1、LMHFV 治疗骨质疏松及骨折的机制摘要：将机械刺激应用于骨科疾病的治疗一直是学术界的研究热点，近年研究发现：低强度高频率振动（LMHFV）在促进成骨等方面有较理想的效果，特别是针对骨质疏松、骨折后的处理等较常规的药物治疗有明显优势。大量的体内、外实验及临床调查逐渐揭示了 LMHFV 影响成骨的部分机制，但因各类研究方法不尽相同。本文结合近几年国内外关于LMHFV 的研究，重点总结了其刺激成骨的几个主流学说，并指出了现有研究及其结果的盲点和发展空间，希望可以为以后的相关研究做铺垫并提供新思路。 关键词：振动刺激；成骨作用；骨质疏松；骨折 Abstract：Applying mechanical
2、 stimulation in the treatment of orthopedic diseases has been the research focus in the academia，LMHFV shows its superiority on developing osteogenesis in recent yearsresearch，particularly in the treatment of osteoporosis and fracture.Existing？research discovers a series of mechanisms of LMHFV，but n
3、ot systematic.This paper concludes both domestic and abroad theories in recent years research on LMHFV，hoping to lay the groundwork for futures progress. Key words：Vibration；Osteogenesis；Osteoporosis；Fracture 1 LMHFV 具有良好的成骨效应 应力是调节骨生长和重塑的关键因素，随着人们对健康重视程度的提高，非药物性防治骨质疏松、提高骨骼质量的方法成为生物医学工程、骨科、康复学界关注的焦点
4、。其中低强度高频振动（Low-magnitude high-frequency vibration，LMHFV）作为一种非侵袭性的生物力学刺激手段，在诸多体内、体外的实验及临床调查中发现，LMHFV 具有良好的成骨效应1-2。在骨化周期中，成骨细胞与破骨细胞形成的“骨形成-吸收”偶联，是维持骨结构完整及骨强度的关键。其中源于多能骨髓间充质细胞的成骨细胞，是骨形成的主要功能细胞。成骨细胞能分泌 ALP、钙盐结晶体、骨钙素等，参与矿化促进骨结节的形成3。而在 LMHFV 的刺激下，成骨细胞的分化、成熟、活化各阶段都能得到加强，从而达到促进成骨作用的目的。 研究表明，LMHFV 刺激加强了多种细胞因
5、子诱导成骨细胞分化及生成的作用，且可能通过自分泌和旁分泌的方式放大该效应4。实验中还发现 LMHFV 不仅增加了成骨细胞的量，还增加了其 ALP 的分泌量和活性，另外它还可促使钙盐的沉积和矿化5，从而促进了成骨。 Chung SL 等6的研究发现 LMHFV 对成骨细胞和破骨细胞的作用呈阶段性：LMHFV 在骨折后的恢复前期可促进成骨细胞而抑制破骨细胞的分化，而在后期 LMHFV 又能刺激破骨细胞的分化作用来促进骨的重塑。 2 破骨细胞的形成和活化 破骨细胞的形成和活化需要 RANKL（核心因子 B 受体活化因子配体）和 RANK（核心因子 B 受体活化因子） ，OPG 则与 RANKL 竞争
6、性结合RANK，通过拮抗 RANKL-RANK 的作用来干扰破骨细胞的形成和生存。由此可见 RANKL/OPG 的比值决定了破骨细胞的分化和生存，进而影响骨的吸收率6-7。实验表明 RANKL/OPG 的变化依赖于 Wnt 信号通路的激活，它的激活提高了成骨细胞对振动的敏感性。相关的研究8也证实了 Wnt 信号能通过调控 RANKL-OPG 通路来间接影响成骨。不仅如此，Wnt 通路在影响 BMSCs 的成骨分化中同样起到关键作用：接受一段时间的 LMHFV 刺激后，骨折的大鼠骨质结构组织学愈合等级普遍较高；碱性磷酸酶染色细胞染色增强；骨保护素、RANKL 基因的 mRNA 水平高表达，说明振
7、动可促使 BMSCs 向成骨细胞发生分化9。这些结果也与 Miki T10等的研究认为， “经典的 Wnt/-catenin 信号通路是振动刺激成骨过程中最重要的信号调控通路”这一观点相一致。除了 Wnt 通路外，分裂原活化蛋白激酶（MAPKS）通路9、ERK1/2 通路11，也是机体将机械刺激转为生物信号的重要通路，他们的激活同样能通过上述细胞因子的表达来调控成骨细胞和破骨细胞。 3 骨髓间充质干细胞 骨髓间充质干细胞（BMSCs）是骨对环境刺激响应的主要效应细胞之一，其增殖活性和功能状态的改变直接反映了环境刺激下骨组织分化、生长的状态12。有研究表明，Wnt 信号通路通过上调成骨分化相关基
8、因来促进 BMSCs 向成骨细胞分化，并通过减少脂肪形成转录因子的表达抑制 BMSCs 向前脂肪细胞分化13。 另外，实验中还发现摘除卵巢后的绝经大鼠模型组的骨骼，对振动刺激比未摘除卵巢的绝经前大鼠模型组更为敏 感14。这是由于雌激素通过其受体亚型 ER- 的信号来对骨细胞的振动刺激敏感性进行了负调节15。由此可见，雌激素的作用可能便是有报道称振动刺激对健康大鼠骨质影响不明显的原因之一。 很多研究已经证实 LMHFV 对成骨的刺激作用是频率依赖性的16，这与之前 Rosenberg N17等的研究报告相一致。Stuermer EK 等14的研究也指出，促进骨折愈合和骨质疏松增强骨质量所对应的最
9、佳振动模式有很大不同（包括强度、振幅、频率、持续时间等） ，且这可能与基因表达及骨折愈合过程中各类成骨因子的血清浓度变化有关。 4 结论 通过动物实验及临床调查可知，LMHFV 对机体成骨方面的影响归纳如下：促进成骨细胞分化、基质矿化；增加骨量骨密度，减少骨质中脂质沉积；快骨折后骨痂的形成和后期塑形。不过 LMHFV 也还存在一些问题需要我们继续探索：治疗骨质疏松和促进骨折愈合分别对应的最适振动参数；骨折愈合的不同阶段对应的的最适振动参数；完整的 LMHFV能上调的成骨相关基因种类及细胞因子。 终上所述，LMHFV 对成骨作用的影响使其针对老年性骨质丢失、绝经后妇女骨质疏松症、骨折后的康复或非
10、手术处理骨折等方面都有较大的临床应用前景，值得我们进一步研究。 参考文献： 1Judex S，Rubin CT.Is bone formation induced by high-frequency mechanical signals modulated by muscle activityJ.Journal of musculoskeletal&neuronal interactions，2010，10（1）：3-11. 2Tezval M，Biblis M.Improvement of femoral bone quality after low-magnitude，high-frequ
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