Экспериментальная оценка влияния радиальной ударно-волновой терапии на формирование пьезоэлектрических потенциалов в костной ткани. Medline.ru - медико-биологический информационный портал Медлайн.ру

Экспериментальная оценка влияния радиальной ударно-волновой терапии на формирование пьезоэлектрических потенциалов в костной ткани.

Василевич С.В., Курченко С.Н.

СПб ГБУЗ Восстановительный центр детской травматологии и ортопедии "Огонек"

Резюме
Обоснование: Механизмы действия ударных волн связаны с различными биологическими реакциями, в том числе "механотрансдукцией". Костная ткань под действием механической нагрузки способна генерировать пьезоэлектрические заряды, которые могут быть управляющими сигналами для ремоделирования структуры кости. В современной литературе отсутствуют работы посвященные взаимосвязи действия ударных волн на возникновения пьезоэлектрических разрядов в кости, что и послужило основанием для проведения исследования. Цель: качественно оценить влияние ударно-волной терапии (УВТ) на формирование пьезоэлектрических потенциалов в костной ткани. Материалы и методы: Материалом для исследования выбраны нативные бедренные и большеберцовые кости свиней. Макропрепараты были освобождены от мягких тканей, и сформированы однотипные костные фрагменты длиной 8-10 см, состоящие из участка диафиза, метаэпифиза и эпифиза, а также из двух костей объединенных суставной капсулой (бедренная и большеберцовая кости). Противоположные концы испытуемых макропрепаратов кости были подключены к входу аналого-цифрового преобразователя электрокардиографа. Электрических сигнал с кости регистрировался во временном режиме записи ЭКГ. Регистрация сигналов выполнялась на нескольких участках костной ткани на различном удалении от точки приложения ударной волны. В качестве источника ударно-волнового воздействия использован аппарат Storz Medical, MASTERPULS 200. Характеристики импульса: радиальный, аппликатор диаметром 15 мм, 1 Герц, давление до 5 бар. Ударное воздействие было приложено к кости в зону диафиза, метафиза и эпифиза. Также оценили изменения амплитуды электрических пъезозарядов при помещении между препаратом кости и аппликатором ЭУВТ мышц и сухожильной ткани. Результаты: Воздействии радиальной ударной волной на препарат кости вызывало пьезоэлектрические импульсы в ней. Величина пьезоэлектрических разрядов зависела от акустической (минеральной) плотности кости и энергии ударно-воздействия воздействия на кость. Максимальный пьезоэлектрических разряд возникал в диафизе кости в точке наиболее приближенной к излучателю (до 45 мВ). Пьезоэлектрические сигналы различной интенсивности регистрировались в пределах препарата целостной кости на удалении от зоны приложения ударной волны на притяжении до 5 см. Заряды не регистрировались в смежной с исследуемой костью (связанных через общую суставную капсулу). Пьезоэлектрический импульс быстро затухал при помещении мышц или сухожильной ткани между излучателем ударно-волнового аппарата и костью, а также при направлении излучателя УВТ не перпендикулярно к поверхности кости. Пьезоэлектрический сигнал не регистрировался при воздействии ударно-волной на область сухожилия. Заключение: Ударно-волновое воздействие на кость вызывает пьезоэлектрические эффекты в ней. Ударная волна является физиотерапевтическим фактором, поведение которого в теле человека можно упрощенно описать законами распространения акустических волн в средах. Модель «ударная волна-кость-пьезоэлектрических заряд» может использоваться для моделирования и предварительной оценки воздействия УВТ.

Ключевые слова
ударно-волновая терапия, пьезоэлектрический эффект, костная ткань, остеорепарация, механотрансдукция.

(статья в формате PDF. Для просмотра необходим Adobe Acrobat Reader)

открыть статью в

новом окне

Список литературы

1. Shock wave as biological therapeutic tool: From mechanical stimulation to recovery and healing, through mechanotransduction / d'Agostino MC, Craig K, Tibalt E, Respizzi S.// Int J Surg. - 2015. - Vol. 24, Pt B. - Р.147-53. doi: 10.1016/j.ijsu.2015.11.030

2. The bone defect healing under the influence of radial extracorporeal shock-wave therapy in experiment/ Gertsen GI, Se-Fey, Ostapchuk RM, Lesovoy AV, Zherebchuk VV. //Klin Khir. - 2016. - Vol. 3. - P. 54-7. Russian.

3. Biological effects of extracorporeal shockwave in bone healing: a study in rabbits/ Wang CJ, Wang FS, Yang KD. // Arch Orthop Trauma Surg. - 2008. - Vol. 128, 8. - P.879-84. doi: 10.1007/s00402-008-0663-1

4. Impact of radial shock-wave therapy of a low frequency on metabolic processes in the bone tissue in traumatic tibial defects in experiment / Magomedov AM, Gertsen GI, Fey S, Kuzub TA, Krinitskaya OF.// Klin Khir. - 2016. - Vol. 4. - P. 64-6. Russian.

5. High energy focused shock wave therapy accelerates bone healing. A blinded, prospective, randomized canine clinical trial /Kieves NR, MacKay CS, Adducci K, Rao S, Goh C, Palmer RH, Duerr FM.// Vet Comp Orthop Traumatol. - 2015. - Vol.28, 6 - P. 425-32. doi: 10.3415/VCOT-15-05-0084

6. Historical ESWT Paradigms Are Overcome: A Narrative Review / Heinz Lohrer, Tanja Nauck, Vasileios Korakakis and Nikos Malliaropoulos/ BioMed Research International - 2016. - Article ID 3850461 - 7 pages. doi.org/10.1155/2016/3850461

7. Fukada E., On the Piezoelectric Effect of Bone/ Fukada E., Yasuda I. // J. Phys. Soc. Japan - 1957. - vol. 12. - P. 1l58-1162.

8. Yasuda I. Dynamic callus and electric callus / Yasuda I., Noguchi K., Sata T. // J. Bone Joint Surg. - 1955. - vol. 37A - P.1292-1293.

9. Andrew C., Bassett L., Robert O. Becker. Generation of Electric Potentials by Bone in Response to Mechanical Stress.// Science. - 1962. - Vol. 137. - Issue 3535 - P. 1063-1064. doi: 10.1126/science.137.3535.1063

10. Shamos MH., and Lavine LS. Physical bases for bioelectric effects in mineralized tissues.// Clin Orthop Relat Res. -1964. - Vol.35. - P.177-88.

11. Возможные механизмы влияния электретных эффектов костей на остеогенез у детей и подростков / Василевич С.В., Арсеньев А.В., Дудин М.Г., Хомутов В.П., Комлев А.Е. В сборнике: VIII Международный конгресс "Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине" Научные труды Конгресса - 2018. - С. 165-166.

12. The influence of low-frequency acoustic vibrations on the osteoreparation of the long bones of extremities at combined radiative-mechanical lesions / Shapovalov V.M., Nadulich, K.A., Vasilevich, S.V., Garipov R.R. // Traumatology and Orthopedics of Russia. - 2008. - Vol. 3,49. - P. 4-10. Russian.

13. Analysis of stress distribution and piezoelectric response in cantilever bending of bone and tendon / Williams WS, Breger L.// Ann N Y Acad Sci. - 1974. - Vol 238. - P. 121-30. doi.org/10.1111/j.1749-6632.1974.tb26782.x