本文节选自天津科学技术出版社《骨质疏松诊断与治疗进展》(作者:辛杰,臧东升,杨志强等主编)。
脉冲电磁场疗法(pulsed electromagnetic field therapy,PEMFT)在骨病治疗中的应用,已经历了多年的探索。1953年,Yasuda首次发现骨的压电效应,即骨受到机械压力后由于胶原变形而将机械能转化为电能,产生应力电位,从而开始了骨细胞行为与机械力、生物电之关联研究。研究显示,脉冲电磁场( pulsed electromagnetic field,PEMF)对延期愈合和不愈合的骨折确有疗效,对先天性假关节病、关节固定术等骨病有不同程度的资料价值。1989年,Bassett总结了近半个世纪的研究成果,证实了电刺激能促进骨组织生长,肯定了PEMF的疗效,并根据Wolff定律对其机制进行了归纳,认为生物电在骨代谢和骨重建中具有十分重要的意义,PEMF可用来治疗骨质疏松症,动物实验和人体研究均证实了这一点,特别是能改善骨质量和骨的力学性能。
正常的有生命的骨骼具有特定的生物电即稳态电位,与细胞代谢有关;其分布具有特定的分布模式。骨折后稳态电位发生改变,骨折端电势最低,这种负电环境最有利于骨折的愈合。
不同电磁场强度和频率具有不同的生物学效应。业已明确,只有动态应变(又称时变)才引起骨组织重建反应,而静态应变则不成为成骨刺激的来源。研究证实,磁场信号在15~35Hz范围出现最有效的成骨,其电场强度仅需1~10μV/cm,而磁场信号低于15Hz的成骨能力则戏剧性地下降,低于5Hz时甚至不能预防失用性骨丢失;力学信号,100μe的应变在频率为10~60Hz时具有强大的成骨能力,在1Hz时则无成骨作用。脉冲电磁场乃通过对人体产生一定的场强,作用于骨骼,使其稳定的生物场强发生变化;并通过对外加电磁能量和强度加以控制,以加速骨组织的生长。假若外加电场的频率接近功能活动产生的内在电场频率,就会产生最大的骨细胞反应,所以低频率磁场能有效地预防骨丢失,促进新骨形成。
目前尚不清楚电磁信号是如何引起骨骼细胞行为改变,从而发挥成骨效应的。可能的解释:①影响生物分子的合成:研究显示,成骨细胞(OB)暴露于3Hz电磁场中,其DNA和cAMP的合成同步升高;②影响激素和局部生长因子:PEMF可增加OB表面的IGFRⅡ而促进OB增殖;③增加钙内流,通过调节胞内钙离子浓度而改变细胞行为;④直接促进OB增殖与分化。
业已明确,机械应力可增加骨密度和骨强度,而失用可引起骨疏松和骨萎缩。对于老年人,不活动是其发生骨质疏松症的主要危险因素之一。尽管适当的运动锻炼可以“强骨”,但尚缺乏一个明确的锻炼方案,且受到患者心肺功能乃至全身健康状态的限制。因此,脉冲电磁场疗法很有必要。