體外沖擊波在治療骨組織疾病中的臨床應(yīng)用

袁偉健，周海昱，姜文學(xué)

(天津市第一中心醫(yī)院骨科，天津 300000)

體外沖擊波(extracorporeal shock wave，ESW)是在體外產(chǎn)生的壓力波，可以聚焦在體內(nèi)的特定部位，以達(dá)到治療的目的。體外沖擊波最初于1980年引入臨床用于碎石術(shù)以破壞腎結(jié)石[1]，如今已成為治療尿石癥的常規(guī)首選方法[2]，并應(yīng)用于膽囊結(jié)石、腮腺結(jié)石等疾病的治療[3]。目前，ESW已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到了應(yīng)用。研究證明低能量沖擊波能夠上調(diào)血管生成因子的表達(dá)，從而促進(jìn)血管生成，改善微循環(huán)，這為使用ESW對于心肌缺血的治療提供理論依據(jù)。臨床應(yīng)用ESW治療心絞痛、心肌梗死等缺血性心臟病已取得了顯著療效[4]，同時這一發(fā)現(xiàn)也為促進(jìn)切口愈合[5]、糖尿病足的治療[6]以及促進(jìn)復(fù)合組織同種異體移植的成活[7]等研究中取得了一些進(jìn)展。近年來越來越多的研究顯示低強(qiáng)度ESW治療勃起功能障礙擁有良好的療效，雖然其安全性、有效性仍需進(jìn)一步研究，但也為勃起功能障礙的非手術(shù)治療提供新的可能[8]。這些研究顯示了ESW在臨床治療的應(yīng)用越來越廣泛。

ESW在骨骼肌肉疾病的治療研究中也得到快速的發(fā)展。應(yīng)用ESW治療骨骼肌肉疾病獲得越來越多的關(guān)注，大量研究證實了ESW在治療骨科疾病中的優(yōu)勢。目前ESW已用于治療多種骨科疾病，如骨折不愈合、足底筋膜炎、肌腱炎、股骨頭壞死、骨質(zhì)疏松及皮膚潰瘍等疾病[9]。本文旨在對ESW及其作用機(jī)理進(jìn)行敘述性概述，并對ESW在目前骨組織疾病中的臨床應(yīng)用以及未來的潛在研究領(lǐng)域進(jìn)行總結(jié)。

1 ESW的治療機(jī)制

ESW是聲能從正相位到負(fù)相位的快速、短暫和明顯的單次波動，其能量的大小取決于物理治療刺激的性質(zhì)、施加的角度和感應(yīng)壓力值。ESW在水及明膠中傳遞能量衰減最小，同時ESW在不同的聲阻抗界面會產(chǎn)生反射和折射[10]。聲能負(fù)相產(chǎn)生的拉伸力導(dǎo)致水分子轉(zhuǎn)變?yōu)榭栈瘹馀荩Q為空化效應(yīng)。隨著氣泡的膨脹，空化氣泡立即被壓縮，這導(dǎo)致氣泡中所含氣體的溫度升高，在內(nèi)部形成巨大的壓力梯度，并將水介質(zhì)以能量波的形式向前推動。人體軟組織與水的聲阻抗相似，因此，高能量的單脈沖可以在軟組織中以波狀方式傳播，且能量衰減最小，可作用到深部骨組織[11]。ESW按照能量大小可劃分為高能量ESW、中能量ESW和低能量ESW。目前高能量ESW多用于治療骨不連、股骨頭壞死等深部骨組織疾病，而低能量和中能量ESW多用于治療軟組織及軟骨損傷疾病。沖擊波治療影響骨組織修復(fù)的確切機(jī)制尚不完全清楚。多數(shù)人認(rèn)為高能量ESW在軟組織和骨骼的交界處，聲阻抗的突然變化使脈沖能量釋放作用在骨骼組織上，造成局部骨質(zhì)壞死，并激活間充質(zhì)干細(xì)胞，促進(jìn)其向成骨細(xì)胞的募集和分化，從而促進(jìn)骨的生長[12]。同時ESW治療的機(jī)械刺激改變細(xì)胞膜表面的離子通道，從而抑制神經(jīng)膜去極化作用產(chǎn)生鎮(zhèn)痛，也減輕了患者的癥狀[13]。而對于中、低能量ESW，在最近的多項研究中表明[14]，低能量ESW能夠促進(jìn)血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial groxth factor，VEGF)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic proteins，BMP)、胰島素樣生長因子(insulin like growth factor，IGF)、血小板源性生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)、轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor，TGF)-β、一氧化氮(NO)等生成，這些因子能夠促進(jìn)血管生成，加快軟組織的修復(fù)，同時也能促進(jìn)新骨的生成。根據(jù)其傳播方式，ESW可分為兩類：聚焦式ESW和放射式ESW。聚焦式ESW是將聲能集中在目標(biāo)組織明確的點上，在使用高能量ESW治療時，尤其是高能量ESW時，需要準(zhǔn)確識別要治療的區(qū)域，才能產(chǎn)生最佳的治療效果，并且避免了對周圍組織的損害。為此，進(jìn)行治療時必須在X線、核磁共振或超聲引導(dǎo)下進(jìn)行[15]。因此，聚焦式ESW多用于治療骨折延遲愈合、骨不連以及深部骨組織疾病，如股骨頭壞死、骨質(zhì)疏松等。放射性ESW是將能量傳遞到更大的表面積，然而穿透的深度會更低，因此，治療用途限于諸如皮膚潰瘍等淺表病變[16]。

2 ESW在治療骨組織疾病中的主要應(yīng)用

在既往使用ESW治療腎結(jié)石時觀察發(fā)現(xiàn)，碎石術(shù)期間與骨盆相互作用的沖擊波會引起骨盆骨密度的增加，從而發(fā)現(xiàn)沖擊波對骨骼的影響[17]。Haupt[18]在1988年應(yīng)用沖擊波治療骨折不愈合獲得了成功，為之后ESW在骨科的應(yīng)用邁出了第一步，從此沖擊波治療骨組織疾病的研究開始大量出現(xiàn)。目前ESW主要用于治療骨折不愈合、股骨頭缺血性壞死、骨關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松癥等骨組織疾病。

2.1 骨折不愈合 骨折不愈合是指骨折經(jīng)治療超過8個月后仍未達(dá)到骨性愈合。文獻(xiàn)顯示，所有骨折中有3%～5%演變?yōu)楣遣贿B，其中，舟狀骨(16%)、脛骨(14%)和股骨(14%)等骨不連率最高[19]。手術(shù)是目前治療骨折不愈合的首選方法。骨不連的手術(shù)治療效果總體上是相當(dāng)成功的，據(jù)報道手術(shù)對于骨折不愈合的治愈率在74%～95%[20]。但是，手術(shù)后也可能會出現(xiàn)并發(fā)癥，例如感染(5%)、神經(jīng)血管損傷(7%)或與植入物相關(guān)的問題(5%)，需要進(jìn)行額外的治療[21]。如果通過無創(chuàng)的方法進(jìn)行治療，就能有效降低這些并發(fā)癥發(fā)生的風(fēng)險。Kertzman等[22]回顧性分析了22例經(jīng)ESW治療6個月的骨折不愈合患者，其中有16例患者治愈，治愈率為73%。各種研究結(jié)果表明，ESW治療骨折不愈合的愈合率取決于骨折的部位及類型，之前的治療方法，外傷與ESW治療之間的時間，病變是否穩(wěn)定和充分固定以及骨折斷端之間間隙的大小等因素[23]。Alkhawashki等[24]使用ESW治療44例患者的49處骨折不愈合，治愈率達(dá)到了75.5%，其余病例的失敗是由于骨折斷端間隙超過5 mm、骨折固定不穩(wěn)定、骨折處血管受損和深度、低度感染所致。盡管一些臨床研究顯示在治療骨折延遲愈合和骨折不愈合中ESW與外科手術(shù)擁有類似的療效，但由于研究尚不健全，仍將使用ESW視為次要治療選擇[25]。Willems等[23]對兩項隨機(jī)對照試驗和28項非隨機(jī)研究進(jìn)行薈萃分析，顯示ESW治療骨折不愈合或許有效，但目前大多研究質(zhì)量不高，無法獲得確定的結(jié)果。因此，目前對需要一些高質(zhì)量的隨機(jī)對照試驗以證明ESW治療的有效性。

2.2 股骨頭缺血性壞死 股骨頭缺血性壞死(avascular necrosis of femoral head，ANFH)是一種非常常見的骨科疾病，癥狀通常表現(xiàn)為劇烈疼痛、下肢活動受限等[26]。一般認(rèn)為對于ANFH早期主要保髖方法是髓芯減壓術(shù)，這種保髖治療方法能夠很好的減輕患者的癥狀，但是股骨頭壞死的部分無法形成新骨，不能阻止疾病的進(jìn)展，一旦股骨頭發(fā)生嚴(yán)重塌陷，則需進(jìn)行人工關(guān)節(jié)置換術(shù)[27]。ESW對骨組織生長具有促進(jìn)作用，Zhai等[28]對骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(marrow mesenchymal stem cells，MSCs)的細(xì)胞懸液進(jìn)行ESW刺激，結(jié)果表明ESW能夠誘導(dǎo)MSCs轉(zhuǎn)化為成骨細(xì)胞，并抑制MSCs分化為脂肪細(xì)胞，這些都為ESW治療ANFH提供了理論基礎(chǔ)。對于早期ANFH，Gao等[29]對ESW治療的335名早期ANFH患者(528髖)進(jìn)行隨訪，其中83.9%的髖關(guān)節(jié)疼痛減輕并且功能得到恢復(fù)。對于晚期ANFH出現(xiàn)關(guān)節(jié)間隙狹窄及股骨頭塌陷時，一般認(rèn)為關(guān)節(jié)置換是唯一的治療方法。Ma等[30]報道了1例使用ESW治療先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良伴半脫位及ANFHⅣ級患者的研究結(jié)果，經(jīng)過24個月的治療，Harris評分由最初的33分增長到92分，疼痛視覺模擬評分(visual analogue scale，VAS)評分由最初的8分降為0分，該病例報告證明了長期ESW治療在晚期ANFH患者中的可行性。

2.3 膝骨關(guān)節(jié)炎 膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎(knee osteoarthritis，KOA)是最常見的關(guān)節(jié)病變之一，其特征是進(jìn)行性膝關(guān)節(jié)疼痛、腫脹，在某些嚴(yán)重的情況下可能導(dǎo)致為關(guān)節(jié)畸形，最終使患者喪失正常的生活和工作能力[31]。膝關(guān)節(jié)置換術(shù)仍然是針對晚期KOA的最有效方法，但手術(shù)也會增加患者的手術(shù)風(fēng)險和經(jīng)濟(jì)損失，因此，如何治療早中期KOA并延緩其發(fā)展仍是臨床亟待解決的重要問題。Ochiai等[32]首先在動物實驗中驗證了ESW對于KOA大鼠的治療是有效的，之后多個機(jī)構(gòu)對ESW治療KOA進(jìn)行了臨床研究。然而，Mayer-wanger等[33]在動物研究中發(fā)現(xiàn)高能ESW能引起大鼠軟骨細(xì)胞膜脫落和壞死。Zhong等[34]的研究也顯示，對于輕度至中度膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎，低劑量ESW治療在緩解疼痛和改善功能方面優(yōu)于安慰劑，但對關(guān)節(jié)軟骨有一些負(fù)面影響。不過多數(shù)研究對于使用ESW治療KOA的療效是肯定的。Kang等[35]研究發(fā)現(xiàn)與阿倫磷酸鹽治療相比，ESW治療能更快的減輕KOA患者的骨髓水腫，這顯示ESW治療能更快的減輕患者的疼痛。Xu等[36]對比使用ESW和非甾體抗炎藥治療KOA的患者，結(jié)果表明使用ESW治療的患者疼痛明顯減輕，步態(tài)分析也顯示與治療前有明顯好轉(zhuǎn)，且治療效果與非甾體抗炎藥相比無統(tǒng)計學(xué)差異，這顯示了ESW治療對于KOA患者有減輕疼痛和改善膝關(guān)節(jié)功能的潛力。因此，對ESW治療KOA的機(jī)制和前景進(jìn)行進(jìn)一步探索將是很必要的。

2.4 骨質(zhì)疏松癥 骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)是一種以骨量低、骨微結(jié)構(gòu)惡化和破裂以及骨強(qiáng)度受損為特征的疾病，在老年人和絕經(jīng)后婦女中很常見[37]。OP患者骨折的概率明顯提升，而骨折也會加劇骨質(zhì)疏松的程度并增加了復(fù)發(fā)性骨折的發(fā)生率，因此，在發(fā)生骨折之前預(yù)防和治療骨質(zhì)疏松癥非常重要[38]。當(dāng)前用于預(yù)防和治療骨質(zhì)疏松癥的常用包括降鈣素、雙膦酸鹽、活性維生素D、雌激素受體調(diào)節(jié)劑、甲狀旁腺激素類似物和RANKL抑制劑等，已被證實治療骨質(zhì)疏松具有良好的療效[39]。但是，藥物治療也存在一些缺點，例如，較高的費用、較長治療過程以及存在潛在的副作用等[40]。ESW能夠影響骨髓基質(zhì)細(xì)胞向骨祖細(xì)胞的分化，并增加幾種生長因子的表達(dá)，為骨質(zhì)疏松的治療提供了新的方法。van der Jagt等[41]在動物研究發(fā)現(xiàn)在切除卵巢的大鼠中，ESW治療可減少骨質(zhì)流失，刺激了骨小梁和骨皮質(zhì)體積的增加。Shi等[42]的研究比較了ESW和阿侖膦酸鈉對于治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松患者的短期療效，經(jīng)12個月的治療，高能量ESW比阿侖膦酸鈉能更有效的提高患者髖部骨密度絕對值，在短期內(nèi)對于骨質(zhì)疏松的治療擁有很好的療效。雖然與藥物治療相比，ESW治療僅對局部有效，但ESW能快速增加患者髖部骨密度，能更快的降低髖部骨質(zhì)疏松性骨折的風(fēng)險。

3 問題與展望

ESW治療因其無創(chuàng)、快速、便利的特點，越來越多的應(yīng)用于骨科治療中，許多原本需要手術(shù)治療的患者，通過這種保守治療取得了滿意的療效。雖然在臨床研究中，已報告了一些ESW治療的并發(fā)癥，最常見的是局部皮膚發(fā)紅、腫脹和瘀斑。但是，這些癥狀無需進(jìn)一步治療即可逐漸消失，并且對身體沒有明顯危害[42]。目前，尚無關(guān)于ESW劑量的通用標(biāo)準(zhǔn)。因此，必須進(jìn)行額外的ESW隨機(jī)對照及雙盲臨床試驗，以獲得更好的結(jié)果并避免并發(fā)癥。我們相信，隨著對ESW研究的不斷深入，必將在骨科和其他學(xué)科的治療中發(fā)揮巨大的作用。