曾利华（郴州市第一人民医院康复医学科423000）
骨折是外科中常见病之一,因各种原因造成的骨折不愈合率约占5-10%。长期以来,国内外学者一直致力于促进骨愈合的研究。从70年代开始,电刺激已经成为促进骨折愈合的有效的方法,脉冲电磁场尤其受到关注。经过30多年的发展,脉冲电磁场已作为一种非侵入的疗法成功运用于临床,并取得了非常好的效果。故而，近几年对脉冲电磁场治疗骨折的作用机理有了更深一步的研究，本文就脉冲电磁场促骨折愈合作用机理综述如下:
1.对成骨破骨细胞的影响
成骨细胞是骨发生和骨形成的物质基础，在骨组织的更新活动中是最重要的功能细胞。成骨细胞的骨形成与破骨细胞的骨吸收两者间保持动态平衡是骨活动保持正常状态的基础，而破骨细胞的活动亦受到成骨细胞的调控。故脉冲电磁场促进骨折愈合的实验研究大都以成骨细胞和破骨细胞作为研究对象。张晓军等[1]采用频率为15Hz、强度为5M、占空比为15%的脉冲电磁场作用于成骨细胞，检测成骨细胞的增殖，以观察脉冲电磁场对体外培养成骨细胞增殖的影响，结果显示脉冲电磁场能显著促进成骨细胞增殖和体外矿化。李丽荣等[2]利用出生后的SD仔鼠2只,骨组织块培养法分离、培养成骨细胞。然后将频率为15Hz、磁感应强度为018mT的脉冲电磁场作用于成骨细胞。应用MTT方法、碱性磷酸酶(ALP)测定、四环素荧光标记检测成骨细胞增殖、分化、体外骨形成情况。实验结果表明:1MTT检测结果显示实验组波长490nm处的吸光度A490nm值明显高于对照组;oALP检测结果显示实验组波长410nm处的吸光度A410nm值明显高于对照组;实验组钙结节数量也明显多于对照组。说明了脉冲电磁场刺激促进成骨细胞增殖、分化、加速了骨形成。
Fitzsilnlnons[3]等对脉冲磁场对体外培养的破骨细胞的影响进行了研究，发现从新生鼠长骨分离出来的破骨细胞，在脉冲磁场存在与不存在的条件下，对培养基中骨质的吸收没有明显差别，说明脉冲磁场不影响破骨细胞的影响的吸收功能，却能增加成骨细胞的成骨能力，从而增加骨修复过程中的骨形成数量。KyleChang[4]等人研究感应出不同电场强度的脉冲电磁场影响了破骨细胞的形成和骨的吸收;与没有外加电磁场作用的对照组相比,感应电场强度为4.8和12.2LV/cm时,破骨细胞的数量分别有明显的减少和增加,吸收区域的比例也有明显的减少和增加;然而感应电场强度为8.7LV/cm时,破骨细胞的形成和骨吸收与对照组相比在统计学上没有差异。说明不同参数的脉冲电磁场可以调节鼠骨髓培养系统中破骨细胞的形成。
脉冲电磁场促进了成骨细胞的增殖和分化,调节了破骨细胞的形成及骨吸收。这为脉冲电磁场促进骨折愈合奠定了微观理论基础,同时也为临床应用提供了依据。
2.对环磷酸腺普系统(AMPS)的影响
脉冲电磁场的成骨机制之一是对骨细胞与软骨细胞的直接作用，即电磁场可以激活骨细胞内的环磷酸腺普系统，环磷酸腺普作为“第二信使”能活化细胞功能，使线粒体活动增强，增加AMP分裂释放，继而促进细胞代谢，加强血管张力，改善微循环。再依次活化各种酶系统，然后通过各种酶系统激活骨或软骨细胞产生特殊生理作用，使损伤骨组织中的成骨细胞受到刺激而活跃增殖使骨痴连接加速[5]。Sibylle等[6]报道，20Hz,7-8mT的电磁场作用可使细胞内cAMP下游的效应元件-cAMP依赖型蛋白激酶A活性明显增强。任凯等[7]研究认为，50Hz,2mT的电磁场能通过作用于cAMP-蛋白激酶A信号转导系统，从而调控体外培养的小鼠骨髓MSC增殖和分化。Robinson等不仅支持这种观点,进而还提出电磁场可能是通过激活骨折处成软骨细胞的溶菌酶来促进新骨生长[8]。第2信使学说则从环-磷酸腺甘与各种酶系统的角度分析了脉冲磁场的成骨机理,目前也逐步得到了多数研究者的认可[9,10]。
3.对微循环作用
国内关于磁场可以改善血液循环的研究认为，在磁场作用下血液循环的改善为加速骨折愈合提供了条件,另有学者发现，PEMF促骨生成效应与加剧或导致局部炎性反应及损伤[11]。有关机体组织受损后，组织微循环受损有出血凝血，产生炎症反应，并进而造成局部组织缺氧、代谢异常及低营养状态。当磁场作用于机体受损组织后，可使受损组织局部微血管扩张，血流加速[12，13]，红细胞体积增大，携带氧的能力增加，可改善组织内供氧，加强局部组织营养和氧的利用，促进组织代谢和上皮组织细胞生长，并有利于炎性物质及致痛物质的排除[14]。有研究认为[15]，磁场促进骨折愈合可能与磁流体力学现象有关，机体组织和血液中含有钾、钠、铁等多种金属元素及无机盐，血管与血液也是一种导体，当磁场作用于电导体时，会产生微电流，引起离子浓度的变化，从而加强细胞内外物质的交换，有利于骨细胞的正常生长，促进骨折愈合。由于电磁流体力的存在，磁场中产生切割磁力线而产生电动势，电动势越大，血流速度越快，血管在切割磁力线时产生微电流，使得体内离子浓度及运动改变，在局部产生微热，刺激局部微血管扩张，改善供血及营养[16]。
4.对钙沉积的影响
有学者认为，脉冲电磁场主要对钙盐产生某种动力学影响，促使其向阴极侧泳动并沉积，从而加速骨组织的钙化，并对骨折发挥治疗作用。骨折部位钙离子在外加脉冲电磁场中的沉积现象,是联系脉冲电磁场作用与成骨机制的途径之一,已被研究者广泛认可。王和鸣等[17]研究观察到调频脉冲电磁场可促进骨盐的沉积，直接反映在成骨细胞活性的BGP含量及组织学上成骨细胞数量多，成骨量大，说明调频脉冲电磁场可通过增加骨盐的沉积是其促进成骨细胞的形成和活性增强。动物实验也证明Nicola等[18]将40例绝经后骨质疏松患者随机分为2组，一组患者给予频率为100Hz的PEMF作用，每天刺激60min,3次/周，共持续3个月;而另一组患者作为对照组仅给予常规药物治疗，结果发现，磁场刺激组患者血清中钙离子在治疗期间明显增多。
由于由于脉冲电磁场促进骨折愈合的作用机理尚不明确,还存在许多其它的理论:如促进骨折愈合过程中VEGF的表达，促进骨痴生长从而促进骨折愈合；低频磁场可以加强骨再生区代谢过程,并有消肿、消炎和增加局部血液循环作用;对细胞缝隙连接通讯功能的抑制;调节激素水平;上调成骨相关基因的表达等。
综上，主要从脉冲电磁场调节成骨形成和破骨细胞的吸收、激活骨细胞内的环磷酸腺普系统、改善微循环及促钙盐沉积方面阐述其促骨折愈合的作用机理。可见脉冲电磁场促骨折愈合的作用机理是多种机制共同作用的结果，故需大量的实验研究对其交叉作用进行分析。随着作用机理的逐步明确，临床上可根据病人的具体情况选择更为有效的治疗方案，加速疾病的愈合，使病人早日恢复健康。
参考文献
[1]张晓军,张建保,龙开平,等.极低频脉冲电磁场对新生大鼠成骨细胞的影响[J].中国医学物理学杂志,2006,23(6):4622-464.
[2]李丽荣,罗二平,申广浩,等.低强度脉冲电磁场对大鼠成骨细胞的影响[J].第四军医大学学报,2005,26(6):571-573.
[3]FitzimmonsRJ.Combinedmagneticfieldsinereasednetcalciumfluxinbonecells.CalcifTissueInt2004，55(5):376.
[4]ChangK,ChangWH,HuangS,etal.Pulsedelectromagneticfieldsstimulationaffectsosteoclastformationbymodulationofosteoprotegerin,RANKligandandmacrophagecolony2stimu2latingfactor[J].JournalofOrthopaedicResearch,2005,23(6):130821314.
[5]周万松.磁场临床运用与研究发展[J].生物磁学，2005，5(4):54-65.
[6]SibylleT,MonikaL,SibyllebC,etal.InductionofcAMP-dependentproteinkinaseAactivityinhumanskinfibroblastsandratosteoblastsbyextremelylow-frequencyelectromagneticfields[刀.RadiatEnvironbiophys,1999,38(3):195-199.
[7]任凯，吴华，赵文春，等.工频电磁场对体外培养的小鼠骨髓间充质于细胞增殖与分化的影响[J].中华物理医学与康复杂志，2004,26(7):85-387
[8]LIUQing,LIJing2zhu,YANGZh2iqiang,etal.Developmentandapplicationofpulsingelectromagneticfieldsforenhancingchinfractureshealing[J].JournalofClinicalStomatology,1998,14(4):2002201.
[9]VaraniK,MatteiMDe,VincenziF,etal.Characterizationofadenosinereceptorsinbovinechondrocytesandfibroblast2likesynoviocytesexposedtolowfrequencylowenergypulsedelectromagneticfields[J].OsteoarthritisandCartilage,2007,7(4):1214.
[10]RamasamySelvam,KalaivaniGanesan,NarayanaRajuKVS,etal.LowfrequencyandlowintensitypulsedelectromagneticfieldexertsitsantiinflammatoryeffectthroughrestorationofplasmamembranecalciumATPaseactivity[J].LifeSciences,2007,80(26):240322410.
[11]王成传，于洪涛，秦建明，等.脉冲电磁场配合矿泉浴治疗软组织的临床观察[J].ChinJConvalescentMed.Decenber，2005，14(6):436-437.
[12]YonemoriK,MatsunagaS，IshidouY.Earlyeffectsofelectricalstimulationonosteogenesisbone.JOrthopRes,1996,9(2):173-180.
[13]王军学，罗二平，申广浩，等.恒磁场对临床术后伤口愈合的影响第四军医大学学报，2006，27(8):754-755
[14]曹治寰，吴冰洁，郭非，等.磁场对微循环的影响[J].微循环学杂志,1995，8(2):25-29.
[15]徐巧玲，路丽华，罗二平，等.低强度脉冲电磁场对大鼠骨密度及骨形态计量学的影响J.第四军医大学学报，2004,25(21):2004-2006
[16]黄建松，乐秀鸿，柯文棋，等.磁场复合噪声、高温对兔球结膜微循环的影响[J].海军医学杂志，2002，23(1):12-14.
[17]王和鸣等.可调频脉冲电磁场促进骨折愈合的实验研究[J].中医骨伤，1999,12(4):11-13.
[18]NicolaC,EmilioB,SimoneC,etal.Efectofelectromagneticfieldsonbonemineraldensityandbiochemicalmarkersofboneturnoverinosteoporosis[J].RadiatEnvironBiophys,2001，62(3):268-271.