脈沖電磁場結合自體紅骨髓移植治療創傷性骨缺損的療效

李　彬,陳華勇，高　皓，劉　莉，朱　旭，李永光，陸曉剛

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脈沖電磁場結合自體紅骨髓移植治療創傷性骨缺損的療效

李彬1,陳華勇2，高皓1，劉莉3，朱旭4，李永光3，陸曉剛3

650111昆明，武警云南總隊醫院：1.外一科，2.理療科，3.醫務處，4.呼吸內科

【摘要】目的探討脈沖電磁場(pulsed electromagnetic fields，PEMFs)結合自體紅骨髓移植治療骨缺損的療效。方法將四肢新鮮骨折患者隨機分為3組，對照組手術過程中植入同種異體骨后行內固定，2 Hz、15 Hz治療組植入同種異體骨與自體紅骨髓復合體后內固定，術后分別配合2 Hz、15 Hz脈沖電磁場治療；3組患者分別于術后4、12、24、40周復查X線片并進行療效評定。結果30例患者治療后均獲得隨訪，對照組、2 Hz、15 Hz治療組治愈率分別為80%、100%、90%；在相同時間點上，治療組骨痂生長情況明顯優于對照組(P<0.05)；2 Hz治療組骨痂生成較15 Hz治療組明顯增多(P<0.05)；3種治療方式下肢體的功能恢復情況差異無統計學意義(P>0.05)。結論聯合運用脈沖電磁場、自體紅骨髓復合同種異體骨移植能明顯促進骨痂生長，修復骨缺損有顯著效果。

【關鍵詞】脈沖電磁場；自體紅骨髓；同種異體骨；骨缺損；復合移植

骨缺損的治療一直是骨科領域的難點。目前，所采用的修復技術主要有自體骨移植和同種異體骨移植，但以上方法均有缺陷。傳統的自體骨移植存在取骨量有限、難以修復較大體積的骨缺損、有術后供區疼痛等缺點；而同種異體骨移植則由于在置入人體前需進行脫脂、脫鈣、凍干等處理，從而骨組織的基本生理特性有所削弱[1]。國內外大量的臨床試驗發現，脈沖電磁場(pulsed electromagnetic fields，PEMFs)能有效促進骨折愈合[2]，其無創傷、無感染、治療方便、不良反應小等優點日益受到人們的關注與重視。虞冀哲等[3]發現，低頻電磁場干預可顯著促進BMSCs及成骨細胞成骨定向分化；劉紀濤等[4]通過不同極低頻率PEMFs干預四肢新鮮骨折內固定后的治療，發現脈沖電磁場能促進骨痂生長從而促進骨折愈合。另外，已有臨床研究發現，同種異體骨復合自體紅骨髓移植能明顯促進骨缺損的愈合[5]。當然，上述研究還存在著許多有待解決的問題，如脈沖電磁場的應用參數，目前公認的是低頻率、低強度，但究竟具體使用多大的參數值及各參數間應該如何組合方能達到治療參數的最優化；電磁場作用下，刺激骨髓間充質干細胞定向分化的最優“窗口”還需要進一步摸索。本研究基于上述理論，聯合運用電磁技術及骨組織工程技術，力圖建立規劃化的治療體系，為解決骨缺損修復這一難題提供新的治療方法。

1對象與方法

1.1對象選擇2014-05至2015-11本院骨科住院治療的四肢新鮮骨折患者30例，男17例，女13例，20～55歲。踝關節骨折8例，尺橈骨骨折8例，脛骨干骨折6例，肱骨干骨折4例，鎖骨骨折4例。此次研究報我院倫理委員會批準，術前征得患者及家屬同意并簽署手術同意書。

1.2診斷標準創傷后患肢局部腫痛、畸形、反常活動，骨擦音或骨擦感，X線片最終確診的四肢骨折。

1.3納入標準四肢新鮮粉碎性骨折伴骨缺損，需手術切開復位內固定、植骨的患者。

1.4排除標準(1)伴有嚴重的骨性關節炎、骨質疏松癥；伴有嚴重內科疾病，全身情況差者；(2)病理性骨折；(3)伴有重要血管、神經損傷；(4)帶有置入式心臟起搏器或置入式大腦神經刺激器患者；(5)孕婦。

1.5方法

1.5.1分組將符合納入標準的病例隨機分為3組：對照組、2 Hz、15 Hz治療組，每組各10例。對照組行手術切開復位內固定、置入同種異體骨后常規予抗炎等對癥治療；2 Hz、15 Hz治療組常規行手術切開復位內固定，術中采集自體紅骨髓，與同種異體骨復合后植入骨缺損處，縫合傷口后分別聯合2 Hz、15 Hz PEMFs治療。

1.5.2紅骨髓采集術無菌操作條件下，常規髂前上棘或髂后上棘穿刺抽取紅骨髓，采用多點穿刺方法，每個穿刺點抽取不超過10 ml；抽取紅骨髓后立即以注射器注入無菌同種異體骨，一般每10 ml復合3 g同種異體骨，注射時保持一定的壓力，使紅骨髓能浸潤均勻分布于同種異體骨，浸泡約1.5 h，待手術植骨時使用。

1.5.3手術方法常規術前檢查，根據骨折情況暫行患肢外固定或牽引；行手術切開復位，骨折復位滿意后，選用相應內固定；對照組常規植骨，治療組置入和紅骨髓復合的同種異體骨；根據術中出血情況留置引流管，術后常規縫合切口，選用適當抗生素預防感染。

1.5.4脈沖電磁場治療2 Hz、15 Hz治療組術后選用廣州龍之杰科技有限公司生產的LGT-2000電腦骨傷治療儀進行治療。2 Hz治療組頻率2 Hz，強度2 mT；15 Hz治療組頻率15 Hz，強度4 mT。共3個療程，每個療程分別治療10次，30 min/次，治療結束后統計并分析療效。

1.5.5主要觀察指標及評價患者于術后4、12、24、40周復查X線片，從以下三方面給以評價：(1)骨痂評分；(2)下肢功能恢復評價；(3)上肢功能恢復結果評價。其中骨痂評分參照Beck LS 和 Deguzman L評分系統進行骨折愈合狀況半定量評定；下肢功能恢復評價依據Johner-Wruch評分標準評定；上肢功能恢復結果評價參照“美國肩肘外科醫師評分-肘關節評分系統”。

2結果

2.1一般情況各組間性別、年齡及術前準備時間比較，差異均無統計學意義(P>0.05，表1)。

表1　四肢新鮮骨折患者一般情況比較　(n=10；±s)

2.2療效30例患者治療后均獲得隨訪。對照組10例中，8例獲得臨床愈合，治愈率為80%；2 Hz治療組10例中，10例獲得臨床愈合，治愈率為100%；15 Hz治療組10例中，9例獲得臨床愈合，治愈率為90%。

2.3Beck LS和Deguzman L評分術后4周，治療組患者骨折端可見少許外骨痂形成，密度增高明顯；對照組未見明顯骨痂量形成，骨折線明顯。術后12周，治療組患者骨折端外骨痂形成明顯增多，骨折線開始變為模糊；對照組外骨痂增多，骨折線較前模糊。術后24周，治療組患者骨折端外骨痂明顯吸收，骨折線模糊近消失；對照組骨痂外骨痂輕度吸收，骨折線模糊。術后40周，治療組患者骨折端外骨痂基本接近完全吸收，骨折線消失，髓腔完全再通；對照組骨折端外骨痂明顯吸收，骨折線消失。15 Hz治療組1例及對照組2例患者經隨訪術后42周均獲得臨床愈合。根據評分情況顯示，在相應時間點上，治療組骨痂生成較對照組明顯增多(P<0.05)；2 Hz治療組骨痂生成較15 Hz治療組增多(P<0.05，表2)。

表2　脈沖電磁場+自體紅骨髓移植治療各組Beck LS和 Deguzman L評分情況比較　(n=10；；分)

注：與對照組比較，①P<0.05；與15 Hz治療組比較，②P<0.05

2.4下肢及上肢功能恢復結果評價評價分別依據Johner-Wruch評分標準及“美國肩肘外科醫師評分-肘關節評分系統”。3組術后上、下肢功能恢復情況，經統計學檢驗P>0.05,說明3種治療方式的功能恢復情況比較，差異無統計學意義(表3)。

表3　脈沖電磁場+自體紅骨髓移植治療術后40周各組下、上肢功能恢復結果評價　(n=10；例)

3討論

電磁環境是骨組織所處的重要微環境之一，PEMFs作為一種非侵入性治療方法，用于治療嚴重骨折所致骨缺損、骨折延遲愈合等骨科疾病已取得了滿意的療效。PEMFs促進骨折愈合的機制可能為以下幾方面[6,7]：(1)刺激成骨細胞的增殖；(2)促進骨髓間充質干細胞生長；(3)促進局部生長因子的合成和分泌；(4)促進細胞外基質合成；(5)促進鈣鹽沉積；(6)抑制細胞縫隙連接之間的信號傳遞：(7)影響破骨細胞及跨膜信號。目前，大量研究表明，低能量、低頻率的PEMFs(參數為0～300 Hz)促進骨折愈合的作用更為明顯；但具體哪一個頻率或頻率范圍更有利于骨折愈合，不同學者得出的結論不盡相同，這可能與實驗環境、設備、方法不同有關。本研究中實驗組骨痂評分明顯高于對照組，顯示出在2 Hz、15 Hz PEMFs作用下，具有更強的促進骨折愈合優勢；其中2 Hz效果更為顯著，可能其更接近機體正常的強度與頻率窗[8]。

自體紅骨髓移植至骨缺損部位后有明顯的成骨作用，因其骨髓基質干細胞可在特定條件下被誘導分化為成骨細胞，紅骨髓中還含有豐富的骨形態發生蛋白(BMP)、能產生生長因子的血小板及單核細胞，故而紅骨髓不但自身有成骨作用，還可誘導刺激骨折處其他組織細胞轉變為成骨細胞，從而大大提高了骨折部位的成骨能力[9]。同種異體骨在加工中已去除其中所含的細胞，可減輕受體的免疫反應，同時也減少了攜帶細胞內病毒顆粒的危險，安全性已獲得臨床證實。同時，同種異體骨與宿主骨緊密接觸，為成骨細胞的爬行替代過程創造了良好的條件，并具有人工生物材料所不具有的成骨活性物質。本實驗運用自體紅骨髓復合同種異體骨植入骨缺損區，既可起到機械充填和新骨沉積的支架橋梁作用，又可互相取長補短，共同完成移植骨的爬行替代生長過程；另一方面，也避免了單純自體紅骨髓移植后骨髓容易流失、局部濃度消失過快，位置不易保持，難以經受骨折處滲血及引流的沖刷等不足，從而增強了修復骨缺損的能力，并具有操作簡便、移植時間短及并發癥少等優點。

根據本研究結果可初步認為，在PEMFs作用下自體紅骨髓復合同種異體骨植入能更有效地促進骨缺損的修復。同時，其生物學機制、最佳參數設置及自體紅骨髓接種的用量及最佳方式還有待進一步深入研究。

【參考文獻】

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[4]劉紀濤,陶軍.2Hz極低頻脈沖電磁場可促進金屬植入物內固定四肢新鮮骨折的愈合[J].中國組織工程研究與臨床康復,2011,15(52):9709-9712.

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(2015-12-28收稿2016-03-15修回)

(責任編輯岳建華)

基金項目：云南省昆明市西山區科技局重點項目(西科字23號)

作者簡介：李彬，碩士，主治醫師。 通訊作者：劉莉，E-mail: Liuli72065@ sina.com

【中國圖書分類號】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