磁场在骨科治疗中的运用及机制研究
2018-1-2 来源：不详 浏览次数：次磁性材料和磁场的研究应用是当代科学技术的重要组成部分之一。科学研究表明，一切物质都具有磁性，只是磁性强弱不同而已，而任何空间都存在着强弱不等的磁场。磁学的研究，促进了磁性材料在医学领域的深入应用，近年来在骨科诊疗中的运用明显增多。本文就磁场在骨科治疗中的运用及机制作一综述。
1磁场的生物学效应运用
1.1骨性关节炎的治疗
原发性骨关节炎发病原因不明，患者往往随着年龄增长出现关节退行性变，病变晚期可出现关节功能障碍。其特点为关节软骨变性，并在软骨下及关节周围有新骨形成。临床治疗上，多采取休息、牵引及药物镇痛抗炎治疗。近年来，许多临床工作者及研究人员通过辅助磁疗，使不少患者疼痛、僵硬及功能障碍得以缓解。明德玉等通过对膝骨关节炎患者使用交变磁场，观察到实验组和对照组的治疗效果差异存在统计学意义。推测磁场的镇痛作用机制可能与促进血液循环，改善组织营养，纠正组织的缺氧、缺血及水肿，分解转化致疼痛物质，降低末梢神经兴奋性及阻滞感觉神经的传导等有关。
为了进一步明确磁场在骨关节炎治疗中的作用机制，雷鸣等制作了硝普钠诱导大鼠软骨细胞凋亡模型，发现经超低频电磁场作用后的细胞凋亡率明显降低。通过细胞学水平研究认为磁场有显著抑制软骨细胞凋亡的作用，电磁刺激能增强软骨的修复过程。
骨关节炎常伴有滑膜炎症，可引起关节内压力升高，阻碍滑膜静脉循环。Ayrol等对疼痛性膝关节骨关节滑膜炎进行了评价和随访，发现滑膜炎是疼痛性膝关节骨关节炎的普遍特征并可预测远期的软骨丧失程度。通过Ayral关节镜膝滑膜炎评分法比较，磁场能有效抑制骨关节炎的滑膜炎症，减轻组织破坏。
1.2促进骨折愈合及防治骨质疏松
骨折不愈合受多种因素影响，如骨折部位血运、骨折类型及原始治疗，尤其固定好坏和是否感染等因素。
20世纪70年代初，Bassett首先应用脉冲电磁场治疗骨不连取得了成功。随后许多学者做了大量临床和基础实验研究，从临床观察、组织形态及细胞分子层面证实了磁场具有促进骨折愈合的作用。国内许兆南等首次报告应用恒定磁场治疗骨折延迟愈合，效果满意。续力民等采用磁场促进骨折愈合的动物实验研究结果表明，在磁场作用下有大量的钙盐沉积，说明磁场可能是通过促进骨折处钙的沉积来加速骨折愈合。现在观点认为磁场促进骨折愈合的机制是磁场对软骨细胞的直接作用，激活细胞内的cAMP系统，进一步使酶系统活化，从而激活骨或软骨细胞，促进骨折愈合。骨质疏松症目前治疗主要是药物干预，但长期用药易出现较多不良反应。张小云等研究发现，利用旋转恒定磁场治疗老年骨质疏松症是一条有效的途径。体内、体外研究显示磁场能使大鼠骨密度显著增加，这种骨密度的升高与激素无关。张小云等在对兔的破骨细胞观察实验中，分别采用了0.38和0.48T的恒定磁场，发现破骨细胞在磁场下培养1d就见到具有皱折缘的细胞越来越少，之后不断固缩直至凋亡。证明磁场强度的增加使其对破骨细胞的抑制能力增强。
分析磁场影响破骨细胞的原因是破骨细胞在自然生长中依靠其皱折缘与骨组织结合，主要成份是微管、微丝组成的细胞骨架，而微丝的主要成份是肌动蛋白。破骨细胞通过与骨表面相连的肌动蛋白穿越细胞膜，通过黏合蛋白与骨表面黏附，然后细胞极化通过皱折缘把H＋和大量溶酶体小泡定向运输到骨组织表面进行骨吸收。当破骨细胞处在磁场下时，磁场解聚微管、微丝，抑制了皱折缘的形成，破坏破骨细胞的极化，使其丧失了定向分泌H+和溶酶体小泡的能力。
1.3提高免疫力及抗肿瘤治疗
磁场作用可影响免疫系统的活动。国外Seze等发现，50Hz的磁场有促进巨噬细胞和T细胞功能的作用。15mT、50Hz的交变磁场和80m的稳恒磁场作用均能提高机体的免疫机能。
治疗肿瘤的方法很多，部分疗效不够理想，因而更多的研究考虑使用简单有效的新疗法。国内外有不少关于磁场治疗恶性肿瘤的报道，早期Mulay等报道了工频电磁场对肉瘤的治疗作用。磁场能影响肿瘤细胞的生长被许多实验所证实。Raylman等从细胞分子水平研究发现强稳恒磁场对体外培养的肿瘤细胞生长有抑制作用，并证实了稳恒磁场对细胞由S期进入G2期起了延缓作用。Aldinucci等通过观察强稳恒磁场对淋巴细胞的常淋巴细胞无明显作用，却能影响肿瘤细胞的胞膜特性，破坏Ca的稳态，使细胞内Ca2+浓度上升，破坏细胞内稳态，影响细胞增殖。
磁场不仅能直接抑制肿瘤细胞生长，还可以作为化疗辅助手段。在对骨肉瘤细胞MG63协助化疗中，加强化疗药物对瘤细胞增殖的抑制作用，并且抑制肿瘤细胞耐药性的产生。其机制可能在于磁场抑制了肿瘤内微血管的生成，改变肿瘤细胞生物膜的电场和离子活动，导致细胞膜对化疗药物的通透性增加，增强了化疔药物的细胞毒效应。
1.4治疗股骨头坏死
股骨头坏死主要的发病机制包括血液黏稠度增加、关节腔压力增高造成股骨头微循环障碍、营养供应中断及骨髓细胞脂肪化。
医院及研究机构尝试采用旋转磁场治疗股骨头坏死，取得满意疗效。张宇等通过肌肉注射醋酸泼尼松龙建立股骨头坏死动物模型并行磁场处理，结果表明磁场可降低血脂含量，改善血液黏稠度，抑制股骨头内骨髓细胞的脂肪化，改善股骨头内的微循环，降低髋关节腔内压力，同时也促进成骨细胞的生长和功能，最终有效抑制股骨头坏死病情的发展。
2磁场力学运用的研究
磁场力学在骨科中的运用相对较少，目前临床使用的有磁力定位式髓内钉，也称磁力导航髓内钉。远端锁孔磁力定位式带锁髓内钉，具备传统交锁髓内钉的优点，并通过磁力定位锁定远端两枚锁钉，钻孔过程可随时监控，准确率高，无需C形臂X线机定位。
国内有人通过动物实验分析磁力牵拉作用下骨骼应力性形变趋势，方法是将实验兔脚底固定磁片，利用与地面铁质垫板之间发生磁引力，使腿骨受到磁力牵拉。结果显示磁力牵拉模型对兔长骨增长有一定的作用，对临床各类骨质短缩等治疗有一定的启发意义。
3生物相容性及安全性
目前在口腔医学中，利用牙齿磁性附着体的正畸技术已较成熟。近年来，临床工作者将目光转移到磁性内植物的生物相容性及安全性研究上。侯志明等将镀镍、氮化钛、银及铜的钕铁硼磁体，未镀膜磁体分别制备浸提液与大鼠牙龈成纤维细胞共同培养，评价各种镀膜钕铁硼磁体的细胞相容性。结论显示镀氮化钛的钕铁硼磁体具有良好的细胞相容性。
在磁场安全性方面，美国FDA肯定了永磁材料制成的恒定磁体磁场的安全性，认为4T以下恒定磁场为磁源的医疗设备可不必提供相关的安全性研究报告。
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