脉冲电磁场结合自体红骨髓移植治疗创伤性骨缺损的疗效

李　彬,陈华勇，高　皓，刘　莉，朱　旭，李永光，陆晓刚



脉冲电磁场结合自体红骨髓移植治疗创伤性骨缺损的疗效

李彬1,陈华勇2，高皓1，刘莉3，朱旭4，李永光3，陆晓刚3

650111昆明，武警云南总队医院：1.外一科，2.理疗科，3.医务处，4.呼吸内科

【摘要】目的探讨脉冲电磁场(pulsed electromagnetic fields，PEMFs)结合自体红骨髓移植治疗骨缺损的疗效。方法将四肢新鲜骨折患者随机分为3组，对照组手术过程中植入同种异体骨后行内固定，2 Hz、15 Hz治疗组植入同种异体骨与自体红骨髓复合体后内固定，术后分别配合2 Hz、15 Hz脉冲电磁场治疗；3组患者分别于术后4、12、24、40周复查X线片并进行疗效评定。结果30例患者治疗后均获得随访，对照组、2 Hz、15 Hz治疗组治愈率分别为80%、100%、90%；在相同时间点上，治疗组骨痂生长情况明显优于对照组(P<0.05)；2 Hz治疗组骨痂生成较15 Hz治疗组明显增多(P<0.05)；3种治疗方式下肢体的功能恢复情况差异无统计学意义(P>0.05)。结论联合运用脉冲电磁场、自体红骨髓复合同种异体骨移植能明显促进骨痂生长，修复骨缺损有显著效果。

【关键词】脉冲电磁场；自体红骨髓；同种异体骨；骨缺损；复合移植

骨缺损的治疗一直是骨科领域的难点。目前，所采用的修复技术主要有自体骨移植和同种异体骨移植，但以上方法均有缺陷。传统的自体骨移植存在取骨量有限、难以修复较大体积的骨缺损、有术后供区疼痛等缺点；而同种异体骨移植则由于在置入人体前需进行脱脂、脱钙、冻干等处理，从而骨组织的基本生理特性有所削弱[1]。国内外大量的临床试验发现，脉冲电磁场(pulsed electromagnetic fields，PEMFs)能有效促进骨折愈合[2]，其无创伤、无感染、治疗方便、不良反应小等优点日益受到人们的关注与重视。虞冀哲等[3]发现，低频电磁场干预可显著促进BMSCs及成骨细胞成骨定向分化；刘纪涛等[4]通过不同极低频率PEMFs干预四肢新鲜骨折内固定后的治疗，发现脉冲电磁场能促进骨痂生长从而促进骨折愈合。另外，已有临床研究发现，同种异体骨复合自体红骨髓移植能明显促进骨缺损的愈合[5]。当然，上述研究还存在着许多有待解决的问题，如脉冲电磁场的应用参数，目前公认的是低频率、低强度，但究竟具体使用多大的参数值及各参数间应该如何组合方能达到治疗参数的最优化；电磁场作用下，刺激骨髓间充质干细胞定向分化的最优“窗口”还需要进一步摸索。本研究基于上述理论，联合运用电磁技术及骨组织工程技术，力图建立规划化的治疗体系，为解决骨缺损修复这一难题提供新的治疗方法。

1对象与方法

1.1对象选择2014-05至2015-11本院骨科住院治疗的四肢新鲜骨折患者30例，男17例，女13例，20～55岁。踝关节骨折8例，尺桡骨骨折8例，胫骨干骨折6例，肱骨干骨折4例，锁骨骨折4例。此次研究报我院伦理委员会批准，术前征得患者及家属同意并签署手术同意书。

1.2诊断标准创伤后患肢局部肿痛、畸形、反常活动，骨擦音或骨擦感，X线片最终确诊的四肢骨折。

1.3纳入标准四肢新鲜粉碎性骨折伴骨缺损，需手术切开复位内固定、植骨的患者。

1.4排除标准(1)伴有严重的骨性关节炎、骨质疏松症；伴有严重内科疾病，全身情况差者；(2)病理性骨折；(3)伴有重要血管、神经损伤；(4)带有置入式心脏起搏器或置入式大脑神经刺激器患者；(5)孕妇。

1.5方法

1.5.1分组将符合纳入标准的病例随机分为3组：对照组、2 Hz、15 Hz治疗组，每组各10例。对照组行手术切开复位内固定、置入同种异体骨后常规予抗炎等对症治疗；2 Hz、15 Hz治疗组常规行手术切开复位内固定，术中采集自体红骨髓，与同种异体骨复合后植入骨缺损处，缝合伤口后分别联合2 Hz、15 Hz PEMFs治疗。

1.5.2红骨髓采集术无菌操作条件下，常规髂前上棘或髂后上棘穿刺抽取红骨髓，采用多点穿刺方法，每个穿刺点抽取不超过10 ml；抽取红骨髓后立即以注射器注入无菌同种异体骨，一般每10 ml复合3 g同种异体骨，注射时保持一定的压力，使红骨髓能浸润均匀分布于同种异体骨，浸泡约1.5 h，待手术植骨时使用。

1.5.3手术方法常规术前检查，根据骨折情况暂行患肢外固定或牵引；行手术切开复位，骨折复位满意后，选用相应内固定；对照组常规植骨，治疗组置入和红骨髓复合的同种异体骨；根据术中出血情况留置引流管，术后常规缝合切口，选用适当抗生素预防感染。

1.5.4脉冲电磁场治疗2 Hz、15 Hz治疗组术后选用广州龙之杰科技有限公司生产的LGT-2000电脑骨伤治疗仪进行治疗。2 Hz治疗组频率2 Hz，强度2 mT；15 Hz治疗组频率15 Hz，强度4 mT。共3个疗程，每个疗程分别治疗10次，30 min/次，治疗结束后统计并分析疗效。

1.5.5主要观察指标及评价患者于术后4、12、24、40周复查X线片，从以下三方面给以评价：(1)骨痂评分；(2)下肢功能恢复评价；(3)上肢功能恢复结果评价。其中骨痂评分参照Beck LS 和 Deguzman L评分系统进行骨折愈合状况半定量评定；下肢功能恢复评价依据Johner-Wruch评分标准评定；上肢功能恢复结果评价参照“美国肩肘外科医师评分-肘关节评分系统”。

2结果

2.1一般情况各组间性别、年龄及术前准备时间比较，差异均无统计学意义(P>0.05，表1)。

表1　四肢新鲜骨折患者一般情况比较　(n=10；±s)

2.2疗效30例患者治疗后均获得随访。对照组10例中，8例获得临床愈合，治愈率为80%；2 Hz治疗组10例中，10例获得临床愈合，治愈率为100%；15 Hz治疗组10例中，9例获得临床愈合，治愈率为90%。

2.3Beck LS和Deguzman L评分术后4周，治疗组患者骨折端可见少许外骨痂形成，密度增高明显；对照组未见明显骨痂量形成，骨折线明显。术后12周，治疗组患者骨折端外骨痂形成明显增多，骨折线开始变为模糊；对照组外骨痂增多，骨折线较前模糊。术后24周，治疗组患者骨折端外骨痂明显吸收，骨折线模糊近消失；对照组骨痂外骨痂轻度吸收，骨折线模糊。术后40周，治疗组患者骨折端外骨痂基本接近完全吸收，骨折线消失，髓腔完全再通；对照组骨折端外骨痂明显吸收，骨折线消失。15 Hz治疗组1例及对照组2例患者经随访术后42周均获得临床愈合。根据评分情况显示，在相应时间点上，治疗组骨痂生成较对照组明显增多(P<0.05)；2 Hz治疗组骨痂生成较15 Hz治疗组增多(P<0.05，表2)。

表2　脉冲电磁场+自体红骨髓移植治疗各组Beck LS和 Deguzman L评分情况比较　(n=10；；分)

注：与对照组比较，①P<0.05；与15 Hz治疗组比较，②P<0.05

2.4下肢及上肢功能恢复结果评价评价分别依据Johner-Wruch评分标准及“美国肩肘外科医师评分-肘关节评分系统”。3组术后上、下肢功能恢复情况，经统计学检验P>0.05,说明3种治疗方式的功能恢复情况比较，差异无统计学意义(表3)。

表3　脉冲电磁场+自体红骨髓移植治疗术后40周各组下、上肢功能恢复结果评价　(n=10；例)

3讨论

电磁环境是骨组织所处的重要微环境之一，PEMFs作为一种非侵入性治疗方法，用于治疗严重骨折所致骨缺损、骨折延迟愈合等骨科疾病已取得了满意的疗效。PEMFs促进骨折愈合的机制可能为以下几方面[6,7]：(1)刺激成骨细胞的增殖；(2)促进骨髓间充质干细胞生长；(3)促进局部生长因子的合成和分泌；(4)促进细胞外基质合成；(5)促进钙盐沉积；(6)抑制细胞缝隙连接之间的信号传递：(7)影响破骨细胞及跨膜信号。目前，大量研究表明，低能量、低频率的PEMFs(参数为0～300 Hz)促进骨折愈合的作用更为明显；但具体哪一个频率或频率范围更有利于骨折愈合，不同学者得出的结论不尽相同，这可能与实验环境、设备、方法不同有关。本研究中实验组骨痂评分明显高于对照组，显示出在2 Hz、15 Hz PEMFs作用下，具有更强的促进骨折愈合优势；其中2 Hz效果更为显著，可能其更接近机体正常的强度与频率窗[8]。

自体红骨髓移植至骨缺损部位后有明显的成骨作用，因其骨髓基质干细胞可在特定条件下被诱导分化为成骨细胞，红骨髓中还含有丰富的骨形态发生蛋白(BMP)、能产生生长因子的血小板及单核细胞，故而红骨髓不但自身有成骨作用，还可诱导刺激骨折处其他组织细胞转变为成骨细胞，从而大大提高了骨折部位的成骨能力[9]。同种异体骨在加工中已去除其中所含的细胞，可减轻受体的免疫反应，同时也减少了携带细胞内病毒颗粒的危险，安全性已获得临床证实。同时，同种异体骨与宿主骨紧密接触，为成骨细胞的爬行替代过程创造了良好的条件，并具有人工生物材料所不具有的成骨活性物质。本实验运用自体红骨髓复合同种异体骨植入骨缺损区，既可起到机械充填和新骨沉积的支架桥梁作用，又可互相取长补短，共同完成移植骨的爬行替代生长过程；另一方面，也避免了单纯自体红骨髓移植后骨髓容易流失、局部浓度消失过快，位置不易保持，难以经受骨折处渗血及引流的冲刷等不足，从而增强了修复骨缺损的能力，并具有操作简便、移植时间短及并发症少等优点。

根据本研究结果可初步认为，在PEMFs作用下自体红骨髓复合同种异体骨植入能更有效地促进骨缺损的修复。同时，其生物学机制、最佳参数设置及自体红骨髓接种的用量及最佳方式还有待进一步深入研究。

【参考文献】

[1]Peter V G，Haralambos D，Eleftherios T. Bone substitutes：an update[J].Injury，2005,36(3):20-27．

[2]Ryang We S,Koog Y H,Jeong K I,etal.Effects of pulsed electromagnetic field on knee osteoarthritis：a systematic review [J].Rheumatology，2013,52(5):815-824．

[3]虞冀哲,杨勇,刘朝旭,等.共培养条件下电磁场干预对大鼠成骨细胞及骨髓间充质干细胞成骨分化的影响[J].中华物理医学与康复杂志，2013,35(4):250-255.

[4]刘纪涛,陶军.2Hz极低频脉冲电磁场可促进金属植入物内固定四肢新鲜骨折的愈合[J].中国组织工程研究与临床康复,2011,15(52):9709-9712.

[5]Kong Zhigang,Chen Yongbao,Sun Lei.Allograft cancellous bone combined with autologous red marrow for treatment of periarticular fractures[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research,2013,17(48):8419-8427.

[6]Barnba S,Papalia R,Ruzzini L,etal.Effect of pulsed electromagnetic fields on human osteoblast cultures[J].Physiother Res Int,2013,18(2):109-114.

[7]Assiotis A,Sachinis N P,Chalidis B E. Pulsed electromagnetic fields for the treatment of tibial delayed unions and nonunions.A prospective clinical study and review of the literature[J].Orthop Surg Res,2012,8(7):24.

[8]Nozomu L,Isao O.Effect of pulsed electromagnetic fields (PEMF) on late-phase osteotomy gap healing in a canine tibial model[J].Orthop Res,2002,20(5):1106-1114.

[9]蔡敏,李宏宇.四肢骨不连治疗方法的研究进展[J].中国矫形外科杂志，2012，20(6)：534-536.

(2015-12-28收稿2016-03-15修回)

(责任编辑岳建华)

基金项目：云南省昆明市西山区科技局重点项目(西科字23号)

作者简介：李彬，硕士，主治医师。 通讯作者：刘莉，E-mail: Liuli72065@ sina.com

【中国图书分类号】R683

Pulsed electromagnetic fields combined with autologous red marrow transplantation for treatment of traumatic bone deffect

LI Bin1, CHENG Huayong2, GAO Hao1, LIU Li3, ZHU Xu4,LI Yongguang3,and LU Xiaogang3.

1.First Department of Surgery, 2. Department of Physiotherapy, 3. Department of Medical Administration, 4. Department of Respiratory Medicine, Yunnan Provincial Corps Hospital, Chinese People’s Armed Police Force, Kunming 650111, China

【Abstract】ObjectiveTo study clinical effects of the pulsed electromagnetic fields(PEMFs) combined with autologous red marrow implantation in the treatment of traumatic bone defect.MethodsPatients with fresh fractures of the limbs were divided into three groups randomly. The allograft cancellous bone was implanted into the bone defect region before routine fixation in the control group. For 2 Hz and 15 Hz study groups, internal fixation was carried out after the blended autologous red marrow and allograft cancellous bone were implanted, then treated with PEMFs of 2 Hz, 15 Hz. X-ray examination was performed at 4，12，24，40 weeks after fixation in all patients and the effects were evaluated.ResultsAll the 30 patients were followed up after treatment, the cure rates in control group, 2 Hz, 15 Hz study groups were 80%, 100%, 90%, respectively. The formation of bony callus in the study groups were significantly higher than that in the control group at the same time point (P<0. 05), and the formation of bony callus in PEMFs group of 2 Hz was higher than those in the group of 15 Hz (P<0. 05). The functional recovery of upper and lower limbs had no significant difference between the three groups (P<0.05).ConclusionsPEMFs combined with the composite of allograft cancellous bone and autologous red marrow can promote the growth of bony callus significantly, and is effective to repair bone defects.

【Key words】pulsed electromagnetic fields；autologous red marrow；allograft cancellous bone；bone defect；composite graft