体外冲击波治疗骨折不愈合新方法的实验研究

乔晓峰,李长德

(佳木斯大学附属第一医院骨外一科,黑龙江 佳木斯 154003)

骨折是骨结构的完整性或连续性中断,骨不连是常见骨折晚期并发症之一,是骨折后期治疗中复杂而困难的问题之一,发生率约为5%～ 10%[1],1980年 Chaussy等[2]创造性的将 ESWL技术与 X线定位系统结合起来后,ESWL技术的应用不仅仅局限于各类结石病的治疗,在其他医学领域里的应用也正在被探索和研究。本文主要对冲击波技术在骨折不愈合方面的应用做一实验研究。以寻求一种新的治疗骨不连的方法,为骨不连患者带来新的希望。

1 一般资料

①在“切除截骨骨不连模型”的基础上制作骨不连模型[3]。取 35只健康同种属不分性别的家兔,体重在 (1.5±0.12)kg。共 70只前肢,作自身对照。左侧为对照组,右侧为实验组。先将所有家兔作肌肉注射全麻后,使家兔俯卧位于手术台上 ,剪毛,常规消毒,铺无菌单。取前肢外侧切口,暴露桡骨中段,离骨膜,用薄钢片分开骨间膜,用钢锯在桡骨中段人为截除桡骨包括骨膜(0.5± 0.02)mm。冲洗,断端用中间封闭的硅胶管封闭,缝合切口,4万单位庆大霉素局部封闭。术后无外固定。分笼标准饲料喂养。术后应用磺胺类抗生素预防感染,由于感染和出血造成死亡家兔2只,实验对象实际为33只,共 66条前肢。术后 6周时,家兔的桡骨的骨折端之间仍有约(0.36± 0.02)mm的缺损,两断端髓腔均已硬化,闭塞。

②将所有33只家兔称重,体重为(2.0± 0.2)kg。麻醉后,取原手术入路,取出封闭在实验组和对照组两骨折断端的硅胶管。局部冲洗,分层缝合,4万单位庆大霉素局部封闭。分笼标准饲料喂养3d,以消除局部血肿的影响。应用抗生素预防感染。

③以家兔的右前肢为实验组,左前肢为对照组。实验组用碎石机自带的 B型超声波探测仪上准确定位每只家兔右前肢两髓腔闭塞的骨端。以对骨不连断端进行冲击波治疗。其仪器指标为:能量以 14.5kv的电压,能量为0.45mJ/mm2;冲击波频率为60次 /分;冲击波剂量为4000次;焦点聚焦范围为1.5cm2。击打两断端,每端击打 2000～ 4000次。实验时家兔在同前麻醉状态下进行,实验组剃毛、湿润,固定在压缩式水囊上面。透视下调整冲击波碎石机第二焦点分别对准骨不连远 近端边缘相对应部位各冲击2000次。家兔在行体外冲击波治疗后仍不作外固定,自由活动,分笼标准饲料喂养,加磺胺类抗生素预防感染。

2 检测方法

2.1 影像学检查

术后1、2、3、4、6周拍家兔双前肢 X线片正侧位以便在影像学上测定骨的生长情况。根据柴本甫等报道的 X线观察骨折愈合的衡量标准进行判断。

2.2 组织学方法

光镜:术后1、2、3、4、6周在拍完 X线片和抗拉力实验后,取骨折断端附近的骨组织和软组织,用10%甲醛固定后,同时进行经体积分数为10%乙二胺四乙酸脱钙15d后,石蜡包埋,切片,常规 HE染色来观察骨折断端之间的骨的生长情况:包括毛细血管数,以及各时期组织及细胞成分的出现的比较。

2.3 骨端抗拉力测定

术后 1～ 6周时,处死家兔后,暴露骨折断端,取完整的实验组和对照组家兔桡骨全长标本。用弹簧拉力器固定家兔桡骨两端,测定两组骨折断端的抵抗拉伸力情况。以确定骨折愈合的确切性和强度。以对照组抗拉力情况为对照行统计学处理。

3 结果

3.1 X线片观察

按柴本甫等报道的 X线观察骨折愈合的衡量标准进行判断的结果。X线片显示实验组冲击波治疗术后第1周,骨折端硬化骨痂碎裂,骨髓腔再通,有纤维性骨痂形成。第3周出现桥梁骨痂。第4周出现骨性骨痂,第6周完全愈合。对照组无明显变化,骨折端硬化,髓腔闭塞 ,仍然为骨不连状态。

3.2 组织学观察

组织学观察结果显示,实验组家兔重新出现骨折愈合,与对照组相比,各时期的组织及细胞成分均相应增加,而对照组的组织及细胞成分却基本上没有变化。说明体外冲击波治疗法对骨不连有确切的疗效。

骨折的愈合需要骨折端充分的血供。新生毛细血管的出现意味着骨折断端的血供情况,新生毛细血管数目越多表示血运越丰富 ,刺激成骨反应,促进骨折愈合,见表 1。如表 1所示,治疗后 2～ 4周时实验组血管数显著高于对照组,第一周实验组就可见大量新生毛细血管长入骨折部位,对照组却只有少量的毛细血管。

表1 家兔骨痂中毛细血管计数结果(n=6,±s)

表1 家兔骨痂中毛细血管计数结果(n=6,±s)

组别 1w 2w 3w 4w 6w实验组 207.1± 39.7 356.4± 46.1 586.4± 47.5 487.3± 52.7 105.4± 23.6对照组 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 抗拉力实验测定结果

见表 2,根据表2所示 ,体外超声波治疗后,实验组与对照组之间骨折愈合对抗拉力有显著差异 (P＜0.01),实验组随时间的推移骨折愈合对抗拉力的强度越强,表明骨折愈合质量越高,组内每时期之间有显著差异 (P ＜0.01)。而对照组基本无变化,组内无显著差异 (P＞ 0.05)。

表2 治疗后实验组与对照组骨折愈合抗拉力实验结果 (±s)

表2 治疗后实验组与对照组骨折愈合抗拉力实验结果 (±s)

时间(周) 实验组(N) 对照组(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 讨论

4.1 实验动物的选择

本实验中,选家兔为受试对象,因为其前肢为由尺骨和桡骨构成,造成单一桡骨缺损不会影响家兔的活动及进食,同时用同一只家兔的双侧桡骨分别作为实验组和对照组,避免家兔发生营养不良,造成骨愈合的速度和质量的下降,以此来尽量减小误差。

4.2 冲击波治疗骨不连接的机制

冲击波治疗骨不连接 骨折延迟愈合的机制目前还处于探索和研究阶段,冲击波促近骨折愈合的机理,冲击波促进骨折愈合的机理还不十分清楚。目前认为它不依赖于一个单一的机理或愈合过程中的一个单一的阶段,而是增强愈合过程的几个阶段[4]。大体可认为与下列因素有关:①冲击波作为一个损伤性刺激,引起了骨折区新的创伤反应,延长了炎症期,并激发炎症期较大的血管反应。所以超声波可以刺激血管增生,增加骨折部血供。②冲击波产生新的骨折血肿,带来了大量的细胞因子,其中包括:骨形成蛋白、β转化生长因子、胰岛素样生长因子、成纤维细胞生长因子、血小板衍生生长因子等。它们对细胞增殖与分化及新骨的形成,都有着诱导和调节作用。③冲击波所造成的骨坏死和所产生的大量碎骨片被吸收而释放出骨形成蛋白,可以诱导骨折部位的未分化间充质细胞分化为具有成骨能力的细胞,从而促进骨愈合。④冲击波能有效的击碎骨折断端的硬化骨痂,造成骨髓腔与周围组织的再通,而骨髓腔内含有大量的多潜能细胞,大量活性成骨细胞、前成骨细胞及骨祖细胞等,所以它可以刺激新骨的生成,使骨折端重新愈合。

4.3 超声波治疗的能量和剂量选择

超声波对组织细胞的损伤效应随着超声波的能量水平和震波次数 (剂量)的增加而呈剂量依赖性增加。低能量密度的超声波可以刺激骨折和伤口的愈合而较高能量密度的震波则有抑制作用钟俊等研究发现 ,在 13.5kv、0.42mJ/mm2,17.4kv、 0.54m J/mm2,21.1kv、0.60mJ/mm2能量组治疗后的骨不连间隙明显缩小,治疗前后骨间隙有显著差异(t检验 P值 均小于0.01)。但在 0.60mJ/mm2能量组动物经冲击波治疗后,局部皮下有显著的淤血和肿胀,对骨不连的愈合是不利的。Kauleasar[5]等研究发现,施以 1000～ 2000次时开始见到损伤效应发生,而当震波次数超过5000次以上则不会发生更多的改变。说明超声波的效应是剂量依赖性的和可饱和性的。故本次实验的冲击波剂量我们选为0.45mJ/mm2。

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

[2]胡蕴玉,陆裕朴,刘玮,等.重组合异种骨的实验研究与临床应用[J].中华外科杂志,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.低强度超声波促进骨折愈合的研究进展 [J].现代康复,2000,4:1856-1857

[5]李晓林,杜靖远.高能震波促进骨折愈合机理的探讨 [J].中华实验外科杂志,2000,2(17):128-129