低强度脉冲超声促进骨与软骨再生的研究与临床应用

背景:低强度脉冲超声是一种无热力无创伤的力学刺激,临床利用低强度脉冲超声治疗骨与软骨缺损已经取得了一定的疗效。目的:回顾分析低强度脉冲超声在骨与软骨再生过程中的作用及机制,并对低强度脉冲超声参与调节的分子信号、组织再生机制以及临床应用的现状进行综述,为临床提供科学理论依据。方法:由第一作者运用计算机检索计算机检索Cochrane Library、Pub Med、中国生物医学文献服务系统(CBM)、中国期刊全文数据库(CNKI),以及万方数据资源系统中1990年1月至2017年2月发表的低强度脉冲超声治疗促进骨与软骨再生的相关研究,以"低强度脉冲超声,钙离子,整合素,一氧化氮,前列腺素,骨形成蛋白"为中文检索词,以"LIPUS,calcium,integrin,nitric oxide,prostaglandin,BMP"为英文检索词。同一领域相关研究则选择权威杂志或近期发表的文献,从检索结果中共选择了80篇文章进行进一步分析。结果与结论:(1)低强度脉冲超声的基础研究涉及细胞力学以及组织再生等多个领域,尤其在分子生物学技术的支持下,促进骨与软骨再生的研究取得了突破性的进展;(2)研究发现,低强度脉冲超声通过机械波能引起细胞或组织内产生相应的力学信号,使信号通路中相关分子变化,进而加速受作用区域的血供和新陈代谢,促进骨与软骨组织的再生,并取得了一定的临床疗效。

不同辐照时间低强度脉冲超声促进人成骨细胞生物学效应研究

目的研究低强度脉冲超声(LIPUS)对人成骨细胞FOB1.19生物学效应的影响并明确其最适辐照时间。方法选用频率为1.5 MHz、强度为30 m W/cm^2的LIPUS以不同时间(0、10、20、30、40、50 min)辐照人成骨细胞FOB1.19,以CCK-8法分别检测不同辐照时间并培养24、48、72 h时成骨细胞增殖情况,初步筛选出LIPUS作用于成骨细胞的相对最适辐照时间范围;并在此最适辐照时间范围内,通过流式细胞仪检测不同辐照时间(20、25、30 min)后培养72 h对细胞周期的影响;通过碱性磷酸酶染色检测不同辐照时间后培养24、72 h对细胞矿化能力的影响,通过实时定量聚合酶链反应(PCR)检测不同辐照时间对细胞内骨形成蛋白(BMP)-2的相对表达量的影响。结果经过LIPUS辐照后培养不同时间观察到成骨细胞增殖能力相比阴性对照组显著提高,LIPUS辐照时间在20~30 min内为相对最适辐照时间范围。细胞周期增殖指数(PI)在每天辐照25 min并培养72 h实验组高于阴性对照组[(0.57±0.01)%vs(0.45±0.02)%],差异有显著统计学意义(P<0.01);碱性磷酸酶阳性率在辐照25 min并培养细胞72 h最为明显,实验组高于阴性对照组[(67.05±3.46)%vs(28.37±4.12)%,P<0.01]。成骨细胞内BMP-2的相对表达量显著提高,其中以LIPUS辐照25 min、培养72 h时促进人成骨细胞生物学效应最为显著,培养72 h实验组BMP-2相对含量高于阴性对照组(4.16±0.13)倍,差异有显著统计学意义(P<0.01)。结论不同辐照时间LIPUS可促进成骨细胞生物学活性,但是其促进成骨细胞的效果不一,其中以辐照时间25 min/d的LIPUS辐照下促进成骨的效果最佳。

低强度脉冲超声预防大鼠激素性股骨头坏死的研究

目的探究低强度脉冲超声(LIPUS)预防大鼠激素性股骨头坏死(SANFH)的效果。方法选择雄性SD大鼠30只,鼠龄10周,体质量300~320 g。随机分为正常组(A组)、模型组(B组)、LIPUS干预组(C组),每组10只。B组、C组腹腔注射脂多糖(20μg/kg)2次,1次/天;随后两侧臀肌交替注射甲强龙(40 mg/kg)3次,1次/天。C组造模前1周对大鼠进行双侧股骨头LIPUS干预;A组相同时间腹腔及臀肌注射等比例0.9%氯化钠溶液。4个月后处死3组大鼠并取双侧股骨标本,行股骨头大体标本观察、X射线平片检测,Micro-CT扫描观察股骨头微观结构变化并进行骨计量学分析,苏木精-伊红(HE)染色观察股骨头组织病理学改变。结果与A组比较,B组大鼠股骨头骨皮质变薄,骨小梁稀疏,于软骨下区骨小梁稀疏、断裂尤为显著,其内可见空洞样无骨小梁区,并且股骨头感兴趣区骨表面积与骨体积比值(Bs/Bv)、骨体积与总体积比值(Bv/Tv)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数量(Tb.N)及骨矿物质密度(BMD)等骨计量学参数明显降低,而骨小梁间隙(Tb.Sp)显著升高;HE染色病理切片显示大量空骨陷窝及骨细胞核固缩,骨小梁变窄或断裂。与B组比较,C组感兴趣区Bs/Bv、Bv/Tv、Tb.Th、Tb.N、BMD等骨计量学参数明显升高,Tb.Sp降低;HE染色病理切片显示空骨陷窝及骨细胞核固缩减少。结论 LIPUS干预组能明显改善SANFH大鼠股骨头影像学和组织病理学改变,这可能为以后临床长期服用激素的患者提供一种安全、有效预防SANFH的手段。