抗生素骨水泥的理化特性

骨水泥的堆积特性受到聚合物基质中包含的空气的影响，空气也可以自基质中逃逸。空气可以来源于聚合物粉末周围的气泡，在液体加入粉末中时、搅拌和转移到骨水泥枪时都可能含有空气。小的空隙在单体沸腾时出现。这些大的和小的空隙联合在一起形成了最终的聚合物基质孔隙率，这对于骨水泥的强度特性非常重要。理想的骨水泥应当有完全的聚合基质，没有任何空隙承受更高的应力。混合时采用真空搅拌可以减少孔隙率，孔隙率也受到骨水泥的黏度影响。黏度可以受聚合物和共聚物的相对数量的影响。高黏度的骨水泥（如Palacos）比低黏度的骨水泥（如CMW3）有更高的孔隙率，因为气泡自聚合物基质的逃逸更加困难。为克服这个问题，建议作单体的预冷，这样可以使化学反应的过程减缓并减少单体的蒸发，从而使操作特性更好并减少含有的空气。但一定的孔隙率对于抗生素骨水泥是必要的，这有利于抗生素的释放。

抗生素整合在骨水泥中在一定的范围内能够释放是普遍被接受的，但这些药物的释放机制仍然存在争议。抗生素从骨水泥中释放是一个复杂的过程；重要的影响因素包括抗生素的类型，骨水泥的类型，混合的条件。许多观察认为抗生素的释放是一种表面现象，而混合在骨水泥中的药物释放只占到总量的5%～18%，但抗生素的释放受到样品几何形态，温度，pH，检测方式等的影响。现在认为骨水泥中抗生素的释放并非仅为表面现象，弥散的模式主要受骨水泥内空隙和连接通道的影响，通过这些通道液体渗入溶解抗生素缓慢向外界释放。抗生素从骨水泥的表面和裂缝空隙中释放，最初的几小时内，骨水泥中抗生素的释放主要是表面现象，以后数天的持续释放是总体的弥散现象。而大部分抗生素的释放都发生在9周内，在以后可能存在连续长期的低剂量抗生素从逐渐产生的裂缝中释放骨水泥中抗生素释放的量是有限的。

抗生素从骨水泥中释放主要是表面弥散的过程。骨水泥的吸水性是决定抗生素释放的关键。因为在骨水泥表面，将抗生素溶解、弥散均需要水的参与。一般而言，聚甲基丙烯酸甲酯的聚合物特性使生理液体能进入其中，洗提整合的抗生素，但相对疏水性的骨水泥仅能有效洗提10%的抗生素，不容易释出。多肽性的抗生素（万古霉素）也比非多肽性的抗生素（庆大霉素）有更长的释放期。抗生素的分子量也是影响因素，分子量越大释放越少。

如果术中自行添加抗生素，应尽可能混合得均匀一些。如果是液体则先混入液态骨水泥的组分中，如果抗生素是粉剂则固态组分中。然后再混合骨水泥的固态和液态组分使其发生聚合反应。

抗生素的释放通常都遵循这样的规律：通常开始时是极高浓度的释放，但几天之内有明显的下降，而低水平的抗生素释放可以持续很长的时间。但这种长时间的低浓度抗生素释放如果低于抗生素的最小抑菌浓度，则可能导致耐药菌株的形成。

虽然普通骨水泥固化后的吸水率仅在1%左右，但不同品牌的骨水泥之间存在差异。如高黏度Palacos骨水泥比低黏度的骨水泥CMW3有更高的孔隙率，因此其吸水性和药物的释放都要比后者明显。除了品牌，其混合方法也会对抗生素的释放产生影响。使用真空搅拌可以明确减少骨水泥固化后的空隙，从而增加机械强度，但也会抑制抗生素从固化物中释放出来。如果增加骨水泥的空隙率，机械强度会下降，但骨水泥的表面积增加，抗生素的释放增加。

在骨水泥中添加抗生素会降低骨水泥的机械强度，添加的量越多，强度下降越明显。商品化的预防用抗生素骨水泥，较未添加抗生素的骨水泥可能有轻微的强度下降，但一般不具有统计学意义，同时其静态压力实验不发生碎裂的所能承受的最大压力的最低标准70MPa，因此可以用于预防性的假体固定。自行混合的抗生素骨水泥，往往用于治疗感染而作成间隔物或链珠，使用的抗生素剂量较大，固化后可以看到有较多气泡，机械强度也较低，不适宜用于假体的固定（图12-7）。