低强度脉冲声波促进骨折愈合的研究进展
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低强度脉冲超声波在牵张成骨中对新生骨形成的实验研究于乃超;任志勇;宋君;王辉;魏长月【摘要】Objective To discuss if the low intensity pulsed ultrasound has pomotion effect on bone distraction in the formation of new bone. Methods 60 chinese healthy adult rabbits randomly divided into 2 groups, each group had equipment 30: ultrasonic treatment group was treated by ultrasound therapeutic for 4 weeks after osteotomy lengthening, blank control group didn't be proced. Results on the 28th, 56th, 84th day after fixation. The outcome of X-ray, H-E staining index in experimental group were better than in control group on the 84th day each index of bone density and bildynamics in experimental group was better than Control group. Conclusion The low intensity pulsed ultrasound can significantly improve the osteogenesis quality of rabbit tibia in bone distraction.%目的探讨低强度脉冲超声波在牵张成骨中对新生骨形成是否有促进作用.方法健康成年中国家兔60只,随机分为两组,每组30只.实验组在截骨延长完成后使用超声骨折治疗仪治疗4周,对照组不予干预.结果固定期第28天、第56天、第84天:X线结果、HE染色指标实验组>对照组.固定期84天:骨密度及生物力学各项指标实验组>对照组.结论实验证实低强度脉冲超声波能够显著提高兔胫骨牵张成骨新骨形成质量.【期刊名称】《实用手外科杂志》【年(卷),期】2017(031)002【总页数】4页(P236-239)【关键词】低强度脉冲超声;骨牵张;新生骨形成【作者】于乃超;任志勇;宋君;王辉;魏长月【作者单位】阳光融和医院骨科, 山东潍坊 261000;阳光融和医院骨科, 山东潍坊 261000;阳光融和医院骨科, 山东潍坊 261000;中国人民解放军第89医院全军创伤骨科研究所创伤骨科, 山东潍坊 261021;中国人民解放军第89医院全军创伤骨科研究所创伤骨科, 山东潍坊 261021【正文语种】中文Ilizarov外固定架由前苏联医学专家Gavriil Ilizarov于1952年在西伯利亚库尔干设计[1],该技术可用于解决骨折延迟愈合、骨矫形康复、肢体短缩等多个方面的难题。
低强度脉冲超声波促进骨折愈合的研究进展李燕如张长杰审校中南大学湘雅二医院康复科摘要低强度脉冲超声波(low-intensity pulsed ultrasound LIUS)在骨折修复过程中是一种生物物理形式的干预,超声波以压力波的形式存在,可对骨和周围组织产生微型压力作用,并通过一系列机制促进新鲜骨折的愈合、增加延迟愈合和不愈合骨痂的形成。
超声波在理论上,可以代替一定的外力刺激,从而提供了一种促进骨折愈合的非侵袭性手段。
研究者根据生物技术和生物工程原理,开展了大量基础和临床实验,积极探索超声波促进骨折愈合的机理。
本文就目前超声波在新鲜骨折、骨折延迟愈合、骨不连的基础和临床研究中的不同应用中所积累的认识予以综述。
尽管新近的实验研究证明低强度脉冲超声波可通过现代植入技术经骨应用以促进和监测骨折愈合过程,但目前低强度脉冲超声波仍以经皮方式应用。
关键词低强度脉冲超声波骨折愈合骨不连Low-intensity pulsed ultrasound for bone healing:An overviewLI Yan-ru ZHANG chang-jie. Department of rehabilitation,xiang ya second hospital,central south university,Changsha,410010,China[Abstract] Low-intensity pulsed ultrasound is a biophysical form of intervention in the facture-repair process,which existence form of acoustic pressure waves and have midget pressure effcetion at the fracture bone and surrounding tissue,which through several mechanisms accelerates healing of fractures and enhances callus formation in delayed unions and nonuions. In abstracto , ultrasound can take place of invariably stimulus of outside force,thus provid a non-invasive method to enhance bone healing.According to the biological technique and engineering princple,researchers have been carried out considerable basic science and clinical trials to explore the mechanism of the enhancement of fracture healing by ultrasound.The goal of this review is to present the current knowledge obtained from basic science and existing evidence from clinical trials with the different applications of ultrasound in the management of fractures,delayed unions,nonunions. Low-intensity pulsed ultrasound is currently applied transcutaneoulsy,although recent experiment studies have proven the efficacy of a trans-osseous application for both enhancement and monitoring of the bone healing process with modern smart implant technologies.[Key words] Low-intensity pulsed ultrasound; fracture healing; nonunion1950s研究者在干骨研究中发现骨在承受应力时其凹凸两侧可产生电位。
第二军医大学硕士学位论文低强度脉冲超声波促进骨折愈合的实验研究姓名:***申请学位级别:硕士专业:外科学(骨外)指导教师:苟三怀20040301低强睦睬冲趣声波促进兔骨辑愈台的实验研究英文缩写LIPUSbFGFHEPBSCAIgGIHCPOD英文全称缩略词表OW—intensitypulsedultrasoundasicfibroblastgrowthfactorematoxylinandeosinhosphatebufferedsalineallusareammumoglobulinGmmunohistochemicalostoperativeday中文全称低强度脉冲超声波碱性成纤维细胞生长因子苏木精和伊红磷酸盐缓冲液骨痂免疫球蛋白G免疫组化术后天数低强整咏冲趣声波促进兔骨折愈合靛实验研究低强度脉冲超声波促进兔骨折愈合的实验研究中文摘要目的:观察低强度脉冲超声波(LIPUS)治疗兔桡骨骨折愈合过程中碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)的表达分布情况,进而探讨LIPUS促进骨折愈合的作用机制。
方法:以20只成年新西兰兔为研究对象,制作双侧桡骨远端骨折模型。
自伤后第一天起,一侧桡骨骨折处接受每天20分钟的LIPUS治疗,另一侧作为对照。
超声波强度为30mW/cm2,以1KHz的频率发射,周期为200uS,频率为1.5MHz的正弦波。
术后2、3、4、5周分别处死新西兰兔,通过肉眼、X线片观察骨痂生长情况,使用游标卡尺测量骨痂面积,并运用计算机图像分析骨痂的灰度密度。
行组织学切片检查骨痂生长情况,并利用免疫组化技术观察bFGF在骨痂标本中的分布及表达。
结果:1.肉眼观察实验组骨痂与对照组相比有明显差异、X线片结果显示实验组骨痂生长多且迅速。
2.实验组与对照组的骨痂面积,经过统计学检验差别有显著性意义(P<0.05)。
3.x线片上骨痂的灰度密度,经过统计学检验,POD二、三、四、五周后差别均有显著性意义(P<0.05)。
生物技术进展2022年第12卷第2期243~247Current BiotechnologyISSN 2095‑2341进展评述Reviews低强度脉冲超声在骨关节炎研究中的应用进展梁传财,邱波*武汉大学人民医院骨关节外科,武汉430060摘要:骨关节炎(osteoarthritis ,OA )是一种退行性关节疾病,以软骨变性、骨硬化和慢性滑膜炎症为主要病理特征。
关节置换术是目前治疗终末期OA 的唯一有效方式,但其预后较差,且人工关节寿命有限。
因此,OA 的研究重点已经转移为疾病预防和早期治疗。
低强度脉冲超声(low -intensity pulsed ultrasound ,LIPUS )不仅可以促进骨折的愈合和再生,而且在软组织修复、再生和抗炎等方面也发挥重要作用,已有研究证明LIPUS 在软组织再生中具有潜在作用。
简要介绍了LIPUS 的治疗机制及其与OA 发病机制的联系,总结了目前LIPUS 用于预防OA 的发生、发展以及促进关节软骨组织再生的基础和临床研究进展,以期为LIPUS 未来做为预防关节软骨退变的潜在治疗方法提供理论依据。
关键词:骨关节炎;低强度脉冲超声;软组织DOI :10.19586/j.2095‑2341.2021.0080中图分类号:R684.3文献标志码:AApplication Progress of Low‑intensity Pulsed Ultrasound in Osteoarthritis ResearchLIANG Chuancai ,QIU Bo *Department of Orthopedics ,Renmin Hospital of Wuhan University ,Wuhan 430060,ChinaAbstract :Osteoarthritis (OA )is a degenerative joint disease ,which characterized by cartilage degeneration ,osteosclerosis and chronic synovial inflammation.Arthroplasty is currently the only effective treatment for end -stage OA ,but its prognosis is poor and the life span of the artificial joint is limited.Therefore ,the focus of OA research has shifted to disease prevention and earlytreatment.Low -intensity pulsed ultrasound (LIPUS )not only promotes fracture healing and regeneration ,but also shows beneficial effects in soft tissue repair ,regeneration and anti -inflammation.Studies have shown that the potential role of LIPUS in soft tissue regeneration.This article briefly introduced the therapeutic mechanism of LIPUS and its connection with the pathogen‑esis of OA ,and summarized the current progress of basic and clinical research on the use of LIPUS to prevent the occurrence and development of OA and to promote the regeneration of articular cartilage tissue ,in order to provide a theoretical basis for LIPUSas a potential treatment for articular cartilage degeneration prevention in the future.Key words :osteoarthritis ;low -intensity pulsed ultrasound ;soft tissue骨关节炎(osteoarthritis ,OA )是一种与年龄和关节软骨老化相关的疾病,也是世界范围内关节疼痛和残疾最常见的原因,其特征为进行性软骨退化、滑膜炎、关节周围骨赘形成和软骨下骨硬化[1]。
低频电磁场对骨骼愈合的作用————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:低频电磁场对骨骼愈合作用综述自从1977年Bassett等提出采用极低频电磁场(extremely low frequency electromagnetic fields,ELFEMF)治疗骨不连,并在临床上取得满意的效果以来,ELFEMF 对骨组织的作用一直受到相关学者的重视。
近年来,有关实验研究和临床应用的资料相继问世,并且治愈了很多骨科疾病,所以,低频电磁场在生物学和医学领域中已成为一种重要的研究工具,而且也成为很有发展前途的一种理疗方法。
本文就低频脉冲电磁场促进骨愈合方面进行综述。
1 低频电磁场低强度脉冲电磁场,是指频率1—100 Hz,强度低于100 Gs的低频、低强度调制磁场,在保留静态磁场治疗作用的基础上,使磁疗辐射产生强度可调的交变脉冲动态磁场;动态磁场强度可从5 Hz到100 Hz范围内调节,充分发挥出各个频率磁场的磁疗作用;不同的电磁场强度和频率有不同的生物效应。
对骨代谢中成骨作用较有影响的频率为75 Hz 以下,而在正弦磁场影响骨代谢的研究中发现当频率波动在15—35 Hz范围内时所诱导的成骨效应最明显。
低频脉冲电磁场作用于骨组织,不产生热效应,而产生类似于流体机械塑形的作用,并通过不对称的宽幅脉冲影响许多异常的生物过程,进而改善骨骼、肌肉和其他系统的病理状态,抑制骨吸收,促进骨形成。
为利用脉冲电磁场发送人体生物波治疗骨质疏松是九十年代末开始临床使用。
它采用高能抗谐振低频变化脉冲电磁场改变人体生物静电与改善生物场这一原理,作用于成骨细胞,促使细胞进行有丝分裂和成熟细胞的增生来治疗骨质疏松。
现代医学研究证明:电刺激能促进骨组织生长骨是具有压电效应的物质,当它受到机械压力后能将机械能转化为电能,产生应力电位J,负电能刺激新骨的形成。
中国康复•2017年6月•第32卷第3期263个月后总体ABC得分明显偏高,FAQ得分偏低。
原 因可能是:①本研究样本量及随访时间有限,受试者运 动功能较好而跌倒风险相对较低,从而应对环境挑战 的能力更强,而且受随访方式(电话、门诊随访,及患者 自我报告的形式)等因素的影响,不排除部分跌倒数据 结果未能完全得到反映。
②由于卒中偏瘫患者跌倒风 险因素众多,虽然环境因素的干预效果在慢性期卒中 偏瘫患者中已有研究[K—11],而恢复期即开始,以尽早 强化在现实环境中的康复训练研究尚不足,对具备不 同等级移动能力的卒中偏瘫患者而言,出院回归社区 前强化现实环境适应训练对其早期及后期社区生活的 跌倒预防作用仍有待扩大样本量及延长随访时间进一 步研究。
③对照组卒中患者回归社区生活后,由于各 种因素的影响,社区活动受到限制,日常生活不够独 立,应对外界现实环境的机会相对较少,这在FAQ评 分中得到体现,社区生活3个月FAQ平均值观察组 明显比对照组低,提示观察组社区生活更加独立,一定 程度上增加了活动过程中的跌倒风险。
卒中偏瘫患者各阶段跌倒风险都明显比同龄人 高,本次研究随访的社区生活中,结果显示卒中患者总 的跌倒发生率21. 88%,比37%〜73%偏低[2],可能是 因为本研究参与者出院前的平衡功能及步行能力相对 较好,应对简单突发状况时能通过身体姿势自我调节 以保持平衡,而且所有参与者训练前及出院前均接受 了跌倒预防知识的积极宣传,有一定的跌倒预防理念。
总之,跌倒所造成的后果程度不一,卒中偏瘫患者跌倒 风险因素众多,特别是社区居住偏瘫患者,在康复治疗 期即应当重视跌倒预防理念的宣传,康复训练应从患 者自身功能状况及社会生活环境等多个因素考虑,强化应对现实环境的挑战能力。
【参考文献】[1] Weerdesteyn V, Niet M, Duijnhoven HJ, et al. Falls in individuals with stroke[J]. J Rehabil Res Dev, 2008,45(8);1195-1213. [2] Batchelor FA, Mackintosh SF, Said CM, et al. Falls after stroke[J]. Int J Stroke, 2012, 7(6);482-490.[3]中华神经内科学会全国脑血管病会议.各类脑血管疾病诊断要点[J].中华神经科杂志,1996, 92(6): 379-380.[4] K im JH, Park EY. Balance self-efficacy in relation to balance andactivities of daily living in community residents with stro ke[J].Disabil Rehabil, 2014, 36(4):295-299.[5]管强,韩红杰,詹青,等.活动平衡信心量表(中文版)的信度与效度研究[J1.同济大学学报(医学版),2011,32(3): 81-84.[6]朱镛连.神经康复学[M].北京:人民军医出版社,2010: 293304.[7] Kim M, Cho K, Lee W. Community walking training programimproves walking function and social participation in chronicstroke patients[J]. Tohoku J Exp Med, 2014, 234(4):281-286. [8] Yam A, Marsiske M. Cognitive longitudinal predictors of older adults self-reported IADL function[J]. J Aging Health, 2013, 25(8 Suppl):163S-185S.[9] Abreu BC. The effect of environmental regulations on posturalcontrol after stro ke[J]. Am J Occup Ther, 1995, 49 (6):517525.[10]朱经镇,邹智,王秋纯,等.基于现实环境的功能性训练对慢性期脑卒中患者的步行和平衡功能的影响[J].中国康复医学杂志,2014, 29(5):427-432.[11] Duijnhoven HJ, Kam D, Hellebrand W,et al. Development andProcess Evaluation of a 5-Week Exercise Program to Prevent Fallsin People after Stroke:The FALLS Program [J].Stroke ResTreat, 2012, 20(1):1-7.•外刊拾样•低强度脉冲超声促进骨折愈合低强度脉冲超声促进骨折愈合美国食品和药物管理局已经证明低强度脉冲超声可以加速骨折愈合。
低强度脉冲超声波促进骨折愈合的研究进展李燕如张长杰审校中南大学湘雅二医院康复科摘要低强度脉冲超声波(low-intensity pulsed ultrasound LIUS)在骨折修复过程中是一种生物物理形式的干预,超声波以压力波的形式存在,可对骨和周围组织产生微型压力作用,并通过一系列机制促进新鲜骨折的愈合、增加延迟愈合和不愈合骨痂的形成。
超声波在理论上,可以代替一定的外力刺激,从而提供了一种促进骨折愈合的非侵袭性手段。
研究者根据生物技术和生物工程原理,开展了大量基础和临床实验,积极探索超声波促进骨折愈合的机理。
本文就目前超声波在新鲜骨折、骨折延迟愈合、骨不连的基础和临床研究中的不同应用中所积累的认识予以综述。
尽管新近的实验研究证明低强度脉冲超声波可通过现代植入技术经骨应用以促进和监测骨折愈合过程,但目前低强度脉冲超声波仍以经皮方式应用。
关键词低强度脉冲超声波骨折愈合骨不连Low-intensity pulsed ultrasound for bone healing:An overviewLI Yan-ru ZHANG chang-jie. Department of rehabilitation,xiang ya second hospital,central south university,Changsha,410010,China[Abstract] Low-intensity pulsed ultrasound is a biophysical form of intervention in the facture-repair process,which existence form of acoustic pressure waves and have midget pressure effcetion at the fracture bone and surrounding tissue,which through several mechanisms accelerates healing of fractures and enhances callus formation in delayed unions and nonuions. In abstracto , ultrasound can take place of invariably stimulus of outside force,thus provid a non-invasive method to enhance bone healing.According to the biological technique and engineering princple,researchers have been carried out considerable basic science and clinical trials to explore the mechanism of the enhancement of fracture healing by ultrasound.The goal of this review is to present the current knowledge obtained from basic science and existing evidence from clinical trials with the different applications of ultrasound in the management of fractures,delayed unions,nonunions. Low-intensity pulsed ultrasound is currently applied transcutaneoulsy,although recent experiment studies have proven the efficacy of a trans-osseous application for both enhancement and monitoring of the bone healing process with modern smart implant technologies.[Key words] Low-intensity pulsed ultrasound; fracture healing; nonunion1950s研究者在干骨研究中发现骨在承受应力时其凹凸两侧可产生电位。
骨的压电性质首先发表在日本的文献中,而最初在西方国家没有引起广泛影响[1]。
但在矫形学中压电性质的基本原理可以解释骨折位置的力学环境对骨折修复结构的影响[2-4]。
每年有数百万人在日常活动、运动中以及由于骨质疏松而骨折,骨折后骨痂形成而自然愈合。
骨折愈合包括不同类型细胞和蛋白的暂时性协调运动以及数百种基因的表达来完成结构的完整。
临床上约5-10% 的患者因为愈合过程受损而导致延迟愈合或骨不连,而需要进一步手术治疗[5]。
在每日的行医过程中,医师面临的挑战不仅是应用有效地非侵袭性或尽可能少侵袭的方法处理初始骨折以增加其成骨作用,发现骨折修复过程中并发症并尽早干预同样重要。
目前,骨折愈合情况根据临床和X线检查进行评估,这两种方法依赖于医师的专业知识和临床判断[6-8]。
在过去的50年里,大量物理学和生物学方法的研究致力于如何促进骨折愈合。
物理学方法包括机械刺激、电磁场和低强度脉冲超声波(LIUS)。
LIUS是一种机械能,以声压压力波的形式传播到达生物组织并对其产生微型压力作用,现在广泛作为医学诊断和治疗工具[9]。
1 低强度脉冲超声波在新鲜骨折中的应用早在1953年,Corradi和Cozzolino[17]首先在临床观察中发现超声波可刺激骨折愈合。
他们发现US可使体重支撑提前出现,缩短骨折愈合时间。
但是直到1980s 这一观察才引起基础科学家和医师的注意,从这一时期开始,低强度脉冲超声波促进骨折愈合在活体外实验、动物实验和临床实验以及病例研究中积累了大量认识。
在一些研究中,LIUS应用于不同类型的动物骨折模型。
为了测定超声波在骨折治疗中的最佳信号参数,Duarte[18]运用影象学和组织学方法研究发现:30mW/cm2强度的脉冲超声波对兔腓骨截骨术模型每天照射20分钟,实验组骨折部位皮质融合速度比对照组加快28%。
以上数据证明超声波加快骨折愈合是通过刺激骨痂增生实现的,而且在超声波的刺激下,软骨内骨化过程提前发生。
Pilla[19]等在一组安慰剂的对照的兔腓骨中段骨折模型的研究中,发现应用低强度脉冲超声波每天照射20分钟可加速骨折抗扭力及强度的恢复。
随后,一些不同骨折模型的研究证明了LIUS可加速骨折愈合过程。
1994年美国食品和药物管理局(FAD)对低强度脉冲超声波在加速新鲜骨折愈合的作用予以认可。
LIUS应用于临床闭合性和一级开放性桡骨远端背侧成角骨折和开放性高位胫骨[20]骨折的治疗已进行安慰剂对照临床研究评估。
HecKman[21]等通过多中心安慰剂临床实验对67例闭合性和开放性胫骨骨折的患者进行了超声波对骨折愈合效应的评估,实验组临床愈合时间较对照组缩短了24%,临床和影象学愈合时间较对照组缩短了38%。
在另外一个随机对照实验中,Emami[22]等发现胫骨骨折后髓内钉固定的患者予LIUS治疗后没有受益。
尽管以上两个实验都予相同的LIUS干预,但是HecKman研究中予管型外固定骨折而Emami实验中予骨髓内钉固定,早期的体重支撑所产生的机械应力刺激可能掩盖超声波所产生的效应。
另一方面认为金属钉可能减弱超声波的效应,但是动物实验发现不支持这一解释。
在另外一个随机对照临床实验中,LIUS对61例桡骨远端背侧成角骨折的患者进行照射,实验组骨折连接时间较对照组缩短38%[23]。
2 低强度脉冲超声波在延迟愈合和骨不连中的应用尽管骨折后骨痂形成是自然生物反应而且最后能使骨骼恢复其完整性,但是在美国每年5.6百万的骨折患者中延迟愈合者比例达5-10%[24]。
影响骨延迟愈合和骨不连的因素包括粉碎性骨折、感染、软组织严重损伤、骨折部位以及固定不充分。
过度吸烟、饮酒、糖尿病以及年龄也是骨不连的影响参数。
外科手术是处理骨不连的金标准,成功率为70-90%,其目的在于切除妨碍有活力骨折段间的软组织、固定和加快生物学修复过程[25]。
为了提高和刺激骨不连的愈合,许多生物学和生物物理学干预得已发展。
生物学介入包括自体骨头移植、人工代用品骨移植以及纯化或重组的具有软骨形成和成骨的骨生长因子。
生物物理学介入包括非侵袭性方法,如体外震波、电刺激、低强度脉冲超声波。
实验性骨不连模型的建立是比较困难的。
Takikawa[26]等运用超声波对鼠两侧胫骨骨折部位插入肌肉的骨不连模型进行治疗,6周的影象学评估显示:治疗组50%呈持续性愈合,而对照组保持不连接状态,这一结果也在三维微焦点X线和组织学观察中得到证实。
Xavier 和Duarte[27]在1983年运用30mw/cm2强度的LIUS 对26例骨不连的患者每天照射20分钟,70%的患者得到治愈。
同一研究组在1996年的一个回顾性调查研究中,358例骨不连的患者治愈率达85%[28] 。
最近更多的临床实验中,Mayer等[29]研究了29例延迟愈合(平均骨折时间4.5个月)和骨不连(平均35个月)的患者,给予超声波治疗,约100天后愈合率分别达到了88%和93%。
NoltePA等[30]利用低强度脉冲超声波治疗29例多发部位、平均时间达13个月且手术失败次数平均为1.4次的骨不连患者,获得了86%的愈合率。
在另一个类似的研究中,Gebauer等[31]研究了67例平均时间长达24.2个月、手术失败次数平均为2次的骨不连的患者来评价LIUS的效能,给予每日超声波干预,其中57例患者6个月得到愈合。
Rubin等[32]研究2000年7月的处方登记数据库发现延迟愈合(骨折后151天-255天)愈合率为89%(n=1370),骨不连(骨折后时间超过255天)愈合率为83%(n=1546)。
不同部位的骨不连的愈合率不同,比如肱骨愈合率为69%,股骨为82%,胫骨为84%,舟状骨为86%,桡骨和尺骨为87%,跖骨为89%。
这些研究结果表明LIUS有促进骨不连愈合作用,超声的利用减除了附加的手术治疗,但是平均愈合时间大约需要5个月。
基础研究和四级临床证据得出:LIUS作为无损害非侵入性治疗更适应于最少有一次手术介入的骨不连。
2000年2月美国食品和药物管理局(FAD)对低强度脉冲超声波在促进骨不连愈合的作用予以认可。