硫酸钙骨水泥增强椎弓根螺钉置入骨质疏松椎体的瞬时稳定性_朱爱国

中国组织工程研究 第18卷 第26期 2014–06–25出版
Chinese Journal of Tissue Engineering Research June 25, 2014 Vol.18, No.26
ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH
4195www.CRTER
.org
朱爱国，男，1976年生，江苏省如东县人，汉族，2009年南通大学毕业，硕士，主治医师，现在如东县人民医院骨科工作，主要从事骨科临床与研究工作。

并列第一作者：葛勇，男，1971年生，江苏省如东县人，汉族，副主任医师，现在如东县人民医院骨科工作，主要从事骨科临床与研究工作。

通讯作者：张烽，博士，主任医师，南通大学附属医院骨科，江苏省南通市 226001
doi:10.3969/j.issn.2095-4344. 2014.26.018 []
中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:2095-4344 (2014)26-04195-05 稿件接受：2014-06-01
Zhu Ai-guo, Master, Attending physician, Department of Orthopedics, People’s Hospital of Rudong County, Rudong 226400, Jiangsu Province, China
Ge Yong, Associate chief physician, Department of Orthopedics, People’s Hospital of Rudong County, Rudong 226400, Jiangsu Province, China
Zhu Ai-guo and Ge Yong contributed equally to this article.
Corresponding author: Zhang Feng, M.D., Chief physician, Department of Orthopedics, Affiliated Hospital of Nantong University, Nantong 226001, Jiangsu Province, China
Accepted: 2014-06-01
硫酸钙骨水泥增强椎弓根螺钉置入骨质疏松椎体的瞬时稳定性
朱爱国1，张 烽2，葛 勇1，曹 涌2，张 弛1，陈 云3 (如东县人民医院，1骨科，3内科，江苏省如东县 226400；2南通大学附属医院骨科，江苏省南通市 226001)
文章亮点：
1 文章创新性评价硫酸钙骨水泥增强的椎弓根螺钉置入骨质疏松椎体后的瞬时稳定性。

2 实验结果显示，骨质疏松椎体较正常椎体椎弓根螺钉置入内固定的稳定性差，以硫酸钙骨水泥增强后可以提供螺钉的瞬时稳定性，而且通过促进螺钉周围疏松骨的新骨生成及骨-螺钉整合等来增加其力学稳定性，从而确保了骨折愈合一个较长时间的稳定力学环境。

因此，硫酸钙骨水泥可以应用于骨质疏松患者骨折内固定的增强。

3 实验的不足之处在于：①单纯使用拉力来评估螺钉的稳定性有一定的局限性。

②硫酸钙骨水泥虽然有较高的强度，但是有一定的脆性，断裂强度相对也较低。

③有必要进行人体生物力学测试来进一步验证硫酸钙骨水泥的力学增强效果。

关键词：
植入物；脊柱植入物；骨质疏松；椎弓根螺钉；硫酸钙骨水泥增强；生物力学 主题词：
骨质疏松；内固定器；硫酸钙；生物力学
摘要
背景：由于内固定在骨质疏松骨上锚着力较差影响了其稳定性，因此需要新的固定方法，使用骨水泥或骨替代物增强内固定技术可以较好地解决这个问题。

目的：评价硫酸钙骨水泥增强的椎弓根螺钉置入骨质疏松椎体后的瞬时稳定性。

方法：选取新鲜小牛脊柱椎体，测量骨密度后，随机分为4组：①正常椎体椎弓根螺钉内固定组。

②正常椎体椎弓根螺钉+硫酸钙骨水泥增强内固定组。

③骨质疏松椎体椎弓根螺钉内固定组。

④骨质疏松椎体椎弓根螺钉+硫酸钙骨水泥增强内固定组。

将相同规格的椎弓根螺钉拧入测试椎体的椎弓根，测试其即刻最大轴向拔出力和最大破坏功耗，以评价硫酸钙骨水泥增强椎弓根螺钉的瞬时稳定性。

结果与结论：骨质疏松椎体较正常椎体的螺钉最大拔出力、最大破坏功耗明显减少(P < 0.05)，而二者分别以骨水泥增强后的螺钉最大拔出力、最大破坏功耗明显增加(P < 0.05)；正常组和骨质疏松组以骨水泥增强后螺钉的最大拔出力、最大破坏功耗相当。

提示硫酸钙骨水泥增强后可以增加内固定螺钉的瞬时稳定性，硫酸钙骨水泥可以应用于骨质疏松患者骨折内固定的增强，具有较好的临床应用前景。

朱爱国，张烽，葛勇，曹涌，张弛，陈云. 硫酸钙骨水泥增强椎弓根螺钉置入骨质疏松椎体的瞬时稳定性[J].中国组织工程研究，2014，18(26):4195-4199.
Calcium sulfate cement augments transient stability of pedicle screw in osteoporotic vertebral body
Zhu Ai-guo 1, Zhang Feng 2, Ge Yong 1, Cao Yong 2, Zhang Chi 1, Chen Yun 3 (1Department of Orthopedics, People’s Hospital of Rudong County, Rudong 226400, Jiangsu Province, China; 2Department of Orthopedics, Affiliated Hospital of Nantong University, Nantong 226001, Jiangsu Province, China; 3
Department of Internal Medicine, People’s Hospital of Rudong County, Rudong 226400, Jiangsu Province, China)
Abstract
BACKGROUND: Poor implant anchorage in osteoporotic bone impacts its stability and requires the new
solutions for the treatment. The augmentation technique with bone cements or bone substitutes is one strategy for the solutions.
OBJECTIVE: To evaluate the transient stability of pedicle screw augmented using calcium sulfate cement in osteoporotic vertebral body.
METHODS: Fresh calf lumbar vertebrae were selected to measure bone density, and then classified into four groups: the group by pedicle screw in normal vertebral body; the group by pedicle screw augmented using
calcium sulfate cement in normal vertebral body; the group by pedicle screw in osteoporotic vertebral body; the group by pedicle screw augmented using calcium sulfate cement in osteoporotic vertebral body. Pedicle screw of equal specification was twisted into the tested pedicle of vertebral arch. The maximum axial screw pull-out strength and the maximum energy required to failure were recorded so as to assess the transient stability of pedicle screw augmented using calcium sulfate cement.
RESULTS AND CONCLUSION: The maximum screw pull-out strength and the maximum energy required to failure were significantly less in osteoporotic vertebral body compared with normal vertebral body (P < 0.05). The maximum screw pull-out strength and the maximum energy required to failure after augmentation using calcium sulfate cement were significantly increased (P < 0.05). The maximum screw pull-out strength and the maximum energy required to failure after augmentation using calcium sulfate cement were identical between normal group and osteoporosis group. These results suggested that calcium sulfate cement could effectively increase the transient stability of pedicle screw. Calcium sulfate cement is effective in augmenting fixation in osteoporotic bone, and has potential in clinical application.
Subject headings: osteoporosis; internal fixators; calcium sulfate; biomechanics
Zhu AG, Zhang F, Ge Y, Cao Y, Zhang C, Chen Y. Calcium sulfate cement augments transient stability of pedicle screw in osteoporotic vertebral body. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2014;18(26):4195-4199.
0 引言 Introduction
骨质疏松症是一种与年龄增长相关的退行性疾病，表现为骨骼的骨量丢失和微结构的破坏。

这些骨的退行性改变不但增加了骨骼发生骨折的风险，而且也严重影响骨折后内固定的稳定性。

据中国政府2005-07-26公布的《中国人口现状》显示：自2000年起中国进入老龄社会；到2020年，国内老年人口将达1.64亿，占总人口的16.1%。

老年人口数的变化将导致骨质疏松症骨折并发症的日趋增多，在年龄超过50岁的人群中，40%的女性和14%的男性会因骨质疏松症而并发骨折，其中女性要显著高于男性。

因此对于骨质疏松性骨折的正确处理已成为骨科临床医生所面临的主要难题之一，并成为国内医疗和社会保障体系的严重负担，将对社会经济发展产生严重影响。

从材料学角度分析，骨骼是一个由磷灰石和胶原组成的两相材料，磷灰石维持着骨的压缩强度而胶原则提供其抗拉伸能力。

但骨骼并不是一个单纯的生物材料，而是有着活跃的骨重建活动的人体器官。

正常人体的骨骼依靠骨形成和骨吸收的动态平衡来维持自身结构和功能的完整性，这些组成的结构和强度是其力学强度维持的必要条件。

在年龄增长和雌激素缺乏等多因素的作用下，骨吸收超过骨形成，骨重建的动态平衡被打破，形成了骨质疏松症。

疏松的骨骼表现为皮质骨内膜的再吸收和髓腔扩大，以及松质骨网状连接的断裂和骨小梁变细；最终影响了整个骨骼的弯曲、扭转等力学强度并易发生低能量的骨折。

因此，骨质疏松骨折是由轻微外力所致的病理性骨折，和一般暴力性骨折的力学、生物学特点有着本质区别。

骨质疏松骨折好发于椎体及四肢的干骺端，如股骨近段，肱骨近段及桡骨远端等[1]，随着社会老年化，它的发生率逐年增加。

对此类骨折进行内固定治疗时，由于疏松骨的力学强度较差不能提供植入物满意的把持力，故临床常使用骨水泥或骨替代物进行内固定增强[2]。

目前出现数种不同的新型骨水泥，它们具有良好的生物相容性、骨传导性及无毒性，不引起化学性骨坏死及炎症反应等特征。

其中，硫酸钙骨水泥作为骨植入物材料应用于临床已有相当长的历史；它不但具备骨传导及可吸收的特点；还具有较理想的力学性能，如具有较好的初始力学强度、耐压及耐疲劳性。

与其他生物材料相比，硫酸钙的吸收速度较快，因此能相对较早地允许骨祖细胞进入，从而促进了成骨反应。

硫酸钙骨水泥可以作为骨缺损的空间填充物来阻止周围软组织的长入，并最终被新骨所替代。

文章通过生物力学角度，观察硫酸钙骨水泥增强的椎弓根螺钉置入骨质疏松椎体后的即刻生物力学效果。

1 材料和方法 Materials and methods
设计：多样本对比观察实验。

时间及地点：于2012年10月至2013年9月在南通大学附属医院脊柱外科完成。

材料：选用10具新鲜小牛脊柱标本，由南通红梅乳业有限公司屠宰场提供，每具选择4节椎体，X射线检查排除骨质疏松、先天畸形、骨折和肿瘤等病变，剔除附着于椎体标本的全部肌肉、韧带、关节囊及骨膜，游离成单个椎体，双层塑料袋密封后，放入-20 ℃冰箱内冷冻保存。

硫酸钙骨水泥(商品名为MIIG TM X3)，购自美国Wright Medical Technology公司，增强手术前2 d，使用60Co进行照射消毒。

不但具备骨传导及可吸收的特点；还具有较理想的力学性能，如较好的初始力学强度、耐压及耐疲劳性。

Moss-Miami椎弓根螺钉内固定系统(6.0 mm× 45.0 mm)，购自DePuy Spine强生公司，生物相容性良好。

实验方法：
实验分组：将40节椎体标本按随机数字表法分为4组，每组10节椎体：①正常椎体椎弓根螺钉内固定组。

②正常椎体椎弓根螺钉+硫酸钙骨水泥增强内固定组。

③骨质疏松椎体椎弓根螺钉内固定组。

④骨质疏松椎体椎弓根螺钉+硫酸钙骨水泥增强内固定组。

所有椎体均用标准4.0 mm丝攻预制双侧椎弓根钉道。

实验力学模型的建立和测试：
骨质疏松椎体标本的制作：根据曹涌等[3]的研究，采硫酸钙骨水泥增强椎弓根螺钉置入实验的主要试剂及仪器：
试剂及仪器 来源
Shandon TBD-1脱钙剂赛默飞世尔科技公司
骨密度扫描仪美国Hologic Discovery A DEXA公司
牙托粉上海塑料工业有限公司
P.O. Box 10002, Shenyang 110180
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取脱钙处理的方法制作骨质疏松椎体的实验标本。

将20节椎体放入装有相同浓度Shandon TBD-1脱钙剂的玻璃缸内进行浸泡相同的时间(24 h)，浸泡后将椎体取出，用生理盐水冲洗掉标本表面以及钉道内的脱钙剂，以骨密度扫描仪测定标本的骨密度。

椎弓根螺钉的置入：①制作非骨水泥增强的标本：沿丝攻预制椎弓根钉道将Moss-Miami 椎弓根螺钉拧入椎弓根内。

②制作骨水泥增强标本：根据制造商指导手册，将硫酸钙骨水泥与相应比例的配套溶剂进行混合并调和至面相状态，小心将骨水泥挤入预制的钉道内，完全填满骨道后缓慢拧入螺钉，避免拧入螺钉时骨水泥挤出骨道，从开始进行骨水泥混合至将螺钉拧入的整个操作时间不超过5 min [4]。

标本的安置：使用牙托粉，将椎体下1/3进行包裹，并使用特制夹钳钳夹凝固后的牙托粉外侧并固定在Instron 材料测试仪的操作台上，并确保螺钉的长轴与材料测定仪拉力方向在同一直线上，然后使各部分接触紧密，确保螺钉拔出时，避免各组件发生松动而影响力学测试的结果。

在安置测试标本及测量过程中，使用生理盐水做标本的保湿处理。

将力学测试仪置定为零，并将力学测定仪与计算机联机，夹具以0.1 mm/s 的拉伸速度等速进行拉伸，最终使螺钉完全拉出。

整个测试过程中的位移-负荷曲线通过相配套的测试软件进行电脑实时监控并记录。

主要观察指标：最大拔出力：定义为计算机纪录的曲线上负荷峰值(N)；最大破坏功耗：定义为由位移-负荷曲线下积分计算的面积(J)。

统计学分析：统计学处理由朱爱国完成，所有数据通过统计学方法计算各参数x _
±s ，并采用方差分析、F 检验，用SPSS 10.0软件在IBM 微机上进行数据比较，设定显示差异水平P < 0.05。

2 结果 Results
2.1 脱钙处理前后椎体骨骨密度变化 椎体脱钙前后骨密度分别为(1.534±0.086)和(1.094±0.059) g/cm 2，配对t 检验显示椎体脱钙前后骨密度的差异有非常显著性意义(t =14.387，P < 0.001)。

2.2 螺钉最大拔出力测量结果 结果显示，骨质疏松椎体较正常椎体的螺钉最大拔出力明显减少，差异有显著性意义(P < 0.05)，而二者分别以骨水泥增强后的螺钉最大拔出力明显增加，增强前后的差异有显著性意义(P < 0.05)；正常组和骨质疏松组以骨水泥增强后螺钉最大拔出力的差异无显著性意义，二者的螺钉最大拔出力相当(图1，表1)。

2.3 螺钉最大破坏功耗测量结果 结果显示，骨质疏松椎体较正常椎体的螺钉最大破坏功耗明显减少，差异有显著性意义(P < 0.05)，而二者分别以骨水泥增强后的螺钉最大破坏功耗明显增加，增强前后的差异有显著性意义(P < 0.05)；正常组和骨质疏松组以骨水泥增强后螺钉最大破坏功耗的差异无显著性意义(图2，表1)。

表
1 各组螺钉最大拔出力及最大破坏功耗测量结果比较 Table 1 Comparison of the maximum screw pull-out strength and the maximum energy required to failure of screws of each group (x _
±s , n =10)
表注：与正常椎体椎弓根螺钉内固定组比较，a P < 0.05；与相应椎体骨水泥增
强前比较，b P < 0.05。

结果提示，骨质疏松椎体较正常椎体的螺钉最大拔出力、
最大破坏功耗明显减少(P < 0.05)，而二者分别以骨水泥增强后的螺钉最大拔出
力、最大破坏功耗明显增加(P < 0.05)；正常组和骨质疏松组以骨水泥增强后螺钉的最大拔出力、最大破坏功耗相当。

组别
螺钉最大拔出力(N) 螺钉最大破坏功耗(J)正常椎体椎弓根螺钉内固定组 39.48±5.39 0.081±0.013 正常椎体椎弓根螺钉+ 硫酸钙骨水泥增强内固定组
50.56±8.34b
0.201±0.037b 骨质疏松椎体椎弓根螺钉内固定组18.68±7.07a 0.028±0.010a 骨质疏松椎体椎弓根螺钉+ 硫酸钙骨水泥增强内固定组
43.82±5.89b
0.181±0.030b
图2 各组螺钉最大破坏功耗比较
Figure 2 Comparison of the maximum energy required to failure of screws of each group
图注：①1：正常椎体椎弓根螺钉内固定组；2：正常椎体椎弓根螺钉+硫酸钙骨水泥增强内固定组；3：骨质疏松椎体椎弓根螺钉内固定组；4：骨质疏松椎体椎弓根螺钉+硫酸钙骨水泥增强内固定组。

②与正常
椎体椎弓根螺钉内固定组比较，a
P < 0.05；与相应椎体骨水泥增强
前比较，b P
< 0.05。

骨质疏松椎体较正常椎体的螺钉最大破坏功耗明显减少(P < 0.05)，而二者分别以骨水泥增强后的螺钉最大破坏功耗明显增加(P < 0.05)；正常组和骨质疏松组以骨水泥增强后螺钉的最大破坏功耗相当。

0.250.200.150.100.050
螺钉最大破坏功耗(J )
图1 各组螺钉最大拔出力比较
Figure 1 Comparison of the maximum axial screw pull-out strength of screws of each group
图注：①
1：正常椎体椎弓根螺钉内固定组；2：正常椎体椎弓根螺钉+硫酸钙骨水泥增强内固定组；3：骨质疏松椎体椎弓根螺钉内固定组；4：骨质疏松椎体椎弓根螺钉+硫酸钙骨水泥增强内固定组。

②与正常
椎体椎弓根螺钉内固定组比较，a
P < 0.05；与相应椎体骨水泥增强
前比较，b P < 0.05。

骨质疏松椎体较正常椎体的螺钉最大拔出力明显减少(P < 0.05)，而二者分别以骨水泥增强后的螺钉最大拔出力明显增加(P < 0.05)；正常组和骨质疏松组以骨水泥增强后螺钉的
最大拔出力相当。

6050403020100
螺钉最大拔出力(N )
1 2 3 4
a
b
b
1 2 3 4
a
b
b
2.4 结果总结骨质疏松椎体较正常椎体椎弓根螺钉置入内固定的稳定性差，以硫酸钙骨水泥增强后可以提供螺钉的瞬时稳定性，而且通过促进螺钉周围疏松骨的新骨生成及骨-螺钉整合等来增加其力学稳定性，从而确保了骨折愈合一个较长时间的稳定力学环境。

因此，硫酸钙骨水泥可以应用于骨质疏松患者骨折内固定的增强。

3 讨论 Discussion
骨质疏松症是一种与年龄增长相关的退行性疾病，表现为骨骼的骨量丢失和微结构的破坏。

这些骨的退行性改变不但增加了骨骼发生骨折的风险，而且也严重影响骨折后手术固定的稳定性。

当骨折处受到外力时，内固定-骨界面间的负荷传递产生的应变往往超过了内固定周围骨的最大容忍程度，易导致微骨折和内固定松动的发生[5]，常不能提供满意的瞬时固定效果，因此临床上在术后早期由于内固定置入界面破坏导致治疗失败的病例很多。

从材料学角度分析，骨骼是一个由磷灰石和胶原组成的两相材料，磷灰石维持着骨的压缩强度而胶原则提供其抗拉伸能力。

但骨骼并不是一个单纯的生物材料，而是有着活跃的骨重建活动的人体器官。

正常人体的骨骼依靠骨形成和骨吸收的动态平衡来维持自身结构和功能的完整性，这些组成的结构和强度是其力学强度维持的必要条件。

在年龄增长和雌激素缺乏等多因素的作用下，骨吸收超过骨形成，骨重建的动态平衡被打破，形成了骨质疏松症。

疏松的骨骼表现为皮质骨内膜的再吸收和髓腔扩大，以及松质骨网状连接的断裂和骨小梁变细；最终影响了整个骨骼的弯曲、扭转等力学强度并易发生低能量的骨折。

因此，骨质疏松骨折是由轻微外力所致的病理性骨折，和一般暴力性骨折的力学、生物学特点有着本质区别。

这种类型的骨折常见于椎体、髋部、腕部、胫骨和肱骨近段。

由于四肢骨干骺端的主要组成为松质骨，骨质疏松发生后所受的影响最大，因此骨折时多为粉碎性，而且常累及关节，给临床治疗带来困难。

如果骨折固定不恰当或保守治疗的制动过长可造成血栓发生、肺部炎症、压疮等并发症；并且容易造成骨骼和肌肉退化。

所以，牢固的内固定和早期的康复锻炼对于这种类型的骨折患者而言显得非常重要。

对传统的内固定技术改进使其适应骨质疏松性骨折治疗的需要，是提高骨质疏松性骨折疗效的方法之一。

这些改进的原则是使用相对稳定的技术使内固定与骨共同承担负荷，从而减少骨-内固定界面的应力应变等。

具体表现在骨质疏松骨折内固定的优化设计、内固定材料的改进以及手术技术完善等方面。

但是由于内固定所固定部位骨的力学特性较差，因此单纯进行这些改进往往还是不能满足固定维持的需要。

骨质疏松骨骼处于的特殊病理状态，对骨折的愈合过程也有较大影响[6]。

虽然，骨质疏松骨折的愈合方式与一般骨折愈合方式基本相似，最终也能获得骨折愈合；但是大多研究者认为骨质疏松骨折的愈合时间与正常骨折愈合时间相比有明显的延长。

通过比较老年大鼠骨折与正常大鼠骨折愈合过程发现，老年大鼠组的骨折愈合时间延长，且其愈合后骨的刚度和强度要显著低于正常组[7]。

这可能是由于骨质疏松机体内的间充质干细胞较少，骨形态发生蛋白含量下降所引起[8-9]。

研究表明，被固定部位的骨矿物质密度降低、多孔性的增加会导致螺钉把持力的下降[10]，并有研究者发现固定部位骨矿物质密度与螺钉的把持能力成线性相关[11]。

虽然可以通过增加螺钉螺纹的直径来提高螺钉的把持能力，可当固定部位的骨矿物质密度低于0.4 g/cm2，这种螺纹直径变化的影响将消失[12]。

因此，比较理想的措施是利用自体骨、异体骨或其他骨替代物来直接增强固定部位“骨的质和量”。

因此，针对骨质疏松特殊病理状态和局部骨生物力学特点，开展骨质疏松骨折内固定的力学及生物学研究，增加骨折固定的瞬时稳定性、长期稳定性来提供良好的骨愈合环境具有重要的临床意义。

临床上对骨质疏松骨折内固定增强的最初尝试是使用无生物活性的聚甲基丙烯酸甲酯。

由于聚甲基丙烯酸甲酯的高压缩强度、高刚度的力学特性能显著增加内固定的瞬时稳定性[13]。

但是，从生物力学角度看，这种聚甲基丙烯酸甲酯高压缩强度、高刚度又导致了增强部位和周围骨骼力学性能的不匹配，增加了临界部位的骨折风险。

从生物学角度看，聚甲基丙烯酸甲酯不能降解，不具有被新骨替代的生物学活性[14]，同时，聚甲基丙烯酸甲酯不能与骨组织直接结合，两者间会形成一层结缔组织薄膜，长期负荷下可发生螺钉的松动和移位，所以使用聚甲基丙烯酸甲酯增强只是一种权宜之计。

近年来受到普遍重视的可注射型生物型骨水泥的强度和刚度与松质骨相当，并具有较好的力学相容性，更为重要的是其具有聚甲基丙烯酸甲酯所没有的骨生物活性，能随着新骨长入逐渐被吸收替代[15]。

这种生物型骨水泥包括磷酸钙骨水泥、硫酸钙水泥和生物玻璃等[16-18]，其中以磷酸钙骨水泥和硫酸钙水泥的应用更为普遍，如用于四肢骨质疏松骨折内固定增强和椎体压缩性骨折增强的治疗[19]。

硫酸钙作为人工合成的骨植入材料应用已有超过百年的历史，自然存在的硫酸钙为二水化合物，通过对其加热使二水化合物脱水生成半水化合物，临床上将这些半水化合物与水混合时即可生成固态的二水化合物来修复骨缺损。

直到最近十年，临床上才出现手术级的MIIG TM115及MIIG TM X3。

尤其MIIG TM X3硫酸钙骨水泥的出现改写了硫酸钙力学特性差、低压缩强度及较脆的历史，它不但具有传统硫酸钙的促骨再生能力，而且具有较大抗拉、抗压的力学特征[20]。

因此，这种美国FDA认证的第2代高强度可注射型硫酸钙骨水泥(MIIG TM X3)具有骨质疏松骨折内固定增强的应用可能。

目前，椎弓根螺钉内固定已经成为脊柱外科领域的重要技术之一，椎弓根螺钉钉棒系统可提供即时、坚强内固定效果，为脊柱矫形、植骨融合建立基础。

但术后椎弓根螺钉松动、拔出等并发症在临床
P.O. Box 10002, Shenyang 110180
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上不少见，尤其多见于骨质疏松的患者。

所以在手术过程中通过硫酸钙骨水泥增强椎弓根螺钉可以获得良好的临床效果。

在本实验发现在脱钙处理的骨质疏松椎体内置入椎弓根螺钉，其螺钉的最大拔出力和最大破坏功耗较正常椎体明显下降，给予硫酸钙骨水泥增强后，其最大拔出力和最大破坏功耗与正常相仿，能够获得良好的生物力学稳定性。

但是，本部分生物力学测试中施加于螺钉的外力为单轴拉力。

而骨折内固定器械受力种类往往很多，内固定中的螺钉所受到的外力多为剪切力；且这些作用力常为一定频率的循环外力，所以单纯使用拉力来评估螺钉的稳定性有一定的局限性。

此外，本实验中螺钉增强所应用的硫酸钙骨水泥虽然有较高的强度，但是有一定的脆性，断裂强度相对也较低，因此动态的疲劳性加载或许更能深入了解该骨水泥材料增强螺钉的不足之处。

并且，由于实验动物的解剖特性导致其在受力上与人类有着很大差异，因此这种增强不能完全模拟出实际的骨折增强情况。

因此，有必要进行人体生物力学测试来进一步验证硫酸钙骨水泥的力学增强效果，这些均是今后所要研究的。

致谢：向南通大学骨科力学实验室致谢。

作者贡献：朱爱国和葛勇负责实验设计，实验实施朱爱国，实验评估曹涌，资料收集朱爱国、陈云，朱爱国成文，葛勇、张弛审校，张烽对文章负责。

朱爱国与葛勇对文章及实验的贡献相同，故并列为第一作者。

实验采用盲法评估。

利益冲突：文章及内容不涉及相关利益冲突。

伦理要求：不涉及伦理学内容。

学术术语：硫酸钙骨水泥作为骨植入物材料应用于临床已有相当长的历史；它不但具备骨传导及可吸收的特点；还具有较理想的力学性能，如较好的初始力学强度、耐压及耐疲劳性。

作者声明：文章为原创作品，无抄袭剽窃，无泄密及署名和专利争议，内容及数据真实，文责自负。

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