體外沖擊波治療骨折不愈合新方法的實(shí)驗(yàn)研究

喬曉峰,李長德

(佳木斯大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨外一科,黑龍江 佳木斯 154003)

骨折是骨結(jié)構(gòu)的完整性或連續(xù)性中斷,骨不連是常見骨折晚期并發(fā)癥之一,是骨折后期治療中復(fù)雜而困難的問題之一,發(fā)生率約為5%～ 10%[1],1980年 Chaussy等[2]創(chuàng)造性的將 ESWL技術(shù)與 X線定位系統(tǒng)結(jié)合起來后,ESWL技術(shù)的應(yīng)用不僅僅局限于各類結(jié)石病的治療,在其他醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里的應(yīng)用也正在被探索和研究。本文主要對沖擊波技術(shù)在骨折不愈合方面的應(yīng)用做一實(shí)驗(yàn)研究。以尋求一種新的治療骨不連的方法,為骨不連患者帶來新的希望。

1 一般資料

①在“切除截骨骨不連模型”的基礎(chǔ)上制作骨不連模型[3]。取 35只健康同種屬不分性別的家兔,體重在 (1.5±0.12)kg。共 70只前肢,作自身對照。左側(cè)為對照組,右側(cè)為實(shí)驗(yàn)組。先將所有家兔作肌肉注射全麻后,使家兔俯臥位于手術(shù)臺(tái)上 ,剪毛,常規(guī)消毒,鋪無菌單。取前肢外側(cè)切口,暴露橈骨中段,離骨膜,用薄鋼片分開骨間膜,用鋼鋸在橈骨中段人為截除橈骨包括骨膜(0.5± 0.02)mm。沖洗,斷端用中間封閉的硅膠管封閉,縫合切口,4萬單位慶大霉素局部封閉。術(shù)后無外固定。分籠標(biāo)準(zhǔn)飼料喂養(yǎng)。術(shù)后應(yīng)用磺胺類抗生素預(yù)防感染,由于感染和出血造成死亡家兔2只,實(shí)驗(yàn)對象實(shí)際為33只,共 66條前肢。術(shù)后 6周時(shí),家兔的橈骨的骨折端之間仍有約(0.36± 0.02)mm的缺損,兩斷端髓腔均已硬化,閉塞。

②將所有33只家兔稱重,體重為(2.0± 0.2)kg。麻醉后,取原手術(shù)入路,取出封閉在實(shí)驗(yàn)組和對照組兩骨折斷端的硅膠管。局部沖洗,分層縫合,4萬單位慶大霉素局部封閉。分籠標(biāo)準(zhǔn)飼料喂養(yǎng)3d,以消除局部血腫的影響。應(yīng)用抗生素預(yù)防感染。

③以家兔的右前肢為實(shí)驗(yàn)組,左前肢為對照組。實(shí)驗(yàn)組用碎石機(jī)自帶的 B型超聲波探測儀上準(zhǔn)確定位每只家兔右前肢兩髓腔閉塞的骨端。以對骨不連斷端進(jìn)行沖擊波治療。其儀器指標(biāo)為:能量以 14.5kv的電壓,能量為0.45mJ/mm2;沖擊波頻率為60次 /分;沖擊波劑量為4000次;焦點(diǎn)聚焦范圍為1.5cm2。擊打兩斷端,每端擊打 2000～ 4000次。實(shí)驗(yàn)時(shí)家兔在同前麻醉狀態(tài)下進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)組剃毛、濕潤,固定在壓縮式水囊上面。透視下調(diào)整沖擊波碎石機(jī)第二焦點(diǎn)分別對準(zhǔn)骨不連遠(yuǎn) 近端邊緣相對應(yīng)部位各沖擊2000次。家兔在行體外沖擊波治療后仍不作外固定,自由活動(dòng),分籠標(biāo)準(zhǔn)飼料喂養(yǎng),加磺胺類抗生素預(yù)防感染。

2 檢測方法

2.1 影像學(xué)檢查

術(shù)后1、2、3、4、6周拍家兔雙前肢 X線片正側(cè)位以便在影像學(xué)上測定骨的生長情況。根據(jù)柴本甫等報(bào)道的 X線觀察骨折愈合的衡量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷。

2.2 組織學(xué)方法

光鏡:術(shù)后1、2、3、4、6周在拍完 X線片和抗拉力實(shí)驗(yàn)后,取骨折斷端附近的骨組織和軟組織,用10%甲醛固定后,同時(shí)進(jìn)行經(jīng)體積分?jǐn)?shù)為10%乙二胺四乙酸脫鈣15d后,石蠟包埋,切片,常規(guī) HE染色來觀察骨折斷端之間的骨的生長情況:包括毛細(xì)血管數(shù),以及各時(shí)期組織及細(xì)胞成分的出現(xiàn)的比較。

2.3 骨端抗拉力測定

術(shù)后 1～ 6周時(shí),處死家兔后,暴露骨折斷端,取完整的實(shí)驗(yàn)組和對照組家兔橈骨全長標(biāo)本。用彈簧拉力器固定家兔橈骨兩端,測定兩組骨折斷端的抵抗拉伸力情況。以確定骨折愈合的確切性和強(qiáng)度。以對照組抗拉力情況為對照行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。

3 結(jié)果

3.1 X線片觀察

按柴本甫等報(bào)道的 X線觀察骨折愈合的衡量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷的結(jié)果。X線片顯示實(shí)驗(yàn)組沖擊波治療術(shù)后第1周,骨折端硬化骨痂碎裂,骨髓腔再通,有纖維性骨痂形成。第3周出現(xiàn)橋梁骨痂。第4周出現(xiàn)骨性骨痂,第6周完全愈合。對照組無明顯變化,骨折端硬化,髓腔閉塞 ,仍然為骨不連狀態(tài)。

3.2 組織學(xué)觀察

組織學(xué)觀察結(jié)果顯示,實(shí)驗(yàn)組家兔重新出現(xiàn)骨折愈合,與對照組相比,各時(shí)期的組織及細(xì)胞成分均相應(yīng)增加,而對照組的組織及細(xì)胞成分卻基本上沒有變化。說明體外沖擊波治療法對骨不連有確切的療效。

骨折的愈合需要骨折端充分的血供。新生毛細(xì)血管的出現(xiàn)意味著骨折斷端的血供情況,新生毛細(xì)血管數(shù)目越多表示血運(yùn)越豐富 ,刺激成骨反應(yīng),促進(jìn)骨折愈合,見表 1。如表 1所示,治療后 2～ 4周時(shí)實(shí)驗(yàn)組血管數(shù)顯著高于對照組,第一周實(shí)驗(yàn)組就可見大量新生毛細(xì)血管長入骨折部位,對照組卻只有少量的毛細(xì)血管。

表1 家兔骨痂中毛細(xì)血管計(jì)數(shù)結(jié)果(n=6,±s)

表1 家兔骨痂中毛細(xì)血管計(jì)數(shù)結(jié)果(n=6,±s)

組別 1w 2w 3w 4w 6w實(shí)驗(yàn)組 207.1± 39.7 356.4± 46.1 586.4± 47.5 487.3± 52.7 105.4± 23.6對照組 103.7± 34.3 112.7± 22.5 211.4± 23.7 203.5± 33.3 104.2± 23.8 P＜0.05 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＞0.05

3.3 抗拉力實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果

見表 2,根據(jù)表2所示 ,體外超聲波治療后,實(shí)驗(yàn)組與對照組之間骨折愈合對抗拉力有顯著差異 (P＜0.01),實(shí)驗(yàn)組隨時(shí)間的推移骨折愈合對抗拉力的強(qiáng)度越強(qiáng),表明骨折愈合質(zhì)量越高,組內(nèi)每時(shí)期之間有顯著差異 (P ＜0.01)。而對照組基本無變化,組內(nèi)無顯著差異 (P＞ 0.05)。

表2 治療后實(shí)驗(yàn)組與對照組骨折愈合抗拉力實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (±s)

表2 治療后實(shí)驗(yàn)組與對照組骨折愈合抗拉力實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (±s)

時(shí)間(周) 實(shí)驗(yàn)組(N) 對照組(N) P 1 6.0± 0.8 3.9± 0.7 ＜ 0.01 2 20.3± 6.1 5.0± 0.8 ＜ 0.01 3 78.0± 8.6 5.9± 0.6 ＜ 0.01 4 106.2± 13.1 6.8± 0.6 ＜ 0.01 6 131.6± 8.8 8.0± 0.7 ＜ 0.01

4 討論

4.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的選擇

本實(shí)驗(yàn)中,選家兔為受試對象,因?yàn)槠淝爸珵橛沙吖呛蜆锕菢?gòu)成,造成單一橈骨缺損不會(huì)影響家兔的活動(dòng)及進(jìn)食,同時(shí)用同一只家兔的雙側(cè)橈骨分別作為實(shí)驗(yàn)組和對照組,避免家兔發(fā)生營養(yǎng)不良,造成骨愈合的速度和質(zhì)量的下降,以此來盡量減小誤差。

4.2 沖擊波治療骨不連接的機(jī)制

沖擊波治療骨不連接 骨折延遲愈合的機(jī)制目前還處于探索和研究階段,沖擊波促近骨折愈合的機(jī)理,沖擊波促進(jìn)骨折愈合的機(jī)理還不十分清楚。目前認(rèn)為它不依賴于一個(gè)單一的機(jī)理或愈合過程中的一個(gè)單一的階段,而是增強(qiáng)愈合過程的幾個(gè)階段[4]。大體可認(rèn)為與下列因素有關(guān):①?zèng)_擊波作為一個(gè)損傷性刺激,引起了骨折區(qū)新的創(chuàng)傷反應(yīng),延長了炎癥期,并激發(fā)炎癥期較大的血管反應(yīng)。所以超聲波可以刺激血管增生,增加骨折部血供。②沖擊波產(chǎn)生新的骨折血腫,帶來了大量的細(xì)胞因子,其中包括:骨形成蛋白、β轉(zhuǎn)化生長因子、胰島素樣生長因子、成纖維細(xì)胞生長因子、血小板衍生生長因子等。它們對細(xì)胞增殖與分化及新骨的形成,都有著誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)作用。③沖擊波所造成的骨壞死和所產(chǎn)生的大量碎骨片被吸收而釋放出骨形成蛋白,可以誘導(dǎo)骨折部位的未分化間充質(zhì)細(xì)胞分化為具有成骨能力的細(xì)胞,從而促進(jìn)骨愈合。④沖擊波能有效的擊碎骨折斷端的硬化骨痂,造成骨髓腔與周圍組織的再通,而骨髓腔內(nèi)含有大量的多潛能細(xì)胞,大量活性成骨細(xì)胞、前成骨細(xì)胞及骨祖細(xì)胞等,所以它可以刺激新骨的生成,使骨折端重新愈合。

4.3 超聲波治療的能量和劑量選擇

超聲波對組織細(xì)胞的損傷效應(yīng)隨著超聲波的能量水平和震波次數(shù) (劑量)的增加而呈劑量依賴性增加。低能量密度的超聲波可以刺激骨折和傷口的愈合而較高能量密度的震波則有抑制作用鐘俊等研究發(fā)現(xiàn) ,在 13.5kv、0.42mJ/mm2,17.4kv、 0.54m J/mm2,21.1kv、0.60mJ/mm2能量組治療后的骨不連間隙明顯縮小,治療前后骨間隙有顯著差異(t檢驗(yàn) P值 均小于0.01)。但在 0.60mJ/mm2能量組動(dòng)物經(jīng)沖擊波治療后,局部皮下有顯著的淤血和腫脹,對骨不連的愈合是不利的。Kauleasar[5]等研究發(fā)現(xiàn),施以 1000～ 2000次時(shí)開始見到損傷效應(yīng)發(fā)生,而當(dāng)震波次數(shù)超過5000次以上則不會(huì)發(fā)生更多的改變。說明超聲波的效應(yīng)是劑量依賴性的和可飽和性的。故本次實(shí)驗(yàn)的沖擊波劑量我們選為0.45mJ/mm2。

[1]Einhorn T A.Enhancement of fraxture-healing[J].J Bone Joint Surg 1995,77:940

[2]胡蘊(yùn)玉,陸裕樸,劉瑋,等.重組合異種骨的實(shí)驗(yàn)研究與臨床應(yīng)用[J].中華外科雜志,1993,12(31):18

[3]Dos S,Neto FL,Volpon JB.Experiment nonunion in dogs[J].Clin Orthop Rel Res,1984,187:260-271

[4]任可.低強(qiáng)度超聲波促進(jìn)骨折愈合的研究進(jìn)展 [J].現(xiàn)代康復(fù),2000,4:1856-1857

[5]李曉林,杜靖遠(yuǎn).高能震波促進(jìn)骨折愈合機(jī)理的探討 [J].中華實(shí)驗(yàn)外科雜志,2000,2(17):128-129