骨水泥技术
任中义
骨水泥及其应用技术
骨水泥是一种用于填充骨与植入物间隙或骨腔并具有自凝特性的生物材料。化学名称是聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate PMMA),也称丙烯酸骨水泥。自从1958年Charney首次应用骨水泥固定股骨假体成功施行全髋关节置换以来，骨水泥己广泛应用于骨科临床，骨水泥固定可保证术后假体的即时稳定，在骨组织-骨水泥-假体界面上无任何微动，允许术后早期负重，疗效肯定。
第一代骨水泥技术假体松动率为29%-40%，除了假体设计方面的因素之外，主要是存在于假体和骨质两个界面之间的PMMA微粒（直径≥100um）引起的假体周围骨溶解和骨水泥界面的老化、破裂，最终导致假体的远期无菌性松动，即所谓“骨水泥病”。采用改进后的第二代骨水泥技术假体松动率为3%（术后3年），第三代骨水泥技术假体松动率为3%（术后20年）。非骨水泥固定或称生物固定解决了一些由骨水泥带来的问题，但术后10年的远期随访发现与骨水泥固定相似，同样存在假体周围的骨溶解和松动现象，因此认为，骨水泥身并不是人工关节置换术的薄弱环节，而使用方法不当才是真正的薄弱环节。
本文对骨水泥的发展历史、骨水泥的特点、骨水泥技术、抗生素骨水泥等与临床应用的相关问题作一复习。
PMMA于1927年由Hill和Crawfold发明，1937年在医学上首先用于口腔科。1953年由Haboush首先用于髋关节双杯置换术，1958年经过Charnley系统的临床与实验研究被骨科医生广泛接受。
一、组成成份
常用的五种品牌骨水泥成份比较见文末附表。
骨水泥包括两部分灭菌包装。第一部分是PMMA颗粒粉剂（直径10－150um），含有10％不透X线的硫酸钡（BaSO4）或氧化锆(ZrO2)、1％二甲基甲苯胺（DMPT）引发剂和微量过氧化苯酰（BP）抑制剂。第二部分是甲基丙烯酸甲酯单体的液体，含有3％DMPT和减少单体自发聚合的微量BP。
二、理化性质
按照骨水泥单体与粉剂混合后的流动性的流动性、渗透性的高低及聚合后每一时相所占时间的不同，可将骨水泥分为高粘性和低粘性两类。低粘度骨水泥有利于渗透到骨小梁中，更好地发挥微观绞锁作用，并且可以提供更多的工作时间。在所有骨水泥产品中，CMW的粘度最高，以至于难以装入骨水泥枪管中，因此常用于手工填塞骨水泥的浅表部位；LVC、AKZ 和Sulfix-6属于低粘度骨水泥，适合用骨水泥枪注入，其中LVC（Zimmer）的聚合物颗粒直径小，分子量低，粘度最低，保持液态时间最长；Simplex P的的粘度中等。
Palacos R分子量高，意味着含有长链结构，也属于高粘度骨水泥，混合后保持液态时间相对较短，更适合在面团前期或面团期手法使用。Palacos R混合后5分钟的硬度是Simplex P的2倍、CMW的1/3。其粉剂颗粒形状不规则有利于添加抗生素后药物的释放。
由于在粉剂中有聚合引发剂，液体（单体）中有激活剂，因而骨水泥聚合及固化过程中不需要加热和额外压力，属于自固化或称冷固化。骨水泥固化影响因素，固化时间与:品牌,气温,湿度,单体及粉未的温度,单体与粉未的比例的不同相关
聚合后的骨水泥承受压力的强度大于抗张力或剪力强度。PALACOS R的弹性模量为2.3 Gpa（湿润股骨皮质骨的拉伸弹性模量为17.6Gpa，扭转弹性模量为3.2Gpa。股骨髓内靠近皮质处的骨小樑最坚强，因此使用骨水泥时最好距离骨皮质1mm）。
常用骨水泥的力学性能
有学者对Simplex P(SP)、Osteobond(ZO)、Regular(ZR)和Palacos R(PR)四种品牌的骨水泥性能进行了比较研究，得出结论如下：PR有着所有标本中最好的弹性模量；除了SP在37度时，PR在所有骨水泥中及在任何温度下都有最大的抗拉强度；PR的断裂韧度在所有温度都是最高的；尽管PR是唯一一种用手搅拌的骨水泥，但它的孔隙率始终保持在较低的水平，不受温度影响，仅在37度、50度略高于SP。
三、作用机理
骨水泥不是胶，没有粘合性质，与骨和假体之间无化学连接，它是填充空间并通过机械连接传递载荷的材料，现代概念认为: 良好的固定需要同时依靠微观绞锁(micro-interlock)和容积填充（bulk-filling）两种作用机制。微观绞锁固定指骨水泥浸入松质骨内形成界面上的交织嵌顿。有助于将骨水泥与骨表面间的剪切应力转化为压应力，使界面强度明显提高，还可避免假体在界面上的微动。容积填充是将骨水泥完全均匀分布在假体与骨质之间，起到应力传导作用。如果没有骨水泥，假体与骨床之间通过少数点状接触传导载荷，将造成接触部位的局部应力增高。
实现微观绞锁需要满足下面三个条件：（1）骨表面保留缝隙（骨小梁或微孔）。（2）低粘性骨水泥。（3）维持加压。骨水泥容积充填要满足下列条件:（1）彻底清洗髓腔。（2）减少髓腔出血。（3）均匀、充分填充。
通常认为骨水泥的最佳厚度不少于2mm，薄于1mm或厚于3mm均可能出现断裂，尤其过薄的骨水泥层在应力下更容易断裂，美国和英国多数医生赞同这个观点。但对于压配型假体的植入，以Postel为代表的法国学者使用薄层骨水泥技术取得了满意的疗效。Skinner等总结比较了这两种骨水泥技术的远期临床效果，常规组92例，股骨扩髓较假体柄直径大2mm，压配组97例，股骨扩髓与假体柄直径相等，两组均为同一手术组医生施行的初次全髋置换。10年后存活率常规组∶压配组为97.2％∶98.8％，术后5年假体垂直微动距离常规组∶压配组为1.8mm∶1.0mm（P＝0.36）,X线片显示假体周围透亮线常规组明显高于压配组（P ＝0.0061），结果提示压配型假体结合正确的骨水泥使用技术，可以得到更好（至少不低于常规骨水泥技术）的远期效果。该技术目前在法国已广为应用。如用于填充骨缺损，骨水
泥厚度不宜超过5mm，尤其适用于老年患者。注意由于骨水泥自身机械强度的弱点（弹性模量低于骨骼，抗剪切力低于抗压力），不能用于填充大块、节段性骨缺损，特别慎用于年轻患者。
四、使用方法及技术分代
骨水泥单体与粉剂自混合到完全固化，可分为湿砂期、粘丝期、面团期、固化期四个时相。按照骨水泥调制及使用方法，可将骨水泥技术大致分为三代。
笫一代骨水泥技术(70年代中期以前)
l 手工搅伴骨水泥
l 保留髓腔松质骨
l 髓腔冲洗和吸引
l 髓腔内放置排气管
l 用手将面团期骨水泥填塞入髓腔内
l 用手维持假体柄中立位
l 假体柄外形（棱角尖锐）对骨水泥有切割
第二代骨水泥技术(70年代--90年代)
l 骨水泥手工搅拌后倒入骨水泥枪管内
l 去除髓腔内松质骨
l 重视股骨髓腔的冲洗、吸引和保持干燥
l 髓腔远端使用髓腔塞
