Xi măng sinh học – ứng dụng trong chấn thương chỉnh hình

Bs Phạm Thế Hiển

Ngày nay các kĩ thuật tạo hình, tái tạo trong chấn thương chỉnh hình đã phát triển ứng dụng một bước dài dẫn đến nhu cầu về phục hồi khả năng vận động ngày càng cao. Các biến dạng về xương như gù, xẹp đốt sống hay các loại gãy xương như gãy cổ xương đùi, viêm, nhiễm trùng xương gây mất xương, u xương, thay khớp nhân tạo được thực hiện nhiều nơi trên thế giới, và Việt Nam đã thừa hưởng và ứng dụng các kĩ thuật này. Xi măng sinh học giữ vai trò quan trọng trong tạo hình, kết dính giữa các dụng cụ nhân tạo với xương hay vai trò lấp khỏang xương thiếu hụt trong các tổn thương mất xương. Bài viết này cung cấp các đặc tính của xi măng sinh học – một vật liệu quan trọng trong phẫu thuật tạo hình, tái tạo.

Lịch sử hình thành xi măng sinh học

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 cách tạo thành chuỗi PMMA. Trong suốt chiến tranh thế giới thứ 2, PMMA được ứng dụng trong thương mại để tạo thành các loại gương an toàn như kính ngắm trong tàu ngầm, kính chắn gió xe hơi, kính vòm máy bay vì độ bền, tính trong suốt và tránh được tia UV. PMMA được sử dụng đầu tiên trong nha khoa từ thập niên 1920. Sau hơn 2 thập niên, (1940), PMMA được ứng dụng trong chấn thương chỉnh hình đầu tiên trong việc tạo hình khớp háng bán phần. PMMA trở nên phổ biến hơn trong giới bác sĩ chỉnh hình bắt đầu từ sự kiện John Chamley sử dụng trong nha khoa, trong gắn kết giữa chỏm xương đùi nhân tạo vào xương đùi trong thay khớp háng toàn phần. Từ năm 1966, xi măng PMMA đã được thương mại hóa trong phẫu thuật thay khớp.

Ngoài xi măng PMMA còn có xi măng calcium sulfate với hơn 100 năm sử dụng và calcium phosphate được phát triển thêm từ năm 1980.

Ngày nay với sự cải thiện về mặt cấu tạo và độ tiện lợi khi sử dụng trong Y khoa, xi măng được trình bày thành 2 phần: phần bột và phần dung dịch. Phần bột chưa chất tiền PMMA, chất cản quang (barium sulfate hay zirconium dioxide) và các chất dẫn đầu cho sự polymere hóa (dibenzoyl peroxide). Phần dung dịch chứa các chất xúc tác (MMA monomer, N,N -dimethyl-p -toluidine ) và các chất hạn chế polymere hóa quá sớm (hydroquinone). Với dạng trình bày này, Xi măng có thể được sử dụng ngay trên bàn mổ với các giai đoạn sử dụng như sau: trộn túi bột và túi dung dịch, dùng que đánh đều, đưa xi măng vào vị trí, đợi xi măng cứng.

(dạng trình bày của xi măng trong y khoa: dung dịch pha và bột khô)

 Chỉ định dùng xi măng trong chấn thương chỉnh hình:

1. Thay khớp nhân tạo

Xi măng giữ vai trò gắn kết trong thay khớp nhân tạo: thay khớp gối, thay khớp khuỷu tay, khớp vai, khớp cổ chân, khớp háng. Xi măng PMMA giúp gắn kết các cấu tạo kim loại của khớp nhân tạo dính chặt vào xương.

 (hình minh họa xi măng gắn kết trong thay khớp gối toàn phần – mũi tên)

Sau một thời gian sử dụng trung bình từ 10 – 15 năm, khớp nhân tạo bị mòn hay bị lỏng phần liên kết với xương nên buốc phải thay lại. Lúc này xi măng sinh học ngoài vai trò gắn kết còn giữ thêm chức năng lấp các khỏang trống thiếu xương. Với dạng lỏng và cứng dần, PMMA còn được sử dụng để hàn khớp tạm thời, đổ khuôn các dụng cụ khớp nhân tạo tạm thời trong lúc khớp nhân tạo bị nhiễm trùng phải gỡ bỏ.

(khớp háng nhân tạo tạm thời bằng xi măng)

 (hình minh họa xi măng trong hàn khớp tạm thời sau nhiễm trùng khớp gối nhân tạo)

.

2. Điều trị viêm xương – mất xương do nhiễm trùng

Xi măng sinh học có thể được trộn thêm các loại kháng sinh Gentamicin, Tobramycin, Vancomycin hay Cephalosporins giúp giảm thiểu nguy cơ nhiễm trùng lan tỏa vào xương hay từ xương trú ngụ quanh dụng cụ nhân tạo. Với dạng thêm kháng sinh này, PMMA còn sử dụng trong trường hợp viêm xương, mất xương để lấp khoảng trống thiếu xương và điều trị kháng sinh tại chỗ. Do vậy ứng dụng trong điều trị viêm xương giúp đưa kháng sinh phóng thích chậm trực tiếp vào nơi xương bị nhiễm trùng, hiệu quả điều trị cao, hạn chế tác dụng phụ khi dùng kháng sinh đường toàn thân.

(hình minh họa xi măng lấp các khoảng thiếu hụt xương)

 (hình minh họa xi măng trong kháng sinh trong điều trị mất xương do viêm xương)

3. Tạo hình đốt sống

Vai trò của PMMA còn được biết đến phổ biến trong tạo hình đốt sống hay các biến dạng gù cột sống. Quá trình chấn thương cột sống gây gãy một phần đốt sống hay bệnh loãng xương âm thầm làm xẹp đốt sống khiến cho cột sống mất vững và gây biến dạng. Lúc này xi măng được dùng để cố định hay tạo hình lại đốt sống giúp cân bằng trạng thái vững vàng đốt sống và phục hồi phần nào biến dạng đốt sống. Có rât nhiều nghiên cứu lâm sàng cho thấy sự cải thiện về độ vững và giảm đau rất hiệu quả trong điều trị tổn thương đốt sống do loãng xương bằng xi măng.

(hình minh họa tạo hình đốt sống)

Tác dụng phụ

Cũng giống như các vật liệu nhân tạo khác, PMMA cũng có thể gây dị ứng với những người mẫn cảm với biểu hiện kích thích da hay khởi phát cơn hen suyễn. Ngoài ra do xi măng tỏa nhiệt trong quá trình đông cứng hay do sự xâm nhập của phân tử MMA vào máu có thể dẫn đến sự ngộ độc MMA với biểu hiện của hạ huyết áp hay tụt oxy trong máu. Tử vong do nhồi máu phổi do thuyên tắc PMMA đã có ghi nhận. Các biến chứng này không nhiều nhưng thỉnh thoảng vẫn được lưu ý trong y văn nhưng không vì nó mà vai trò của PMMA trong y học bị che lấp.