低強度脈沖超聲在骨折愈合不同階段中作用的研究進展

汪志平，朱 超，丁喆如

·綜述與講座·

低強度脈沖超聲在骨折愈合不同階段中作用的研究進展

汪志平，朱 超，丁喆如

低強度脈沖超聲波；骨折愈合；不同階段；作用

低強度脈沖超聲波是一種強度在300～1 200 W/m2以1 kHz頻率重復的1.5 MHz脈沖機械波。由于骨存在機械應力負荷，在骨折情況下超聲波引起的額外微機械應力負荷正好替代了骨的生理性機械負荷。從細胞水平看，超聲可以影響骨折周圍細胞的自我繁殖能力。超聲還可以在不同細胞水平上提高細胞內(nèi)鈣水平。有研究表明，超聲改變了骨折過程中各種細胞的活性，促進了骨折的愈合過程[1]。

1 低強度脈沖超聲在骨折愈合過程中的治療時機

骨折愈合過程可以分為5個時期：炎癥期、血管生成期、軟骨痂形成期、硬骨痂形成期、重塑期。一些研究已經(jīng)開始研究骨折愈合中的那個時期更易受低強度脈沖超聲的影響。Yang等[2]證明在低強度脈沖超聲治療組與對照組相比，蛋白聚糖基因表達在治療后第7天明顯升高，在第21天明顯降低，在αⅠ(Ⅱ)前膠原基因表達中有類似的現(xiàn)象。在體外試驗中也觀察到低強度脈沖超聲治療的軟骨培養(yǎng)基中蛋白聚糖的基因表達明顯升高，表明低強度脈沖超聲主要影響了軟骨內(nèi)骨化過程[3]。Rawool等[4]報道低強度脈沖超聲可能影響了血管生成期骨折愈合，再用動力多普勒進行評定，觀察到低強度脈沖超聲在狗尺骨截骨部位治療10 d后，血管生成增加了33%，可能是低強度脈沖超聲產(chǎn)生的機械震波提高了細胞膜鈣離子的通透性，導致血流量的微機械液壓改變所致。Azuma等[5]報道在術(shù)后第17～24天用低強度脈沖超聲治療8 d和持續(xù)低強度脈沖超聲治療25 d后，在機械強度和組織學上沒有明顯差異。這表明低強度脈沖超聲對骨折愈合的重塑期沒有影響。同時發(fā)現(xiàn)術(shù)后第17～24天用低強度脈沖超聲治療組和持續(xù)低強度脈沖超聲組與對照組相比，在骨折部位都有更多更廣泛的骨橋形成，這就證實了低強度脈沖超聲影響了骨痂形成。上述研究表明低強度脈沖超聲對骨折愈合的重塑期沒有影響，而是影響了骨折愈合中的炎癥期和骨痂形成期。

2 低強度脈沖超聲對骨折愈合期骨痂區(qū)域的影響

Duarte等[6]報道定量放射學和組織學分析證實低強度脈沖超聲治療組在股骨皮質(zhì)缺損和兔腓骨截骨部位的骨生成量與對照組相比明顯增多。Tsai等[7]證實在兔腓骨中低強度脈沖超聲治療組與非治療對照組相比術(shù)后礦物質(zhì)沉積率明顯升高，更大區(qū)域骨痂形成主要歸功于低強度脈沖超聲治療后軟骨內(nèi)成骨過程的增快。組織學分析表明鼠股骨低強度脈沖超聲治療14 d后與非治療組相比有更多的軟骨內(nèi)骨化和更小的骨折間隙[8]。這些試驗證實了低強度脈沖超聲治療后能更多、更快地形成骨痂。

3 低強度脈沖超聲在軟骨痂和硬骨痂形成期對骨痂強度的影響

低強度脈沖超聲治療已被證實可以加速骨折斷端機械性能的恢復，Yang等[2]在鼠股骨骨折中用低強度脈沖超聲(500 W/m2)治療21 d與非治療組相比，在最大扭力和扭力韌度上均明顯提高。在低強度脈沖超聲和動物模型中，同樣的實驗再次證實低強度脈沖超聲治療組的骨質(zhì)與非治療對照肢體組相比在21 d之后有明顯更大的扭力(22%)和強度(67%)[8]。在鼠模型中，硬骨痂形成相關的細胞增殖在21 d后停止[9]。由于機械檢測在骨折后的21 d進行，因此，機械性能的提高表明低強度脈沖超聲治療影響了骨折愈合的更早階段，而不是重塑期。Pilla等[10]記錄了兔脛骨干中段截骨低強度脈沖超聲治療28 d后的最大扭力強度和韌度值，術(shù)后低強度脈沖超聲治療14、16、17、18、21 d的骨質(zhì)在最大扭力和扭力韌度與非治療組相比均明顯升高。28 d后，低強度脈沖超聲治療的骨質(zhì)在最大扭力和扭力韌度上與非治療對照組相比沒有明顯的提高。上述結(jié)果再次證實在骨折愈合早期內(nèi)通過低強度脈沖超聲治療提高了骨痂的機械性能，而對重塑期骨痂沒有影響。Hantes等[3]研究術(shù)后低強度脈沖超聲治療在羊脛骨截骨模型中的治療效果，放射學證實低強度脈沖超聲治療的骨質(zhì)比對照組愈合的更快；在低強度脈沖超聲治療75 d后的骨質(zhì)與非治療對照組相比在骨礦物質(zhì)密度和極限強度上都沒有明顯的差異。在更大的動物模型中的數(shù)據(jù)再次表明骨折愈合早期受低強度脈沖超聲影響骨痂強度，但對重塑期沒有影響[7]。上述研究表明低強度脈沖超聲在骨折愈合的軟骨痂和硬骨痂形成期提高了骨痂最大扭力強度和扭力韌度。

低強度脈沖超聲可能影響了骨折愈合過程中的炎癥和結(jié)痂形成期，而對骨重塑期沒有影響。低強度脈沖超聲治療后早期有更多、更快的骨痂形成。低強度脈沖超聲在骨折愈合的軟骨痂和硬骨痂形成期提高了骨痂最大扭力強度和扭力韌度。上述結(jié)果表明，在骨折早期應用低強度脈沖超聲治療可以減少治療時間，其在骨折的炎癥和結(jié)痂形成期配合手術(shù)治療骨折能夠獲得良好的臨床效果。

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(本文編輯：甘輝亮)

200081 上海，解放軍第四一一醫(yī)院(汪志平、朱超)；第二軍醫(yī)大學附屬長征醫(yī)院(丁喆如)

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10.3969/j.issn.1009-0754.2016.06.033

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