Elektrická stimulace hojení zlomenin kostí

Video: Použití rotace polarizaci neutralizovat negativní záření dav. telefony a další. Technika

úvod

na tom, že kost ukazuje elektrických potenciálů obou normálních a patologických stavů, na základě, elektrická stimulace byl použit k indukci tvorby kosti v klinických studiích od roku 1812, kdy se úspěšná léčba pakloubu bérce DC byla dokumentována.

Zejména po otevření elektromechanických vlastností kostí ve vývoji 1950 tohoto způsobu léčby jako adjuvans k hojení kosti byl urychlen Teoretické a experimentální metody. Od té doby byly vyvinuty tři hlavní metody elektrické stimulace pro klinické použití:

(A) použitím stejnosměrný proud (DC) pomocí elektrod implantovaných do vadného místa,
(B) kapacitní vazba (CC), za použití povrchových elektrod umístěných v blízkosti kosti, která má být stimulována, a
(C) indukční vazba elektromagnetického pole (ÚHÚL) přes měnící magnetické pole času.

Od svého vzniku na počátku 80. let, elektrostimulace má za sebou dlouhou cestu v léčbě zlomenin, ale jeho globální použití je stále omezena na několik zdravotnických zařízení.

1. Historie elektrické stimulace kostí

Non-union a opožděné fúze může být velmi nepříjemné a nepředvídatelné komplikace v chirurgii nohy a léčení zlomenin. Pochopení principů hojení kosti a použití správného způsobu vnitřní fixační může značně usnadnit řešení tohoto obtížného problému. Role s elektřinou jako pomoc při hojení kostí byl zaveden v roce 1812, kdy hit vodivou kapalinou byla použita k léčbě holenní pakloubu, falešné.

Později Boyer, Duchene, Geret, Lente a Mott použity různé formy elektrické stimulace, jako zrychlení kostní regeneraci.

Pochopení koncept nebyl plně vyvinut a prokázal až do roku 1953, kdy Yasuda podrobný popis piezoelektrických vlastností kosti. Piezoelectricity, jednoduše řečeno, jedná se o poplatek, který se vytvoří, když je síla, která působí na materiál (mrtvý nebo živý), v tomto případě, to se odkazuje na kost. Pozitivní vliv na elektřinu kolagenu a hojení kostí byl studován v detailu Fukada a Yasuda.

Tyto studie ukazují, elektrické potenciály, které pod tlakem kosti získání negativní náboj a regeneraci kostní tkáně. Kostní tahu vytváří kladný náboj a způsobí destrukci kosti.

Becker a Bassett navrhl, že elektrické potenciály nemusí být způsobeno pouze piezoelektrický efekt, protože se zobrazují s určitým zpožděním po použití síly.

To ukazuje, že potenciál je věnována buněčné a tkáňové reakce na iontových úsilí. Bylo zjištěno, že náboj generovaný obývací kosti se liší od poplatku za mrtvé kosti. V roce 1964 godu Bassett et al., Oznámeno, že nejvíce elektronegativní růst kosti v oblastech, jako jsou zlomeniny, epifýzy desky. V těchto bioelektrických vlastnosti zjistil, že kosti nejvíce elektronegativní na katodě.

V roce 1968, Ian dospěl k závěru, že živé tkáně jsou další zdroje elektřiny migrací anorganických materiálů do kosti. To se také, že vápník a fosfáty jsou přitahovány ke katodě a chloru a sodíku ionty migrují směrem k anodě.

V roce 1971 Friedenberg vzal tento koncept použitím DC pro léčbu zlomenin kotníku pakloubu, falešné.

V roce 1981 Brighton podnikl první studii v několika centrech na využití stejnosměrného proudu při léčbě nesraschivaniya. V této studii se 178 nesraschivany 149 (83%) dosaženo kompletní spoj pomocí přímé elektrické stimulace. Od té doby, četné modifikace elektrická stimulace byly použity na pomoc při hojení kosti. Stejnosměrný proud, střídavý proud a impulsní magnetické pole - tři nejvíce studovaných elektrické metody stimulace.

2. Elektrická stimulace kostí

Elektrické stimulátory vyvinut s indikací pro použití v různých patologických stavů kostí. K dnešnímu dni byly kostní stimulátory byly použity k urychlení hojení vnitřní a zevní fixace. Fúze kostní štěp byl připraven za použití elektrické stimulace.

Kromě toho, elektrická stimulace se ukázala být účinná při léčbě infikovaných pakloubu. Stimulátory kosti také pomáhat při léčení závažné artrodéze. V poslední době se používání kostních stimulátorů vykázaly dobré výsledky v léčbě difúzního osteoporózy.

Stimulace dosáhla úrovně, která byla použita v léčbě neuropatické artropatie, kdy konvenční terapie selhává. Elektrická stimulace se také prokázáno, že jsou účinné při léčbě osteonekrózy.

Stimulátory kosti byly rozděleny do tří hlavních kategorií: (1) invazivní (2) poluinvazivnye, a (3) neinvazivní. Podle typu stimulace, které se dělí na: elektromagnetické stimulace, stimulace trvalé a pulzního proudu, a pomocí kapacitní vazba.

2.1 Invazivní zařízení

Invazivní kostní stimulátory - je implantáty, které poskytují stejnosměrný proud generátorem, který je implantován do fascie bérce. Katoda, která dodává energii do kosti, se umístí přímo do místa defektu. Micro-Konektor spojuje katodu na generátoru otvorem subkutánně.

Tento typ kardiostimulátoru vyžaduje imobilizace autobus. Invazivní zařízení mohou být použita ve spojení s kostní štěpy a mohou poskytovat synergický efekt pro růst kostí. Tato zařízení mohou být také použity v přítomnosti aktivní infekce, i když toto se obecně nedoporučuje. Komplikace patří infekce, tkáňovou reakci, a nepohodlí povrchu měkkých tkání způsobené vyčnívající části zařízení. Implantáty jsou i jiné hrozby, jako například přerušení drátu, omezenou životnost baterie, vybíjení baterií a možného selhání baterie.

Proto vzhledem k účinnosti a dostupnosti neinvazivních metod je použití invazivních technik začal ztrácet na popularitě.

2.2 Poluinvazivnye zařízení

Poluinvazivny metoda kostní stimulace, která zahrnuje stejnosměrný proud se aplikuje na místo pakloubu přes katodu sestávající z nerezové oceli s povlakem teflonu, který je vložen subkutánně v místě pakloubu.

Katoda musí být připojen k kosti, jak to může být přemístěn. Až čtyři elektrody mohou být umístěny na místě, v závislosti na anatomii a příslušné velikosti kostního defektu. Připojena anoda umístěna kdekoliv na povrchu kůže a je připojen k pohonné jednotce, která je integrována v sádře. Sádrový obvaz bez zatížení by se měly používat po celou dobu, aby se zabránilo pohybu, které by mohly vést k poškození nebo přemisťování katodu z kostního defektu.

Existují určité výhody a nevýhody způsobu kostní stimulace. Jeho výhodou je, že vyžaduje minimální chirurgický zákrok, protože katoda je umístěna podkožně, a používá stejnosměrný proud, který může průměru o 20 mikroampér na katodě.

Nevýhody patří podráždění pokožky způsobené upevnění anodových podložky, které potřebují ke změně u pacienta přes den.

2,2 Neinvazivní zařízení

Neinvazivní kostní stimulátory jsou rozděleny do dvou hlavních typů:

(1) kapacitní a
(2) indukční vazba

Kapacitní skládá ze stimulační jednotky se zdrojem elektrické energie (obvykle 9V baterie), a dva diskové elektrody. Disk je připojen přímo na kůži na každém non-unie a uložila dvou lístků sádrového umožnit přístup k elektrodám.

Stimulátor se svým zdrojem energie, může být začleněn do sádry, ilustrace, s ní spojené. Zařízení je pak připojen k elektrodám. Funkce kapacitního stimulátoru je poskytnout vnitřní elektrické pole o frekvenci 60 kHz (kHz).

Tak, oni nevyžadují vysoké napětí. Ideální provozní proud je od 5 do 10 mA. Většina zařízení vyžadují 12 až 20 týdnech používání 24 hodin denně k dosažení uzdravení. Výhody různých kapacitních stimulátorů jsou četné. Neexistuje žádná bolest nebo operace spojené s jejich používáním. Tam alarmující zvukový signál v případě, že elektroda není dostatečně těsně přiléhající ke kůži, nebo v případě, že baterie neposkytuje vhodnou úroveň proudu.

Navíc některé pojišťovny pokrýt léčebné nesraschivaniya s jejich použitím, protože výzkum ukazuje jejich účinnost v této situaci. Kromě toho je užitečné pro pacienty doma.

A konečně, ve většině případů je pacient nemá právo nosit váhu na omítanou končetiny, není-li nadměrný pohyb. Existuje několik nevýhod použití kapacitní stimulace. To zahrnuje podráždění kůže z disku elektrody, neustále kontrolovat odpovídající úroveň baterie, a nespokojenost pacienta s léčbou po dlouhou dobu.

Druhý typ neinvazivní stimulaci kostní - stimulace s indukční vazbou.

Používá pulsní elektromagnetické pole pro indukční vazby elektromagnetického pole v místě pakloubu. růst kosti je stimulován prostřednictvím indukční vazby v důsledku zrychlení chrupavky kalcifikace. Tento systém se skládá ze dvou vnějších cívek, které jsou uspořádány paralelně k sobě navzájem v místě pakloubu. Když se proud začne protékat cívkou, objeví elektromagnetická pole. Tato pole vyčnívají v pravých úhlech k cívek, a tak proniknout do kosti.

Výhody induktivní vazbou, zhruba stejný jako u kapacitní vazby. Kromě toho, mnoho zařízení patří indukčně vázané do vnitřní paměti, který zaznamenává frekvenci a trvání použití u pacientů, řízení a tím se provede pro pacienta.

Nevýhodou indukční vazbou je to, že použití vnitřní kovové desky pro fixaci zlomeniny kosti může obrazovce generované pole. Další nevýhodou může být to, že pacient může odebrat zařízení na základě vlastního uvážení a přerušit léčbu bez vědomí lékaře.

Budoucnost neinvazivních kostí stimulátory jeví slibně. Výhodou je snadnost použití, absence komplikací a vysoká úroveň rychlosti zpracování, což výrazně převyšovat potenciální nevýhody a aby tato zařízení cenným nástrojem pro léčbu pakloubu.

3. Farmakologické účinky elektrické stimulace

Ukázalo se, že elektrická stimulace ovlivňuje hojení kostí v důsledku zvýšení modulaci růstových faktorů a buněčné membrány.

A) Zvýšená exprese růstových faktorů:

Elektrická stimulace se zvyšuje syntézu určitých růstových faktorů v místě zlomeniny. Různé růstové faktory se týkají pozitivních účinků elektrostimulace.

Ukázalo se, že elektrická stimulace reguluje transformačního růstového faktoru beta (TGF-P&beta) mRNA, BMP, PGE2.

Zvýšení elektrické stimulace přes syntézu TGF&beta-1 mRNA exprese a shodují se zvýšením syntézy proteinů extracelulární matrice a expresi genů in vivo tvorby kosti v chrupavkové tkáně in vivo. Regulace syntézy proteinů dochází v závislosti na dávce, a to jak z hlediska amplitudy a trvání expozice.

V reakci na elektrickou stimulaci TGF&mRNA hladiny beta-1 byla zvýšena o 68%, 25% aktivního proteinu, zatímco počet imunopozitivních buněk na 119% ve srovnání s kontrolní tkání. Elektrická stimulace zvyšuje tvorbu tkáně chrupavky, kalcifikace a jeho exprese TGF&beta-1.

Zvýšená syntéza růstového faktoru v reakci na elektrické stimulace ukázala zvýšení inzulínu podobný růstový faktor II (IGF-II), RNA a proteinu, ze kterého vyplývá, že IGF-II může částečně zprostředkovat růst osteoblastům podobných buněk. Tyto výsledky jsou podobné jako u v reakci na mechanickým vlivům a stabilitu signálních drah, což naznačuje, že syntéza růstového faktoru zvyšuje elektrické stimulace.

B) Účinky na buněčné membrány:

elektrická pole vyplývající z proudu je značně slabší úrovně potřebné k depolarizaci buněk a proto je biologická aktivita těchto polí závisí na zisk mechanismy, které dochází po navázání na membránu. Pravděpodobné místa zisk jsou transmembránové receptory.

Ve skutečnosti se ukázalo, že účinky elektrické stimulace byly způsobeny na buněčné membráně, nebo interference v interakci s receptory hormonů nebo blokuje receptory adenylcyklázy.

První demonstrace signalizace interakci zprostředkovanou receptory ukázalo elektrické stimulace a parathormonu receptoru (PTH). Typicky, parathormon zvyšuje aktivitu cyklického adenosin monofosfátu v kostních buňkách.

Avšak přítomnost elektrické stimulace tohoto efektu je nepřítomný. Pole zablokovány inhibiční účinky PTH na syntézu kolagenu, ale neměla žádný vliv na 1, 25-dihydroxy-vitamin D3, což potvrzuje hypotézu, že elektrická stimulace působí přes membránové receptory.

Další studie ukázaly, že účinek elektrické stimulace k poplachu způsobené parathormonu podle konformačních změn transmembránový receptor na parathormonu.

Chondrocyty, na rozdíl, elektrická stimulace zvyšuje odezvu cAMP v odezvě na působení parathormonu. V modelu stimulace osteoblastů kultury se sníženou kapacitní kopulační reakce cAMP v odezvě na hormonu, a snížení citlivosti na parathormon osteoblastů.

Studie lidských fibroblastů ukázaly zvýšení translokace vápníku a počet receptorů inzulínu v reakci na elektrické pole. Tyto studie ukázaly, že elektrická pole způsobí otevření kalciových kanálů řízených napětí s následným zvýšením intracelulárního vápníku. Pole s indukční vazbou stimulovat proliferaci lymfocytů od rozšířeného použití IL-2 a expresi receptorů IL-2.

Tyto studie ukázaly, že elektrické a magnetické pole může ovlivnit vazbu ligandů a změny v distribuci a aktivitu receptoru, čímž se moduluje signalizaci transmembránový.

4. Předklinické studie

Četné studie in vivo a in vitro studie ukázaly, že dobře tvarované elektrické stimuluje syntézu proteinů extracelulární. Tato zvýšená syntéza se odráží v léčbě pakloubu zlomenin a jako zrychlený kostní regeneraci.

A), in vitro studií

Studie ukázaly, že buňky zapojené do tvorby kosti, tvorba zejména intracartilaginous kosti může být stimulována správně naladěn elektrického pole v různých fázích reakcí buněčného dělení buněk závisí na převažující aktivity populace buněk. Kmenové buňky v kostní dřeni nebo kalusu reagovat na elektrickou stimulaci zvýšením syntézy molekul extracelulární.

buňky kostní dřeně v difúzních komor byly stimulovány s konstantním proudem pro syntézu chrupavky s následnou kalcifikaci. Výrazně vyšší množství plodin postižených elektrickou stimulací tvorby chrupavky a ukázal kalcifikace než kontrolní vzorky.

Kalusové buňky místa zlomeniny, odebraného od krys vytvrzených s uzavřeným zlomeninou kosti holenní a pěstovaných v kultuře vykazovaly významné zvýšení využívání thymidinu během růstu, jako odpověď na elektrickou stimulaci DC.

4.1 Studie na zvířatech

Účinek elektrické stimulace byla zkoumána v několika zvířecích modelech. Studie zkoumala obnovu kostních defektů, čerstvé zlomenin a osteotomie a zlomeniny pakloubu, falešný.

Experimentální modely ukázaly zvýšenou kostní obnovu kalcifikaci buněk a zlepšit mechanickou pevnost kosti při stimulaci DC. Stimulace kapacitně spojený zlepšenou mechanickou pevnost kostí a urychlil hojení osteotomie.

Několik studií s použitím elektrické stimulace vykázaly nárůst kalcifikace a mechanickou pevnost kosti léčení. Účinky elektrostimulace ukázala zrychlení tvorby kalusu a mechanických vlastností při léčbě osteotomie.

Objem periostální kalusu, nové kostní tkáně, a normalizované točivého momentu a boční tuhosti doby výrazně delší v 6 týdnech byly v případě elektrického osteotomie ve srovnání s kontrolní skupinou. Ve studii elektrického dozimetrie v experimentech s osteotomie byla dávka vyjádřena jako denní expozici. Osteotomie léčena elektrickou stimulací na 60 min / den vykazovaly normální hodnotu rotační síly, v den 14 ve srovnání s dnem 21 pro osteotomii na 30 minut / den a 28 dnů v kontrolní skupině.

Jiné studie dozimetrie léčených denní expozice je vyšší než 0,5, 3 nebo 6 hodin denně, 6 hodin stimulace jako nejúčinnější.

4.2 Studie lidských

Elektrická úprava zesílení lidských zlomenin byla zahájena v roce 1968 vzhledem k působivé výsledky získané při pokusech na zvířatech v Japonsku a Americe. Ve studiích provedených Torben et al., Dvacet osm pacientů se zlomeninou bérce minulého zpracování zařízením podle Hoffmanna proběhl elektrickou stimulaci prostřednictvím kostních šroubů.

Čtyřicet tři další pacienti s zlomenin tibie léčených na zařízení z Hoffmann a bez elektrické stimulace sloužila jako kontrolní skupina.

X-ray vyšetření se provádí každý měsíc. Elektrická Léčba byla ukončena, když dosáhl zlomenina určitý stupeň tuhosti.

Zlomenina tuhost určí mechanické měřicí můstek nastavený na Hoffmann přístroji, které je tlak zlomenina vyvíjeného pružinou. Požadovaného stupně tuhosti, na které byla elektrická stimulace přerušena klinické stability byla ekvivalentní pro každý lomu.

Statistická analýza ukázala, zotavení 30% zrychlující skupinu s elektrickou stimulací.

Tato skupina se v průměru 2,4 měsíce k dosažení klinického stability nebo požadovaný stupeň tuhosti bérce pomocí Hoffmann přístroje. Kontrolní skupina trvalo 3,6 měsíce, aby se dosáhlo stejného stupně tuhosti.

Tento rozdíl mezi experimentální a kontrolní skupiny byly statisticky významné (p < 0,001). Другие исследования, с применением электрической стимуляции постоянным током или током смещения показали обнадеживающие результаты в лечении свежих переломов и остеотомии.

závěr

Elektrická stimulace signalizuje buňky pojivové tkáně, na základě požadavků na biofyzikální stavu jejich fyzickém prostředí a přiměřenosti extracelulární matrix pro splnění těchto požadavků.

Svaly, vazy, kosti a klouby všechny reagují na elektrickou stimulaci, a byly použity biofyzikální faktory pro terapeutické účely. Mnohé studie prokázaly, že elektrická stimulace zvyšuje hladinu růstového faktoru mRNA a proteinové syntézy, zvýšenou syntézu proteinů extracelulární matrice a urychluje opravy tkáně.

Elektrická stimulace vytváří stabilní nárůst koncentrace růstových faktorů v oblasti obnovy, což je užitečné pro různé aplikace v klinické praxi a tkáňové inženýrství.

Sdílet na sociálních sítích:

Podobné