سیمان استخوانی یک جزء ضروری در بسیاری از جراحی‌های ارتوپدی مانند کایفوپلاستی، ورتبروپلاستی و آرتروپلاستی است. این ماده به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد از جمله مقاومت بالا، تطابق با ساختار استخوانی و توانایی ایجاد ارتباط بیولوژیکی با بافت استخوان، تبدیل به یکی از ابزارهای حیاتی در حوزه پزشکی و جراحی مدرن شده است. در این مقاله، کاربردها و اهمیت سیمان استخوانی و نقش آن در ارتقای کیفیت درمان و بهبودی بیماران مورد بررسی قرار می‌گیرد.

سیمان استخوانی چیست؟

سیمان استخوانی ترکیبی شیمیایی است که در جراحی‌های ارتوپدی با هدف پرکردن شکاف بین ایمپلنت‌ و استخوان و همچنین پر کردن منافذ و شکا‌ف‌های کوچک در استخوان استفاده می‌شود.

سیمان استخوانی از چه موادی ساخته می‌شود؟

سیمان‌های استخوانی از ترکیب یک جزء پودری و یک جزء مایع تشکیل می‌شوند. این دو جزء با نسبت تقریبی ۲:۱ مخلوط می‌شوند تا یک واکنش شیمیایی به نام پلیمریزاسیون آغاز شده و سیمان را تشکیل دهد.

یکی از رایج ترین ترکیبات برای ساخت سیمان استخوانی یک پلیمر اکریلیک به نام پلی متیل متاکریلات (PMMA) است. برای ساخت سیمان استخوانی، نسبت خاصی از پودر PMMA و مونومر مایع مخلوط می‌شود تا قوام لازم ایجاد شود. در واقع هنگامی که این دو جزء با هم مخلوط می‌شوند، واکنش پلیمریزاسیون رخ می‌دهد و باعث می‌شود مخلوط به یک ماده جامد شبیه سیمان تبدیل شود.

• در این فرایند از ماده‌ای به نام هیدروکینون برای جلوگیری از پلیمریزاسیون زودرس استفاده می‌شود.
• همچنین عوامل کنتراست مانند دی اکسید زیرکونیوم (ZrO) یا سولفات باریم (BaSO_۴) برای ایجاد سیمان رادیوپک اضافه می‌شوند. این عوامل باعث مات شدن سیمان می‌شوند و اجازه عبور اشعه ایکس را نمی‌دهند. به این ترتیب موقعیت سیمان از طریق تصویربرداری با اشعه ایکس قابل رهگیری می‌باشد.
• سایر سیمان‌های استخوانی موجود در بازار از جنس کلسیم فسفات و گلس آیونومر هستند.

از سیمان استخوانی در چه جراحی‌هایی استفاده می‌شود؟

در ادامه به رایج‌ترین جراحی‌هایی که در آن‌ها از سیمان استخوانی استفاده می‌شود، اشاره می‌کنیم:

۱-آرتروپلاستی (Arthroplasty)

۲-ورتبروپلاستی (Vertebroplasty)

۳-کایفوپلاستی (Kyphoplasty)

۴-جراحی‌ ترمیمی استخوان

چگونه از سیمان استخوانی در عمل آرتروپلاستی استفاده می‌شود؟

آرتروپلاستی یک روش جراحی است که در آن همه یا بخشی از مفصل طبیعی با یک ایمپلنت جایگزین می‌شود. این جراحی ممکن است روی مفاصل مختلفی از جمله مفاصل ران، زانو، شانه و مچ انجام ‌شود. در این نوع جراحی از سیمان استخوانی برای تثبیت ایمپلنت در جای خود استفاده می‌شود.

در واقع هنگامی که جزء اول و دوم با یکدیگر مخلوط و سیمان تشکیل شد، سیمان روی سطح استخوان یا ایمپلنت اعمال می‌شود و در حالی که هنوز نیمه مایع است، ایمپلنت در محل موردنظر قرار می‌گیرد. با سفت شدن سیمان، پیوند محکمی بین ایمپلنت و استخوان ایجاد می‌شود که اتصال و پایداری سریع را فراهم می‌کند.

نقش سیمان در عمل آرتروپلاستی

در عمل‌های آرتروپلاستی از سیمان استخوانی به عنوان پرکننده فضای بین استخوان و ایمپلنت استفاده می‌شود تا یکپارچگی کافی بین استخوان و ایمپلنت ایجاد شود. البته سیمان استخوانی خاصیت چسبندگی ندارد، اما سبب ایجاد درهم تنیدگی بین سطوح نامنظم استخوان و ایمپلنت می‌شود تا ایمپلنت به خوبی در جای خود فیکس شود.

چگونه از سیمان استخوانی در عمل ورتبروپلاستی استفاده می‌شود؟

در این جراحی‌ که برای درمان شکستگی‌های فشاری مهره‌های ستون فقرات و کاهش درد استفاده می‌شود، سیمان استخوانی به عنوان یک ماده پرکننده و تقویت کننده عمل می‌کند. به این صورت که بیمار به پشت دراز می‌کشد و پس از انجام بی حسی موضعی در ناحیه مدنظر، مسیر دسترسی به مهره شکسته از طریق یک سوراخ کوچک روی پوست ایجاد می‌شود.

در این مرحله به وسیله دستگاه فلوروسکوپ، مهره‌ها تحت تصویر‌برداری با اشعه ایکس قرار می‌گیرند و تروکار با احتیاط وارد بدنه مهره شکسته می‌شود. هنگامی که تروکار در موقعیت مناسب قرار گرفت، سیمان به آرامی به محل شکستگی تزریق می‌شود. زمانی که شکستگی‌ها و فضاهای باز در بدنه مهره‌ پر شد، تروکار خارج می‌شود.

نقش سیمان در عمل ورتبروپلاستی

در عمل ورتبروپلاستی، سیمان استخوانی شکاف‌های داخل استخوان را پر می‌کند تا نوعی قالب داخلی برای تثبیت استخوان مهره ایجاد کند. این کار باعث می‌شود تا کمر درد شما برطرف شود و از آسیب بیشتر به ستون فقرات جلوگیری می‌شود.

چگونه از سیمان استخوانی در عمل کایفوپلاستی استفاده می‌شود؟

کایفوپلاستی روشی مشابه ورتبروپلاستی می‌باشد با این تفاوت که در کایفوپلاستی ابتدا از یک بالون برای ایجاد فضای خالی کافی در بدنه مهره برای تزریق سیمان استفاده می‌شود و سپس سیمان استخوانی به آرامی به مهره تزریق می‌شود.

برای آشنایی بیشتر با روش‌ کایفوپلاستی مقاله کایفوپلاستی چیست و چه آمادگی هایی لازم دارد؟ را مطالعه بفرمایید.

نقش سیمان در عمل کایفوپلاستی

در کایفوپلاستی محل شکستگی به خوبی با سیمان پر شده و ضمن کاهش درد، ارتفاع طبیعی مهره بازیابی می‌شود، نیروهای غیرطبیعی اعمال شده به مهره‌ها کاهش یافته و به این ترتیب خطر شکستگی در آینده کاهش می‌یابد.

نقش سیمان استخوانی در جراحی ترمیمی استخوان

در مواردی که استخوان به دلایل مختلف دچار شکستگی یا حفره شده و به ترمیم نیاز دارد، سیمان استخوانی ممکن است برای تثبیت قطعات استخوانی یا پر کردن فضاهای خالی استفاده شود. همچنین برای پر کردن منافذ و شکاف‌های کوچک در استخوان استفاده می‌شود.

سیمان آنتی بیوتیکی

سیمان آنتی بیوتیکی یک نوع سیمان استخوانی است که به ترکیبات آن آنتی بیوتیک افزوده شده است. این نوع سیمان در جراحی‌هایی که خطر عفونت پس از آن‌ها وجود دارد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. هدف اصلی افزودن آنتی بیوتیک به سیمان استخوانی، کاهش خطر عفونت پس از جراحی است.

البته همه آنتی بیوتیک‌ها برای استفاده در سیمان‌های استخوانی مناسب نیستند. در انتخاب آنتی بیوتیک باید عوامل باکتریولوژیکی و فیزیکی و شیمیایی زیر را در نظر گرفت:

• دارو باید بتواند در برابر دمای بالای واکنش پلیمریزاسیون تشکیل سیمان مقاومت کند.
• باید به صورت پودر در دسترس باشد.
• نباید سبب ایجاد آلرژی شود.
• نباید به طور قابل توجهی یکپارچگی مکانیکی سیمان را به خطر بیندازد.

بر همین اساس آنتی بیوتیک‌هایی از جمله آمینوگلیکوزیدها، سفالوسپورین‌ها، وانکومایسین، ریفامپین، توبرامایسین و غیره برای تهیه سیمان‌های آنتی بیوتیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

استفاده از سیمان آنتی بیوتیکی به عنوان یک ابزار اضافی می‌تواند به افزایش موفقیت جراحی و کاهش خطر عفونت پس از جراحی کمک کند.

مراحل تشکیل سیمان استخوانی

فرآیند پلیمریزاسیون و تشکیل سیمان را می‌توان به چهار فاز مختلف تقسیم کرد:

• اختلاط: فاز اختلاط نشان دهنده زمان صرف شده برای ادغام کامل جزء پودری و مایع است. هنگامی که بخش مایع شروع به حل کردن پودر پلیمری در خود می‌کند، ماده بنزوئیل پراکسید آزاد می‌شود. بنزوئیل پراکسید همان چیزی است که باعث می‌شود فرآیند پلیمریزاسیون سیمان آغاز شود.
• انتظار: در فاز انتظار که معمولاً چند دقیقه طول می‌کشد، سیمان به ویسکوزیته مناسبی برای جابجایی و انتقال می‌رسد (یعنی می‌توان بدون چسبیدن به دستکش آن را جابجا کرد). در شرایط معمولی (یعنی دمای ۲۳-۲۵ درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی ۶۵ درصد)، این زمان ۲-۳ دقیقه پس از شروع اختلاط برای اکثر سیمان‌های استخوانی است.
• کاری: در این مرحله سیمان به محل موردنظر در بدن تزریق می‌شود. این فاز منجر به افزایش ویسکوزیته و تولید گرما از سیمان می‌شود.
• گیرش: فاز گیرش مرحله آخر است که در این مرحله سیمان سخت می‌شود و به طور کامل در جای خود قرار می‌گیرد و دما به اوج خود می‌رسد.

انواع سیمان استخوانی از نظر ویسکوزیته

سیمان استخوانی از نظر ویسکوزیته انواع مختلفی دارد. ویسکوزیته بر ویژگی‌های سیمان از جمله زمان کاری و گیرش و نفوذ آن به داخل استخوان اسفنجی و در نتیجه کیفیت و طول عمر تثبیت به دست آمده تأثیر می‌گذارد.

ویسکوزیته بهینه حالتی است که در آن سیمان باید به اندازه کافی مایع باشد تا بتواند به راحتی به قسمت‌های مختلف بدن تزریق شود و سپس در استخوان اسفنجی نفوذ کند. از سوی دیگر، ویسکوزیته سیمان باید به اندازه کافی بالا باشد تا در برابر فشار خونریزی مقاومت کند و از خطر ورود خون به سیمان جلوگیری شود.

انواع مختلف سیمان استخوان بر اساس ویسکوزیته در زیر توضیح داده شده است:

• سیمان با ویسکوزیته کم: این سیمان‌ها در مقایسه با سیمان‌های با ویسکوزیته متوسط یا زیاد برای مدت زمان بسیار طولانی‌تری در حالت روان باقی می‌مانند. به طور معمول آن‌ها مرحله انتظار طولانی دارند. همچنین زمان کاری که در آن سیمان را می‌توان با دستکش برداشت، معمولاً کوتاه است و زمان گیرش می‌تواند متفاوت باشد.
• سیمان با ویسکوزیته متوسط: این نوع سیمان‌ها می‌توانند برای انواع مختلف جراحی‌ها تطبیق پذیری داشته باشند و استفاده شوند. سیمان‌های با ویسکوزیته متوسط بسته به زمان تحویل سیمان دارای ویسکوزیته کم یا زیاد هستند.
• سیمان با ویسکوزیته بالا: این نوع سیمان‌ها بلافاصله پس از اختلاط، خمیری شده و آماده هستند تا با دست روی سطح ایمپلنت اعمال شوند. زمان کاری برای سیمان‌های با ویسکوزیته بالا باید به دقت کنترل شود.

معایب سیمان استخوانی

در حالی که این سیمان‌ها به طور قابل توجهی درمان‌های ارتوپدی را بهبود بخشیده است، ممکن است محدودیت‌هایی را نیز به همراه داشته باشد که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم:

• سیمان استخوانی ممکن است با گذشت زمان فرسوده یا تخریب شود و تکه‌های سیمان شکسته شده به طور بالقوه مشکلاتی را ایجاد کنند.
• شکستگی تکه‌های سیمان می‌تواند باعث شل شدن مفصل مصنوعی شود که ممکن است نیاز به جراحی مجدد را ایجاد کند.
• همچنین بقایای سیمان می‌تواند بافت نرم اطراف را تحریک کرده و باعث التهاب شود. برای مقابله با این چالش، محققان به طور مداوم به دنبال راه‌هایی برای بهبود طول عمر و دوام سیمان‌های استخوانی هستند.
• در برخی شرایط سیمان استخوانی قبل از خشک شدن، ممکن است به بافت‌های اطراف نفوذ کند. این یک رویداد نادر است، اما در صورت وقوع می‌تواند منجر به عوارض جدی شود و نیاز به مداخله پزشکی فوری داشته باشد.
• در موارد نادر برخی از افراد ممکن است واکنش‌های آلرژیک به اجزای سیمان استخوانی نشان دهند. ارزیابی و غربالگری بیمار می‌تواند به کاهش احتمال بروز عوارض جانبی کمک کند.