第2节 经皮椎体成形术的临床应用机制
一、 增强椎体强度
Bo等对40例新鲜骨质疏松患者的椎体标本的生物力学测试显示：椎体压缩骨折后其轴向压缩强度和刚度分别为527±43 N、84±11 N/mm；而椎体内注入磷酸钙或PMMA后的测试结果显示：磷酸钙组分别为1 063±127 N、157±21 N/mm， PMMA组分别为1 036±100 N、156±8 N/mm，CT检查显示椎体内骨水泥充盈良好，除椎体后部外，磷酸钙组85%～95%充盈，PMMA组79%～90%充盈。上海长征医院的研究表明，椎体内注射自固化磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement, CPC）能显著恢复骨折椎体的力学性质，其恢复的程度与注入骨水泥的量有关，其强度最高可达到原来正常情况下的2倍，而刚度可超过原来的15%左右；椎体骨折后经椎弓根CPC填塞骨折间隙及椎体内空隙同样也可恢复椎体的强度和刚度，分别增加16.67% （P＜0.05）和11.05%（P＜0.05）。
二、 改变椎体稳定性
Mermelstein发现骨质疏松患者压缩骨折行椎体成形术后，其所在椎体运动节段的顺应性较术前显著降低，其屈伸和侧弯顺应性分别降低23%和26%，但Kifune的研究则显示椎体压缩性骨折后，其屈伸、侧弯顺应性较骨折前均增加了34%。尸体标本的生物力学实验表明，经椎弓根向病椎内注入自固化人工骨水泥后可以立即降低椎弓根螺钉的应力。Mermelstein发现爆裂性骨折椎弓根内固定、磷酸钙椎体成形术后，屈伸刚度增加40%，磷酸钙能显著增加前柱的稳定性，降低作用在椎弓根上的应力，最终使骨质疏松、爆裂性骨折及椎弓根内固定术后的稳定性得到增强。尽管各项研究结果有所不同，但均表明椎体成形术对椎体压缩骨折患者所在脊柱节段的稳定性产生明显的影响。
椎体成形术后椎体强度的增加以及刚性改变可能会出现另外一个问题，即上下椎间盘负荷增加（以上椎间盘更明显），易导致椎间盘退变或者邻近椎体的骨折。上海长征医院研究表明，椎体强度改变后，过高的刚度在一定程度上可引起脊柱应力场和位移场的重分布，但CPC椎体强化后对邻近椎体的应力无明显影响，对邻近椎间盘的影响亦较小。(https://www.daowen.com)
三、 缓解脊柱疼痛
椎体微小的骨折及骨折线微动对椎体内的神经末梢产生刺激可引起疼痛，椎体成形术对这种情况下的疼痛可以产生很好的止痛作用。从这种意义上说，椎体成形术是一种骨折修复技术，而不仅仅是用于椎体内的单纯填塞。几乎所有的临床结果显示，不论是治疗骨质疏松还是陈旧性胸腰椎骨折患者，大量的回顾性以及前瞻性的临床研究就表明，疼痛的缓解率均高达90%以上，对于因椎体肿瘤所致疼痛的患者，疼痛的缓解率亦可达70%以上。其原因目前尚无肯定的解释，可能在于：① 椎体内的微骨折在椎体成形术后得以稳定。② 骨水泥承担了相当部分轴向应力，从而减少了骨折线的微动对椎体内神经的刺激。③ 椎体内感觉神经末梢被破坏。
由于PMMA有放热和毒性作用，可能损害骨内神经末梢，因此最初许多人认为PMMA椎体成形术后疼痛的缓解主要是由于骨内神经细胞受损引起，但后来发现磷酸钙椎体成形术也能达到同样的止痛效果，可见对神经末梢的损害作用并非唯一因素，以往认为的椎体骨质疏松楔形压缩致脊神经后支牵张引起疼痛在术后得以缓解的解释也不能排除。国内蒲波等发现骨质疏松大鼠的椎体、椎间盘及小关节均有脊神经后支纤维大量分布，认为这可能与不稳有关。
在椎体肿瘤方面，注入骨水泥后，其机械作用可使局部血流截断，其化学毒性作用及聚合热均可使肿瘤组织及其周围组织的神经末梢坏死而达到止痛的效果，甚至在某种意义上具有一定程度的杀死肿瘤细胞的作用。