骨科金属内植物置入后中高频电疗的应用

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.53.028

摘要/Abstract

摘要：

背景：中高频电疗是临床疾病治疗常用的物理治疗方法，广泛应用于各科，特别是骨科康复治疗。但康复治疗学通常将“局部金属植入物”作为中高频电疗的禁忌证，所以骨科金属内植物置入后通常不能进行中高频电疗。
目的：综述目前国内外对骨科金属植入物置入后中高频电疗的研究现状，阐明中高频电疗对骨科金属植入物置入后对组织恢复的促进作用以及热损伤，探究中高频电疗在骨科金属植入物置入后对组织产生的影响及临床应用。
方法：由第一作者应用计算机检索 PubMed 数据及 CNKI 数据库，在标题和摘要中以“中、高频电疗，金属植入物，热损伤”或“middle and high frequency electrotherapy，metal implant，heat damage”为检索词，纳入与中高频电疗在骨科金属植入物置入后应用的相关研究文章。排除重复及较陈旧的文献。共40篇文献符合标准，中文33篇，英文7篇。
结果与结论：随着钛合金等新的植入物材料的发展，越来越多的基础和临床研究发现治疗剂量的中高频电疗能够促进组织愈合，消除肿胀，并缓解疼痛。但目前还有许多疑问未完全解释清楚，比如中高频电疗对金属植入物周围造成损伤的剂量、造成热损伤的类型、组织学改变等；如果采用不同涂层的钛合金植入物，是否能减少热损伤，这些都需要进一步研究。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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关键词: 植入物, 骨植入物, 中高频电疗, 骨科, 金属植入物, 热损伤, 材料, 钛合金, 治疗剂量, 组织学改变, 机制研究, 综述

Abstract:

BACKGROUND: Medium and high frequency electrotherapy is a physical treatment method commonly used in clinical treatment of diseases, especially in the Departments of orthopedics and rehabilitation. However, the rehabilitation therapeutics usually takes “local metal implants” as a contraindication in medium and high frequency electrotherapy. Thus, in the department of orthopedics, the patients after the implantation of metal plant usually cannot be treated with medium and high frequency electrotherapy.
OBJECTIVE: To review the present situation of current domestic and foreign research on medium and high frequency electrotherapy in department of orthopedics after metal implant implantation, to expound the promoting effects on recovery and thermal damage of medium and high frequency electrotherapy in department of orthopedics after metal implant implantation, and to explore the effect and clinical application of medium and high frequency electrotherapy in the department of orthopedics after with metal implant implantation.
METHODS: A computer-based search of PubMed and China National Knowledge Infrastructure was performed by the first author to retrieve articles concerning medium and high frequency electrotherapy and metal implants using the keywords of “middle and high frequency electrotherapy, metal implant, heat damage” in the title and abstract. Repeated and old studies were excluded. Totally 40 literatures were in accordance with the inclusion criteria. There were 33 Chinese articles and 7 English articles.
RESULTS AND CONCLUSION: With the development of titanium alloy implant materials, more and more basic and clinical research found in the moderate and high frequency electrotherapy treatment dose can promote tissue healing, eliminate swelling and relieve pain. However, many questions have not been fully explained, such as the dose of high frequency electrotherapy on injuring surrounding metal implant, type of thermal damage and histological changes. If the titanium alloy implants with different coating were used, whether they could reduce heat injury. These all need our further research.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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Key words: electric stimulation therapy, prostheses and implants, metals, rehabilitation, review

中图分类号:

R318

王刚，白跃宏. 骨科金属内植物置入后中高频电疗的应用[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(53): 8679-8684.

Wang Gang, Bai Yue-hong. Application of medium and high frequency electrotherapy in the department of orthopedics after metal implant implantation[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(53): 8679-8684.

图/表（结果） 1

2.1 中高频电疗的作用特点和治疗作用 中高频电疗与低频电相比，能够克服组织电阻，能够作用到更深的组织。人体组织对不同频率电流的电阻不同，对低频电的电阻较高，随着电流频率的增高，人体的电阻逐渐下降^[1-3]。除了电阻特性以外，人体组织还具有电容的特性。频率较高的电流较容易通过电容，中高频电比低频电易于通过电容。由于人体对频率较高交流电的电阻和容抗都较低，因此总的阻抗也小得多，所通过的电流较多。并且中高频电疗不会损伤皮肤，可以作用于骨折术后的切口深部的组织。

中高频电治疗作用主要是温热效应，能够均匀作用于皮肤、深部组织。温热效应主要作用如下：①促进局部血液循环，可以使局部血液流量显著增加^[4-5]，血液循环的增加是中高频电疗的作用基础。②镇痛作用，对神经痛、肌肉痉挛性疼痛、因肿胀引起的张力性疼痛、炎性疼痛均有良好的止痛效果^[6-11]。除了温热效应外，中高频电疗还有非热效用。如加强白细胞吞噬活动^[12-13]；神经纤维、肉芽组织再生加速；增高神经系统的兴奋性；限制条件反射活动等。

2.2 中高频电疗在组织愈合中的作用 中高频电疗促进软组织愈合主要是温热作用，温热作用最重要的生理反应是增加局部血液循环^[14-16]。血液循环的增加是由于血管开放和毛细血管通透性增加等生理反应引起的。血液循环的增加，能给受热部位带来更多的营养物质和氧气。而营养物质和氧气对任何组织的新陈代谢过程都至关重要，是组织愈合必需的物质。除此之外，组织液渗出液增加了，从而使巨噬细胞和白细胞能够作用于受伤的组织。治疗区域血液循环的增加还能加快清除坏死的组织和炎性渗出，并加速局部血肿的吸收^[17-18]。中高频电疗引起的局部热疗能增加细胞凋亡^[19]，并且能促进对组织愈合有强大作用的细胞因子的分泌。中高频电疗还能缓解局部疼痛，对解释缓解疼痛的原理有两种理论：代谢理论和神经调节理论。代谢理论认为疼痛缓解是因为在治疗区域与炎症有关的物质被血液循环带走了，这将阻断对神经末梢刺激而引起的疼痛。代谢理论能够解释在急性疼痛中中高频电疗的止痛作用，而神经调节理论认为慢性疼痛中主要是无髓的C型神经纤维在起调节作用。神经调节理论认为疼痛是由于局部疼痛刺激传导系统的过度兴奋或是脊髓控制改变引起的。在研究慢性疼痛中，有实验发现经过60 min的温热治疗后坐骨神经的疼痛传导速度将显著减慢。传导速度的减慢会间接的减少传导疼痛的信号物质，并使脊髓控制水平重置。中高频电疗的温热作用还能改变细胞的通透性，显著增加新陈代谢，并且随着温度的增高，许多酶的活性也增加。肌肉组织在微波治疗中温度高于41 ℃时，还会产生热休克蛋白^[20]。由温热作用产生的热休克蛋白作为细胞表面的肽类物质，在帮忙免疫系统识别损伤细胞中起重要作用^[21]。

中高频电疗作为常用的物理治疗方法，在骨科手术后不仅能够减轻组织水肿^[22]，缓解疼痛，并对骨折愈合有辅助作用。电疗促进骨折愈合的机制可能与下列因素有关^[23]：①电流刺激的逆压电效应。当给骨组织施加电场时，正负极之间产生应力和应变，这种骨折断端间的应力有利于骨折愈合。②电流刺激对细胞直接作用。即微电流导致细胞分化。③电流刺激可使骨、软骨细胞周围微循环发生化学改变，如pH值升高，加速骨的生长。④电磁场可对钙盐产生某种动力学影响，促进钙盐向阴极运动并沉积，从而加速组织钙化过程，有利于骨痂成熟。此外，电磁场可以激活骨细胞内的环磷酸腺苷(cAMP)系统，再依次活化各种酶系统，然后各酶系统激活骨或软骨细胞产生特殊生理作用。⑤电刺激激活细胞内的cAMP系统，具有类似激素的作用，对骨细胞构成一种细胞外信息。⑥电刺激改善血液循环。

2.3 金属植入物对中高频电疗治疗的影响 随着医学技术发展，外科植入物用金属材料也在不断发展变化，尤其在骨科，用金属器械替代人体内坏死组织，制作人工假体、关节以及内固定器械已越来越普遍^[24-25]。与不锈钢等常用的植入材料相比，钛合金因为具有优良的生物相容性、耐腐蚀性、力学性能和加工性能，而且价格比贵金属医用制品低廉，从而成为最吸引人的生物医学金属材料。钛合金具有比重小，比强度高，弹性模量低，耐腐蚀等特点，并具有良好的生物相容性和加工程序性，且资源丰富，近年来已发展成为外科较理想的功能结构材料^[26-28]。

传统观点认为，对手术后体内有金属植入物的患者，物理治疗尤其是中高频电疗是禁止使用的。由于体内有金属植入物，物理治疗产生的能量在该金属物附近汇聚，会使金属植入物周围组织产生热损伤。另外，中高频电疗可使金属发生电离，破坏其表面的抗氧化涂层。但由于科技水平的提高，植入物材料不断的创新，现行的材料(如钛合金等)或许可以一定程度耐受中高频电疗为机体和金属本身所带来的各种改变。为了探讨手术置入金属内植物后，是否能够进行中高频电疗，许多人进行了大量的临床和基础研究。

2.4 中高频电疗在金属植入物置入后的基础实验研究 为验证骨折金属植入物内固定后中高频电疗的可行性，张晗等^[29]将24只成年大白兔随机分为3组，制作骨折模型，并使用钛合金钢板植入物固定。使用中高频电疗连续治疗30 d行X射线、肌电图、组织学检查及生化指标检测。结果表明高频电疗及中频电疗法可应用于骨折内固定后，且对骨折修复具有促进作用，高频治疗的效果优于中频治疗。为了进一步验证高频电疗对骨折钛合金内固定后治疗的安全性和有效性，Ye等^[30-31]对兔骨折钛合金植入物内固定后使用2 450 MHz，25 W微波高频电疗10 min/d，治疗时监测肌肉组织的温度变化，并在治疗30 d后对内固定物周围组织行组织学和透射电镜检查了解高频电疗的安全性，并行X射线检查了解高频电疗对骨折钛合金内固定后促进骨折愈合作用。结果发现实验组中钛合金内植入物周围组织的温度在微波高频治疗并没有显著升高，同时组织学和透射电镜检查没有发现明显的组织损伤改变，而微波高频治疗能够促进骨折愈合。

高频治疗动物实验研究中，巴方等^[32]为探讨超短波治疗是否会造成兔子体内不锈钢植入物部位周围组织热损伤，采用兔子上臂肱骨制作骨折模型，采用荧光光纤测温仪记录温热量超短波治疗时肱骨表面的温度变化，并在术后连续15 d温热量超短波治疗，15 d后取两组骨折周围骨组织、肌肉及神经做病理检查。结果示钢板内固定组温度变化较大，病理未见明显炎症反应，神经及内固定物周围未见异常，他们认为超短波可以安全应用于体内有金属的部位(图2)。有研究显示在离体组织的实验中也未发现高频电疗对金属植入物有选择性加热作用。谢涛等^[33]还在兔子体内证实高频电疗对金属内植入物感染有明显的预防作用。

2.5 中高频电疗在金属植入物置入后的临床研究 除了在动物体内的基础实验发现治疗剂量的中高频电疗未对体内金属植入物周围造成热损伤外，在许多临床研究中也发现在对体内有金属植入物的局部行中高频电疗时，患者没有特殊不适，并且中高频电疗能够促进组织愈合，减轻疼痛、肿胀，并且可以应用于肿瘤等特殊患者。

早在20世纪80年代就有对在子宫内金属避孕器部位进行高频电疗的安全性问题进行过探讨，结果表明其热效应在安全范围内，故一直应用至今。在中高频治疗促进骨折愈合方面也有许多研究发现。

在对不锈钢植入物研究中，李会玲等^[34]在对足跟骨骨折行克氏针撬拨复位内固定后给以高频微波治疗，经过随访发现骨折全部愈合，认为跟骨骨折手术前后北河微波等治疗可以提高骨折治疗的临床效果。黄喜禅等^[35]在创伤性骨折康复中使用中频电疗，发现试验组能迅速消除肢体肿胀，减轻患肢疼痛，有效地促进骨折愈合，并认为中频电疗疗效明显，无不良作用，适用于创伤性骨折。傅春农等^[36]使用高频电疗先后治愈7例钢板内固定后骨不连和多例骨折后延迟愈合的患者。在手创伤术后康复治疗中，苏骅等^[37]认为在选择适应证时，有金属内固定物可列为相对禁忌，早期的超短波电疗对组织的肿胀是有利的，但大多数医生并不了解，所以在组织创伤较重，肿胀明显，又有内固定时，显得有些无能为力，靠单纯的患肢抬高、局部的红外线照射，奏效不显著。在实际工作中，对有金属内固定的患者，要加速肿胀消退，促进骨折愈合，控制炎症发展，都可用超短波透热法，但是必须严格控制治疗量，用无热量或微温量，时间控制在3 min内，高频透热有良好的改善微循环的作用，加强组织的抗炎能力(白细胞吞噬增强)，在小剂量、短时间内，不会引起组织的电灼伤，所以可用于有金属内固定的局部，以消除肿胀，控制除脓肿以外的各种急慢性炎症，有助于组织修复，有益无害。

王志刚^[38]在胫骨骨折术后给以微波治疗，结果见微波治疗组无论在治疗效果还是住院时间方面均优于未用微波组，并认为在胫骨骨折的治疗中加用微波进行治疗，对于骨折的愈合及提高治疗效果有着积极的意义，值得临床推广应用。

中高频治疗还能应用于钛合金材料关节置换后治疗。孙向群^[39]在人工全膝关节置换后早期康复中使用中频治疗，结果显示术后早期膝关节恢复情况要好于对照组，康复训练过程中出现膝关节肿胀及疼痛也要好于对照组，并能增强肌力，使患者由被动锻炼转向主动训练。有学者发现微波高频治疗能够在全膝关节置换后辅助预防深静脉血栓，患者无特殊不适报道。除此之外，高频微波还被应用于减压内固定治疗椎体转移瘤，陈秉耀等^[40]在椎体肿瘤术中行微波刀头消融肿瘤，也未见内固定物周围有明显的组织损伤。

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引言

中高频电疗是应用频率1-100 kHz或100-300 kHz脉冲电流或所形成的电场、磁场或电磁场治疗疾病的方法，是临床疾病治疗常用的物理治疗方法，适用治疗内外科、神经内科、妇科、皮肤科和眼耳鼻喉科疾病。用频率1-100 kHz的电流治疗疾病的方法称为中频电疗法，目前实际应用的频率为1-10 kHz。中频电疗的电流更容易通过组织，能够达到人体组织的深度也比较深，中频电疗设备输出的功率比低频电疗高很多；因中频电流是交流电流，无正负极之分，因此电极下没有电解反应，对皮肤刺激较小，患者能较好地耐受和坚持长时间治疗；并且等幅中频电流的幅度无变化，易为人体所适应。根据中频电流的性质，可将中频电疗法分为等幅中频电疗法、低频调制的中频电疗法和低中频电流混合电疗法。其中常用的中频电疗有等幅中频正弦电疗法、干扰电疗法、脉冲调制中频电疗法和双调制中频电疗法。这些中频电疗法具有镇痛、促进局部血液循环、锻炼肌肉、软化瘢痕和消炎作用。应用频率高于100 kHz的电磁波治疗疾病的方法称为高频电疗法，根据高频电疗的频段不同，进一步分为达松伐电疗法(长波)、中波疗法、短波疗法、超短波疗法和微波疗法，目前长波疗法和中波疗法很少应用，常用于医疗的是较高频段的后几种疗法。高频电疗法的生物学效应与低中频电有很大的不同：由于人体对高频交流电的电阻和容抗都明显低于中频电流，因而在高频电疗时，除中波疗法外，不但治疗电极可与皮肤保持一定距离，而且电磁波作用可进入人体，通过细胞膜进入细胞，作用较深；同时高频电疗作用于人体时可产生明显的温热效应，这种热是内源性热，具有作用较深、较持久、较均匀特点。所以中高频电疗法对创伤与术后组织的愈合有重要的促进作用。

在骨科创伤患者中，难以保持骨折端复位的骨折和关节内骨折等需要使用金属螺钉和钢板等金属内植物进行内固定手术。骨科金属内植物的发展非常迅速，从早期的不锈钢接骨板到钛合金接骨板，治疗理念从坚强内固定技术到生物学内固定技术，为患者骨折愈合提供了更多更好的选择。但是有许多问题还没有完全解决，困扰着临床医生，如患者术后疼痛、肿胀、骨折延迟愈合、不愈合及感染等问题。然而康复治疗学通常将“局部金属异物”作为中高频电疗的禁忌证，所以骨科金属内植物置入后通常不能进行中高频电疗。在临床工作中，许多医生发现中高频电疗能够缓解骨科金属内植物置入后患者手术切口疼痛、消肿，改善关节活动度，而患者并没有特殊不适。并且有学者在动物实验中发现中高频电疗并没有对金属内植物周围组织造成严重的损伤。

文章综述中高频电疗在骨科金属内植物置入后应用的临床及基础研究，以期为骨科金属内植物置入后患者提供更多康复治疗方法。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
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材料方法

讨论

中高频电疗在临床康复中有重要作用，能够均匀作用于皮肤和深部组织，促进局部血液循环，可以使局部血液流量显著增加，为需要愈合的组织提供更多的营养物质并带着局部代谢废物及坏死组织，同时具有镇痛作用，能够对神经痛、肌肉痉挛性疼痛、因肿胀引起的张力性疼痛、炎性疼痛均有良好的止痛效果。但目前术后有金属植入物被列为中高频治疗的禁忌证，通常认为金属植入物的存在会使局部组织的温度显著升高，对组织照成热损伤，限制了其在骨科术后患者的应用，使许多骨折金属内固定和关节置换等患者缺少应有的康复物理治疗，不能更好缓解患者术后疼痛肿胀等不适，延迟了组织愈合，使许多骨科术后患者得不到更好的恢复。所以中高频电疗在骨科金属植入物置入后的基础和临床研究具有重要的临床意义，能够为骨科术后提高更好的临床康复物理治疗。在上述基础研究中，中高频电疗在骨折金属植入物内固定后能够促进骨折愈合，虽然金属植入物周围组织的温度有升高，但未见肌肉、神经组织坏死等严重的病理变化，也未见组织有炎症反应的病理变化，肌电图未见明显有神经传导速度的下降等神经损伤的表现，并认为中高频电疗能够应用在骨折金属植入物内固定后。

在骨科临床研究中，发现中高频电疗在金属植入物置入后能够促进组织肿胀消退、减轻术后疼痛，促进骨折愈合，控制局部炎症发展，帮助术后患者进行各种关节的功能锻炼，增加关节的活动度，提供了一个很好的术后康复的物理治疗方法。

由于传统观点的束缚，中高频电疗在骨科金属植入物置入后应用的研究还非常有限。临床医生在对金属植入物置入后患者进行中高频电疗时还有很多顾虑，还需要大量的基础和临床试验去解决存在的疑问，比如中高频电疗对金属植入物周围造成损伤的剂量值，造成热损伤的类型有哪些，组织学改变是怎么样的，以及造成这些改变的机制是什么，有什么方法去避免这些损伤。随着研究的深入，并随着金属植入物材料的改进，中高频电疗在骨折金属植入物置入后患者的应用会越来越多。

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