Vertebroplasty Kyphoplasty可以恢复正常的脊柱力学后骨质疏松性椎体骨折

文摘

骨质疏松性椎体骨折往往会导致疼痛和残疾。他们可以成功地治疗,并可能预防,通过向椎体注入水泥,一个过程称为vertebroplasty。Kyphoplasty是相似的,除了一个充气的气球用于水泥注入前恢复椎体高度。这些技术发展迅速流行,大量的最近的研究,综述了,检查了他们的能力恢复正常的机械功能椎骨骨折。骨折椎体的高度和刚度降低,导致脊柱假设一个驼背的畸形,和传输承载神经弓。Vertebroplasty和kyphoplasty同样能够恢复椎体刚度,并恢复对正常负载共享价值观,尽管kyphoplasty更好地恢复椎体高度。未来的研究应该优化这些技术患者个体为了最大化他们的有利影响,同时最小化水泥渗漏和相邻的水平裂缝的问题。

1。介绍

骨质疏松性骨折的椎体骨折是最常见的类型和对社会一个很大的负担。在2000年,估计有140万骨质疏松性椎体骨折是世界上记录(1]。这种骨折会引起禁用疼痛和脊柱后凸的畸形(2)导致身体功能受损和降低生活质量3,4]。对相当数量的病人的痛苦成为慢性,即使经过几个月的保守治疗如卧床休息,止痛剂。近年来,一种新的治疗命名为“vertebroplasty”痛苦越来越多的被用于治疗骨质疏松性椎体骨折(5,6]。它是一种微创技术,涉及注入骨水泥在椎体骨折稳定骨折和减轻疼痛。的改性技术,称为“kyphoplasty”,包括膨胀气球内的骨折椎体,以减少后续的断裂,并创建一个空腔注入水泥(7]。Kyphoplasty可以减少水泥渗漏的发生率在注射(8,9),也可以帮助恢复椎体高度10- - - - - -15]。大量临床研究表明vertebroplasty椎骨折后有效缓解疼痛(16- - - - - -19]。此外,最近的一项系统回顾治疗椎体压缩骨折椎增加表明身体残疾,一般健康,缓解疼痛患者中表现出更大的改进早期verterboplasty或kyphoplasty相比接受医疗管理(20.]。然而,最近的两项随机对照临床试验发现vertebroplasty的止痛效果并不比局部麻醉(21,22]。这些争议表明vertebroplasty的机械和临床有效性需要进一步调查(23]。

在本文中,我们将集中精力vertebroplasty的力学效应和kyphoplasty和如何改善临床结果。尽管这些程序的主要目的是机械增加椎体骨折为了减轻疼痛,其力学效应的讨论不应局限于对这个结构的影响。将在本文稍后讨论,骨质疏松性骨折不仅破坏椎体骨折,但也会导致整个脊柱的机制的深刻变化。因此有必要采取一个更广泛的角度来看脊椎的力学效应增强。

本文将从当前研究证据来回答以下三个问题:(1)什么是骨质疏松性椎体骨折的影响脊柱力学?(2)在多大程度上可以vertebroplasty和kyphoplasty恢复这些fracture-induced影响脊柱力学?(3)有哪些重要的可变因素影响恢复椎增大的影响?

2。骨质疏松性椎体骨折破坏脊柱力学

人体脊椎的主要功能是抵抗压缩负荷为了保持直立的姿势,让身体动作的灵活性,并保护骨椎管内的脊髓位于(24]。两个主要结构的脊柱,椎骨和椎间盘,帮助完成这些功能。椎体刚度高,使它能够抵抗轴向加载,和椎间盘允许流动而压缩负荷分配到邻近的椎体。在一个年轻的和没有受伤脊柱超过80%的压缩负荷转移通过前列(椎体和光盘),光盘,像水床,使产生的压应力均匀地分布在多个椎体弯曲和直立姿势(25]。

随着脊柱老龄化,骨质疏松症和椎间盘变性可以改变脊柱的承载性能。骨质疏松症导致的损失在骨刚度,结果椎体变得更加可变形,可能显示变形大于压缩加载下的光盘(26]。椎间盘变性导致流体和椎间盘高度的丧失。因此,核压力下降和阀瓣失去能力分配在相邻椎体压缩应力均匀(27]。在弯曲姿势,应力集中开发前环而在直立姿势,压力就集中在后环和神经弓27,28]。脊髓负载共享的变化会导致应力屏蔽前椎体的直立姿势增加骨质疏松性椎体骨折的风险,这可能导致更深刻的变化在脊柱的力学功能。

骨质疏松性椎体骨折通常涉及到终板损伤,以及骨小梁和皮质骨(29日:这将导致损失的刚度和强度椎骨骨折。损伤通常是位于椎体的前一部分,因为这部分已经在老年脊柱骨矿物质密度降低(图1),所以很容易损坏在脊柱弯曲负荷集中在椎间盘和椎体的前部分27,29日]。这减少了椎体高度在前面,导致楔形椎畸形(29日]。脊椎骨折的时变力学性能恶化。最近的一项研究在尸体运动段发现,蠕变变形受损的脊椎骨折后显著增加(30.),这表明受损椎体可能会继续失去高度即使没有进一步损害是持续的30.),导致更加明显楔畸形(31日,32]。

椎骨折也会引起机械改变周围的结构。受损的侧板和骨小梁变形过度压缩负荷下(33)允许更多的空间邻近椎间盘的核心是有效的高压液体(34]。这将引起的损失intradiscal压力(29日]。解压阀瓣沿径向膨胀和失去高度,像一个轮胎爆了35生产在椎间韧带松弛,减少弯曲和抗压刚度(36]。减少核压力会促使更多的压缩负荷环的抵制。这增加浓度的环空压力,尤其是后环(37]。前椎体的压缩负荷抵制也就相应地减少(29日,38]。另一方面,神经弓压承载的显著增加,因为盘高度损失使相邻椎骨走得更近,增加接触压力在zygapophyseal关节,尤其是在建立或扩展姿势(39]。

这些机械相邻椎骨折后结构变化可能产生严重的后果。后外环和zygapophyseal关节是内向,所以这些结构的高压力可能导致疼痛伴有骨质疏松性椎体骨折(40,41]。从长远来看,转移从前椎体压缩负荷前神经弓将stress-shield整个列,减少该地区骨密度(28]。这可能导致相邻的风险水平裂缝(27]。改变椎间盘力学等核压力损失,提高了应力峰值环也可以发起或加剧椎间盘变性(34]。

骨质疏松性椎体骨折也会影响整个脊柱的力学。增加椎骨折级别的楔入将采取措施增加屈曲畸形,这样大的伸肌力矩要求反引力在树干上并保持直立的姿势。因此,压缩力下脊柱将增加在站(42,43]。脊柱负荷的增加可能诱导前楔入相邻和各级前骨密度较低导致进步的脊柱畸形和矢状面平衡损失44,45]。这种影响会随着时间的推移,加重的显著增加,蠕变变形受损的脊椎(30.)可导致驼背累进增加(32]。

骨质疏松性椎体骨折是二维的影响:它会破坏整个脊柱力学的空间,这是进步的。这对于其治疗带来了严峻的挑战。在以下部分中,我们将提出证据说明vertebroplasty有能力恢复脊柱力学这两个维度。

3所示。Vertebroplasty可以恢复正常力学受伤的脊柱

3.1。刚度和强度

Vertebroplasty增加椎体骨折的刚度和强度对压裂前水平(46,47]。整个脊柱的抗压和抗弯刚度“运动段”(两个椎骨和干预椎间盘及韧带)也部分地恢复了vertebroplasty [29日]。这些影响依赖注入水泥的类型和数量,我们将在下面进行讨论。

3.2。高度和楔角

通过增加刚度,vertebroplasty可以有效提高高度48- - - - - -50),并减少略楔角(49),卸载的椎骨骨折。一些在体外生物力学实验报告,如果有足够多的水泥注入,然后驼背角可以恢复到压裂前的水平(51]。然而,大多数实验和临床研究表明,vertebroplasty并不完全恢复高度和楔角(29日,49,50,52- - - - - -55]。这可能反映了最近倾向于使用小型水泥量,以减少泄漏的风险,导致水泥被注入量不足。这样一个支持的建议是发现尸体的研究发现,恢复当地驼背角与水泥体积显著相关(51]。

椎体形状的变化可能会保持在随后的加载,尽管证据是模棱两可的。增强椎体已报告显示改善疲劳性能与nonaugmented控制(56),和几个在体外研究发现没有恢复椎体高度丢失后循环荷载(51,57]。临床研究发现,驼背是立即下降(54vertebroplasty[]和6个月后58]。然而,最近的临床研究指出,增强椎体经常失去高度或recollapse随访期间(59,60),在大多数情况下,这些变化不是由于创伤60]。这引发了严重担忧vertebroplasty完全和永久恢复能力的高度和形状椎骨骨折。

3.3。负载分配和Adjacent-Level骨折

通过增加脊椎骨折,vertebroplasty周围可以帮助恢复正常力学结构。终板变形压缩负荷下的椎骨骨折后减少vertebroplasty [61年),在相邻的椎间盘恢复核压力,减少应力集中后环(29日,38]。抗压承载的前一半的增强和相邻椎体也增加,和神经弓承载相应减少(29日,38]。Fracture-induced变化很大程度上但不完全逆转(图2)。通过恢复正常负载共享,vertebroplasty有可能降低复发的风险和相邻级别骨质疏松性脊柱骨折。

尽管有这些发现,有持续担心vertebroplasty可以增加骨折的风险相邻椎骨(62年- - - - - -64年)通过增加压应力作用于他们(65年- - - - - -68年]。有限元研究表明vertebroplasty可以增加相邻椎骨终板变形减少增强椎骨终板膨胀,从而增加intradiscal压力(65年]。然而,这是不支持的实验研究发现,终板变形(69年和荷载传递70年]vertebroplasty后并不会增加。

4所示。Vertebroplasty机械效能的影响因素

vertebroplasty的机械效应取决于程序的特点(如水泥类型、体积和分布)和增强脊柱的特点(包括BMD、椎间盘退化和损伤严重程度)。

4.1。骨水泥的性质

有机玻璃(PMMA)是目前使用最广泛的骨水泥vertebroplasty。然而,它也有一些缺点,比如在聚合温度的升高,会导致组织损伤(71年),和缺乏生物活性(72年]。因此,生物活性复合材料等新类型的水泥Cortoss和磷酸钙水泥(CPC)已经开发出来。虽然不同的水泥有不同的弹性模量和抗压强度(47,73年),他们都能够提高刚度和强度的椎骨骨折。然而,这种能力取决于注入量(47]。

有限元研究表明,硬水泥可以立即增加压力侧上方和下方,从而导致相邻椎间盘压力增加,因此更大的压力在相邻椎骨终板(74年]。然而,这并不是在一个动态的试验研究尸体段确认Cortoss和PMMA(相比29日]。尽管Cortoss有弹性模量的两倍PMMA (73年),没有发现差异这两个水泥之间关于恢复intradiscal压力,脊髓负载共享,抗压和抗弯刚度。这可能是由于这样的事实,小卷Cortoss被使用,它表明vertebroplasty的机械影响尽可能多的水泥量和分布取决于水泥弹性模量(74年]。

少硬骨水泥,如中国共产党,似乎不如疲劳特性的小裂缝的出现在循环荷载(56]。这可以解释为什么临床研究报告,CPC-injected椎体很容易进步崩溃后2年或以上vertebroplasty [75年]。最近,一直在努力减少脊椎的刚度增大水泥增强[76年,77年]但柔和的水泥的能力减少adjacent-level骨折的风险还没有被证明(78年]。

4.2。水泥的数量和分布

孤立的尸体椎体实验表明,不同量的水泥必须恢复椎体的强度和刚度。力量可以恢复到压裂前的水平通过使用仅为2毫升的PMMA水泥(48),但完全恢复椎体刚度需要注入量大约4毫升的胸椎和6到8毫升胸腰椎椎体48,79年,80年]。恢复强度和刚度比例还取决于体积填充(46,81年- - - - - -83年):16%82年)到24% (83年水泥填充比例可以全面恢复椎力量pre-fracture水平,但24% (83年)到30% (82年]填补需要恢复椎体刚度。

力学相邻结构的恢复也受到水泥体积。一尸体运动段实验发现只有少量(3.5毫升)的PMMA需要恢复正常的应力分布和相邻椎体骨折,但需要更多的水泥(7毫升)恢复运动节段椎体之间的刚度和负载共享和神经拱门(84年),如图3。恢复椎体的形状和驼背角也随水泥量注射(51]。这些实验结果似乎表明,更多的水泥在恢复脊柱的力学性能是有益的。然而,大型水泥体积临床上可能不是明智的,因为它会增加水泥泄漏的风险85年]。过度充盈的椎骨骨折也可能增加相邻椎体骨折的风险(62年,65年,66年]。

这种困境可能克服利用更大的更兼容的水泥,正如上面所讨论的。然而,这仍然是一个水泥泄漏的风险更高与更大的水泥卷。另一个解决方案是将骨水泥以更有效的方式,以便减少水泥实现更好的机械所需的结果。例如,将水泥邻近终板,这样一个完整的endplate-to-endplate填充模式可以实现最大化的增加抗压刚度和强度椎体骨折(74年,86年]。不幸的是,它也可能导致过度终板变形相邻脊椎,导致adjacent-level骨折(65年,74年]。因此合理建议适量水泥放在邻近终板可以恢复脊柱力学和最小化adjacent-level骨折的风险。这个建议是由两个最近的实验研究:一个显示,核压力增加和减少神经弓承载与水泥填充在该地区邻近终板(87年];其他显示,如果没有近距离接触水泥终就不会增加在相邻椎骨终板变形69年]。

水泥在椎体位置的效率可以通过水泥粘度控制在注入。最佳水泥粘度可以导致更均匀分布,可以显著降低水泥泄漏的风险88年,89年]。更均匀分布的水泥模式导致更大的增加椎体刚度和在水泥诱导浓度较小的压力,这可能会降低adjacent-level骨折的风险(90年]。

4.3。Kyphoplasty与Vertebroplasty

Kyphoplasty是一个修改的基本vertebroplasty技术。它涉及强制膨胀气球内的骨折椎体,以减少后续的断裂,并创建一个空腔注入水泥(91年]。这一修改被认为有几个好处:它允许水泥被注入在较低压力,泄漏减少(8,9,92年),它会导致压实骨的气球,提升终板骨折,恢复椎体高度10- - - - - -13,15,91年,93年- - - - - -95年),这可能是有利于恢复脊柱力学骨质疏松性骨折患者(42]。

在体外生物力学研究表明kyphoplasty能达到一个更好的恢复椎体高度(57,96年,97年和楔角50在椎骨骨折。然而,短期kyphoplasty机械的影响类似于vertebroplasty,与程序恢复运动段刚度(50,98年),intradiscal压力(50,99年),脊髓负载共享(50)相差无几。最近的一项随机临床试验比较kyphoplasty vertebroplasty发现,这两个程序产生类似的缓解疼痛的效果,虽然kyphoplasty优越的恢复椎体高度和形状(One hundred.]。然而,体外研究发现,虽然kyphoplasty取得一个更好的比vertebroplasty最初的椎体高度恢复,恢复高度丢失在随后的循环荷载(57]。后续的变化随着时间的推移,这凸显出重要性在活的有机体内和在体外。

4.4。治疗脊柱的特性

尸体实验表明,椎骨骨密度较低的倾向于维持更严重的骨折和失去更多的高度29日]。这些标本骨折后机械功能(中表现出更大的变化29日),令人鼓舞的是,从脊椎增加中获益(29日,101年,102年]。显然,对恢复脊柱力学vertebroplasty尤其有效患者的骨质疏松症。

5。总结和未来的发展方向

骨质疏松性椎体骨折可以引起深刻的中断正常脊柱力学可以有短期和长期的后果。通过增加脊椎骨折,vertebroplasty基本上恢复正常力学骨质疏松性脊柱骨折。

需要进一步的研究来优化椎增强程序。尸体实验已成功地识别机械断裂的后果,影响和相邻椎骨,展示他们如何能够逆转。然而,许多变量和互动因素可以影响机械的结果,和临床结果将取决于更多的变量,包括疼痛的组织起源。它变得明显的是,数学模型基于特定的解剖学和BMD需要对个别患者提供最优解决方案。

此外,更广泛的观点椎畸形需要采用。大约一半的患者骨质疏松性椎体骨折回忆没有创伤性发作(103年),和许多畸形的椎骨射线照片上似乎没有明显断裂。这表明在许多患者椎畸形包括循序渐进的过程,如“蠕变”,这是在固定负载下持续变形(30.,104年]。尸体的最近研究表明,蠕变会导致前楔在老人体脊椎骨骼畸形104年],蠕变大大加速后椎microdamage [30.]。Vertebroplasty可能成功在修改这些时间过程扭转断裂的影响。

最后,还需要更多的研究来解释为什么椎畸形是如此易变地与痛苦,为什么疼痛缓解后vertebroplasty是如此的不可预测的。

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