第3节 经皮椎体成形术的材料
一、 骨水泥甲基丙烯酸甲酯（PMMA）
骨水泥甲基丙烯酸甲酯主要有两种成分组成：粉末状的多聚体和液态的单体，二者按一定比例混合能自行固化成为坚硬的高分子聚合物。商品PMMA一般由40 g粉剂和20 ml液剂组成，两者混合比例为2 g/ml，混合后的体积为25 ml，可根据实际用量分次配制。两者混合后不停搅拌，约50秒后其由稀薄状液体逐渐黏稠，约至120秒时转面团状，此状态持续100～150秒，约在15分钟后完全固化。
国外使用的PMMA主要有三种：Simplex P、Osteobond、Cranioplastic，前两者可加入10%浓度（质量体积比）的硫酸钡，但10%往往显影不够，30%浓度的硫酸钡可较好地显影，然而硫酸钡浓度的增加，势必会影响其强度和注射性能，国外常在PMMA中掺入钛粉或钨粉以使之能术中显影。须指出，这种PMMA与平常使用的PMMA不同，经过特殊处理后具有更低的黏稠度，更长的凝固时间。
对国产PMMA的研究表明，按2 g/ml比例配制后浆糊期的时间较短，约50秒，在固化期产热温度为70.3℃，按3 g/2 ml比例配制的PMMA在多项参数上与英国Corin公司低黏度PMMA CoriplastTM及英国North Hill Plastic公司产外科用PMMA Simplex P基本接近。国内孙刚等在国产PMMA加入非离子型造影剂，其粉∶液∶非离子型造影剂的比例为3 ∶ 2 ∶ 1，结果发现加入非离子型造影剂后显影效果好，且对其力学性质的影响不大。
二、 自固化磷酸钙骨水泥（CPC）
尽管椎体成形术最初及其后的应用均证明PMMA是较安全的，但同样发现PMMA有许多缺点：① 它凝固时的放热作用（40～100℃），可灼伤附近的软组织，尤其是脊髓和神经根，同时也可烧伤椎体内的骨细胞，影响最终的骨折愈合，而椎体的愈合是我们的最终目的。② PMMA凝固过程中可引起低血压或脂肪栓塞。③ PMMA无生物活性，不能起骨传导作用。④ PMMA不可生物降解，最终不能被骨替代。⑤ PMMA不能与周围骨质通过化学键结合，而在其周围出现异物反应、炎症细胞聚集、巨细胞吞噬，从而影响其在体内的稳定性。⑥ PMMA还可释放有毒性的单体。因此，许多人坚决反对将PMMA用于椎体，除非用于椎体转移性肿瘤的姑息治疗。
羟基磷灰石陶瓷（HAP）太脆、不易塑形，虽然其成分与骨矿相同，具有良好生物相容性，但植入体内后作为异物存在，无法降解吸收，其植入骨缺损区后，宿主骨围绕HAP颗粒形成成骨区，并在骨盐沉积过程中由HAP提供的核心加速钙化成骨。磷酸三钙陶瓷（TCP）生物相容性好，但降解吸收太快，其在体内的最终成分仍是TCP，并且其可塑性也差。
自固化磷酸钙骨水泥（calcium phosphate cement, CPC），也称为羟基磷灰石骨水泥（hydroxyapatite cement, HAC），是Brown和Cohow于20世纪80年代早期研制出来的快速凝固型、非陶瓷型羟基磷灰石（HAP）类人工骨材料。其组成包括固相和液相两部分，固相主要有磷酸四钙、磷酸三钙、二水磷酸氢钙、无水磷酸氢钙、磷酸二氢钙等之中的至少两种，还可以有氟化物、半水磷酸钙等；液相可以是蒸馏水、稀酸、血清、血液等。不同的磷酸盐在液相中发生水化反应，羟基磷灰石（HAP）是其最终产物，也是唯一产物。这些反应可以在人体环境中（pH中性、温度37℃）很好地进行。CPC的一个重要特点就是能够自行固化，粉末与固化液调和为牙膏状后，3～15分钟内凝结且与骨直接粘结，产品固化强度不低于35 kPa。CPC的充填处不能有积血和活动性出血，否则会对固化的强度产生影响。CPC植入动物体后血钙、血磷和碱性磷酸酶均处于正常水平。(https://www.daowen.com)
自固化磷酸钙综合了上述植入物的优点，克服了缺点，生物相容性好，人体吸收容易，可塑性好，固化时不放热，其成分虽是不同磷酸钙的混合物，但其在体内的最终成分是HAP，降解和新骨形成 对等。
用于椎体成形术CPC可做成粉末状，使用时用等渗盐水拌成糊状，要注意其黏稠度要合适，太低易泄露，太稠注入困难，增加注入压力又恐引起静脉栓塞并发症。一般情况下，CPC调制后30分钟开始凝固，4小时完全凝固并自然转变成含有微孔的HA晶体。由于其凝固过程不放热，且Ca-P的成分与骨盐成分完全一样，其晶体结构也与骨质相同，生物相容性好，可从外逐渐向内生物降解，与宿主组织相容，化学性质稳定，能承受各种机械力，物理性能不因组织液侵蚀而改变，不引起炎症反应及过敏反应，亦无致癌作用。
CPC粉末与固化液的比例为3 g/ml，成牙膏状充填骨缺损，用量按每立方厘米缺损用2.5 g粉末 计算。
三、 磷酸钙骨水泥作为药物及细胞载体的 研究
重组人骨形态发生蛋白-2（recombinant human bone morphogenetic protein 2, rhBMP-2）是一种能促进骨质形成的生长因子。研究证实将其注入体内能形成骨化中心，使周围组织骨化，促进植骨融合。rhBMP-2较强的成骨作用为椎体骨质疏松症的治疗提供了一条新的途径。骨质疏松症患者由于椎体内骨矿物质密度降低，椎体抗压强度下降，存在椎体塌陷和压缩性骨折的危险，虽然骨水泥强化椎体后早期能有效地稳定脊柱，但其抗张强度仅为正常骨的25%，且在持续载荷情况下，随着时间延长，骨水泥的机械力学稳定性逐渐减弱，并可出现疲劳断裂。而rhBMP-2通过骨化作用在椎体内促进骨质生成，弥补骨质疏松椎体矿物质不足的缺陷。
研究资料表明，磷酸钙骨水泥（calcuim phosphate cement, CPC）固化后可形成微孔样结构，有利于新骨长入，是rhBMP-2的良好载体，且其本身能在体内生物降解。将携载rhBMP-2的磷酸钙骨水泥注入椎体进行强化治疗骨质疏松及其并发的椎体塌陷和压缩性骨折，可取得更好的效果。然而磷酸钙为碱性，而BMP蛋白为酸性，两者混合必然导致BMP的效能受到影响，因此，目前国内有人在将BMP包裹后再与CPC做成复合骨水泥，这是今后的一个方向。
Hamanishi等在磷酸钙骨水泥加入抗生素如万古霉素等，含5%的万古霉素的CPC，3周后体内有效浓度仍20倍于其最低抑菌浓度，且抗生素的加入对CPC强度的影响不大，药物的释放与CPC固化后的孔隙率密切相关。
另外，CPC加入抗肿瘤药也有很好的临床应用前景。加入抗肿瘤药的CPC骨水泥经皮注射到恶性肿瘤破坏的椎体内，既可起到强化椎体的作用，又可抗肿瘤。