1、机 械 振 动 -防治骨质疏松的一种新选择,中山大学附属第一医院 陈柏龄 广州军区总医院 邓伟民,二十世纪60年代来，Frost的应变（strain)假说和力学控制系统理论（Mechanostat)：,大于应变阈值上限( set point)骨量 机械因素骨应变 介于应变阈值范围 骨量不变 小于应变阈值下限( set point)骨量 （雌激素阈值，雌激素阈值）,运 动 ！,机 械 振 动,振动对机体的作用,振动对骨骼的影响振动对软骨的影响振动对神经肌肉组织的影响振动对组织灌注和外周血管系统的影响振动对体内激素水平的影响振动对身体结构的影响,振动对骨骼的影响,振动对骨组织的影响,动物实验,动物
2、实验一,实验动物：SD雌性大鼠，年龄6-8个月分组：基础对照组（BLC）、长期正常对照组（LTC） 机械振动刺激组（MS）、后腿废用组（Dis） 后腿间歇负重组（Dis+WB，10分钟/天） 不负重加间歇机械振动刺激（ Dis+MS）振动形式： 0.25 g，90HZ，10 min/d，4周,Rubin. FASEB J. 2001,结果,1、振动刺激组（MS）胫骨近端骨形成率显著高于 正常对照组。2、后腿废用后，振动刺激（Dis+MS）可以显著增 加胫骨近端骨的形成，且其作用大于间歇负重组 （Dis+WB）。,Rubin. FASEB J. 2001,结果,A：正常对照组 B：后腿废用组 C
3、：振动刺激组 荧光染色显示，C 图(振动刺激组)具有更多的矿化骨小梁,Rubin. FASEB J. 2001,结果,该实验结果显示： 1、振动刺激可以显著增加正常大鼠胫骨近端骨的骨形成率 2、振动刺激可以促进肢体废用大鼠骨骼的生长 3、振动刺激可以促进骨小梁的矿化,Rubin. FASEB J. 2001,动物实验二,实验动物：雌性Wistar大鼠，年龄12周实验分组：假手术对照组（ SHAM-C ） 假手术加振动刺激组（ SHAM-VIBR ） 去卵巢对照组（ OVX-C ） 去卵巢加振动刺激组（ OVX-VIBR ）振动形式： 2.0 g；50HZ；30 min/d；5 d/周；12周,
4、Flieger et al. Calc. Tissue Int.1998,结果,实验第五周后，OVX-VIB组骨密度显著高于OVX-C组（P0.05）,Flieger et al. Calc. Tissue Int.1998,胫骨干骺端,实验第五周后，OVX-VIB组骨密度显著高于OVX-C组（P0.05）,Flieger et al. Calc. Tissue Int.1998,结果,结果,该实验结果显示： 振动刺激可以抑制去卵巢大鼠股骨、胫骨、膝关节处的骨丢失，维持骨密度的增长。,Flieger et al. Calc. Tissue Int.1998,实验动物：雌性SD大鼠，年龄6-8月
5、，去除卵巢实验分组：去卵巢对照组（ Control ） 去卵巢加45HZ振动刺激组（ 45HZ ） 去卵巢加45HZ振动刺激组（ 90HZ）振动形式： 0.5 g；10 min/d；5 d/周；4周检测方法：骨组织计量学、Micro-CT,Judex et al. Journal of Biomechanics,2007,动物实验三,结果,a 小梁骨b 皮质骨 无论是皮质骨还是小梁骨，90HZ组骨形成率均显著高于其它两组,Judex et al. Journal of Biomechanics,2007,90HZ组骨小梁矿化显著高于45HZ组,90HZ组骨量指标显著高于45HZ组和对照组,Ju
6、dex et al. Journal of Biomechanics,2007,A,B,C,A：OVX对照组B：OVX+45HZ组C：OVX+90HZ组,OVX+90HZ组骨小梁显著多于其它两组,Judex et al. Journal of Biomechanics,2007,结 果,该实验结果显示： 1、振动刺激可以促进去卵巢大鼠股骨远端骨量的增加 2、振动刺激可以促进去卵巢大鼠骨小梁的矿化 3、振动促进骨形成的作用大小与振动频率有关，90HZ的作用显著强于45HZ,Judex et al. Journal of Biomechanics,2007,更多的动物实验均显示，全身振动可以促进骨
7、的形成，增加骨量和骨密度，改善骨的生物力学性能。,更多有关的动物实验,更多有关的动物实验,更多有关的动物实验,振动对骨组织的影响,人群研究,振动对骨组织的影响,人群研究一,人群：年轻女性，低骨密度分组：全身振动组（30HZ，0.3g，10分/天，1年） 对照组检测方法：定量CT （Quantitative CT）,Gilsanz et al. JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH,2006,结果,结果显示，实验组经过1年的振动刺激后，椎旁肌肉、腰肌、腰骶方肌、竖脊肌、和股骨肌群的面积，还可以显著增加脊柱松质骨骨密度，而对照组则无显著变化。,Gilsanz e
8、t al. JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH,2006,结果,实验组和对照组比较,多数指标均显示，实验组显著高于对照组,Gilsanz et al. JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH,2006,振动刺激组的股骨皮质骨面积、脊柱松质骨骨、密度椎旁肌面积均显著高于对照组,实验组和对照组比较,Gilsanz et al. JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH,2006,结 果,该实验结果显示： 1、振动刺激可以显著增加低骨密度年轻女性脊柱松质骨骨密度 2、振动刺激可以增加股骨皮质骨的面
9、积 3、振动刺激可以显著增加椎旁肌、腰肌、股四头肌等肌肉的面积,Gilsanz et al. JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH,2006,人群研究二,人群： 绝经后女性分组： 振动刺激组（Active） 对照组（Placebo）实验方法：前瞻性、随机对照、双盲的临床研究。振动组给予2.0m/s2，30HZ的垂直振动刺激，10分钟/天，持续1年检测方法：DXA法测量脊柱、髋部、桡骨远端的骨密度（BMD）,Rubin et al. JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH,2004,结果,Rubin et al. JOURNA
10、L OF BONE AND MINERAL RESEARCH,2004,结 果,结果显示，体重小于65kg者，1年后，对照组骨密度显著降低，而振动刺激组则骨密度得以维持,Rubin et al. JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH,2004,结 果,振动组各部位的骨密度显著高于对照组,Rubin et al. JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH,2004,结 果,该实验结果显示： 1、振动刺激可以显著减少绝经后女性脊柱、髋部骨的丢失，使骨密度得以维持 2、振动刺激减少骨的丢失受患者依从性的影响，依从性越好，其维持骨密度
11、的效果也越好 3、振动刺激在那些体重较轻的绝经后女性中防治骨质疏松的效果最好,Rubin et al. JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH,2004,更多的人群研究显示，全身振动可以促进骨的形成，增加骨量和骨密度，改善身体的平衡性，减少跌倒风险,更多人群研究,更多人群研究,结 论,振动对骨骼产生重要影响： 1、促进松质骨和皮质骨的形成 2、抑制骨的吸收 3、增加骨量、提高骨密度 4、促进骨的矿化 4、改善骨的生物力学性能 6、改善身体的平衡，减少跌倒的发生,振动对软骨的影响,Liu等1通过体外细胞培养实验显示： 一定频率的振动刺激可以促进3H标记的胸腺嘧啶
12、合成DNA，加强35S标记的硫酸结合蛋白多糖可见振动刺激可以促进软骨细胞DNA和蛋白多糖的合成然而频率大于400HZ则 该作用会减弱；,Takeuchi et al. Arthritis Rheum., 2006).,Takeuchi等人研究显示 在三维的培养基质中，与单纯使用透明质酸比较，振动刺激配合透明质酸可以更加显著地增加软骨素-4和软骨素-6，并增加软骨细胞层的厚度,振动对软骨的影响,小 结1、振动刺激可能维持或防止因退行性变引起的软骨细胞活性的降低2、适当的机械刺激频率、强度等还未明确,振动对神经肌肉系统的影响,人群：绝经后妇女（58-74岁）分组：振动组（WBV，35HZ和40HZ
13、，2mm 和5mm） 阻力运动组（RES） 对照组（Control）时间：24周,振动对神经肌肉系统的影响,Roelants et al. JAGS,2004,人群研究,振动组在研究中进行训练的具体参数,Roelants et al. JAGS,2004,结果,A：最大等容伸膝扭矩B：最大动态伸膝扭矩,结果显示，振动刺激与抗阻力运动一样，均可以显著提高伸膝肌力,Roelants et al. JAGS,2004,最大移动速度,*P0.05结果显示振动后12周、24周与振动前比较，最大伸膝速度显著提高,Roelants et al. JAGS,2004,最大移动速度,抗阻力运动组、对照组，在研究
14、前后的最大伸膝速度均无统计学差异,Roelants et al. JAGS,2004,更多人群研究,更多人群研究,振动对神经肌肉系统的影响,小 结,振动可以显著增加肌肉的数量、肌肉的静态或动态收缩力振动可以增加肌肉的收缩速度振动可以改善身体的平衡性,振动对组织灌注和 外周血管系统的影响,Bovenzi 等1研究显示，31.5HZ和125HZ的振动都可以显著减少手指的血流灌注，相比之下，125HZ振动影响更大。Lohman等2则研究显示，30HZ（每次持续60秒，共3次）振动刺激可以显著增加皮肤的血流灌注同样，Maloney-Hinds等3也研究发现，30HZ和50HZ（10分钟）可以显著增加皮
15、肤血流灌注。,Bovenzi et al. Occup. Environ. Med. 2006Lohman et al. Med. Sci. Monit. 2007Maloney-Hinds et al. Med. Sci. Monit. 2008,振动对组织灌注和外周血管系统的影响,Kerschan-Schindl等4应用26HZ，9分钟的全身振动方案，发现股四头肌和腓肠肌的血流显著增多，此外腘动脉的血流也显著增加 同样，Stewart 等5也研究显示，足底的振动加下肢抬高35度可以调节小腿的血流，还可以缓解直立位导致的小腿血流的减少。同时还可以增加静脉和淋巴的回流。 振动刺激促进骨量增长的
16、频率一般为17-90HZ（持续9-30分钟）1,2,3，很多研究采用类似的振动方案，来探讨振动对血流灌注的影响,Flieger et al. Calc. Tissue Int.1998Gilsanz et al. JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH,2006Judex et al. Journal of Biomechanics,2007Kerschan-Schindl et al. Clin. Physiol., 2001Stewart et al. Am. J. Physiol. Regul. Integr.Comp. Physiol., 2005,振
17、动对组织灌注和外周血管系统的影响,Cheung等1通过有限元模型研究显示，振动可以增加椎间盘组织夜的交换，其交换速度与振动频率成正比，从而利于椎间盘内营养物质的摄取和代谢废物的排出过度的、长时间的振动刺激可以损伤血管内皮细胞和血管平滑肌细胞，导致手臂（振动）综合征的发生2，3，4，5。,Cheung et al. Clin.Biomech.2003Juntunen and Taskinen. J. Work. nviron.Health.1987Curry et al. Muscle Nerve,2002, Curry et al. Anat. Rec. A: Discov. Mol. Cel
18、l Evol. Biol. 2005Govindaraju et al. Muscle Nerve, 2006,振动对组织灌注和外周血管系统的影响,具有组织特异性: 不同组织对振动的刺激的反应存在一定差异。通过外周血流灌注的改变，可能是振动影响骨骼生长的因素之一不同振动形式可以减少或增加外周血流灌注,R.D. Prisby et al. Ageing Research Reviews 2008,小 结,振动对组织灌注和外周血管系统的影响,振动对体内激素水平的影响,皮质醇可以抑制骨的形成，促进骨的吸收1Bosco等2研究显示，单次振动刺激可以增加血液中睾酮、生长激素的水平，并减少皮质醇的水平。D
19、i Loreto等3的研究结果有所不同，单次振动刺激对血清生长激素、睾酮、胰岛素样生长因子无明显影响同样，Kvorning等4也研究显示，在经过9周的振动刺激后，刺激前后体内的睾酮水平也无明显变化,Manelli and Giustina, Trends Endocrinol.Metab. 2000Bosco et al.Eur. J. Appl. Physiol. 2000Di Loreto et al .J. Endocrinol. Invest. 2004Kvorning et al. Eur. J. Appl.Physiol. 2006,振动对体内激素水平的影响,Erskine等1也振
20、动刺激后1小时、2小时、24小时各时间点唾液的睾酮和皮质醇水平无显著改变， Erskine等认为加速度为3.5g的振动刺激对年轻的健康人的神经内分泌系统无明显影响。Cardinale等2则研究显示，振动刺激作用于老年人后引起胰岛素样生长因子-1水平的升高（作用后0、1、2小时），而皮质醇水平则表现为立即升高，然后在1小时、2小时显著降低。而实验组和对照组的睾酮和生长激素水平无显著差异。尽管 绝经后妇女是对振动刺激获益最大的人群，但目前还没有振动刺激对绝经后妇女体内激素水平影响的 研究，,Erskine et al. Clin. Physiol. Funct. Imaging. 2007Card
21、inale et al. Br. J. Sports Med. April, 2008,振动对体内激素水平的影响,小 结,不同的振动刺激形式对体内激素水平产生不同影响 目前，振动刺激对体内睾酮、生长激素、皮质醇水平的影响还存在一定争议 振动刺激对体内激素水平的影响也可能是其影响骨骼生长的因素之一,振动对体内激素水平的影响,振动对身体结构的影响,加快能量的消耗加快碳水化合物和脂肪的氧化加快氧的消耗振动仪器可以减肥（但缺乏文献数据支持）长期应用振动是否可以改变身体的结构还不明确,1.Da Silva et al.J. Strength Cond. Res. 20072. Garatachea et
22、 al. J. Strength Cond. Res. 2007,振动对身体结构的影响,总 结,振动刺激可提高老年人、绝经后女性、低骨密度者以及青少年的骨量和骨密度，并改善骨的结构。振动刺激可增加肌肉数量，增强肌肉力量，改善身体平衡性和灵活性，减少跌倒的发生，从而改善患者生活质量。振动改善骨量和骨结构的作用机制可能与直接机械刺激、影响骨组织血液灌注、调节全身激素水平等因素有关。,细胞培养实验提示振动刺激可维持或防止因退变引起的软骨细胞活性的降低振动刺激对外周血流灌注产生显著影响，其作用效果取决去组织特异性和振动刺激的形式振动刺激对体内激素水平的影响尚有争议振动刺激加快氧和能量的消耗、加快碳水化
23、合物和脂肪的氧化，但对身体结构的影响尚缺乏明确证据,总 结,总 结,广州格凌康药业有限公司,Juvent 1000 骨质疏松治疗仪,国际认证,JUVENT1000的医疗技术，花了科学家们25年的研究及进行临床实验来确认它的医疗效果並获得以下之国际认证 2005年8月 获得欧洲联盟标志 2005年11月 获得澳洲/ 纽西兰药品管理局之国际认证 2006年1月 获得加拿大卫生署国际认证,JUVENT 1000 动力振动治疗平台Dynamic Motion Therapy (DMT),Juvent 1000 是高频率、低重力的全身振动治疗平台，通过配合人体骨骼肌肉的自然频率振动刺激原理，起强化骨骼、
24、提升肌肉功能、改善血液循环、减轻背痛及舒缓情绪等作用。,Juvent 1000机器,Juvent 1000 操作原理,在人体内 II A型肌纤维须保持一定程度的收缩以维持身体姿势1同时亦会产生微小的高频率振动, 对骨骼保持低度的力学讯号刺激骨质生长。2 随着年龄的增长，身体的II A型肌纤维将被4号型肌纤维所取代, 这些机能不再如以往那般运作自如。 Juvent 1000全身振动平台透过模拟这种低重力高频率的自然振动刺激骨质生长。更进一步的研究显示人体站立于振动平台时约80%的低重力高频信号 (重力1g, 频率 15-35Hz)能有效地从脚掌传达至下肢及身体骨骼以达致治疗骨骼疾病的效果。3,1
25、Huang RP, et al. 1999. J Gerontol A Biol Sci Med Sci; 54: B352-B3572Fritton SP, et al. 2000. J Biomech; 33:317-325 3Rubin C et al. 2003. Spine 28:2621-2627,Juvent1000 动力运动治疗仪提供大约50微米的振幅，每秒钟重覆振动34次，以替代失去时效及运作的肌肉活动，从而预防骨质流失，增加骨质密度，质量和强度。 多项研究指出增加骨骼的血流量亦有利于骨质生长1 ,而全身振动治疗则有助改善直立时腿部的血液及淋巴系统循环.2,1Stewart
26、JM, et al. 2005 Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol; 288:R623-R6292Verschueren SM, et al. 2004 J Bone Miner Res; 19:352-359,Juvent 1000 操作原理,以下多项动物实验证明每天10-20分钟高频率(1590 Hz)、低幅度 (重力0.4 g) 能有效刺激海绵骨的新陈代谢增加骨质密度及增加 负重骨骼中的海绵骨宽度和数量, 避免了骨质稀疏的发生。Rubin C, et al. 2001.Anabolism. Low mechanical signals stren
27、gthen long bones. Nature; 412:603-604Rubin C, et al. 2002. Quantity and quality of trabecular bone in the femur are enhganced by a strongly anabolic, nonivasive mechanical intervention. J Bone Miner Res; 17:349-357Rubin C, et al. 2001. The anabolic activity of bone tissue, suppressed by disuse, is n
28、ormalized by brief exposure to extremely low-magnitude mechanical stimuli.FASEB J; 15:2225-2229Midura RJ, et al. 2005. Low amplitude, high frequency strains imposed by electrically stimulated skeletal muscle retards the development of osteopenia in the tibiae of hindlimb suspended rats. Medical Engi
29、neering 27:458-65,动物实验,以低振幅高频率的物理刺激治疗法预防停经后骨质的流失：一个符合安全性疗效的临床试验评估报告,方法： 为期一年的双盲及使用安慰剂作对照测试的临床试验 70位停经后女性分成两组，半数的接受试验者，每天须使用 2次不超过10分钟的Juvent 1000 垂直振幅仪器治疗。 而另外半数接受试验者，则以同样的时间站在对照仪器上进行测试。 该实验采用双能量放射吸收测量法来测量脊骨,髋部及远端的桡骨于基线 ， 3，6及12个月的之骨密度.,Rubin C, et al. 2004 JBMR; 19:343-351,临床实验一,结果: 86%对照组实验者，在试验期的
30、一年里股骨颈的骨质减少了2.13%。反而，治疗组的骨质增长了0.04%，差值2.17% (p=0.06)。脊柱骨的测试结果显示，对照组的脊柱骨质密度在过去的一年降低了1.6%, 差值 1.5% (p=0.09)。 结论： 这个治疗对停经后女性能有效减缓骨质流失速度，防患骨质变得稀少。,Rubin C, et al. 2004 JBMR; 19:343-351,临床实验一,以低振幅高频率的物理刺激治疗法预防停经后骨质的流失：一个符合安全性疗效的临床试验评估报告,方法:名年龄介于岁，曾发生至少一次骨折白种女士获邀参与研究。所有参加者均采用计算机扫瞄 (CT) (Hilite Advantage;
31、General Electric)以量度其骨质密度。名脊椎海绵骨骨质密度值最低 (少于骨密度峰值1个标准差)之参加者获分配至对照组或 Juvent 1000动力振动治疗平台(0.3g, 30Hz) 试验组接受为期12个月, 每天10分钟的测试。 两组参加者的基线数据皆相同。,低重力高频率的振动治疗能提升低骨质密度年轻妇女的骨骼肌肉质量,Gilsanz, 2006. JBMR 21(9):1464-1474,临床实验二,低重力高频率的振动治疗能提升低骨质密度年轻妇女的骨骼肌肉质量,结果: 使用意向治疗处理分析(ITT)基线与跟进期身体及四肢肌肉及骨骼的计算机扫瞄值后发现试验组中脊椎海绵骨骨质密度
32、增加2.1% (p=0.025)髋骨中段皮质骨骨质密度增加3.4% (p0.001)而对照组的骨质密度则没有变化。 试验组的海绵骨及皮质骨的骨质密度增幅比对照组高2.0% (p=0.06) 及2.3% (p=0.04)。 试验组的脊柱旁肌肉群 (腰肌腰方肌竖棘肌)横切面面积也较对照组增加4.9% (p=0.002)。 结论：这项研究显示低骨质密度的年轻妇女每天接受短时间低幅度高频率的振动治疗能有效提升骨骼和肌肉的质量。,Gilsanz, 2006. JBMR 21(9):1464-1474,临床实验二,香港中文大学的研究动物实验,香港中文大学矫形外科及创伤学系的科研团队，在2005年开始进行有
33、关高频低幅振动治疗的临床研究。动物测试结果:香港中文大学的研究中, 55只3个月大的雌鼠, 其中治疗组在接受两周的高频低幅振动治疗后其正常骨折和骨质疏松性骨折的愈合速度较对照组别快30%以上 (p=0.001)，而且连续治疗四周能更有效改善骨矿物质的沉积 (p0.05)骨骼形状的恢复(=0.039) 及骨质的强度 (p 325 代表旧皮质骨及高密度愈合组织) 而浅色部份为低密度的骨组织 (量度阈值介于120-325 代表新形成的愈合组织). 未被矿化之组织(量度阈值120)则没有显示. 于治疗后1周, 各组中均可见新形成的愈合组织但治疗组的骨折愈合组织间隔则较对照组为大 (黑色箭头示). 于治
34、疗后2周, 新形成的愈合组织均可明显见于各组中. 但相对于对照组, 治疗组的愈合组织结构更为规则完整和拥有较少的愈合组织间隔.,香港中文大学的研究,由不同时间的横向X光图显示出治疗组的愈合速度较对照组为快. 于治疗后3周, 治疗组的愈合组织间隔距离教对照组为少. 于治疗后4周, 治疗组的骨折已经完全愈合但于对照组中愈合组织间隔则仍然可见.,香港中文大学的研究临床实验,69位60岁以上自愿参与研究的妇女随机分配49位接受振动治疗其余24位作为对照组别。治疗组接受三个月的振动治疗后，在平衡能力测试中的移动速度、最远移动距离及方向控制分别较对照组优胜39% (p0.01)、15% (p0.01)和1
35、1% (p1g)所产生的共振效果对骨骼肌肉系统有害。研究指出长时间接受高重力的全身振动会引致腰背痛1, 神经平衡系统疾病及雷诺氏综合症2。,1 Anderson JA, et al. 1987. Rev Environ Health; 7: 1211602 Seidel H, et al. 1988. Int Arch Occup Environ Health; 61: 95106,安全性,然而研究指出频率35Hz 以下之低重力全身振动用于四肢骨骼时并不会在身体产生共振效果1。在Juvent 1000动力振动治疗平台的多项临床测试中使用的低重力高频率振动 (0.3 g, 30Hz) 并无引致任
36、何不良效果或后遗症。Juvent 1000 的低重力高频率振动符合国际标准化组织 (ISO) 和美国职业安全管理局(OSHA) 的规定可安心使用。,1Goel VK, et al. 1994. J Biomech Eng; 116: 377383,Juvent 1000 DMT 的优点,这是一项安全,温和和非药物预防骨质疏松预防骨质疏松的方案 平台可因应不同人士的身体质量自动调节以作出适合的治疗. 垂直的振动十分微小，不容易察觉。治疗者会觉得很舒适，接受治疗的同时，也不会被振动而干扰。 重量只有20lbs/ 9.6 kg, 易于携带, 收藏和耐用.Juvent 1000 耗电量低, 只需7.5伏以下, 比一般电灯更为节能. 一些全身振动仪操作时需耗电800伏或以上. 可在家中或诊所使用.每天只要20分钟，就可以得到适当的治疗。,轻松治疗，每次站立20分钟就可以达到目的,针对行动有困难的病人，厂家设计了辅助架，安全、容易操作,Thanks！,多一种选择多一份关爱,
