超短波对骨折愈合的实验研究
作者：许 衡 冯 兰 许淑媛①
单位：第二附属医院康复科 长沙 410011
关键词：短波疗法；骨折愈合；疾病模型；动物；兔
湖南医科大学学报990210 提 要 建立兔桡骨骨折模型，于骨折处行超短波治疗，动态观察实验组和对照组X线片、生物力学及组织学改变。结果显示，实验组兔骨折愈合速度和质量明显优于对照组。
Experimental study on ultrashort wave therapy
on the healing of fracture
Xu Heng Feng Lan Zeng Zhen
, 百拇医药
(Department of Rehabilitation, the Second Affiliated Hospital, Hunan Medical University, Changsha 410011)
Xu Shuyuan
(Department of Pathology, the Second Affiliated Hospital, Hunan Medical University, Changsha 410011)
The models of fracture in the rabbit radii were made. The rabbits in the experimental group were treated with ultrashort wave at the fracture sites. The changes in the x-ray, histology, and biomechanics were observed dynamically. The results were that the speed and quality of the fracture healing in the experimental group were much better than in the control group.
, 百拇医药
Key words short wave therapy; fracture healing; disease model,animals; rabbits
加速骨折愈合，减少骨不连等并发症的发生，一直是骨科和康复医学科临床中的一个重要课题。已有多种物理方法用于加速骨折愈合[1，2]。超短波通过其热效应和非热效应可对机体组织的血管、神经及细胞产生多方面作用，在临床上有广泛的用途[3]，但在促进骨折愈合方面，尚缺乏研究。本实验通过建立动物骨折模型，观察超短波对骨折愈合的生物学和组织学影响。
1 材料与方法
1.1 动物及骨折模型制备 选择健康成年新西兰兔32只，雌雄不限，体重2.0～3.0kg，随机均分为实验组和对照组，再根据实验终止时间，将每组动物随机分为4个时间组，即2周、4周、6周和8周组(每组各4只)。手术时，用3%戊巴比妥按1ml.kg-1的剂量行静脉麻醉，无菌操作下切开右前肢皮肤及皮下组织达骨膜，暴露桡骨中段，用钢锯锯断桡骨，造成1mm宽骨折间隙，再依次缝合组织，不行外固定，置于笼内自由活动。两组兔饲养条件完全相同。
, http://www.100md.com
1.2 治疗方法 采用上海医用电子仪器厂生产的五官科超短波电疗机，频率50MHz，波长6m，输出功率40W。用电容场法治疗，将电极板(直径12cm)分别置于治疗肢骨折处两侧，电极板距皮肤距离5cm。实验组术后第3天开始治疗，每天1次，每次20min，疗程为14～28天。对照组造模后不作特殊处理。
1.3 观察指标 (1)放射学检查：两组动物在第2，4，6及8周末均摄骨折处尺桡骨正侧位片，根据骨折愈合五级标准[4]评定愈合情况。(2)生物力学测定：取实验组和对照组第6周末和第8周末兔右侧整根桡骨，行加载弯曲破坏试验，测量最大弯矩(N.mm)、抗弯强度(MPa)和断裂时施力点位移(mm)。(3)组织学检查：两组动物全部分别于第2，4，6及8周末处死，取骨折局部骨组织用10%福尔马林固定，并常规脱钙、石蜡包埋、切片、HE染色后在光镜下观察骨折端成骨情况。
1.4 统计学处理 生物力学资料采用t检验。X线骨愈合资料采用秩和检验，数据用
±s表示。
, 百拇医药
2 结果
2.1 骨折愈合状况 实验组动物94%(15/16)在第2周末即有明显骨痂形成(愈合Ⅱ级)，第6周末骨折线已基本消失，8周末全部骨折部位已基本塑型完毕，完全愈合(愈合Ⅴ级)；对照组第2周末尚未见明显骨痂，4周末有骨痂形成，8周末骨折线才趋于消失，但尚未见骨痂塑形，髓腔未完全通畅。两组X线骨愈合资料见表1及图1～4。经统计学分析，两组动物不同时间差异均有显著意义(P<0.01或P<0.05)。
表1 不同时间X线片示骨折愈合状况 时间
愈合例数
骨折愈合等级
P
实验组
对照组
, 百拇医药
2周
16
1Ⅱ+15Ⅱ①
16Ⅰ
<0.01
4周
12
1Ⅱ+11Ⅲ
11Ⅱ+1Ⅲ
<0.01
6周
8
3Ⅳ+5Ⅴ
, 百拇医药
8Ⅲ
<0.01
8周
4
4Ⅴ
4Ⅳ
<0.05
①表示1只为Ⅰ级愈合，15只为Ⅱ级愈合，余类同。
, 百拇医药
图1 实验组兔 第2周末X线片示骨折断端有明显骨痂形成，骨折线较模糊
图2 对照组兔 第2周末X线片示骨折断端少许骨痂，骨折线清晰
图3 实验组兔 第8周末X线片示骨折线完全消失，髓腔通畅
图4 对照组兔第8周末X线片示骨折线基本消失，骨痂密度较高，髓腔未通
Fig. 1 X-ray of the fracture site in the experimental group by the end of the 2nd weekend: Lots of callus at the fracture site, the unclear fracture line
Fig. 2 X-ray of the fracture site in the control group by the end of the 2nd weekend: A little callus, clear fracture line
, 百拇医药
Fig. 3 X-ray of the fracture site in the experimental group by the end of the 8th weekend: Disappeared fracture line unimpeded pulp cavity
Fig. 4 X-ray of the fracture site in the control group by the end of the 8th weekend: Nearly disappeared fracture line, the high density callus and impeded pulp cavity
2.2 生物力学测试 两组在第6周末时，骨折端力学性能已显示差别，8周末更明显，表现为实验组兔骨的韧性(断裂时施力点位移)和抗弯强度均较对照组好(P<0.01或P<0.05)(表2)。
, 百拇医药
2.3 骨折端组织学改变 两组动物在不同时期骨折端组织学改变均存在差异。第2周末，实验组兔骨母细胞明显增生，大量类骨组织形成，并有部分编织骨出现，无明显炎症反应，对照组骨母细胞亦见增生，少量类骨组织形成，无编织骨出现，髓腔内主要由纤维性骨痂和软骨性骨痂充填，在骨折端小动脉旁及骨膜与软组织交界处有慢性炎性细胞和多核巨细胞浸润。第6周末实验组骨折处由板层骨与编织骨共同组成，对照组则主要为编织骨，第8周末实验组骨折处完全由板层骨组成，示骨折完全愈合，而对照组主要由板层骨和编织骨组成，骨质排列较紊乱(图5～8)。
表2 骨折愈合生物力学指标比较(±s；n=4) 指标
(单位)
时间
实验组
, http://www.100md.com
对照组
P
最大弯矩
6周
802.0±13.2
607.0±61.1
<0.01
(N.mm)
8周
839.0±33.5
635.0±70.2
<0.01
, 百拇医药 抗弯强度
6周
108.0±11.3
94.0±6.6
<0.05
(MPa)
8周
218.0±22.5
99.0±6.3
<0.01
施力点位移
6周
0.776±0.082
, 百拇医药
0.602±0.023
<0.05
(mm)
8周
1.031±0.072
0.652±0.112
<0.01
图5 实验组 第6周末骨切片示骨折处由板层骨和编织骨构成
, 百拇医药
图6 对照组 第6周末骨切片示骨折处主要由编织骨构成
图7 实验组 第8周末骨切片示骨折处由板层骨构成
图8 对照组 第8周末骨切片示骨折处由板层骨和编织骨组成
Fig. 5 Bone consisting of lameler and woven bone in the experimental group by the end of the 6th weekend
Fig. 6 Bone mainly consisting of woven bone in the control gorup by the end of the 6th weekend
Fig. 7 Bone consisting of lameler bone in the experimental group by the end of the 8th weekend
, 百拇医药
Fig. 8 Bone consisting of lameler and woven bone in the control group by the end of the 8th weekend
3 讨论
电疗法用于促进骨折愈合已有20余年历史，其中主要为直流电及低中频电疗法[5]。但因其使用方法的限制，临床实际使用甚少。而超短波在此方面的作用及运用尚缺乏研究。本实验运用动物骨折模型，从组织学、生物力学和影像学(X线)三方面综合观察了超短波对骨折愈合的影响。结果表明实验组局部炎症反应消失早，骨性骨痂出现早，且骨痂的改造、塑形亦提早完成，说明超短波治疗能改善局部血液循环，减轻炎症反应；能刺激成骨细胞增生、促进骨折愈合。实验组兔在第6周末即基本达到骨折临床愈合，且生物力学测定示骨折处骨韧性和强度也明显优于对照组。综合3项指标分析，超短波治疗使骨痂形成、骨折愈合和生物力学性能重建约提前了2周。
, 百拇医药
骨折后突出的局部改变是血液循环障碍和组织严重受损。超短波为高频振荡电磁波，通过它的能量能够激发细胞离子、分子、细胞膜和代谢活性，从而增强细胞酶活性、膜转运功能及吞噬细胞作用。此外，超短波的电磁场能使损伤细胞膜极性恢复正常，而后者对细胞的分化、增殖十分重要[6]。这些作用在骨折局部产生了显著的治疗效应：改善局部血液循环，减轻组织水肿，增强吞噬细胞功能，迅速清除病理产物，控制炎症反应；骨折处具增殖潜能的成骨细胞在超短波的生物物理作用下，增殖加快，使骨痂形成加速。此外，超短波能加速钙离子的流动，促进钙沉积，使骨痂成熟并增强其性能。
超短波在实际运用中操作方便，电极可离开皮肤，故治疗不受石膏、夹板等的影响。同时适量的超短波对生物体无不良影响。故笔者的研究为超短波用于临床，促进骨折愈合提供了实验基础。对人骨折愈合的疗效及治疗剂量选择等问题尚需进一步研究。
①第二附属医院病理科
, http://www.100md.com
中国图书分类号 R454.1
参考文献
[1]Bassetl CAL, Maria G, Eleut Hernandez. Modification of fracture repair with selected pulsing electromagnetic fields. J Bone Joint Surg, 1982,64(A):888-895
[2]Thomas KK, John PR, John M, et al. Accelerated healing of distal radial fracture with the use of specific, low-intensity ultrasound. J Bone Joint Surg, 1997,79(A):961-973
[3]缪鸿石.短波与超短波疗法.见：缪鸿石编著.电疗与光疗，第2版，上海：上海科学技术出版社，1990：276-280
, http://www.100md.com
[4]李人杰，柳用墨，王崇武.旋磁场促进骨折愈合的初步实验研究.中华骨科杂志，1988，8(8)：445-449
[5]Robert AC. Exogenous currents and fields-experimental and clinical application. Physiotherapy, 1990,76(12):743-750
[6]John L. Dosage of some pulsed shortwave clinical trials. Physiotherapy, 1995,81(10):611-616
收稿日期：1998-10-26, 百拇医药(许 衡 冯 兰 许淑媛①)
单位：第二附属医院康复科 长沙 410011
关键词：短波疗法；骨折愈合；疾病模型；动物；兔
湖南医科大学学报990210 提 要 建立兔桡骨骨折模型，于骨折处行超短波治疗，动态观察实验组和对照组X线片、生物力学及组织学改变。结果显示，实验组兔骨折愈合速度和质量明显优于对照组。
Experimental study on ultrashort wave therapy
on the healing of fracture
Xu Heng Feng Lan Zeng Zhen
, 百拇医药
(Department of Rehabilitation, the Second Affiliated Hospital, Hunan Medical University, Changsha 410011)
Xu Shuyuan
(Department of Pathology, the Second Affiliated Hospital, Hunan Medical University, Changsha 410011)
The models of fracture in the rabbit radii were made. The rabbits in the experimental group were treated with ultrashort wave at the fracture sites. The changes in the x-ray, histology, and biomechanics were observed dynamically. The results were that the speed and quality of the fracture healing in the experimental group were much better than in the control group.
, 百拇医药
Key words short wave therapy; fracture healing; disease model,animals; rabbits
加速骨折愈合，减少骨不连等并发症的发生，一直是骨科和康复医学科临床中的一个重要课题。已有多种物理方法用于加速骨折愈合[1，2]。超短波通过其热效应和非热效应可对机体组织的血管、神经及细胞产生多方面作用，在临床上有广泛的用途[3]，但在促进骨折愈合方面，尚缺乏研究。本实验通过建立动物骨折模型，观察超短波对骨折愈合的生物学和组织学影响。
1 材料与方法
1.1 动物及骨折模型制备 选择健康成年新西兰兔32只，雌雄不限，体重2.0～3.0kg，随机均分为实验组和对照组，再根据实验终止时间，将每组动物随机分为4个时间组，即2周、4周、6周和8周组(每组各4只)。手术时，用3%戊巴比妥按1ml.kg-1的剂量行静脉麻醉，无菌操作下切开右前肢皮肤及皮下组织达骨膜，暴露桡骨中段，用钢锯锯断桡骨，造成1mm宽骨折间隙，再依次缝合组织，不行外固定，置于笼内自由活动。两组兔饲养条件完全相同。
, http://www.100md.com
1.2 治疗方法 采用上海医用电子仪器厂生产的五官科超短波电疗机，频率50MHz，波长6m，输出功率40W。用电容场法治疗，将电极板(直径12cm)分别置于治疗肢骨折处两侧，电极板距皮肤距离5cm。实验组术后第3天开始治疗，每天1次，每次20min，疗程为14～28天。对照组造模后不作特殊处理。
1.3 观察指标 (1)放射学检查：两组动物在第2，4，6及8周末均摄骨折处尺桡骨正侧位片，根据骨折愈合五级标准[4]评定愈合情况。(2)生物力学测定：取实验组和对照组第6周末和第8周末兔右侧整根桡骨，行加载弯曲破坏试验，测量最大弯矩(N.mm)、抗弯强度(MPa)和断裂时施力点位移(mm)。(3)组织学检查：两组动物全部分别于第2，4，6及8周末处死，取骨折局部骨组织用10%福尔马林固定，并常规脱钙、石蜡包埋、切片、HE染色后在光镜下观察骨折端成骨情况。
1.4 统计学处理 生物力学资料采用t检验。X线骨愈合资料采用秩和检验，数据用
±s表示。, 百拇医药
2 结果
2.1 骨折愈合状况 实验组动物94%(15/16)在第2周末即有明显骨痂形成(愈合Ⅱ级)，第6周末骨折线已基本消失，8周末全部骨折部位已基本塑型完毕，完全愈合(愈合Ⅴ级)；对照组第2周末尚未见明显骨痂，4周末有骨痂形成，8周末骨折线才趋于消失，但尚未见骨痂塑形，髓腔未完全通畅。两组X线骨愈合资料见表1及图1～4。经统计学分析，两组动物不同时间差异均有显著意义(P<0.01或P<0.05)。
表1 不同时间X线片示骨折愈合状况 时间
愈合例数
骨折愈合等级
P
实验组
对照组
, 百拇医药
2周
16
1Ⅱ+15Ⅱ①
16Ⅰ
<0.01
4周
12
1Ⅱ+11Ⅲ
11Ⅱ+1Ⅲ
<0.01
6周
8
3Ⅳ+5Ⅴ
, 百拇医药
8Ⅲ
<0.01
8周
4
4Ⅴ
4Ⅳ
<0.05
①表示1只为Ⅰ级愈合，15只为Ⅱ级愈合，余类同。
, 百拇医药
图1 实验组兔 第2周末X线片示骨折断端有明显骨痂形成，骨折线较模糊
图2 对照组兔 第2周末X线片示骨折断端少许骨痂，骨折线清晰
图3 实验组兔 第8周末X线片示骨折线完全消失，髓腔通畅
图4 对照组兔第8周末X线片示骨折线基本消失，骨痂密度较高，髓腔未通
Fig. 1 X-ray of the fracture site in the experimental group by the end of the 2nd weekend: Lots of callus at the fracture site, the unclear fracture line
Fig. 2 X-ray of the fracture site in the control group by the end of the 2nd weekend: A little callus, clear fracture line
, 百拇医药
Fig. 3 X-ray of the fracture site in the experimental group by the end of the 8th weekend: Disappeared fracture line unimpeded pulp cavity
Fig. 4 X-ray of the fracture site in the control group by the end of the 8th weekend: Nearly disappeared fracture line, the high density callus and impeded pulp cavity
2.2 生物力学测试 两组在第6周末时，骨折端力学性能已显示差别，8周末更明显，表现为实验组兔骨的韧性(断裂时施力点位移)和抗弯强度均较对照组好(P<0.01或P<0.05)(表2)。
, 百拇医药
2.3 骨折端组织学改变 两组动物在不同时期骨折端组织学改变均存在差异。第2周末，实验组兔骨母细胞明显增生，大量类骨组织形成，并有部分编织骨出现，无明显炎症反应，对照组骨母细胞亦见增生，少量类骨组织形成，无编织骨出现，髓腔内主要由纤维性骨痂和软骨性骨痂充填，在骨折端小动脉旁及骨膜与软组织交界处有慢性炎性细胞和多核巨细胞浸润。第6周末实验组骨折处由板层骨与编织骨共同组成，对照组则主要为编织骨，第8周末实验组骨折处完全由板层骨组成，示骨折完全愈合，而对照组主要由板层骨和编织骨组成，骨质排列较紊乱(图5～8)。
表2 骨折愈合生物力学指标比较(
±s；n=4) 指标(单位)
时间
实验组
, http://www.100md.com
对照组
P
最大弯矩
6周
802.0±13.2
607.0±61.1
<0.01
(N.mm)
8周
839.0±33.5
635.0±70.2
<0.01
, 百拇医药 抗弯强度
6周
108.0±11.3
94.0±6.6
<0.05
(MPa)
8周
218.0±22.5
99.0±6.3
<0.01
施力点位移
6周
0.776±0.082
, 百拇医药
0.602±0.023
<0.05
(mm)
8周
1.031±0.072
0.652±0.112
<0.01
图5 实验组 第6周末骨切片示骨折处由板层骨和编织骨构成
, 百拇医药
图6 对照组 第6周末骨切片示骨折处主要由编织骨构成
图7 实验组 第8周末骨切片示骨折处由板层骨构成
图8 对照组 第8周末骨切片示骨折处由板层骨和编织骨组成
Fig. 5 Bone consisting of lameler and woven bone in the experimental group by the end of the 6th weekend
Fig. 6 Bone mainly consisting of woven bone in the control gorup by the end of the 6th weekend
Fig. 7 Bone consisting of lameler bone in the experimental group by the end of the 8th weekend
, 百拇医药
Fig. 8 Bone consisting of lameler and woven bone in the control group by the end of the 8th weekend
3 讨论
电疗法用于促进骨折愈合已有20余年历史，其中主要为直流电及低中频电疗法[5]。但因其使用方法的限制，临床实际使用甚少。而超短波在此方面的作用及运用尚缺乏研究。本实验运用动物骨折模型，从组织学、生物力学和影像学(X线)三方面综合观察了超短波对骨折愈合的影响。结果表明实验组局部炎症反应消失早，骨性骨痂出现早，且骨痂的改造、塑形亦提早完成，说明超短波治疗能改善局部血液循环，减轻炎症反应；能刺激成骨细胞增生、促进骨折愈合。实验组兔在第6周末即基本达到骨折临床愈合，且生物力学测定示骨折处骨韧性和强度也明显优于对照组。综合3项指标分析，超短波治疗使骨痂形成、骨折愈合和生物力学性能重建约提前了2周。
, 百拇医药
骨折后突出的局部改变是血液循环障碍和组织严重受损。超短波为高频振荡电磁波，通过它的能量能够激发细胞离子、分子、细胞膜和代谢活性，从而增强细胞酶活性、膜转运功能及吞噬细胞作用。此外，超短波的电磁场能使损伤细胞膜极性恢复正常，而后者对细胞的分化、增殖十分重要[6]。这些作用在骨折局部产生了显著的治疗效应：改善局部血液循环，减轻组织水肿，增强吞噬细胞功能，迅速清除病理产物，控制炎症反应；骨折处具增殖潜能的成骨细胞在超短波的生物物理作用下，增殖加快，使骨痂形成加速。此外，超短波能加速钙离子的流动，促进钙沉积，使骨痂成熟并增强其性能。
超短波在实际运用中操作方便，电极可离开皮肤，故治疗不受石膏、夹板等的影响。同时适量的超短波对生物体无不良影响。故笔者的研究为超短波用于临床，促进骨折愈合提供了实验基础。对人骨折愈合的疗效及治疗剂量选择等问题尚需进一步研究。
①第二附属医院病理科
, http://www.100md.com
中国图书分类号 R454.1
参考文献
[1]Bassetl CAL, Maria G, Eleut Hernandez. Modification of fracture repair with selected pulsing electromagnetic fields. J Bone Joint Surg, 1982,64(A):888-895
[2]Thomas KK, John PR, John M, et al. Accelerated healing of distal radial fracture with the use of specific, low-intensity ultrasound. J Bone Joint Surg, 1997,79(A):961-973
[3]缪鸿石.短波与超短波疗法.见：缪鸿石编著.电疗与光疗，第2版，上海：上海科学技术出版社，1990：276-280
, http://www.100md.com
[4]李人杰，柳用墨，王崇武.旋磁场促进骨折愈合的初步实验研究.中华骨科杂志，1988，8(8)：445-449
[5]Robert AC. Exogenous currents and fields-experimental and clinical application. Physiotherapy, 1990,76(12):743-750
[6]John L. Dosage of some pulsed shortwave clinical trials. Physiotherapy, 1995,81(10):611-616
收稿日期：1998-10-26, 百拇医药(许 衡 冯 兰 许淑媛①)