電刺激療法在骨質疏松癥中的應用

鄭小花 鄭云燕 鄭啟斌 陳春花 林超琴 徐穎*

1.福建省婦幼保健院 福建醫科大學婦兒臨床醫學院,福建 福州 350001

2.中國人民解放軍聯勤保障部隊第九○○醫院倉山院區婦產科,福建 福州 350025

3.福建醫科大學附屬第一醫院神經外科,福建 福州 350001

骨質疏松癥(osteoporosis,OP)是以骨量低下、骨組織微結構退變,導致骨脆性增加、易發生骨折為特征的一種全身性骨骼疾病,屬于全球性公共衛生問題。2018年中國OP流行病學調查報告顯示:50 歲以上人群的患病率為 19.2%,65歲以上人口患病率為 32.0%[1]。2023年國家統計局發布,2022年末中國60歲及以上人口占總人口的19.8%,65歲及以上占總人口的14.9%[2]。由此可見,目前人口老齡化問題已使OP的患病情況更加嚴峻[3]。OP的臨床表現為骨痛、腰背部疼痛,最嚴重的后果是骨質疏松性骨折。電刺激理療是近年發展起來的治療骨質疏松癥的無創物理治療手段之一,可減輕疼痛、增加骨量、增強肌力、促進神經修復,在OP的防治及骨折后愈合均有效,屬于是比較傳統物理因子治療方式。但目前仍缺乏規范的系統研究,且其具體的治療參數尚無定論。本文將對電刺激在OP中的應用進行總結,以期更好地為臨床提供治療方案。

1 電刺激方式

電刺激療法主要包括低頻波、中頻波(干擾波)、高頻波(超短波)、直流電、離子導入療法、神經肌肉電刺激、微電流等十余種。OP的基礎研究及臨床應用常見的電刺激療法包括脈沖電磁場、電針療法、直流電、電容耦合、經皮神經電刺激等。

1.1 脈沖電磁場

5 Hz到200 kHz頻率的電磁場會在組織中產生1～100 mv/cm的電場[4],脈沖電磁場(pulsed electromagnetic fields,PEMFs) 的主要機制是將電流轉化為磁場,再激活機體的生物電流,從而達到治療的目的。許多臨床試驗及基礎研究表明PEMFs可治療OP,對骨不連和骨折延遲愈合也有很好的效果[5-6],Catalano等[7]提出PEMFs可能通過 RANKL/OPG 和 Wnt/-catenin 通路在增加骨量等方面發揮抗OP作用。盡管食品藥品監督管理局(Food and Drug Administration,FDA)尚未批準 PEMFs 用于治療OP,但臨床試驗表明 PEMFs 是一種無創、安全、有效的治療OP的方法。

1.2 電針療法

中醫針灸學為中國傳統醫學,電針療法是應用中醫理論,用針刺入腧穴得氣后,在針上通以微量電流波以刺激穴位,從而治療疾病的一種療法。已有較多研究表明,針灸、電針刺激均可達到治療OP的目的[8-9]。Wang等[10]用電針刺激廢用性OP模型大鼠1個月后,發現可改善大鼠脛骨近端的微結構和股骨的生物力學。關于其作用機制的研究,王亞軍等[11]發現可能是通過調控 Wnt3a 和 β-catenin 的基因和蛋白表達水平,以此調節骨重建系統的平衡。鐘培瑞等[12]指出電針療法可能通過抑制P53/P21信號通路增加成骨細胞活性,從而促進骨形成,改善OP。雖然針灸、電針刺激對OP有效,但因對傳統針刺的疼痛的顧慮,使較多患者放棄該治療方案。

1.3 直流電

直流電 (direct current,DC)是一種侵入性技術,通過植入電刺激器,將陰極和陽極植入修復部位,從而提供恒定的直流電,進行持續的電刺激以治療疾病。目前,許多動物實驗已證實 DC 對OP有治療作用,如Limura等[13]將袖帶電極植入去勢后大鼠雙側喉上神經,發現血漿降鈣素濃度增加,大鼠脛骨近端干骺端和股骨遠端干骺端的骨密度較假手術大鼠高。Lau等[14]利用植入式微電刺激系統對大鼠背根神經節進行電刺激,發現其可刺激降鈣素基因相關肽的分泌,抑制OP。然而,植入電刺激裝置屬于有創刺激療法,且具有潛在傳染性,因此限制了其臨床應用。

1.4 電容耦合

人體組織為一個混有電容和電阻的機體,肌肉組織中的細胞膜具有電容的性質。電容耦合 (capacitive coupling CC) 是一種施加電場的非侵入性技術,對OP的治療作用文獻報道較早且僅限于動物實驗[15]。CC 通過耦合電容作用于對象,或通過電容電場間接刺激,或通過電極直接刺激。間接刺激如王正興等[16]自制電容耦合電場,由信號發生器產生頻率為1.5 MHz的方波信號,經過耦合平行板電容產生,將大鼠放置于平行板之間,接通電場信號進行治療。直接刺激如Piazzolla A 指出CC能夠增加去勢后骨質疏松癥模型大鼠椎體中的骨小梁體積,其研究表明CC可促進骨折愈合,使椎體骨髓水腫完全消退[17]。

1.5 經皮神經電刺激

經皮神經電刺激 (transcutaneous electrical nerve stimulation,TENS) 是一種以電流脈沖激活外周神經纖維的非侵入式鎮痛療法,近年來在臨床與科研中備受青睞。按照 TENS裝置提供的脈沖頻率、持續時間、強度和類型,臨床常見高頻、短脈沖持續時間、低強度的傳統 TENS及低頻、長脈沖持續時間、高強度的針刺樣TENS[18]。目前TENS在OP中的應用主要為治療OP引起的疼痛。相關的文獻報道較少,且多與電針概念混淆。經皮穴位電刺激是將TENS和以經絡理論為指導的穴位治療相結合,通過皮膚將特定的電流輸入人體,刺激人體穴位和經絡。時克昌等[19]的臨床研究證實,益骨湯聯合經皮穴位電刺激緩解老年性OP引起的疼痛明顯優于單純密蓋息治療。

2 電刺激頻率

低頻電的參數包括頻率、周期、波寬、通斷比、波形等,臨床儀器中許多參數均相對固定,對生物效應影響較大的為頻率及強度[20]。低頻電流式指頻率1 000 Hz以下的脈沖電流,每次通電能使運動神經發生興奮,超過1 000 Hz則不能引起興奮。臨床常用的低頻電是在100 Hz以下。極低頻電磁場(ELF-EMF)指由線圈產生的頻率為0～300 Hz的電場[21]。Meta分析提示PEMFs治療與TENS、熱療或超聲等其他物理治療的差異不大[22]。因此電刺激對OP治療的有效頻率尚未可知,以下對常見頻率及其對比進行總結。

2.1 低頻率(1～10 Hz)

在電針治療中,多數文獻報道的頻率低于10 Hz,結論均提示抗OP效果顯著。如柏中喜等[23]以電脈沖頻率為 2 Hz的電針干預穴位,可增加OP大鼠模型的骨密度及生物力學。朱根生[24]采用 2 Hz頻率單一方波電針刺激去神經大鼠證實其對增加股骨生物力學有效。Hiroyuki Tamaki等[25]研究在早期廢用肌肉骨骼萎縮的大鼠中,每日對左脛骨前肌進行經皮電刺激(頻率為10 Hz,脈寬 250 μs),1周后發現能減少肌肉和骨質流失并改善骨骼脆性。TENS的治療模式中針灸樣刺激頻率是1～4 Hz,脈沖寬度是0.2～0.3 ms,出現脈沖式肌肉抽搐,適用于急慢性疼痛、長期止痛及周圍循環障礙。

2.2 中高頻(10～100 Hz)

Belanger等[26]研究表明,每天對脊髓損傷患者的股四頭肌行電刺激(25 Hz),24周后發現其股骨遠端和脛骨近端骨密度增加了28%。Tanaka[27]研究提示20 Hz的刺激頻率顯示了最大的成骨細胞的激活及細胞內鈣離子的更大反應,但該學者依舊指出最佳的刺激模式仍然存在爭議。Iimura等[13]將袖帶電極植入去勢后大鼠雙側喉上神經,發現其可改善去勢后大鼠的骨質流失,植入電刺激器DC的頻率為40 Hz。此外,臨床應用神經肌肉電刺激療法時常需要使肌肉達到完全強直收縮,對正常肌肉,需要的頻率常在30 Hz以上[28]。

2.3 多種頻率對比

部分文獻報道探索電刺激對OP的最佳頻率,多采用數種常見頻率對比療效,結論也各不相同。金肖青等[29]采用電針2 Hz、100 Hz、2/100 Hz不同頻率對OP模型大鼠骨小梁空間結構均具有一定的保護作用,以100 Hz頻率電針刺激更為明顯。有報道將電極連接到100 MHz任意波形發生器以各種頻率(1、2.5、5、10、15、20、30、40、50、60、100 Hz)行電刺激,發現在20、50 Hz肌肉電刺激時股骨骨小梁質量改善更明顯,股骨髓內壓力在20 Hz時測得的最大,10 Hz 電刺激誘導的肌肉收縮產生的骨應變影響最明顯[30]。此外,也有研究證實,持續給予大鼠同一頻率的刺激會出現耐受[31]。

3 電刺激部位

關于電刺激部位主要是針對TENS及神經肌肉電刺激療法。神經肌肉電刺激療法的臨床應用已有100多年,近年來在神經肌肉骨骼疾病的康復中應用顯著增加。神經肌肉電刺激療法是應用低頻脈沖電流刺激肌肉使其收縮,以恢復其運動功能的方法。電極可放在痛區、運動點、扳機點、穴位、患處不同節段的脊柱旁等。2個電極或2組電極的放置方向有并置、對置、近遠端并置、交叉等。

3.1 肌肉刺激

動物實驗研究表明,刺激肌肉可增強肌纖維數量,骨骼肌收縮可增加肌肉骨骼組織內的血流量,從而增強相應骨的骨密度[32]。對相同的外部刺激骨骼肌較骨骼更敏感,Alfredo等[33]實驗發現電誘導等距收縮80次,肌肉含量增加,而對骨組織無明顯影響。關于放置肌肉的位置也與OP動物造模方式有關。Tamaki等[25]對左脛骨前肌進行經皮電刺激1周后發現大鼠脛骨前肌重量增加,小梁骨體積分數、數目和連接密度增加,表明經皮低頻電刺激肌肉收縮治療能減少肌肉和骨質流失并改善骨骼脆性。

3.2 穴位刺激

穴位的選擇常根據中醫理論,OP 的臨床表現與中醫“骨痿”“骨枯”“腰腿痛”等病名類似,根據“腎藏精主骨,生髓為先天之本,腎精虧虛會使骨密度降低;脾主肌肉,為后天之本,氣血生化之源,脾胃虛弱則氣血乏源,會影響到鈣、磷代謝”,因此在選穴上選擇以補腎益精、健脾養血的穴位為主,如“腎俞”“脾俞” “三陰交” “足三里” “懸鐘穴”和“命門穴”[10-11,23]。與OP 相關的穴位可達到緩解臨床癥狀,提高骨密度的效果[34]。

3.3 神經刺激

對神經的直接刺激主要指直流電刺激方法,如Lau等[35]將用植入式微型電刺激器(一種DC)植入L4～6椎骨水平的右側背根神經節,刺激背根神經,結果顯示其可刺激降鈣素基因相關肽的分泌,減少OP大鼠的總骨礦含量及骨小梁骨密度的下降,顯著改善骨小梁微結構。Iimura等[13]將袖帶電極植入去勢后大鼠雙側喉上神經,可改善去勢后大鼠的骨質流失。

4 治療劑量

電刺激在OP中的應用劑量主要表現在時間及強度,強度多選擇1.0 mA,以局部見肌肉輕微收縮為佳[11,23]。Inoue等[36]選擇8、16 mA電流(10 Hz)刺激大鼠股四頭肌4周,但結果發現與沖擊波及超聲波相比,并未改善大鼠骨小梁微結構和骨強度。單次的治療時間為10 min以上,總療程為1周至3個月不等,如王亞軍選擇電針刺激穴位每次電針刺激15 min,1次/d,連續5 d,間隔2、20 d為 1 個療程,治療 3 個療程[11]。柏中喜以經皮神經電刺激穴位每次30 min,持續4周[23]。電刺激在頻率、部位及治療量主要針對電針療法、TENS等。

5 總結與展望

OP屬于人體功能退行性改變的疾病,其治療多為止痛及預防骨折并發癥。運動療法是一種防治OP的有效方式,因為機械負荷會加速骨形成。然而,患有OP的老年患者往往很難運動,且有摔倒骨折的風險。電刺激促使神經興奮、肌肉收縮,以機械方式刺激肌肉骨骼的被動運動,而無需任何自愿的身體活動,是目前公認的安全、有效、依從性高的防治方式。其治療的方式多樣,經皮神經電刺激及神經肌肉電刺激療法還因其無創、便捷的優點,近年來逐漸受到推崇,其還能結合中醫穴位理論形成經皮穴位電刺激療法進行辨證論治,可通過調節細胞因子水平、緩解肌肉疲勞、改善血流動力學等途徑緩解骨質疏松性疼痛。但公認最優的刺激模式及部位仍存在爭議,對于電刺激的可靠參數還需結合臨床。