone-cement-implant shear bond strength". Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 28: 254–262. doi:10.1016/j.jmbbm.2013.08.005. PMID 24004958.
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