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编号:10273233
不同剂量He-Ne激光照射对骨折愈合影响的实验研究
http://www.100md.com 《中国激光医学杂志》 1998年第1期
     作者:耿建华1 陈英茂1 魏晓芬1 朱彦明2 孟照耀2 李景印3

    单位:

    关键词:He-Ne激光;骨折愈合;生物刺激

    中国激光医学杂志980110Stimulating Effect of He-Ne Laser Irradiation on

    Bone Fracture Healing in Rabbits

    Geng Jianhua, Chen Yingmao, Wei Xiaofen

    Laboratory of Laser Medicine
, 百拇医药
    Zhu Yanming, Meng Zhaoyao

    Department of Radiology

    Li Jingyin

    Department of ChemistryChengde Medical College, Hebei(067000)

    摘要 为了研究不同剂量的He-Ne激光照射对骨折愈合的作用,确定促进与抑制剂量范围

    及估计最佳剂量值,研究三个不同剂量的He-Ne激光照射对骨折愈合的作用。将32只新西兰

    家兔的左桡骨造成实验性骨折,分为4组,分别以能量密度为36.0 J/cm2(A组)、16.8 J/cm2(B
, 百拇医药
    组)、4.8 J/cm2(C组)和0.0 J/cm2(对照组)的He-Ne激光照射骨折部位,每日1次,共10次。

    拍摄骨折后30天的X线片,测定骨折后35天愈合骨的生物力学抗扭强度及单位质量骨痂钙含

    量。结果:B组和C组各指标均显著优于对照组,且B组显著优于C组;对照组显著优于A组。

    表明:16.8 J/cm2和4.8 J/cm2的He-Ne激光照射促进骨折愈合,而16.8 J/cm2效果更佳;3

    6.0 J/cm2的He-Ne激光照射抑制骨折愈合。

    ABSTRACT
, 百拇医药
    This study aims to investigate the effects of He-Ne laser irradiation

    on bone fracture healing at various doses, to determine the range of

    stimulating and inhibiting doses and to estimate the optimal dose. The

    effect of three energy doses of He-Ne laser irradiation on fracture healing

    in New Zealand rabbits were studied. 32 rabbits were divided into four
, 百拇医药
    groups and received 36.0 J/cm2, 16.8 J/cm2, 4.8 J/cm2, and 0.0 J/cm2 of

    He-Ne laser irradiation in groups A, B, C, and D, respectively. The group D served

    as the control. Three indices, roentgenogram, biomechanical anti-torsion

    strength and calcium content in callus were examined. The results

    showed that all indices in group B and group C were significantly higher
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    than those in control group, the indices in group B were significantly higher

    than those in group C, and the indices in control group were significantly

    higher than those in group A. The findings suggested that He-Ne laser

    irradiation at 16.8 J/cm2 and 4.8 J/cm2 stimulated the fracture healing process,16.8 J/cm2 was the best of the three energy densities used, while He-Ne
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    laser irradiation at 36.0 J/cm2 inhibited the fracture healing.

    Key words He-Ne laser, Bone fracture healing, Biostimulation

    He-Ne激光照射对骨折愈合的影响已有报道[1~3]。按照低强度激光的作用规律,小剂量起刺激作用,大剂量起抑制作用[4]。目前由于各研究所用骨折模型不同,照射方式

    不同,剂量单一,还未确定促进和抑制的剂量范围及最佳剂量值。本实验旨在研究不同剂量

    对骨折愈合的作用,确定最佳治疗剂量,为临床应用提供实验依据。实验遵循随机原则及双
, 百拇医药
    盲法则。

    材料和方法

    一、实验模型

    新西兰家兔32只,体重2.0 kg~2.5 kg,单笼饲养,随机分成4组,每组8只。分4批(每

    批每组2只)进行骨折模型制备。在无菌条件下,用戊巴比妥钠麻醉,左前肢去毛,切开皮肤,分离肌肉、神经和血管等,暴露桡骨,在其中部用手骨锯横断锯成1.5 mm的缺损骨折,缝合

    皮肤,伤口不包扎,骨折不固定。4组分别接受不同剂量的He-Ne激光照射:A组36.0 J/cm2、B组16.8 J/cm2、C组4.8 J/cm2和D组0.0 J/cm2(对照组)。骨折后第二天开始照射骨折区,每
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    日1次,连续10日,共10次。骨折后35天全部处死。

    二、激光照射实验装置

    He-Ne激光治疗仪波长632.8 nm,输出功率40 mW,用激光功率计测量功率。光斑面积

    1 cm2

    三、测定指标

    (一)X线片:骨折后30天拍X线片,观察骨痂密度及骨缺损的连接情况。

    (二)生物力学抗扭强度:骨折后35天处死动物,迅速在一特制模具上,将左桡骨两端用自

    凝牙托粉和自凝牙托水浇注成2.0 cm×1.5 cm×1.5 cm的长方体凝块,使每个样品都能精确
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    地安装在扭转实验装置上。测定愈合骨的抗扭强度。

    (三)单位质量骨痂钙含量:将经过抗扭实验的桡骨骨痂取下,漂洗、脱脂、烘干后,精确

    称重。以10%三氯乙酸脱钙,用回滴法测定单位质量骨痂钙含量。

    结 果

    一、X线片观察结果

    根据断端模糊程度、骨痂的密度、大小及其连接塑形程度,评定分为4级。分级标准(附图):

    Ⅰ级,断端边缘模糊,骨膜反应密度浅淡;骨痂少量,密度较淡,边缘不整齐。Ⅱ级,断端

    边缘趋于消失,骨膜反应密度较深;骨痂量增多,但尚未填满缺损,密度加深,边缘较清。
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    Ⅲ级,断端边缘消失,骨痂填满缺损,

    附图 骨折后30天X线片分级标准示图

    Fig. Roentgenograms taken on 30th day after fracture show the 4 gra

    des of healing

    密度不及骨质。Ⅳ级,断端边缘完全消失,骨膜反应密度近似骨质;骨痂填满缺损,密度同

    骨质,边缘与骨皮质连接。4组骨折愈合的X线片分级结果见表1。经秩和检验,P<0.01。
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    两两比较t检验结果:B组和C组显著优于对照组,A组与对照组间及B组与C组间差异均无显

    著性。

    二、生物力学抗扭强度

    扭转实验中,所有骨均扭转一个很大角度后才断裂。按White理论,骨扭转角度变形大

    于8°时,无任何临床意义[5]。因此选择扭角为2°,4°,6°和8°时的抗扭扭矩T,T,T,T及代表骨物理抗扭能力的扭断力矩TM作为骨抗扭强度指标(表2)。F检验结

    果:各指标4组间均有非常显著差异,(P<0.01)。两两比较Q检验结果:B组和C组显著高于
, 百拇医药
    对照组,B组显著高于C组,对照组显著高于A组(表3)。

    三、单位质量骨痂钙含量

    骨折后35天各组单位质量骨痂钙含量见表2。F检验结果:四组间均有非常显著差异(P<

    0.01)。两两比较Q检验结果:B组和C组显著高于对照组;B组显著高于C组;对照组显著高

    于A组(表3)。

    表1 骨折后30天4组X线片观察结果(动物数)

    Tab.1 Results of roentgenogram of bones healing on 30th day after fract
, 百拇医药
    ure (number of rabbits)

    组别

    Group

    X线片级别 Grade of reontgenogram

    Ⅰ

    Ⅱ

    Ⅲ

    Ⅳ

    秩和检验

    Rank sum test

    t检验

    t test
, 百拇医药
    A

    5

    3

    0

    0

    t(A,D)=1.80,PAD>0.05

    B

    0

    0

    3

    5

    Hc=17.85

    t(B,C)=1.25,PBC>0.05
, 百拇医药
    C

    0

    2

    3

    3

    P<0.01

    t(C,D=2.43,PCD<0.05

    D

    3

    2

    2

    1

    t(B,D)=3.68,PBD<0.01
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    表2 骨折后35天4组愈合骨的抗扭强度及单位质量骨痂钙含量(±s)

    Tab.2 The anti-torsion strength of the bones and the calcium level

    in callus on 35th day after fracture(±s)

    组别

    Groups

    抗扭强度(N·m) Anti-torsion strength

    T

    T
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    T

    T

    TM

    单位质量骨痂钙含量Ca(μg/mg)

    Calcium level in callus

    A

    0.024±0.007

    0.046±0.010

    0.067±0.011

    0.086±0.014

    0.157±0.011
, 百拇医药
    190.1±16.8

    B

    0.054±0.009

    0.087±0.012

    0.118±0.013

    0.138±0.011

    0.246±0.017

    246.8±17.2

    C

    0.044±0.008

    0.073±0.012

    0.102±0.014
, 百拇医药
    0.124±0.010

    0.217±0.014

    223.7±18.1

    D

    0.033±0.009

    0.057±0.008

    0.081±0.009

    0.102±0.012

    0.175±0.010

    208.5±10.9

    表3 骨折后35天4组愈合骨的抗扭强度及单位质量骨痂钙含量的方差分析
, 百拇医药
    Tab.3 Analysis variance with one-way with the anti-torsion strength and the calcium level

    测定指标

    Parameters

    F检验 F test

    两两比较Q检验 Q test

    F

    P

    Q(B,D)

    PBD

, http://www.100md.com     Q(C,D)

    PCD

    Q(B,C)

    PBC

    Q(A,D)

    PAD

    T(N·m)

    21.16

    <0.01

    7.32

    <0.01
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    3.75

    <0.05

    3.57

    <0.05

    3.31

    <0.05

    T(N·m)

    23.25

    <0.01

    7.98

    <0.01

    4.30
, 百拇医药
    <0.01

    3.69

    <0.05

    3.01

    <0.05

    T(N·m)

    28.18

    <0.01

    8.70

    <0.01

    5.01

    <0.01
, 百拇医药
    3.68

    <0.05

    3.30

    <0.05

    T(N·m)

    33.09

    <0.01

    8.98

    <0.01

    5.45

    <0.01

    3.47
, 百拇医药
    <0.05

    4.06

    <0.01

    TM(N·m)

    72.33

    <0.01

    14.85

    <0.01

    8.83

    <0.01

    6.02

    <0.01
, 百拇医药
    3.99

    <0.01

    Ca (μg/mg)

    8.08

    <0.01

    6.79

    <0.01

    2.95

    <0.05

    4.09

    <0.05

    3.26

    <0.05
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    讨 论

    骨折愈合过程是一复杂而又历时较长的组织修复过程,在此期间,除了有一系列细胞参与

    外,还有胶原纤维合成与钙盐沉积等,最终形成骨组织。钙盐的沉积直接影响骨愈合的进展

    和结局,骨痂钙含量可以反映愈合骨的强度[6],随着钙沉积的增加,骨痂刚度也随之增加。

    本实验对骨痂钙含量测定结果与生物力学抗扭强度测试结果完全一致。骨愈合后的生物力学

    特征反映骨修复的质量。本实验结果表明,以16.8 J/cm2和4.8 J/cm2的He-Ne激光照射,促

    进了骨折愈合,以16.8 J/cm2效果最佳;而36.8 J/cm2抑制了骨折愈合。X线片所见也支持这
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    一结论。

    在我们测定的所有指标中,X线片区别于其他指标,A组和D组间及B组和C组间的差异均

    无显著性,这可能是由于对该指标采取的秩和检验较F检验灵敏度低所致。

    低强度激光的生物刺激作用,30年来进行了大量研究,找出了小剂量刺激、大剂量抑制

    的作用规律,该规律适用于He-Ne、氩离子、红宝石激光[7]。我们以前的工作发现低强度

    CO2激光有与之不同的规律:小剂量无效,大剂量促进[8,9]。激光促进组织修复是其生物

    刺激作用的一个重要方面,这方面的研究多数为促进皮肤愈合,对其促进骨修复的研究相对
, 百拇医药
    薄弱,现有的报道由于所用骨折模型不同,照射方式不同,剂量单一,均未确定促进剂量和

    抑制剂量的范围及最佳剂量值[1~3]。本实验结果提示:对本实验选用的骨折模型,4.8

    J/cm2至16.8 J/cm2范围内的He-Ne激光促进骨修复,且最佳剂量在16.8 J/cm2附近;剂量大

    于36.0 J/cm2则抑制骨修复。现有的研究报道与本结论相符[1~3]

    须指出,本研究结果只适用于该实验模型,对临床上骨折病例的治疗,可提供参考。应

    用时,应考虑到人体和动物皮肤光学特性不同及骨折部位的不同,相应改变治疗剂量。
, 百拇医药
    参考文献

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, 百拇医药
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    6.Powell ES, Lawford PV, Duckworth T, et al. Is callus calcium content an indicator of the mechanical

    strength of healing fracture? an experimental study in rat metatarsals. J Biomed Eng, 1989, 11:277.

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    8.耿建华,谭润初,李济时,等.弱二氧化碳激光照射对骨折愈合作用的研究.中华理疗杂志,1994,17:200.

    9.耿建华,谭润初,李济时,等.弱CO2激光加速骨折愈合的实验研究.中华物理医学杂志,19

    94,16:72.

    (1995年11月16日收稿 1997年7月28日修回), http://www.100md.com(耿建华1 陈英茂1 魏晓芬1 朱彦明2 孟照耀2 李景印3)