低强度超声对骨愈合和骨融合的影响.doc

DOC格式论文，方便您的复制修改删减低强度超声对骨愈合和骨融合的影响（作者:_单位: _邮编: _） 【关键词】 超声超声是以声波形式通过生物组织传递，作为一种临床诊断手段已被人们广泛接受，且技术已经较为成熟。自从1952年意大利Corradic发现持续低强度超声(Low Intensity Ultrasound,LIUS)治疗兔桡骨骨折可促进骨痂的形成后，国际上对LIUS在促进骨愈合骨融合方面的研究在持续进行中，且取得新进展，作者综述如下。1 理论研究 超声作为一种物理能量形式，在穿透组织而达到靶目标骨组织，从而能作用于骨组织，而对其余软组织的影响甚小，骨组织密度远高于肌肉和内脏，而这种密度的差异是使超声作用于骨断端的条件1。目前公认的超声作用机制为：机械效应，温热效应和理化效应。按照Wolff定律，骨组织按照其所受应力塑型，超声为机体组织吸收后可产生机械震荡效应，微细的按摩效应，相当于局部参予一个力的刺激作用。而机械能被吸收后又可转化为热能，即使温度改变是微小的（1），但某些酶（如胶原酶）对温度的改变却十分敏感，因此可以通过增加酶的活性来影响细胞的代谢活动,而且局部温度的升高可刺激新生骨组织的生成2。Rawool等3在对狗的前肢尺骨截骨模型中观察到，在经过10d的超声治疗后局部的血供不但在治疗期、甚至治疗后很长一段时间内都有明显增加，而局部血供的增加，可以改善局部的血液灌流，有利于营养物质、生长因子和细胞向骨折部位转运和代谢产物的清除，亦可有效促进骨折愈合。 在细胞学水平，经LIUS作用促进骨折愈合的确切机制尚不完全清楚，但据报道可以产生以下改变：改变细胞膜的通透性，引起鼠细胞膜钾离子内、外流比例的变化；促进钙离子和软骨、骨细胞的结合，从而使第二信使的活性增高，加速骨胶原的合成和钙化4；刺激软骨细胞中聚居基因（aggrecan gene）的表达5，该基因在骨和软骨糖蛋白的形成中起关键作用，在软骨内钙化过程中,大分子的硫酸软骨素与透明质酸盐、核心蛋白聚糖和二聚糖发生聚合,形成型胶原重要的蛋白聚糖支架结构，此基因表达的增强与组织结构强度的增加有直接的相关性 ；还可以作用于骨小梁磷酸钙支架上的前成骨细胞上6；通过作用于碱性磷酸酶和MMP-13mRNA促进软骨内骨化进而促进骨不连及新鲜骨折的愈合7，且目前公认的LIUS促进骨折愈合的作用机制与一些生长因子有关系，并且证实能促进人骨母细胞和纤维母细胞IGF、碱性成纤维细胞生长因子BFGF和血管内皮生长因子VEGF8 等基因的表达。2 实验研究2.1 对四肢骨组织的研究继意大利学者之后，Duarte9首先报道了在实验兔模型中证实的超声在促进骨生长的作用。同年 Dyson和Brookes10报道了超声对大鼠双侧腓骨骨折模型的加速愈合和改良作用。所有Wistar鼠被制成双侧腓骨完全横断骨折模型，行放射学和组织学对照比较分析，发现在骨折后前2周，即早期炎性期，接受超声治疗最为有效。 Pilla对139只雄性实验兔的腓骨骨折模型在实验中进行评估，每只实验动物双侧都制成骨折模型，一侧作为对照，另一侧每天接受20min超声作用，双侧均按接超声治疗仪，但对照侧不产生超声波。实验动物分别在1428d之间作解剖检测，从组织切片可见最大的能量增长40%85%在术后1423d，但在术后的28d，并无明显骨质愈合增长被观察到。1728d后，所有经过超声处理的骨模型与正常骨组织无异常。而对照组直至28d也未能达到正常标准，此实验表明，接受超声作用后，在骨愈合的生物力学方面可以被加速1.7倍，这是新鲜骨折被加速愈合的研究。 1994年 Wang研究了LIUS在22只雄性long evans鼠双侧股骨干闭合性骨折，且行髓内针固定。在16只动物中，超声被应用于一侧肢体，在术后14d中。同样对照侧接受模拟处理，其它6只骨折鼠和6只无骨折鼠接受模拟处理，骨折愈合情况在术后21d接受放射学、力学测试和组织学评估。16只实验动物中的5只，在接受放射学检查，结果发现骨折线已消失，而对照组却未观察到这一变化。而平均最大扭距实验组高于对照组22%，实验组骨愈合强度高于对照组，但差异有显著性的却只有1.5MHz组。模拟处理对愈合无影响。这项研究表明在严格把握的实验中，术后21d，接受0.51.5MHz可以加速骨折愈合过程，并且可以得到放射学、组织学和生物力学测定。此实验在Dyson的基础上进一步说明在骨折后金属内固定期间，超声亦能加速骨折的愈合。Mizrahi N8等通过用1.5 MHz LIUS对牛的大动脉血管内皮生长因子2-D,3-D培养细胞照射刺激发现血管内皮生长因子在增值率、移行、萌芽、FLK-1表达上有显著性改变。 Gebauer证明超声处理实验动物骨折可使骨结构完整性恢复的时间缩短50%，同时可促进恢复骨的强度与刚度，但不清楚这些作用是因为增加了骨化还是增加了骨痂量，其后在Mayer等对实验羊跖骨骨折模型所进行的研究中发现超声可以增加骨痂硬化。Shimazakl对实验兔双侧胫骨骨延长模型的研究中发现超声可以促进骨痂的形成。Takikawa研究了大鼠闭合股骨干骨折，证明超声治疗组骨折处最大抗扭力较对照组有显著增高。Azuma等通过LIUS处理不同骨折时间的实验兔股骨骨折模型后发现超声对不同时间段的骨折愈合均起明显的促进作用。Heybeli在2002年报道在对32只股骨干截骨术后大鼠的研究中，分别在不同时期用于诊断的强度超声波治疗，仍证实了超声对骨折愈合有明显促进作用，表明LIUS对多种动物，多个部位骨组织，不同时间段的骨折愈合过程均可起到明显的促进作用。2.2 对脊柱的研究 LIUS对骨折愈合的促进作用使人们很容易联想到对脊柱骨性融合的作用；对于脊柱外科来说，由于内固定金属的疲劳，会产生松动乃至断裂，所以内固定只是暂时的，而坚强的骨性融合才是解决治疗的根本途径。后路脊椎的融合是常见的一种恢复脊柱稳定性的方法，融合后稳定的力学性能可以改变由于脊柱退行性变或不稳定而引起的症状。因脊柱融合失败而导致的假关节形成可以产生许多不良的合并症，如疼痛，进行性驼背等各种畸形，融合失败的原因包括很多因素，如内固定是否使用合理、融合节段产生剪力或应力集中、植骨方式和技术是否正确、手术的微创技术操作，机体内分泌改变等。所以在现代脊柱外科领域，如何提高融合的成功率和融合质量以及缩短融合时间已经引起学者的重视。Glazer11在实验中使用28只新西兰白兔，随机分成两组，全部接受取自体髂骨的腰椎后外侧植骨融合术，其中1组接受超声治疗，另1组对照，6周后处死实验动物，每个组分别取12只做生物力学检测，另2只做组织学检查，结果发现假关节形成率从35%降至7%，而融合的成功率则从65%上升至93%，且观察到融合后的强度也有明显增高。据此证实应用LIUS可提高家兔脊柱的融合率及融合强度，同时提出超声不但对四肢骨组织，对脊柱同样有确切的作用。此动物模型和人类的情况十分类似，包括手术操作和失败比例（5%40%）。以上实验证明，LIUS对提高实验动物脊柱融合的成功率，增加脊柱融合强度，缩短融合所需要的时间方面的效果也是确切的。3 临床应用 最先在临床上使用超声来促进骨折愈合的是Xavier，其用超声治疗26例骨不连患者，18例获得愈合。1994年Heckman12对67例闭合或者1开放性胫骨骨折患者进行了随机、双盲、安慰剂对照研究，发现治疗组较对照组临床愈合时间缩短了24%治疗组平均为(866)d，对照组为(11410)d，P0.01，骨性愈合时间缩短了38%治疗组平均为(9649)d，对照组为(15414)d，P0.0001。Cook等在Heckman的基础上进一步研究发现在治疗组中骨折延迟愈合的比例占6%，而在对照组中占36%；说明低强度的超声治疗既可以加快骨折愈合的过程，也可以提高骨折愈合的成功率。Kristiansen在一次多中心研究中，对61例Colles骨折患者进行了多中心的随机双盲对照研究，发现LIUS治疗组的平均愈合时间较对照组缩短了38%治疗组平均为（613）d，而对照组为（985d），P0.0001，且治疗组的愈合情况在骨折愈合的每一个时期均快于对照组。 超声不仅对促进新鲜骨折的愈合有可靠的效果，还可以促进延迟愈合和不愈合患者的恢复。Duarte2用LIUS对385例骨折不愈合患者治疗了14个月，最终有85%的患者获得了愈合。Mayer13等研究了29例延迟愈合（平均骨折时间4.5个月）或骨不连(平均骨折时间35个月)的患者,给予低强度脉冲超声治疗，约 100d后愈合率分别达到了 88%和 93%。Gebauer等通过临床实验并作对照研究以评价LIUS对骨不连的影响。在67例符合严格诊断标准的骨不连患者中,骨折后的时间8个月16年;距末次手术时间最短为4个月。治疗组应用LIUS,治疗时间平均为6个月。结果67例中有85%(57/67例)愈合,此治愈率与以前采用的其它疗法为0%的治愈率相比差异有显著性(P0.001)。以上结果为骨延迟愈合或不愈合的治疗提供了一种新的方法，既可以获得骨折的愈合，又避免了因为手术所带来的风险和并发症。目前公认14，15的超声治疗的参数：强度30mW/cm2、工作频率1.5MHz、脉冲宽度200s和重复频率1kHz,1次/d,20min/次是促进骨折愈合最佳超声参数。 由于骨折愈合和脊柱融合在机制和过程上十分相似，所以人们期待LIUS在促进脊柱融合方面的临床潜力，但实际临床方面，对脊柱融合的治疗尚未见报道，这可能是临床上采用脊柱后柱融合较少，更多的是采用前中柱的椎体间融合，这使得LIUS较难达到愈合部位，所以这方面研究是一个新的课题。【参考文献】 1 Hadjiargyron M,McLeod K,Ryabyt JP,et al.Enhancement of fracture healing by low intensity ultrasound.Clin Orthoped,1998,355:216229. 2 Yasuda I.Electrical callus and callus formation by electret.Clin Orthop，1977,124:58. 3 Rawool D,Goldberg B,Forsberg F,et al.Power Doppler assessment of vascular changes during fracture treatment with low intensity ultrasound.Trans Radiol Soc North Am,1997,83(4):421429. 4 Ryaby JT,Bacher EJ,Bendo JA,et al.Low intensity pulsed ultrasound increased calcium incorporation in both differentiating cartilage and bone cell cultures. 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