XI MĂNG XƯƠNG (BONE CEMENT), NHỮNG TIẾN BỘ HIỆN NAY VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHẪU THUẬT CHỈNH HÌNH
Trần Như Bửu Hoa, Đồng Trọng Tấn, Nguyễn Kế Lạc.
Xi măng xương là một loại vật liệu thiết yếu được ứng dụng ngày càng phổ biến trong y học nhờ vào tính chất cơ lý đặc biệt, giúp bù đắp các khiếm khuyết về xương. Xi măng sinh học là chuỗi các poly methylmetharylate (PMMA) hay gọi tắt là xi măng xương acrylic. Acid acrylic được tạo ra năm 1843 nhưng mãi đến năm 1877 các nhà hóa học người Đức (Fittig và Paul) mới phát hiện ra sự tạo thành chuỗi PMMA ). Và sau đó, Polymethylmethacrylate (PMMA) được nhà hóa học Otto Röhm ngiên cứu đầy đủ vào 1902. Ban đầu được phát triển ứng dụng trong nha khoa, chúng đã được sử dụng thành công trong phẫu thuật tạo hình xương khớp trong hơn 40 năm. Xi măng xương là vật liệu gồm 2 thành phần (thành phần chủ yếu là PMMA/MMA-styren copolymer và MMA dạng lỏng) có khả năng tương thích với mô sinh học. Khi trộn 2 thành phần với nhau sẽ xảy ra quá trình trùng hợp gốc tự do và đông cứng do quá trình polymer hóa (phản ứng tỏa nhiệt)
Đến năm 1936, công ty Kulzer (1936) đã phát hiện ra rằng thứ bột này có thể được sản xuất bằng cách trộn bột polymethylmethacrylate (PMMA) và một monome lỏng. Nó tạo cứng lại khi thêm benzoyl peroxide (BPO). Việc sử dụng lâm sàng đầu tiên của các hỗn hợp PMMA này là để đóng các khuyết tật hộp sọ ở vào năm 1938.
Năm 1958, John Charley – phẫu thuật viên người Anh đã ứng dụng xi măng xương đầu tiên để thực hiện ca phẫu thuật thay khớp háng toàn phần có xi măng đầu tiên trên thế giới. ngày nay, chất liệu này đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực chấn thương chỉnh hình trong các kỹ thuật sau.
ỨNG DỤNG BONE CEMENT TRONG CHẤN THƯƠNG CHỈNH HÌNH
Phẫu thuật thay khớp nhân tạo
Xi măng xương giúp gắn kết các cấu trúc kim loại của khớp nhân tạo dính chặt vào xương. Trong thay lại khớp, xi măng còn giữ thêm vai trò lấp các khoảng trống do khuyết xương.Hiện nay có nhiều loại xi măng đơn thuần hay được trộn thêm các loại kháng sinh như vancomycin, tobramycine…. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh loại xi măng này giúp duy trì nồng độ cao kháng sinh tại chỗ và khuếch tán kháng sinh ra các mô xung quanh giúp giảm thiểu nguy cơ nhiễm khuẩn sau mổ.
Phẫu thuật tạo hình thân đốt sống
Xẹp thân đốt sống là một trong những biến chứng thường gặp do loãng xương sau chấn thương hoặc do các tổn thương bệnh lý khác (U máu thân đốt, tổn thương thứ phát do di căn…) trên nền bệnh nhân loãng xương, gây đau lưng nhiều cho bệnh nhân và ảnh hưởng tới chất lượng cuộc sống của người bệnh.
Phẫu thuật bơm xi măng xương qua da tạo hình thân đốt sống được tiến hành lần đầu tiên tại Pháp do giáo sư Deramond vào năm 1984. Đây là một phẫu thuật ít xâm lấn, Xi măng được bơm vào thân đốt sống qua kim chuyên dụng với mục đích giảm đau, làm chắc thân đốt bị loãng xương hay do chấn thương, tăng độ vững cho cột sống. Bơm cement trong xẹp đốt sống giúp giảm đau 1 phần, đặc biệt trong những trường hợp không phẫu thuật đuọc.
HỖ TRỢ ĐIỀU TRỊ NHIỄM TRÙNG XƯƠNG KHỚP NẶNG.
Nhiễm khuẩn xương, viêm xương là một trong những biến chứng nghiêm trọng sau phẫu thuật cấy ghép vật liệu thay thế trong ngành chấn thương chỉnh hình, để điều trị những nhiễm trùng có kết xương hay thay khớp. Đa số phải loại bỏ implant trên vì đây là nơi vi khuẩn phát triển, bảo vệ chúng khỏi hệ miễn dịch cũng như thuốc kháng sinh. Polymethylmethacrylate vẫn là một trong những vật liệu bền bỉ nhất trong phẫu thuật chỉnh hình. Hoạt động của xi măng xương chứa kháng sinh đã đóng vai trò hữu hiệu trong điều trị các biến chứng nhiễm trùng trên và đang được tiếp tục nghiên cứu.
Xi măng xương có pha trộn kháng sinh (vancomycin, cefuroxime, tobramycine, gentamycine…) đã được áp dụng thành công trong điều trị những nhiễm trùng năng xương khớp như:
– Nhiễm khuẩn sau phẫu thuật kết hợp xương: Nhiều tác giả đã sử dụng xi măng kháng sinh che phủ toàn bộ dụng cụ kết hợp xương. Phương pháp trên đã cho kết quả trong đa số các trường hợp không phải lấy bỏ dụng cụ cấy ghép.
– Trám lấp khoang trống do khuyết xương sau đục xương viêm, nạo nang xương
– Trám xi măng vào đường hầm mâm chày, đùi sau mổ nội soi dây chằng bị nhiễm trùng viêm xương khớp.
– Trám xi măng vào ổ khuyết xương sau nạo u tế bào khổng lồ
– Điều trị nhiễm khuẩn khớp nhân tạo sau tháo bỏ: Tạo khuôn các dụng cụ khớp nhân tạo bằng xi măng kháng sinh (antibiotic cement spacer) nhằm mục đích trám lấp khoang trống, điều trị kháng sinh tại chỗ tạo thuận lợi cho phẫu thuật thay lại khớp nhân tạo khi tình trạng nhiễm khuẩn ổn định. Nhờ có xi măng kháng sinh mà nhiều bệnh lý phức tạp được điều trị ổn định, thậm chí khỏi hẳn, đem chất lượng sống tốt hơn cho người bệnh.
CÁC TIẾN BỘ HIỆN NAY NAY CỦA XI MĂNG XƯƠNG.
Các sản phẩm cấy ghép trong chấn thương chỉnh hình hiện đang phát triển rất nhanh chóng. Ngoài ra, phẫu thuật chỉnh hình đang trên đường hướng tới phẫu thuật xâm lấn tối thiểu và độ chính xác cao, tăng tỉ lệ các kĩ thuật thực hiện trong ngày để bệnh nhân không phải nằm viện. Ngày nay, các phương pháp điều trị chính xác chiếm vị trí hàng đầu khi đánh giá chất lượng chăm sóc y tế, nên ngày càng nhiều các công cụ và kỹ thuật chỉnh hình mới được áp dụng.
Xi măng xương bản chất là polymethyl methacrylate (PMMA), được sử dụng rộng rãi do thuộc tính tự trùng hợp và ít dính. Ban đầu được phát triển cho các ứng dụng nha khoa, sau đó áp dụng để cố định khớp. Tuy nhiên phản ứng trùng hợp của metyl metacrat tỏa nhiệt cao có thể dẫn đến hoại tử tế bào ở mô xung quanh. Nhiều tiến bộ đã được thực hiện trong mô hình hóa thất bại trong thay khớp do “gẫy mỏi” của xi măng khi dùng nhiều xi măng và cách thức làm việc của xi măng với vật liệu cấy ghép và xương. Tuy nhiên, xi măng còn vài phạm vi để cải thiện.
Canxi polyphosphate (CPP) nổi lên như một loại gốm sinh học mới để sửa chữa xương, hiện tiếp tục thu nghiên cứu. Nhiều chất phụ gia đang tiếp tục được thử nghiệm để cải thiện các đặc tính sinh học của xi măng xương, đồng thời hỗ trợ tự phục hồi, cải thiện khả năng chống nhiễm trùng và tăng điều hòa chuyển hóa xương. Một nghiên cứu gần đây cho thấy xi măng sinh học tổng hợp có nhiều ưu điểm hơn với xi măng xương truyền thống. Trước đây xi măng xương là PAMA được thêm canxi thấy ít gây ra hiện tượng “stress shielding” (hiện tượng khi lực không truyền lên xương chỗ nào sẽ làm tiêu xương chỗ đó), do đó sẽ làm tăng tuổi thọ khớp. Các nghiên cứu khác chỉ ra rằng khi thêm chất ACPP (strontium-doped calcium phosphate) vào PMMA sẽ có tính tương thích sinh học cao hơn và tuổi thọ khớp lâu hơn.
Thế hệ đầu tiên của kỹ thuật xi măng là trộn xi măng bằng tay trong bát, đây là quá trình thô sơ do đó kết quả xa không tốt theo tiêu chuẩn hiện tại. Những cải tiến đáng kể được thực hiện từ thế hệ thứ nhất trộn tay đến ly tâm chân không. Ngày nay, ngày càng hiểu biết tính chất của xi măng, tác động của khâu chuẩn bị xương, giao diện xương-xi măng, độ nhớt của xi măng, bề dày của xi măng và tuổi thọ của khớp. Thế hệ thứ 4 ra đời khi cải tiến thế hệ thứ 3 (thế hệ 3 gồm pha chân không, chuẩn bị xương tốt, chặn ống tủy, dùng súng xi măng) qua việc định vị đầu gần và đầu xa chuôi khớp ở trung tâm lớp xi măng. Các nghiên cứu cho thấy khi 2 đầu của chuôi khớp đặt trung tâm lớp xi măng sẽ cải thiện khả năng đâm xuyên xi măng, tăng gắn kết, tăng khả năng chịu lực xé khi dùng xi măng có độ nhớt thấp.
Xi măng trong các kĩ thuật xâm lấn tối thiểu
Cá thể hóa, tối ưu hóa điều trị là xu hướng hiện nay trong y học, và theo đó là nhiều công nghệ mới xuất hiện trong nền kinh tế y tế hiện đại. Bệnh nhân ngày nay mong muốn kỹ thuật phẫu thuật ít xâm lấn để có kết quả tốt và hồi phục nhanh. Do đó, người ta chú ý nhiều hơn đến việc phát triển một thế hệ “xi măng tiêm” không chỉ có hoạt tính sinh học và có đặc tính cơ học tuyệt vời, mà còn phù hợp với các kỹ thuật phẫu thuật mới. Ví dụ như bơm xi măng sinh học vào đốt sống bị xẹp qua ”xi măng tiêm” là một kĩ thuật ít xâm lấn được dùng hiện nay. Xi măng sẽ được tiêm vào thân đốt sống với với áp lực kiểm soát tốt để tránh rò xi măng. Nếu xẹp nặng thì sẽ dùng bóng để tạo khoang và nâng chiều cao thân đốt sống trước sau đó bơm xi măng vào khoảng trống, từ đó đạt được hiệu quả khôi phục giải phẫu xương và an toàn phẫu thuật tránh rò xi măng.
Mức độ liên kết của xi măng xương ảnh hưởng đáng kể bởi tính chất “lưu biến”. Thâm nhập tối ưu của xi măng vào cấu trúc xương xốp sẽ tăng khả năng chịu lực của xương. Trong khi ngày càng nhiều nghiên cứu tiếp tục tập trung vào các chất phụ gia hạt nano và tăng cường gắn kết xi măng xương,
Như vây có thể nói, xi măng xương là một điểm nhấn trong cuộc cách mạng y học hiện nay. Ngày nay xi măng xương càng tiếp tục được nhiều cải tiến tốt hơn nữa, bền bỉ phục vụ cho sự phát triển nền y học , đặc biệt trong lĩnh vực chấn thương chỉnh hình, nhờ có xi măng xương mà nhiều bệnh lý phức tạp được điều trị ổn định, thậm chí khỏi hẳn, mang lại chất lượng sống tốt hơn cho người bệnh.
Lược dịch và tổng hợp
Tài liệu tham khảo:
- Breusch SJ (2001) Cementing technique in total hip replacement: Factors influencing survival of femoral components. In: Walenkamp GHIM, Murray DW (eds) Bone cements and cementing technique. Springer, Berlin Heidelberg New York Tokyo.
- Charnley J (1960) Anchorage of the femoral head prostheses of the shaft of the femur. J Bone Joint Surg 42 Br: 28–30 .
- Charnley J (1970) Acrylic cement in orthopaedic surgery. Williams and Wilkins, Baltimore.
- Crout DMG, Corkill JA, James ML, Ling RSM (1979) Methylmethacrylate metabolism in man. Clin Orthop Rel Res 141: 90–95.
- Ege W, Kühn KD, Tuchscherer C, Maurer H (1998) Physical and chemical properties of bone cements. In: Walenkamp GHIM (ed) Biomaterials in surgery. Georg Thieme, Stuttgart .
- Judet J, Judet R (1956) The use of an artificial femoral head for arthroplasty of the hip joint. J Bone Surg 32 B: 166 .
- Kleinschmitt O (1941) Plexiglas zur Deckung von Schädellücken. Chirurg 13: 273 8. Kühn KD (2000) Bone cements. Springer, Berlin Heidelberg New York Tokyo 9. Kühn KD (2001) Handling properties of polymethacrylate bone cements. In: Walenkamp GHIM, Murray DW (eds) Bone cements and cementing technique. Springer, Berlin Heidelberg New York Tokyo.
