低强度脉冲超声在骨折愈合不同阶段中作用的研究进展

汪志平，朱 超，丁喆如

·综述与讲座·

低强度脉冲超声在骨折愈合不同阶段中作用的研究进展

汪志平，朱 超，丁喆如

低强度脉冲超声波；骨折愈合；不同阶段；作用

低强度脉冲超声波是一种强度在300～1 200 W/m2以1 kHz频率重复的1.5 MHz脉冲机械波。由于骨存在机械应力负荷，在骨折情况下超声波引起的额外微机械应力负荷正好替代了骨的生理性机械负荷。从细胞水平看，超声可以影响骨折周围细胞的自我繁殖能力。超声还可以在不同细胞水平上提高细胞内钙水平。有研究表明，超声改变了骨折过程中各种细胞的活性，促进了骨折的愈合过程[1]。

1 低强度脉冲超声在骨折愈合过程中的治疗时机

骨折愈合过程可以分为5个时期：炎症期、血管生成期、软骨痂形成期、硬骨痂形成期、重塑期。一些研究已经开始研究骨折愈合中的那个时期更易受低强度脉冲超声的影响。Yang等[2]证明在低强度脉冲超声治疗组与对照组相比，蛋白聚糖基因表达在治疗后第7天明显升高，在第21天明显降低，在αⅠ(Ⅱ)前胶原基因表达中有类似的现象。在体外试验中也观察到低强度脉冲超声治疗的软骨培养基中蛋白聚糖的基因表达明显升高，表明低强度脉冲超声主要影响了软骨内骨化过程[3]。Rawool等[4]报道低强度脉冲超声可能影响了血管生成期骨折愈合，再用动力多普勒进行评定，观察到低强度脉冲超声在狗尺骨截骨部位治疗10 d后，血管生成增加了33%，可能是低强度脉冲超声产生的机械震波提高了细胞膜钙离子的通透性，导致血流量的微机械液压改变所致。Azuma等[5]报道在术后第17～24天用低强度脉冲超声治疗8 d和持续低强度脉冲超声治疗25 d后，在机械强度和组织学上没有明显差异。这表明低强度脉冲超声对骨折愈合的重塑期没有影响。同时发现术后第17～24天用低强度脉冲超声治疗组和持续低强度脉冲超声组与对照组相比，在骨折部位都有更多更广泛的骨桥形成，这就证实了低强度脉冲超声影响了骨痂形成。上述研究表明低强度脉冲超声对骨折愈合的重塑期没有影响，而是影响了骨折愈合中的炎症期和骨痂形成期。

2 低强度脉冲超声对骨折愈合期骨痂区域的影响

Duarte等[6]报道定量放射学和组织学分析证实低强度脉冲超声治疗组在股骨皮质缺损和兔腓骨截骨部位的骨生成量与对照组相比明显增多。Tsai等[7]证实在兔腓骨中低强度脉冲超声治疗组与非治疗对照组相比术后矿物质沉积率明显升高，更大区域骨痂形成主要归功于低强度脉冲超声治疗后软骨内成骨过程的增快。组织学分析表明鼠股骨低强度脉冲超声治疗14 d后与非治疗组相比有更多的软骨内骨化和更小的骨折间隙[8]。这些试验证实了低强度脉冲超声治疗后能更多、更快地形成骨痂。

3 低强度脉冲超声在软骨痂和硬骨痂形成期对骨痂强度的影响

低强度脉冲超声治疗已被证实可以加速骨折断端机械性能的恢复，Yang等[2]在鼠股骨骨折中用低强度脉冲超声(500 W/m2)治疗21 d与非治疗组相比，在最大扭力和扭力韧度上均明显提高。在低强度脉冲超声和动物模型中，同样的实验再次证实低强度脉冲超声治疗组的骨质与非治疗对照肢体组相比在21 d之后有明显更大的扭力(22%)和强度(67%)[8]。在鼠模型中，硬骨痂形成相关的细胞增殖在21 d后停止[9]。由于机械检测在骨折后的21 d进行，因此，机械性能的提高表明低强度脉冲超声治疗影响了骨折愈合的更早阶段，而不是重塑期。Pilla等[10]记录了兔胫骨干中段截骨低强度脉冲超声治疗28 d后的最大扭力强度和韧度值，术后低强度脉冲超声治疗14、16、17、18、21 d的骨质在最大扭力和扭力韧度与非治疗组相比均明显升高。28 d后，低强度脉冲超声治疗的骨质在最大扭力和扭力韧度上与非治疗对照组相比没有明显的提高。上述结果再次证实在骨折愈合早期内通过低强度脉冲超声治疗提高了骨痂的机械性能，而对重塑期骨痂没有影响。Hantes等[3]研究术后低强度脉冲超声治疗在羊胫骨截骨模型中的治疗效果，放射学证实低强度脉冲超声治疗的骨质比对照组愈合的更快；在低强度脉冲超声治疗75 d后的骨质与非治疗对照组相比在骨矿物质密度和极限强度上都没有明显的差异。在更大的动物模型中的数据再次表明骨折愈合早期受低强度脉冲超声影响骨痂强度，但对重塑期没有影响[7]。上述研究表明低强度脉冲超声在骨折愈合的软骨痂和硬骨痂形成期提高了骨痂最大扭力强度和扭力韧度。

低强度脉冲超声可能影响了骨折愈合过程中的炎症和结痂形成期，而对骨重塑期没有影响。低强度脉冲超声治疗后早期有更多、更快的骨痂形成。低强度脉冲超声在骨折愈合的软骨痂和硬骨痂形成期提高了骨痂最大扭力强度和扭力韧度。上述结果表明，在骨折早期应用低强度脉冲超声治疗可以减少治疗时间，其在骨折的炎症和结痂形成期配合手术治疗骨折能够获得良好的临床效果。

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(本文编辑：甘辉亮)

200081 上海，解放军第四一一医院(汪志平、朱超)；第二军医大学附属长征医院(丁喆如)

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10.3969/j.issn.1009-0754.2016.06.033

2016-03-11)