電刺激療法在骨質(zhì)疏松癥中的應(yīng)用

鄭小花 鄭云燕 鄭啟斌 陳春花 林超琴 徐穎*

1.福建省婦幼保健院 福建醫(yī)科大學(xué)婦兒臨床醫(yī)學(xué)院,福建 福州 350001

2.中國(guó)人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九○○醫(yī)院倉(cāng)山院區(qū)婦產(chǎn)科,福建 福州 350025

3.福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)外科,福建 福州 350001

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis,OP)是以骨量低下、骨組織微結(jié)構(gòu)退變,導(dǎo)致骨脆性增加、易發(fā)生骨折為特征的一種全身性骨骼疾病,屬于全球性公共衛(wèi)生問(wèn)題。2018年中國(guó)OP流行病學(xué)調(diào)查報(bào)告顯示:50 歲以上人群的患病率為 19.2%,65歲以上人口患病率為 32.0%[1]。2023年國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布,2022年末中國(guó)60歲及以上人口占總?cè)丝诘?9.8%,65歲及以上占總?cè)丝诘?4.9%[2]。由此可見(jiàn),目前人口老齡化問(wèn)題已使OP的患病情況更加嚴(yán)峻[3]。OP的臨床表現(xiàn)為骨痛、腰背部疼痛,最嚴(yán)重的后果是骨質(zhì)疏松性骨折。電刺激理療是近年發(fā)展起來(lái)的治療骨質(zhì)疏松癥的無(wú)創(chuàng)物理治療手段之一,可減輕疼痛、增加骨量、增強(qiáng)肌力、促進(jìn)神經(jīng)修復(fù),在OP的防治及骨折后愈合均有效,屬于是比較傳統(tǒng)物理因子治療方式。但目前仍缺乏規(guī)范的系統(tǒng)研究,且其具體的治療參數(shù)尚無(wú)定論。本文將對(duì)電刺激在OP中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié),以期更好地為臨床提供治療方案。

1 電刺激方式

電刺激療法主要包括低頻波、中頻波(干擾波)、高頻波(超短波)、直流電、離子導(dǎo)入療法、神經(jīng)肌肉電刺激、微電流等十余種。OP的基礎(chǔ)研究及臨床應(yīng)用常見(jiàn)的電刺激療法包括脈沖電磁場(chǎng)、電針療法、直流電、電容耦合、經(jīng)皮神經(jīng)電刺激等。

1.1 脈沖電磁場(chǎng)

5 Hz到200 kHz頻率的電磁場(chǎng)會(huì)在組織中產(chǎn)生1～100 mv/cm的電場(chǎng)[4],脈沖電磁場(chǎng)(pulsed electromagnetic fields,PEMFs) 的主要機(jī)制是將電流轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng),再激活機(jī)體的生物電流,從而達(dá)到治療的目的。許多臨床試驗(yàn)及基礎(chǔ)研究表明PEMFs可治療OP,對(duì)骨不連和骨折延遲愈合也有很好的效果[5-6],Catalano等[7]提出PEMFs可能通過(guò) RANKL/OPG 和 Wnt/-catenin 通路在增加骨量等方面發(fā)揮抗OP作用。盡管食品藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Administration,FDA)尚未批準(zhǔn) PEMFs 用于治療OP,但臨床試驗(yàn)表明 PEMFs 是一種無(wú)創(chuàng)、安全、有效的治療OP的方法。

1.2 電針療法

中醫(yī)針灸學(xué)為中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué),電針療法是應(yīng)用中醫(yī)理論,用針刺入腧穴得氣后,在針上通以微量電流波以刺激穴位,從而治療疾病的一種療法。已有較多研究表明,針灸、電針刺激均可達(dá)到治療OP的目的[8-9]。Wang等[10]用電針刺激廢用性O(shè)P模型大鼠1個(gè)月后,發(fā)現(xiàn)可改善大鼠脛骨近端的微結(jié)構(gòu)和股骨的生物力學(xué)。關(guān)于其作用機(jī)制的研究,王亞軍等[11]發(fā)現(xiàn)可能是通過(guò)調(diào)控 Wnt3a 和 β-catenin 的基因和蛋白表達(dá)水平,以此調(diào)節(jié)骨重建系統(tǒng)的平衡。鐘培瑞等[12]指出電針療法可能通過(guò)抑制P53/P21信號(hào)通路增加成骨細(xì)胞活性,從而促進(jìn)骨形成,改善OP。雖然針灸、電針刺激對(duì)OP有效,但因?qū)鹘y(tǒng)針刺的疼痛的顧慮,使較多患者放棄該治療方案。

1.3 直流電

直流電 (direct current,DC)是一種侵入性技術(shù),通過(guò)植入電刺激器,將陰極和陽(yáng)極植入修復(fù)部位,從而提供恒定的直流電,進(jìn)行持續(xù)的電刺激以治療疾病。目前,許多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已證實(shí) DC 對(duì)OP有治療作用,如Limura等[13]將袖帶電極植入去勢(shì)后大鼠雙側(cè)喉上神經(jīng),發(fā)現(xiàn)血漿降鈣素濃度增加,大鼠脛骨近端干骺端和股骨遠(yuǎn)端干骺端的骨密度較假手術(shù)大鼠高。Lau等[14]利用植入式微電刺激系統(tǒng)對(duì)大鼠背根神經(jīng)節(jié)進(jìn)行電刺激,發(fā)現(xiàn)其可刺激降鈣素基因相關(guān)肽的分泌,抑制OP。然而,植入電刺激裝置屬于有創(chuàng)刺激療法,且具有潛在傳染性,因此限制了其臨床應(yīng)用。

1.4 電容耦合

人體組織為一個(gè)混有電容和電阻的機(jī)體,肌肉組織中的細(xì)胞膜具有電容的性質(zhì)。電容耦合 (capacitive coupling CC) 是一種施加電場(chǎng)的非侵入性技術(shù),對(duì)OP的治療作用文獻(xiàn)報(bào)道較早且僅限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[15]。CC 通過(guò)耦合電容作用于對(duì)象,或通過(guò)電容電場(chǎng)間接刺激,或通過(guò)電極直接刺激。間接刺激如王正興等[16]自制電容耦合電場(chǎng),由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為1.5 MHz的方波信號(hào),經(jīng)過(guò)耦合平行板電容產(chǎn)生,將大鼠放置于平行板之間,接通電場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行治療。直接刺激如Piazzolla A 指出CC能夠增加去勢(shì)后骨質(zhì)疏松癥模型大鼠椎體中的骨小梁體積,其研究表明CC可促進(jìn)骨折愈合,使椎體骨髓水腫完全消退[17]。

1.5 經(jīng)皮神經(jīng)電刺激

經(jīng)皮神經(jīng)電刺激 (transcutaneous electrical nerve stimulation,TENS) 是一種以電流脈沖激活外周神經(jīng)纖維的非侵入式鎮(zhèn)痛療法,近年來(lái)在臨床與科研中備受青睞。按照 TENS裝置提供的脈沖頻率、持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度和類型,臨床常見(jiàn)高頻、短脈沖持續(xù)時(shí)間、低強(qiáng)度的傳統(tǒng) TENS及低頻、長(zhǎng)脈沖持續(xù)時(shí)間、高強(qiáng)度的針刺樣TENS[18]。目前TENS在OP中的應(yīng)用主要為治療OP引起的疼痛。相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道較少,且多與電針概念混淆。經(jīng)皮穴位電刺激是將TENS和以經(jīng)絡(luò)理論為指導(dǎo)的穴位治療相結(jié)合,通過(guò)皮膚將特定的電流輸入人體,刺激人體穴位和經(jīng)絡(luò)。時(shí)克昌等[19]的臨床研究證實(shí),益骨湯聯(lián)合經(jīng)皮穴位電刺激緩解老年性O(shè)P引起的疼痛明顯優(yōu)于單純密蓋息治療。

2 電刺激頻率

低頻電的參數(shù)包括頻率、周期、波寬、通斷比、波形等,臨床儀器中許多參數(shù)均相對(duì)固定,對(duì)生物效應(yīng)影響較大的為頻率及強(qiáng)度[20]。低頻電流式指頻率1 000 Hz以下的脈沖電流,每次通電能使運(yùn)動(dòng)神經(jīng)發(fā)生興奮,超過(guò)1 000 Hz則不能引起興奮。臨床常用的低頻電是在100 Hz以下。極低頻電磁場(chǎng)(ELF-EMF)指由線圈產(chǎn)生的頻率為0～300 Hz的電場(chǎng)[21]。Meta分析提示PEMFs治療與TENS、熱療或超聲等其他物理治療的差異不大[22]。因此電刺激對(duì)OP治療的有效頻率尚未可知,以下對(duì)常見(jiàn)頻率及其對(duì)比進(jìn)行總結(jié)。

2.1 低頻率(1～10 Hz)

在電針治療中,多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道的頻率低于10 Hz,結(jié)論均提示抗OP效果顯著。如柏中喜等[23]以電脈沖頻率為 2 Hz的電針干預(yù)穴位,可增加OP大鼠模型的骨密度及生物力學(xué)。朱根生[24]采用 2 Hz頻率單一方波電針刺激去神經(jīng)大鼠證實(shí)其對(duì)增加股骨生物力學(xué)有效。Hiroyuki Tamaki等[25]研究在早期廢用肌肉骨骼萎縮的大鼠中,每日對(duì)左脛骨前肌進(jìn)行經(jīng)皮電刺激(頻率為10 Hz,脈寬 250 μs),1周后發(fā)現(xiàn)能減少肌肉和骨質(zhì)流失并改善骨骼脆性。TENS的治療模式中針灸樣刺激頻率是1～4 Hz,脈沖寬度是0.2～0.3 ms,出現(xiàn)脈沖式肌肉抽搐,適用于急慢性疼痛、長(zhǎng)期止痛及周圍循環(huán)障礙。

2.2 中高頻(10～100 Hz)

Belanger等[26]研究表明,每天對(duì)脊髓損傷患者的股四頭肌行電刺激(25 Hz),24周后發(fā)現(xiàn)其股骨遠(yuǎn)端和脛骨近端骨密度增加了28%。Tanaka[27]研究提示20 Hz的刺激頻率顯示了最大的成骨細(xì)胞的激活及細(xì)胞內(nèi)鈣離子的更大反應(yīng),但該學(xué)者依舊指出最佳的刺激模式仍然存在爭(zhēng)議。Iimura等[13]將袖帶電極植入去勢(shì)后大鼠雙側(cè)喉上神經(jīng),發(fā)現(xiàn)其可改善去勢(shì)后大鼠的骨質(zhì)流失,植入電刺激器DC的頻率為40 Hz。此外,臨床應(yīng)用神經(jīng)肌肉電刺激療法時(shí)常需要使肌肉達(dá)到完全強(qiáng)直收縮,對(duì)正常肌肉,需要的頻率常在30 Hz以上[28]。

2.3 多種頻率對(duì)比

部分文獻(xiàn)報(bào)道探索電刺激對(duì)OP的最佳頻率,多采用數(shù)種常見(jiàn)頻率對(duì)比療效,結(jié)論也各不相同。金肖青等[29]采用電針2 Hz、100 Hz、2/100 Hz不同頻率對(duì)OP模型大鼠骨小梁空間結(jié)構(gòu)均具有一定的保護(hù)作用,以100 Hz頻率電針刺激更為明顯。有報(bào)道將電極連接到100 MHz任意波形發(fā)生器以各種頻率(1、2.5、5、10、15、20、30、40、50、60、100 Hz)行電刺激,發(fā)現(xiàn)在20、50 Hz肌肉電刺激時(shí)股骨骨小梁質(zhì)量改善更明顯,股骨髓內(nèi)壓力在20 Hz時(shí)測(cè)得的最大,10 Hz 電刺激誘導(dǎo)的肌肉收縮產(chǎn)生的骨應(yīng)變影響最明顯[30]。此外,也有研究證實(shí),持續(xù)給予大鼠同一頻率的刺激會(huì)出現(xiàn)耐受[31]。

3 電刺激部位

關(guān)于電刺激部位主要是針對(duì)TENS及神經(jīng)肌肉電刺激療法。神經(jīng)肌肉電刺激療法的臨床應(yīng)用已有100多年,近年來(lái)在神經(jīng)肌肉骨骼疾病的康復(fù)中應(yīng)用顯著增加。神經(jīng)肌肉電刺激療法是應(yīng)用低頻脈沖電流刺激肌肉使其收縮,以恢復(fù)其運(yùn)動(dòng)功能的方法。電極可放在痛區(qū)、運(yùn)動(dòng)點(diǎn)、扳機(jī)點(diǎn)、穴位、患處不同節(jié)段的脊柱旁等。2個(gè)電極或2組電極的放置方向有并置、對(duì)置、近遠(yuǎn)端并置、交叉等。

3.1 肌肉刺激

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明,刺激肌肉可增強(qiáng)肌纖維數(shù)量,骨骼肌收縮可增加肌肉骨骼組織內(nèi)的血流量,從而增強(qiáng)相應(yīng)骨的骨密度[32]。對(duì)相同的外部刺激骨骼肌較骨骼更敏感,Alfredo等[33]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電誘導(dǎo)等距收縮80次,肌肉含量增加,而對(duì)骨組織無(wú)明顯影響。關(guān)于放置肌肉的位置也與OP動(dòng)物造模方式有關(guān)。Tamaki等[25]對(duì)左脛骨前肌進(jìn)行經(jīng)皮電刺激1周后發(fā)現(xiàn)大鼠脛骨前肌重量增加,小梁骨體積分?jǐn)?shù)、數(shù)目和連接密度增加,表明經(jīng)皮低頻電刺激肌肉收縮治療能減少肌肉和骨質(zhì)流失并改善骨骼脆性。

3.2 穴位刺激

穴位的選擇常根據(jù)中醫(yī)理論,OP 的臨床表現(xiàn)與中醫(yī)“骨痿”“骨枯”“腰腿痛”等病名類似,根據(jù)“腎藏精主骨,生髓為先天之本,腎精虧虛會(huì)使骨密度降低;脾主肌肉,為后天之本,氣血生化之源,脾胃虛弱則氣血乏源,會(huì)影響到鈣、磷代謝”,因此在選穴上選擇以補(bǔ)腎益精、健脾養(yǎng)血的穴位為主,如“腎俞”“脾俞” “三陰交” “足三里” “懸鐘穴”和“命門穴”[10-11,23]。與OP 相關(guān)的穴位可達(dá)到緩解臨床癥狀,提高骨密度的效果[34]。

3.3 神經(jīng)刺激

對(duì)神經(jīng)的直接刺激主要指直流電刺激方法,如Lau等[35]將用植入式微型電刺激器(一種DC)植入L4～6椎骨水平的右側(cè)背根神經(jīng)節(jié),刺激背根神經(jīng),結(jié)果顯示其可刺激降鈣素基因相關(guān)肽的分泌,減少OP大鼠的總骨礦含量及骨小梁骨密度的下降,顯著改善骨小梁微結(jié)構(gòu)。Iimura等[13]將袖帶電極植入去勢(shì)后大鼠雙側(cè)喉上神經(jīng),可改善去勢(shì)后大鼠的骨質(zhì)流失。

4 治療劑量

電刺激在OP中的應(yīng)用劑量主要表現(xiàn)在時(shí)間及強(qiáng)度,強(qiáng)度多選擇1.0 mA,以局部見(jiàn)肌肉輕微收縮為佳[11,23]。Inoue等[36]選擇8、16 mA電流(10 Hz)刺激大鼠股四頭肌4周,但結(jié)果發(fā)現(xiàn)與沖擊波及超聲波相比,并未改善大鼠骨小梁微結(jié)構(gòu)和骨強(qiáng)度。單次的治療時(shí)間為10 min以上,總療程為1周至3個(gè)月不等,如王亞軍選擇電針刺激穴位每次電針刺激15 min,1次/d,連續(xù)5 d,間隔2、20 d為 1 個(gè)療程,治療 3 個(gè)療程[11]。柏中喜以經(jīng)皮神經(jīng)電刺激穴位每次30 min,持續(xù)4周[23]。電刺激在頻率、部位及治療量主要針對(duì)電針療法、TENS等。

5 總結(jié)與展望

OP屬于人體功能退行性改變的疾病,其治療多為止痛及預(yù)防骨折并發(fā)癥。運(yùn)動(dòng)療法是一種防治OP的有效方式,因?yàn)闄C(jī)械負(fù)荷會(huì)加速骨形成。然而,患有OP的老年患者往往很難運(yùn)動(dòng),且有摔倒骨折的風(fēng)險(xiǎn)。電刺激促使神經(jīng)興奮、肌肉收縮,以機(jī)械方式刺激肌肉骨骼的被動(dòng)運(yùn)動(dòng),而無(wú)需任何自愿的身體活動(dòng),是目前公認(rèn)的安全、有效、依從性高的防治方式。其治療的方式多樣,經(jīng)皮神經(jīng)電刺激及神經(jīng)肌肉電刺激療法還因其無(wú)創(chuàng)、便捷的優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)逐漸受到推崇,其還能結(jié)合中醫(yī)穴位理論形成經(jīng)皮穴位電刺激療法進(jìn)行辨證論治,可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞因子水平、緩解肌肉疲勞、改善血流動(dòng)力學(xué)等途徑緩解骨質(zhì)疏松性疼痛。但公認(rèn)最優(yōu)的刺激模式及部位仍存在爭(zhēng)議,對(duì)于電刺激的可靠參數(shù)還需結(jié)合臨床。