Elektrická stimulácia hojenie zlomenín kostí

Video: Použitie rotácia polarizáciu neutralizovať negatívne žiarenie dav. telefóny a ďalšie. Technika

úvod

na tom, že kosť ukazuje elektrických potenciálov oboch normálnych a patologických stavov, na základe, elektrická stimulácia bol použitý na indukciu tvorby kosti v klinických štúdiách od roku 1812, kedy sa úspešná liečba pakĺbov predkolenia DC bola dokumentovaná.

Najmä po otvorení elektromechanických vlastností kostí vo vývoji 1950 tohto spôsobu liečby ako adjuvans k hojeniu kosti bol urýchlený Teoretické a experimentálne metódy. Od tej doby boli vyvinuté tri hlavné metódy elektrickej stimulácie pre klinické použitie:

(A) použitím jednosmerný prúd (DC) pomocou elektród implantovaných do chybného miesta,
(B) kapacitné väzba (CC), za použitia povrchových elektród umiestnených v blízkosti kosti, ktorá má byť stimulovaná, a
(C) indukčné väzba elektromagnetického poľa (ÚHÚL) cez meniace magnetické pole času.

Od svojho vzniku na začiatku 80. rokov, elektrostimulácia má za sebou dlhú cestu v liečbe zlomenín, ale jeho globálne použitie je stále obmedzená na niekoľko zdravotníckych zariadení.

1. História elektrickej stimulácie kostí

Non-union a oneskorené fúzie môže byť veľmi nepríjemné a nepredvídateľné komplikácie v chirurgii nohy a liečenie zlomenín. Pochopenie princípov hojenie kosti a použitie správneho spôsobu vnútorné fixačné môže značne uľahčiť riešenie tohto náročného problému. Úloha s elektrinou ako pomoc pri hojení kostí bol zavedený v roku 1812, kedy hit vodivú kvapalinou bola použitá na liečbu holennej pakĺbov, falošné.

Neskôr Boyer, Duchene, Gerety, lente a Mott použité rôzne formy elektrickej stimulácie, ako zrýchlenie kostnú regeneráciu.

Pochopenie koncept nebol plne vyvinutý a preukázal až do roku 1953, kedy Yasuda podrobný opis piezoelektrických vlastností kosti. Piezoelectricity, jednoducho povedané, ide o poplatok, ktorý sa vytvorí, keď je sila, ktorá pôsobí na materiál (mŕtvy alebo živý), v tomto prípade, to sa odkazuje na kosť. Pozitívny vplyv na elektrinu kolagénu a hojenie kostí bol študovaný v detaile Fukada a Yasuda.

Tieto štúdie ukazujú, elektrické potenciály, ktoré pod tlakom kosti získanie negatívny náboj a regeneráciu kostného tkaniva. Kostná ťahu vytvára kladný náboj a spôsobí deštrukciu kosti.

Becker a Bassett navrhol, že elektrické potenciály nemusí byť spôsobené len piezoelektrický efekt, pretože sa zobrazujú s určitým oneskorením po použití sily.

To ukazuje, že potenciál je venovaná bunkovej a tkanivovej reakcie na iónových úsilie. Bolo zistené, že náboj generovaný obývacia kosti sa líši od poplatku za mŕtvych kosti. V roku 1964 godu Bassett et al., Oznámené, že najviac elektronegativní rast kosti v oblastiach, ako sú zlomeniny, epifýzy dosky. V týchto bioelektrických vlastnosti zistil, že kosti najviac elektronegativní na katóde.

V roku 1968, Ian dospel k záveru, že živé tkanivá sú ďalšie zdroje elektriny migráciou anorganických materiálov do kosti. To sa tiež, že vápnik a fosfáty sú priťahované ku katóde a chlóru a sodíka ióny migrujú smerom k anóde.

V roku 1971 Friedenberg vzal tento koncept použitím DC pre liečbu zlomenín členku pakĺbov, falošné.

V roku 1981 Brighton podnikol prvú štúdiu v niekoľkých centrách na využitie jednosmerného prúdu pri liečbe nesraschivaniya. V tejto štúdii sa 178 nesraschivany 149 (83%) dosiahnutá kompletné spoj pomocou priamej elektrickej stimulácie. Od tej doby, početné modifikácie elektrická stimulácia boli použité na pomoc pri hojení kosti. Jednosmerný prúd, striedavý prúd a impulzné magnetické pole - tri najviac študovaných elektrickej metódy stimulácie.

2. Elektrická stimulácia kostí

Elektrické stimulátory vyvinutý s indikáciou pre použitie v rôznych patologických stavov kostí. K dnešnému dňu boli kostnej stimulátory boli použité na urýchlenie hojenia vnútornej a vonkajšej fixácie. Fúzie kostný štep bol pripravený za použitia elektrickej stimulácie.

Okrem toho, elektrická stimulácia sa ukázala byť účinná pri liečbe infikovaných pakĺbov. Stimulátory kosti tiež pomáhať pri liečení závažnej artrodéze. V poslednej dobe sa používanie kostných stimulátorov vykázali dobré výsledky v liečbe difúzneho osteoporózy.

Stimulácia dosiahla úroveň, ktorá bola použitá v liečbe neuropatickej artropatia, kedy konvenčné terapie zlyháva. Elektrická stimulácia sa tiež preukázané, že sú účinné pri liečbe osteonekrózy.

Stimulátory kosti boli rozdelené do troch hlavných kategórií: (1) invazívna (2) poluinvazivnye, a (3) neinvazívne. Podľa typu stimulácie, ktoré sa delia na: elektromagnetické stimulácia, stimulácia trvalé a pulzného prúdu, a pomocou kapacitné väzba.

2.1 Invazívne zariadenia

Invazívne kostnej stimulátory - je implantáty, ktoré poskytujú jednosmerný prúd generátorom, ktorý je implantovaný do fascie predkolenia. Katóda, ktorá dodáva energiu do kosti, sa umiestni priamo do miesta defektu. Micro-Konektor spája katódu na generátore otvorom subkutánne.

Tento typ kardiostimulátora vyžaduje imobilizácia autobus. Invazívne zariadenia môžu byť použité v spojení s kostné štepy a môžu poskytovať synergický efekt pre rast kostí. Tieto zariadenia môžu byť tiež použité v prítomnosti aktívnej infekcie, aj keď toto sa všeobecne neodporúča. Komplikácie patria infekcie, tkanivovú reakciu, a nepohodlie povrchu mäkkých tkanív spôsobené vyčnievajúce časti zariadenia. Implantáty sú aj iné hrozby, ako napríklad prerušenie drôtu, obmedzenú životnosť batérie, vybíjanie batérií a možného zlyhanie batérie.

Preto vzhľadom k účinnosti a dostupnosti neinvazívnych metód je použitie invazívnych techník začal strácať na popularite.

2.2 Poluinvazivnye zariadenie

Poluinvazivny metóda kostnej stimulácie, ktorá zahŕňa jednosmerný prúd sa aplikuje na miesto pakĺbov cez katódu pozostávajúce z nerezovej ocele s povlakom teflónu, ktorý je vložený subkutánne v mieste pakĺbov.

Katóda musí byť pripojený k kosti, ako to môže byť premiestnený. Až štyri elektródy môžu byť umiestnené na mieste, v závislosti na anatómiu a príslušnej veľkosti kostného defektu. Pripojená anóda umiestnená kdekoľvek na povrchu kože a je pripojený k pohonnej jednotke, ktorá je integrovaná v sadre. Sadrový obväz bez zaťaženia by sa mali používať po celú dobu, aby sa zabránilo pohybu, ktoré by mohli viesť k poškodeniu alebo premiestňovanie katódu z kostného defektu.

Existujú určité výhody a nevýhody spôsobu kostnej stimulácie. Jeho výhodou je, že vyžaduje minimálny chirurgický zákrok, pretože katóda je umiestnená podkožne, a používa jednosmerný prúd, ktorý môže priemere o 20 mikroampérov na katóde.

Nevýhody patrí podráždenie pokožky spôsobené upevnenie anódových podložky, ktoré potrebujú k zmene u pacienta cez deň.

2,2 Neinvazívne zariadenie

Neinvazívne kostnej stimulátory sú rozdelené do dvoch hlavných typov:

(1) kapacitné a
(2) indukčné väzba

Kapacitné skladá zo stimulačnej jednotky so zdrojom elektrickej energie (zvyčajne 9V batéria), a dva diskové elektródy. Disk je pripojený priamo na kožu na každom non-únie a uložila dvoch lístkov sadrového umožniť prístup k elektródam.

Stimulátor so svojim zdrojom energie, môže byť začlenený do sadry, ilustrácie, s ňou spojené. Zariadenie je potom pripojený k elektródam. Funkcia kapacitného stimulátora je poskytnúť vnútorný elektrické pole o frekvencii 60 kHz (kHz).

Tak, oni nevyžadujú vysoké napätie. Ideálne prevádzkový prúd je od 5 do 10 mA. Väčšina zariadení vyžadujú 12 až 20 týždňoch používania 24 hodín denne k dosiahnutiu uzdraveniu. Výhody rôznych kapacitných stimulátorov sú početné. Neexistuje žiadna bolesť alebo operácie spojené s ich používaním. Tam alarmujúce zvukový signál v prípade, že elektróda nie je dostatočne tesne priliehajúce ku koži, alebo v prípade, že batéria neposkytuje vhodnú úroveň prúdu.

Navyše niektoré poisťovne pokryť liečebné nesraschivaniya s ich použitím, pretože výskum ukazuje ich účinnosť v tejto situácii. Okrem toho je užitočné pre pacientov doma.

A konečne, vo väčšine prípadov je pacient nemá právo nosiť váhu na omietanú končatiny, ak nie je nadmerný pohyb. Existuje niekoľko nevýhod použitie kapacitné stimulácie. To zahŕňa podráždenie kože z disku elektródy, neustále kontrolovať zodpovedajúcu úroveň batérie, a nespokojnosť pacienta s liečbou po dlhú dobu.

Druhý typ neinvazívne stimuláciu kostnej - stimulácia s indukčnou väzbou.

Používa pulzné elektromagnetické pole pre indukčné väzby elektromagnetického poľa v mieste pakĺbov. rast kosti je stimulovaný prostredníctvom indukčnej väzby v dôsledku zrýchlenia chrupavky kalcifikácie. Tento systém sa skladá z dvoch vonkajších cievok, ktoré sú usporiadané paralelne k sebe navzájom v mieste pakĺbov. Keď sa prúd začne pretekať cievkou, objavia elektromagnetické polia. Táto polia vyčnievajú v pravých uhloch k cievok, a tak preniknúť do kosti.

Výhody indukčnou väzbou, zhruba rovnaký ako u kapacitné väzby. Okrem toho, mnoho zariadení patrí indukčne viazané do vnútornej pamäte, ktorý zaznamenáva frekvenciu a trvanie použitia u pacientov, riadenie a tým sa vykoná pre pacienta.

Nevýhodou indukčné väzbou je to, že použitie vnútorné kovové dosky pre fixáciu zlomeniny kosti môže obrazovke generované poľa. Ďalšou nevýhodou môže byť to, že pacient môže odobrať zariadenia na základe vlastného uváženia a prerušiť liečbu bez vedomia lekára.

Budúcnosť neinvazívnych kostí stimulátory javí sľubne. Výhodou je jednoduchosť použitia, absencia komplikácií a vysoká úroveň rýchlosti spracovania, čo výrazne prevyšovať potenciálne nevýhody a aby tieto zariadenia cenným nástrojom pre liečbu pakĺbov.

3. Farmakologické účinky elektrickej stimulácie

Ukázalo sa, že elektrická stimulácia ovplyvňuje hojenie kostí v dôsledku zvýšenia modulácii rastových faktorov a bunkové membrány.

A) Zvýšená expresia rastových faktorov:

Elektrická stimulácia sa zvyšuje syntézu určitých rastových faktorov v mieste zlomeniny. Rôzne rastové faktory sa týkajú pozitívnych účinkov elektrostimulácia.

Ukázalo sa, že elektrická stimulácia reguluje transformačného rastového faktora beta (TGF-P&beta) mRNA, BMP, PGE2.

Zvýšenie elektrickej stimulácie cez syntézu TGF&beta-1 mRNA expresie a zhodujú sa zvýšením syntézy proteínov extracelulárnej matrice a expresiu génov in vivo tvorby kosti v chrupavkového tkaniva in vivo. Regulácia syntézy proteínov dochádza v závislosti na dávke, a to ako z hľadiska amplitúdy a trvanie expozície.

V reakcii na elektrickú stimuláciu TGF&mRNA hladiny beta-1 bola zvýšená o 68%, 25% aktívneho proteínu, zatiaľ čo počet imunopozitivních buniek na 119% v porovnaní s kontrolnou tkanív. Elektrická stimulácia zvyšuje tvorbu tkaniva chrupavky, kalcifikácie a jeho expresie TGF&beta-1.

Zvýšená syntéza rastového faktora v reakcii na elektrickej stimulácie ukázala zvýšenie inzulínu podobný rastový faktor II (IGF-II), RNA a proteínu, z ktorého vyplýva, že IGF-II môže čiastočne sprostredkovať rast osteoblastům podobných buniek. Tieto výsledky sú podobné ako u v reakcii na mechanickým vplyvom a stabilitu signálnych dráh, čo naznačuje, že syntéza rastového faktora zvyšuje elektrickej stimulácie.

B) Účinky na bunkovej membrány:

elektrické polia vyplývajúce z prúdu je značne slabšia úrovne potrebné k depolarizácii buniek a preto je biologická aktivita týchto polí závisí na zisk mechanizmy, ktoré dochádza po naviazaní na membránu. Pravdepodobné miesta zisk sú transmembránovej receptory.

V skutočnosti sa ukázalo, že účinky elektrickej stimulácie boli spôsobené na bunkovej membráne, alebo interferencie v interakcii s receptormi hormónov alebo blokuje receptory adenyl-cyklázy.

Prvé demonštrácie signalizácia interakciu sprostredkovanú receptormi ukázalo elektrickej stimulácie a parathormónu receptora (PTH). Typicky, parathormón zvyšuje aktivitu cyklického adenozín monofosfátu v kostných bunkách.

Avšak prítomnosť elektrickej stimulácie tohto efektu je neprítomný. Pole zablokované inhibičné účinky PTH na syntézu kolagénu, ale nemala žiadny vplyv na 1, 25-dihydroxy-vitamín D3, čo potvrdzuje hypotézu, že elektrická stimulácia pôsobí cez membránové receptory.

Ďalšie štúdie ukázali, že účinok elektrickej stimulácie k poplachu spôsobenej parathormónu podľa konformační zmien transmembránový receptor na parathormónu.

Chondrocyty, na rozdiel, elektrická stimulácia zvyšuje odozvu cAMP v odozve na pôsobenie parathormónu. V modeli stimulácia osteoblastov kultúry so zníženou kapacitné kopulačné reakcie cAMP v odozve na hormónu, a zníženie citlivosti na parathormón osteoblastov.

Štúdie ľudských fibroblastov ukázali zvýšenie translokácie vápnika a počet receptorov inzulínu v reakcii na elektrické pole. Tieto štúdie ukázali, že elektrické polia spôsobí otvorenie vápnikových kanálov riadených napätia s následným zvýšením intracelulárneho vápnika. Pole s indukčnou väzbou stimulovať proliferáciu lymfocytov od rozšíreného použitia IL-2 a expresiu receptorov IL-2.

Tieto štúdie ukázali, že elektrické a magnetické pole môže ovplyvniť väzbu ligandov a zmeny v distribúcii a aktivitu receptora, čím sa moduluje signalizáciu transmembránový.

4. Predklinické štúdie

Početné štúdie in vivo a in vitro štúdie ukázali, že dobre tvarované elektrické stimuluje syntézu proteínov extracelulárnej. Táto zvýšená syntéza sa odráža v liečbe pakĺbov zlomenín a ako zrýchlený kostnú regeneráciu.

A), in vitro štúdií

Štúdie ukázali, že bunky zapojené do tvorby kosti, tvorba najmä intracartilaginous kosti môže byť stimulovaná správne naladený elektrického poľa v rôznych fázach reakcií bunkového delenia buniek závisí na prevažujúci aktivity populácie buniek. Kmeňové bunky v kostnej dreni alebo Kalus reagovať na elektrickú stimuláciu zvýšením syntézy molekúl extracelulárnej.

bunky kostnej drene v difúznych komôr boli stimulované s konštantným prúdom pre syntézu chrupavky s následnou kalcifikácii. Výrazne vyššie množstvo plodín postihnutých elektrickou stimuláciou tvorby chrupavky a ukázal kalcifikácie než kontrolné vzorky.

Kalusové bunky miesta zlomeniny, odobratého od potkanov vytvrdených s uzavretým zlomeninou kosti holennej a pestovaných v kultúre vykazovali významné zvýšenie využívania tymidín počas rastu, ako odpoveď na elektrickú stimuláciu DC.

4.1 Štúdie na zvieratách

Účinok elektrickej stimulácie bola skúmaná v niekoľkých zvieracích modeloch. Štúdia skúmala obnovu kostných defektov, čerstvé zlomenín a osteotomia a zlomeniny pakĺbov, falošný.

Experimentálne modely ukázali zvýšenú kostnú obnovu kalcifikácii buniek a zlepšiť mechanickú pevnosť kosti pri stimulácii DC. Stimulácia kapacitne spojený zlepšenú mechanickú pevnosť kostí a urýchlil hojenie osteotomia.

Niekoľko štúdií s použitím elektrickej stimulácie vykázali nárast kalcifikácie a mechanickú pevnosť kosti liečenie. Účinky elektrostimulácia ukázala zrýchlenie tvorby Kalus a mechanických vlastností pri liečbe osteotomia.

Objem periostální Kalus, nové kostného tkaniva, a normalizované krútiaceho momentu a bočnej tuhosti doby výrazne dlhší v 6 týždňoch boli v prípade elektrického osteotomia v porovnaní s kontrolnou skupinou. V štúdii elektrického dozimetrie v experimentoch s osteotomia bola dávka vyjadrená ako denný expozíciu. Osteotomia liečená elektrickou stimuláciou na 60 min / deň vykazovali normálnu hodnotu rotačné sily, v deň 14 v porovnaní s dnom 21 pre osteotómiu na 30 minút / deň a 28 dní v kontrolnej skupine.

Iné štúdie dozimetria liečených denná expozícia je vyššia ako 0,5, 3 alebo 6 hodín denne, 6 hodín stimulácie ako najúčinnejší.

4.2 Štúdia ľudských

Elektrická úprava zosilnenie ľudských zlomenín bola zahájená v roku 1968 vzhľadom k pôsobivé výsledky získané pri pokusoch na zvieratách v Japonsku a Amerike. V štúdiách vykonaných Torben et al., Dvadsať osem pacientov so zlomeninou predkolenia minulého spracovanie zariadením podľa Hoffmanna prebehol elektrickú stimuláciu prostredníctvom kostných skrutiek.

Štyridsať tri ďalšie pacienti s zlomenín tibie liečených na zariadení z Hoffmann a bez elektrickej stimulácie slúžila ako kontrolná skupina.

X-ray vyšetrenie sa vykonáva každý mesiac. Elektrická Liečba bola ukončená, keď dosiahol zlomenina určitý stupeň tuhosti.

Zlomenina tuhosť určí mechanické meracie mostík nastavený na Hoffmann prístrojmi, ktoré je tlak zlomenina vyvíjaného pružinou. Požadovaného stupňa tuhosti, na ktorej bola elektrická stimulácia prerušená klinickej stability bola ekvivalentná pre každý lomu.

Štatistická analýza ukázala, zotavenie 30% zrýchľujúci skupinu s elektrickou stimuláciou.

Táto skupina sa v priemere 2,4 mesiaca na dosiahnutie klinického stability alebo požadovaný stupeň tuhosti predkolenia pomocou Hoffmann prístroja. Kontrolná skupina trvalo 3,6 mesiaca, aby sa dosiahol rovnaký stupeň tuhosti.

Tento rozdiel medzi experimentálnej a kontrolnej skupiny boli štatisticky významné (p < 0,001). Другие исследования, с применением электрической стимуляции постоянным током или током смещения показали обнадеживающие результаты в лечении свежих переломов и остеотомии.

záver

Elektrická stimulácia signalizuje bunky spojivového tkaniva, na základe požiadaviek na biofyzikálne stave ich fyzického prostredia a primeranosti extracelulárnej matrix pre splnenie týchto požiadaviek.

Svaly, väzy, kosti a kĺby všetky reagujú na elektrickú stimuláciu, a boli použité biofyzikálne faktormi pre terapeutické účely. Mnohé štúdie preukázali, že elektrická stimulácia zvyšuje hladinu rastového faktora mRNA a proteínovej syntézy, zvýšenú syntézu proteínov extracelulárnej matrice a urýchľuje opravy tkaniva.

Elektrická stimulácia vytvára stabilný nárast koncentrácie rastových faktorov v oblasti obnovy, čo je užitočné pre rôzne aplikácie v klinickej praxi a tkanivové inžinierstvo.

Delež v družabnih omrežjih:

Podobno