骨水泥阻塞骨干髓腔后远侧骨干骨内压和骨血流改变的实验研究
作者：李宏宇，安 洪，梁 斌，李荣祝，田文，韦敏克
【关键词】 骨水泥
摘 要：
［目的］探讨骨水泥阻塞股骨近中段骨干髓腔后对股骨远端骨内压和骨血流的影响。［方法］采取兔左侧股骨髓腔内灌注PMMA骨水泥而右侧不灌注作为正常对照的方法，制作骨水泥阻塞股骨近中段骨干髓腔的兔动物模型。将32只实验兔分成5组，随机取出8只不做模型作为正常对照组，其余24只制作模型后，根据不同的观察时间段随机分成术后当天(T0)、术后4周(T4)、术后8周(T8)、术后16周(T16)4个观察组，每组6只。使用生理测压仪，对正常和模型动物双侧股骨远端骨内压进行测量和比较。采用核素骨显像(ECT)方法，对模型动物双侧股骨远端动态和静态显像进行检测和比较。［结果］(1)骨内压：正常兔股骨远端双侧骨内压无差异性(P>005)：T0、T4、T8、T16实验侧骨内压明显增高，双侧有差异性(P<001)。造模后在不同观察时间段对照侧骨内压均无差异性(P>005)，实验侧处于持续骨内高压状态，T0与T4、T０与T８、T0与T16、T4与T8、 T8与T16均无差异性(P>005)，T4与T16有差异性(P<005)；(2)核素骨显像：T0、T4实验侧核素计数均比对照侧明显降低，T8、T16实验侧核素计数均超过对照侧，T16最高；各时间段实验侧／对照侧核素计数比值中T0与T8、T0与T16、T4与T16、T8与T16、T4与T8均有差异性(P<005)，而T0与T4无差异性(P>005)。核素骨动态和静态显像的变化趋势完全一致。［结论］骨水泥阻塞股骨近中段骨干髓腔后严重破坏了骨内和髓内的血液循环状态，引起了局部血流动力学的改变．导致股骨远端的骨内压和骨血流发生了一系列的变化，骨内压持续升高并长期存在。
关键词：骨水泥； 远侧骨干； 骨内压； 骨血流； 骨代谢
Abstract：［Objective］To explore the effect on the distal femoral intraosseous pressure (IP) an blood flow after blocking proximal and middle femoral medullary cavity (FMC) with bone cement. ［Method］ Twentyfour rabbit models were established whose proximal and middle FMC of left side was blocked with PMMA, while the right side femurs as control side without blocking, then randomly divided into 4 groups based on observation timepoints postoperatively: 0 day (T0), 4th week (T4), 8th week (T8) and 16th week (T16) respectively. Another 8 rabbits without any blocking were as control group. Physiological pressure measuring instrument was used to detect, analyse and compare IP of bilateral distal FMC, radio nuclide bone imaging (RBI) was used to detect and compare the dynamic and static images of bilateral distal femurs, the same interesting region of distal femurs were selected and fixed during dynamic and static phases of blood flow, the nuclide counting ratio was compared between experimental and control sides. ［Result］There was no static difference (SD) of the IP between the both T4, T8 and T16, the IP of experimental side increased notably as compared with that of control side (P<0.05), while there was no SD of IP at different time points that sin the control sides. (P>0.05) The experimental sides showed continous high IP, but declined at T16. There was no SD between IP of T0 and T4, IP T0 and T8, IP T0 and T16, IP T4 and T０, IP T8 and T16 (P>0.05) except IP between T4 and T16 (P<0.05). Compared the dynamic and static images at different timepoints, the RBI of the experimental sides was lower than that of the control sides at T4, while higher at T8 and the highest at T16. There was no SD of the nuclide counting ratio between T0 and T8, T0 and T16, T4 and T16, T8 and T16, T4 and T8, respectively (P<0.05), except between T0 and T4 (P>0.05). the dynamic and static RBI showed the same change tendency.［Conclusion］The intraosseous and intramedullary blood circulation is severely damaged after blocking of the proximal and middle FMC with bone cement, it induces a long time high IP and a series of changes of blood flow at distal femur.
Key words: Bone cement; Intraosseous pressure; Distal femoral shaft; Bone blood flow; Bone metabolism
临床上骨水泥固定型人工关节假体骨髓腔内的植入必然涉及受区骨髓腔的长期闭塞和髓内血管的破坏，由此而产生的髓内压和血流的变化很有研究价值。作者模拟骨水泥型人工关节制作骨水泥阻塞股骨近中段骨干髓腔的兔动物模型，重点观察骨水泥阻塞股骨近中段骨干髓腔后股骨远端骨内压和骨血流的改变情况。
1 材料与方法
11 实验动物、材料和仪器
新西兰大白兔32只，雌雄不限，体重在26～35 kg之间。国产聚甲基丙烯酸甲酯TJ骨水泥(PMMA)，16#上颌窦穿刺针(外径16mm，内径105 mm，长度80 mm)，骨显像剂亚甲基二膦酸(MDP：148MBq／支)，放射性核素发生器99mTc，单光子发射型机断层SPECT，YH4B生理压力传感器，BL420生物机能实验系统。
12 动物模型建立方法和分组
采用兔左侧股骨髓腔内灌注骨水泥而右侧作为对照侧的方法。肌注速眠新麻醉后(015 ml／kg)，俯卧位固定在特制卡压式兔手术台上，采用髋后外方入路，从股骨后外方肌间隙进入，暴露转子间窝，根据兔存在第三转子这个特殊的解剖结构，在第三转子上方切除大转子外侧部分(不打断股骨颈)，在转子间窝找到骨髓腔入口，用自制的大小合适、粗细不同的髓腔锉反复扩髓后(深度为兔股骨长度的1／2)，反复冲洗创面，冲出破坏的骨髓组织，沙布条沾干。按粉、液比2：1比例调配骨水泥(PMMA)，持续手工搅拌，待聚合至面团状态后使用，为避免PMMA填入股骨骨髓腔后深度无法控制，首先将一小块面团状PMMA，作成髓腔大小塞状物用器械轻轻填入髓腔内至股骨中段狭窄处，作为髓腔塞，待10 min PMMA基本固化后，再将重新调配好(方法同上)呈面团状PMMA，用器械填入股骨骨髓腔内，直至填满为止。待PMMA完全固化后，缝合关闭刀口。将32只实验兔分成5组，除随机取出8只不做模型作为正常对照组外，其余24只均按照上面方法制作骨水泥阻塞骨干髓腔的动物模型，根据不同的观察时间段随机分成术后当天(T0)、术后4周(T4)、术后8周(T8)、术后16周(T16)4个观察组，每组6只。
13 核素骨显像及记录方法
肌注速眠新麻醉后(010 ml／kg)，将模型兔俯卧位固定在特制卡压式兔手术台上。从兔耳缘静脉以弹丸方式注入骨显像剂99mTcMDP148MBq(4mci)后，立即以每2 s一桢的速度进行双后肢动态显像数据和图像采集，采集60 s，共30桢，为血流灌注相。4 h后，同法麻醉后进行双后肢静态显像数据和图像采集，记录5 min，为骨相。以模型兔双侧后肢股骨远段范围为兴趣区(ROI)，每个动物双侧兴趣区大小和位置相同，测定放射性计数数值，计算实验侧／对照侧计数比值，即实验侧与对照侧相同兴趣区放射性计数之比，分别作出血流像和骨像比值进行比较，以了解和观察局部骨血流和骨代谢变化情况。
14 骨内压测量方法
肌注速眠新麻醉后(010 ml／Kg)，将模型兔仰卧位固定在双下肢呈外展15°、膝关节屈曲30°位。切开显露股骨内髁，在其上方1 cm处，将穿刺针插入股骨髓腔内，拔出针芯，立刻将已经连接好的测压装置与穿刺针紧密连接，穿刺针和测压装置必须与实验动物心脏保持在一个水平面上，先通过三通开关向穿刺针内注入肝素生理盐水05 ml，使之充满后，旋转三通开关，使骨髓腔、穿刺针与生理压力传感器完全相通，打开记录系统，开始记录压力数据和曲线，一般测量15～30 min，以压力平衡后的均值代表该部位骨内压数值。同法测量对侧肢体相同部位骨内压作为同期正常对照。
2 结 果
21 骨水泥阻塞骨干髓腔后在不同观察时间段核素骨显像检测结果
实验动物双侧股骨远端核素显像计数实验侧／对照侧比值的均数和标准差如表1以及P值如表2所示，采用多样本均数两两比较的q检验进行统计分析。核素骨动态和静态显像：T0、T4实验侧核素计数均比对照侧明显降低，即实验侧／对照侧比值均<1，T8、T16实验侧核素计数均超过对照侧，T16最高，即实验侧／对照侧比值均>1。实验侧／对照侧各时间段核素计数比值比较：T0与T8、T0与T16，T4与T16、 T8与T16、T4与T8均有差异性(P<005)，而T0与T4无差异性(P>005)。核素骨动态和静态显像的变化趋势完全一致。
22 骨内压的测量结果
221 骨水泥阻塞骨干髓腔后实验侧和对照侧骨内压比较
实验动物股骨远端骨内压的均数和标准差以及t值和P值情况如表3所示，采用配对资料均数两两比较的t检验进行统计分析。正常组双侧股骨远端骨内压比较无差异性(P>005)，说明在骨内压测量时，进行侧别比较是可行的；实验侧与对照侧各时间段骨内压比较：T0、T4、T8、T16实验侧骨内压均比对照侧明显增高，两侧比较有明显差异性(P<001)。
222 骨水泥阻塞骨干髓腔后在不同观察时间段骨内压比较
表1 核素骨显像实验侧/对照侧比值统计表（略）
表2 不同时间段核素骨显像实验侧/对照侧比值的P值统计表（略）
表3 骨内压数值统计表（略）
实验动物股骨远端骨内压的均数和标准差如表4以及P值如表5所示，采用多样本均数两两比较的q检验进行统计分析。对照侧各时间段骨内压之间均无差异性(P>005)，均处于正常骨内压水平；实验侧各时间段骨内压：T0、T4、T8、T16均处于骨内高压状态，T16骨内压有所下降；骨内压比较：T0与T4、T0与T8、T0与T16、T4与T8、T8与T16均无差异性(P>005)，而T4与T16有差异性(P<005)。
3 讨 论
31 骨水泥阻塞股骨近中段骨干髓腔后对股骨远端骨血供的影响
骨血流是指单位时间内流过单位骨组织截面积的血液量。由于骨骼结构特殊，使的人们对骨血流的研究非常困难［1］。一般来说，骨血流测量方法有直接和间接方法两种。放射性核素骨显像(ECT)测量骨血流的方法是一种间接方法，其优点是可以进行重复测量，操作时间短，简单，创伤小，并能掌握骨血流动态变化情况，现在已经得到广泛应用。研究证明，静脉注射99mTcMDP后60秒内的放射性计数，可以作为骨血流的指标［2］。本次实验中，作者采用静脉注射骨显像剂99mTcMDP的放射性核素骨显像方法(radionuclide bone imaging,RBI)，主要研究骨水泥阻塞股骨近中段骨干髓腔后股骨远端局部骨血供和代谢的变化情况，检测结果、显示具有较强可重复性和可比性。
表4 骨内压数值统计表（略）
表5 不同观察时间段间的骨内压P值统计表（略）
水泥植入股骨近中段骨干髓腔后，扩髓等机械损伤以及骨水泥引起的热损伤和化学损伤，从结构上严重损伤了股骨近中段骨内膜和骨髓内的主要血管系统，此血管系统为2／3的骨皮质和大部分的骨髓组织供应血液。其两端与干骺端―骺动脉的髓内枝有丰富吻合枝，它的损伤将导致骨血流量的减少。由于骨水泥阻断了来自近端干骺端―骺动脉的吻合枝，损伤后仅靠骨远端干骺端―骺动脉的吻合枝扩张代偿，但是这一过程无法通过髓内吻合枝在短期内完成，所以短期内只能通过和骨膜动脉在骨皮质内的毛细血管吻合，缓慢增加骨血流量。目前有学者已经在髓内针髓内固定的研究中证明了这些观点［3］。另外骨水泥植入股骨骨干近中段髓腔后，对骨内和髓内静脉系统的破坏也十分严重，造成了骨内静脉引流受阻或阻塞现象，髓内动静脉压差减小，骨内毛细血管血流量减少，骨髓内血液的流动处于淤滞状态，继而发生渗出、骨间质水肿等，后者又加重骨内静脉引流障碍和组织受压，从而引起了一系列血流动力学变化，血液淤滞进一步加重，形成恶性循环。我们的结果显示，骨水泥阻塞股骨近中段骨干髓腔后当天和4周时股骨远端局部骨血流动态和静态显像的放射性计数均明显低于对照侧，8周时骨血流动态和静态显像的放射性计数开始增加并高于对照侧，16周时骨血流动态和静态显像的放射性计数继续增加并明显高于对照侧，以上结果证实骨水泥阻塞股骨近中段骨干髓腔后可以明显影响股骨远端骨血供状态和骨代谢状况，导致股骨远端明显缺血，恢复过程比较缓慢。缺血早期，局部骨血流量减少，骨细胞代谢低下，局部放射性减低；而随着血管的再生和局部的修复反应，使局部的血供好转，骨的代谢性增强，局部放射性开始浓聚，说明局部骨代谢更新旺盛、成骨活跃，有利于新骨形成；其中静态显像的变化趋势与动态显像是基本一致的，骨血供状态与骨代谢状况呈高度正相关性。
32 骨水泥阻塞股骨近中段骨干髓腔后股骨远端骨内高压发生的机制
骨内压是指骨的血流动力在骨腔内或者说骨质间隙内所产生的压力。它代表着不同部位骨质腔隙以及骨髓组织间隙的压力，由组织压和血管动力压两因素组成，是反映骨内血流动力学和骨内循环状态最可靠的指标，一切引起骨内血流动力学改变的因素都可以影响骨内压［4，5］。
骨水泥型人工关节骨髓腔内的植入导致了骨髓腔的长期闭塞，不仅使骨髓腔容积进一步缩小，而且骨水泥填塞过程对骨内和髓内的血液循环有明显破坏作用，从而引起了一系列血流动力学变化，导致骨内压升高。Pitto和Koessler等在临床随机实验研究中，通过对骨水泥型人工关节置换手术中血流动力学指标和血气变化的监测，观察到骨水泥植入股骨髓腔后骨内高压的情况，认为血流动力学改变是导致骨内高压的原因［6，7］。骨水泥阻塞骨干髓腔后骨内高压的发生是骨内血流动力学和血液流变学发生异常及其相互作用，引起骨髓微循环障碍的结果。由于骨水泥植入后的破坏是一个复杂而长期的过程，而修复又需要较长的时间才能得以完成，以致上述三方面互为因果、互相影响，形成恶性循环，使骨内压持续升高并长期存在。从我们的测量结果看，骨水泥阻塞股骨近中段骨干髓腔后，可以立即引起股骨远端骨内压明显升高，4、8周时可以维持骨内高压状态而变化不大，尽管在16周时，骨内压数值较4、8周有些降低，但是仍然处于骨内高压状态，由于我们没有继续观察骨内压的变化情况，骨内压何时恢复正常尚无法预料，所以如果不人为地加以干预，骨内高压状态将会持续存在一个较长的时间。
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