Влияние электрического заряда на заживление переломов

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 15839 (2022 г.) Цитировать эту статью

999 доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Несращение перелома является частым и сложным осложнением. Хотя предполагается, что стимуляция постоянным током способствует заживлению переломов, во время стимуляции постоянным током сообщалось о различиях в плотности клеток вблизи положительных и отрицательных электродов. Целью данного исследования было изучение влияния этих различий на пролиферацию остеобластов и заживление переломов. Клетки MC3T3-E1 стимулировали положительными и отрицательными зарядами для наблюдения за пролиферацией клеток, апоптозом и экспрессией остеогенных факторов in vitro, в то время как положительные и отрицательные заряды были связаны со спицами Киршнера переломов в модели перелома двух пальцев in vivo в New Зеландских белых кроликов и заживление переломов оценивали с помощью цифровой рентгенографии (ДР), проводимой на 1, 15 и 30 дни. Образцы костной ткани всех кроликов анализировали гистологически после последнего исследования. Результаты показали, что по сравнению с контрольной группой после стимуляции ДК значительно уменьшалось количество клеток вблизи положительного электрода (Р < 0,05), увеличивался апоптоз (Р < 0,05), экспрессия остеокальцина, специфичных для остеобластов генов и остеонектин значительно снижался вблизи положительного электрода (P <0,05) и значительно увеличивался на отрицательном электроде (P <0,05). Перелом места соединения положительного электрода у новозеландских белых кроликов не зажил. Гистоморфологический анализ показал больше костных трабекул и кальцинированной кости в срезах костной ткани контрольной группы и группы отрицательного электрода, чем в группе положительного электрода. Костные трабекулы были толстыми и имели хорошие соединения. Однако положительный заряд ингибировал пролиферацию остеобластов, а положительный заряд в местах переломов не способствовал заживлению переломов. Таким образом, положительный заряд вблизи места перелома может быть причиной несращения перелома.

Несращение переломов является частым и сложным осложнением при лечении переломов. Около 5–10% переломов длинных костей могут иметь несращение или замедленное сращение1. В настоящее время не существует единого определения несращения перелома. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) определяет несращение перелома как неполное заживление в течение 9 месяцев после перелома и отсутствие прогрессирующих признаков заживления на рентгенограммах в течение трех месяцев подряд2. Несращение перелома вызывает длительную боль, физическую инвалидность, проблемы с психическим здоровьем и постоянные медицинские расходы, которые оказывают серьезное влияние на жизнь пациентов3.

Процесс заживления перелома включает в себя множество эндогенных и экзогенных факторов, и нарушение этих факторов может привести к замедленному сращению или несращению4,5. Считается, что причиной несращения являются многие факторы риска, включая факторы, зависящие от пациента, такие как возраст, пол, сопутствующие заболевания, лекарства и статус питания, а также независимые от пациента факторы, такие как тип и характеристики перелома, инфекция, имплантаты для фиксации перелома и ятрогенные факторы. факторы6,7,8. Хотя во многих исследованиях оценивались причины несращения переломов и был достигнут значительный прогресс в лечении несращения, несращение может произойти даже при стабильных переломах без какого-либо из этих факторов риска. Ретроспективное исследование показало, что множественные переломы чаще приводят к несращению: хотя частота несращения у пациентов с одним переломом составляла 4,4%, частота увеличивалась с увеличением количества переломов и составляла 24% у пациентов с семью и более переломами9. Помимо известных нам в настоящее время факторов, могут существовать и другие уникальные факторы, влияющие на несращение.

Восстановление и реконструкция костной ткани включают сложные биологические и биомеханические механизмы, опосредованные воздействием мезенхимальных стволовых клеток костного мозга, остеобластов, остеокластов и других клеток в поврежденной области. Высокоинтенсивная механическая стимуляция и эндогенный ток играют важную роль в росте костей10. Эпифизарная область длинных костей электроотрицательна, а диафиз электронейтрален. Когда происходит перелом, эпифизарная область становится более отрицательной, а место перелома также имеет отрицательный заряд, и это электроотрицательное изменение сохраняется на протяжении всего процесса заживления перелома11. Тенденция к электроотрицательности и секреция цитокинов после перелома влияют на пролиферацию, миграцию, дифференцировку и остеогенез клеток12. Таким образом, будет ли электроположительная среда в месте перелома вызывать изменения в активности этих клеток? Чтобы ответить на этот вопрос, настоящее исследование было направлено на наблюдение за влиянием положительных и отрицательных зарядов на остеобласты, а также влияние положительных и отрицательных зарядов того же напряжения и тока на заживление переломов.