物理治疗方法促进牵引成骨新骨形成的研究进展

　　作者：刘　震 综 述 ，吴国平 审 校 作者单位：(四川泸州医学院附属医院整形烧伤科，四川 泸州646000)

　　【关键词】 牵引成骨术;物理疗法;作用

　　牵引成骨术(distraction osteogenesis，DO)是利用一定的牵引力刺激，使骨的裂隙或切开的骨组织被逐渐牵开而在牵引间隙内形成新骨，从而达到延长骨骼长度及修复骨骼缺损的目的[1]，因其能在原位快速成骨，因而是一种复杂的分子生物学过程[2]。自1992年MaCathy应用于下颌骨延长以来，已在颅颌面外科中广泛应用。近年来，为缩短疗程、减少并发症的相关研究越来越受到重视。其中物理方法促进牵引区新骨生成的研究已成为研究热点之一。本文就这方面的研究综述如下。

　　1　牵引成骨的生物学基础

　　牵引成骨是利用生物体内组织的张力同应力效应，通过对完全或部分断离但仍保持有血液供应的骨段，借助骨牵引器在骨段上施加一定速率和方向的牵引力，使骨段逐渐分开，在产生的间隙中生成新骨，同时延展扩充周围软组织，达到延长、增宽或修复骨质缺损的目的。牵引成骨的生物学基础是机体组织在缓慢、有规律、稳定的牵引力作用下产生张力，这种张力具有代谢活性，能够刺激和保持骨组织结构的再生和活跃生长，并在适当的血供以及刺激作用力下，分化为具有修复作用的成骨细胞或者成软骨细胞，这就是牵引成骨术的理论依据[3]。

　　2　物理疗法对于牵引成骨的意义

　　牵引成骨较传统方法具有不用植骨，减少创伤，更加避免了因植骨手术带来的并发症[4]，降低风险等优点。但是，牵引成骨牵引期较长，可能出现成骨过快新骨形成不良或者延迟愈合的情况[5];牵引器的置入有排异、感染、松脱的风险[6];由于肌肉、神经过分牵拉而产生疼痛[3]或者对下齿槽神经的结构和功能造成一定程度的损伤等不良反应，限制了其在临床上的进一步推广应用。在此层面上，采用一些物理辅助方法对于减轻单纯牵引成骨的副作用，加快新骨形成的速度，提高新骨的质和量，缩短治疗时间有着重要意义。

　　2.1　促进骨生长因子的合成

　　骨生长因子的局部调节作用是骨愈合和骨代谢的内在因素之一。实验已经证实许多生长因子和激素刺激毛细血管的生长，促进骨生成细胞的分化和增殖，从而促进新骨形成。机械牵引刺激缩短了骨细胞爬行的距离，加速了骨细胞的增生，促进骨痂生长和骨化。大量实验研究报道机械牵引力可以刺激局部生长因子如TGF β1-mRNA和OPN-mRNA、骨黏连蛋白的持续表达，促进成骨细胞前体的补充和成骨细胞的增殖及胶原的合成[7]，维持骨痂的不断形成和再塑，从而促进骨代谢过程。高压氧治疗的原理可能就是在骨痂处形成富氧环境，推动骨细胞的增殖，并减少软骨性骨痂的形成，断续的高压氧对促进新骨形成更有好处。Fredericks 等[8]通过动物实验证实直流电刺激促进骨形成的机制和骨诱导因子的增量调节介导有关。

　　2.2　刺激血管生成

　　血管生成是一个复杂的生理过程，与新骨生成密切相关，骨新生或再生依赖于良好的血供和营养支持。牵引区血管化是成骨的重要条件，血管的新生和广泛吻合为牵引过程中新骨的迅速形成提供了充分的血供，对于缩短牵引治疗周期，减少新生骨不良影响有重要意义。有学者认为超声波可以刺激血管生成相关因子的生成，促进血管生成，同时可使无功能毛细血管与吻合支开放，加速血液流动，从而改善血液供应，促进骨愈合[9]。Witkowski等[10]通过动物实验发现电磁场可以诱导成骨细胞释放IGF-Ⅱ到培养基，而且可以增加细胞膜IGF-Ⅱ受体的数目，两者共同促进细胞增殖。

　　2.3　促进机体钙的吸收

　　高压氧[11]能促进机体钙的吸收以及钙、镁、磷、锌等在骨内的沉积，使骨痂形成加快，增强机体免疫功能，有利于骨的钙化和胶原形成，促进骨折愈合。电刺激也能对钙盐产生动力学影响，激活骨细胞内的cAMP系统[12];促使成骨细胞膜上钙离子通道开放，增加细胞内游离钙离子浓度[13]，从而促进骨细胞生长、加速骨成熟。激光能够刺激羟基磷灰石的沉积，影响钙的转运，刺激骨的愈合[14]。

　　2.4　改变软骨细胞功能

　　Bassettt 通过动物和临床研究发现应用脉冲电磁场可以促进骨愈合，但是认为不是电场直接刺激成骨，而是由于改变纤维软骨细胞的功能，以消除影响骨愈合的任何软组织。Weber等[15]通过动物实验认为低水平激光治疗对软组织和骨质的修复有积极作用。

　　3　各种物理疗法在牵引成骨中的应用

　　3.1　机械刺激

　　机械刺激(mechanical stimulation，MS)在骨组织的正常代谢和重建过程中起着十分重要的作用，其作用于骨组织后可通过包括成骨细胞在内的多种感应细胞，感知并传导力学信号。Liu 等[16]对大鼠成骨样细胞施加不同强度的流体剪切力 1.2、1.6 及1.9 Pa,1 h 后观察发现1.6 和1.9 Pa 组细胞形态有呈纺锤状的倾向。Qi等[17]发现机械刺激能够促进骨髓间充质干细胞增殖，增强碱性磷酸酶的活性，并且上调某些基因的表达。Qi等[18]通过动物实验证明机械刺激可促进MSC的增殖，而MSC对牵引成骨新骨形成有重要的作用。

　　3.2　电刺激

　　电刺激(electric stimulation， ES)作为传统的治疗骨折和骨不连的有效手段之一，临床上现已被用来治疗不同的整形外科疾病。电刺激可促进局部血液循环，诱导多种骨生长因子的生成，加快骨缺损区的连接以及骨痂的形成与改建。微量电刺激已被证实能影响机体骨代谢，使骨、软骨细胞周围微循环，发生生物化学改变[19]，并广泛应用于临床上多种骨骼相关疾病的预防和治疗，包括骨折延迟愈合或不连、新鲜骨折、骨质疏松等[20]。Tancan等[21]在大鼠切牙骨牵引成骨实验中，在其早期固定期每天12 h应用直流电刺激(3V,10μA)，连续12 d，结果实验组牵引区新骨形成面积大于对照组。El-Hakim等[22]在山羊的下颌骨牵引成骨实验中证实，直流电在牵引期和固定期均有刺激新骨形成的作用。

　　3.3　高压氧

　　高压氧(hyperbaric oxygen，HBO)治疗是指在高于一个大气压的环境下，吸入纯氧而达到治疗目的的一种有效治疗方法。高压氧治疗的原理可能是在骨痂处形成富氧环境，促进血管形成，加速成骨细胞的增殖，促进膜性成骨，刺激新骨形成。吴建珊等[23]将培养的成骨细胞接受19次2.4个大气压 90 min 和1.5个大气压 90 min 的高压氧和高压空气的治疗，发现高压氧可以明显增加骨结节的数量和大小，提示高压氧治疗可以显著提高成骨细胞的成骨分化，有效引导新骨形成。Inkuchi等[24]在狗牙齿牵引成骨过程中应用高压氧治疗，结果骨组织计量学检测发现骨小梁密度和皮质骨面积均大于对照组，说明高压氧能加速成骨和血管化的过程。Wang等[25]在兔胫骨牵引成骨实验中证实早期、足疗程应用高压氧对牵引成骨有积极作用。

　　3.4　激光刺激

　　低水平的激光(low-lever laser，LLL)是运用大部分可见的红外光谱通过刺激血管形成、纤维化增生及胶原蛋白沉积[26]，加快骨愈合的进程，对牵引成骨膜性成骨速度有促进作用[27]，一旦应用可增加骨密度和骨的弹性模量[28]。激光的光化学和光生物学性能在照射炎症和骨修复部位的效用，已经通过加速新骨形成、降低术后患者的不适及水肿等证实了这一观点[29]。王战鑫等[30]将24只健康大耳白兔随机分为两组行双侧下颌骨牵引成骨，在牵引期对实验组进行为期1个月的氦氖(He-Ne)激光及二氧化碳(CO2)激光照射，采用彩色病理图像测量系统对两组定量分析，结果显示实验组骨基质面积明显大于对照组(P<0. 01)，证明弱激光对牵引成骨的新骨形成速度有促进作用。有学者称牵引期辅助低水平激光刺激至少须3周，否则容易复发[31]。Paulo-Eduardo等[32]在兔下颌骨牵引成骨试验中，实验组从固定期开始接受LLL(Y=830 nm，P=40 mW，能量密度10 J/cm2)，连续12 d，结果实验组牵引区新骨形成比例大于对照组。

　　3.5　低强度脉动超声刺激

　　低强度脉动超声刺激(low-intensity pulsed ultrasound，LIPU)发射方式为脉冲式，非侵袭性，其强度在1～50 mW/cm2 。超声可增加血管生成相关细胞因子的合成，从而促进血管形成;引起细胞膜的通透性的改变，激活第二信使，促进相关基因的表达，从而诱导成骨细胞的生成，促进新骨形成和骨痂的改建，早期为软骨内化骨，后期为膜内化骨。Chan等[33]的动物实验研究证实在牵引成骨的早期阶段，LIPU (30 mW/cm2,1.5 MHz)作为一种生物物理刺激方式，可加速新骨的形成和改建塑形，但在中后期作用已不明显[34]。Ding等[35]在狗牵引成骨实验中，实验组在1 d潜伏期后开始每天牵引并接受LIPUS治疗(20 min/d)，牵引结束后0、1、2、4、6、8和12周处死，处死前牵引区采用99 mTc-MDP断层摄像，X-ray骨密度测量，三维摄影及组织学检查，结果显示实验组LIPUS可加速新骨形成，增强骨密度，但对新骨的体积没有影响。但也有学者认为其对牵引成骨的效用还存在争议[36]。Taylor等[37]研究超声对兔胫骨牵引成骨的影响，结果发现固定期早期并没有形成新骨。

　　综上所述，每一种物理疗法都是促进牵引成骨新骨形成的有效辅助方法，其作用不依赖于单一的机制或者骨折愈合修复过程中的单一阶段，而是从多个环节综合调节辅助牵引成骨。物理疗法因其经济实效、无创无痛等优点，其在牵引成骨中有希望得到更多的应用。但是其相关物理因子最佳应用参数、临床应用中的具体操作规程、对远期效应的评价方案，以及对物理疗法具体作用机制等方面的不明确性，决定了物理治疗方法对牵引成骨的意义尚需要大量理论和实验研究，以及长期临床经验的积累和证实。

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