由于创伤性骨病的高发生率,对于患者伤后、术后的及时康复一直是康复临床工作的重要方向之一。近数年来各类骨科金属内固定系统发展迅速,而应用内固定物的弊端,如术后出现放射痛、异位骨化、相邻关节退化、关节僵硬、运动受限等近远期并发症仍然存在。合理应用物理治疗方法是减轻症状、促进骨伤愈合、运动功能恢复、改善愈后的重要手段。然而,由于可能导致热损伤,在高频电的应用中,治疗局部存在金属植入物一直被列为微波治疗的禁忌之一。但随着低导电率导热率钛合金内植物广泛应用于临床,高频电可致金属植入物周围组织热损伤的传统理论受到挑战。本研究采用体内、体外实验验证钛合金植入术后应用微波治疗的可行性,为微波应用于钛合金植入术后康复治疗提供实验依据。本研究分为3个部分。第一部分:不同金属材质对微波热效应影响的体外研究目的:微波属于超高频电磁波,照射区域会形成强电磁场。存在电磁场中的金属由于涡电流、磁滞等原因生热,加之金属对微波的反射而导致金属周围组织热损伤。既往研究表明,金属在电磁场中的温度变化与材质有关。本研究采用医用微波照射常见医用金属,通过分析温度变化以阐明不同材质对微波热效应的影响。方法:体外构建4%琼脂标准肌组织等效体模植入钛、钛合金、铜、镍、(奥氏体)不锈钢材料制成体外模型。对每组体模使用2450mhz微波治疗仪,照射时间30min,照射探头垂直距离体模表面10cm、不同照射功率(20w、40w、60w)。照射同时使用测温仪器对植入物周围进行温度测量,以分析金属材质对微波热效应的影响,并对温度升高与电导率(lg转化)绘制散点图和进行趋势线拟合分析。结果:钛合金周围温度曲线提示,20w、40w、60w微波照射时,钛合金周围温度随照射时间延长变化不明显,温度升高分别0.4±0.12℃、0.5±0.11℃、1.7±0.12℃较其它金属升温低。在20w、40w、60w微波照射时,铜周围温度随照射时间延长变化明显,温度升高分别0.5±0.13℃、3.7±0.12℃、3.8±0.14℃与其它四种金属比较,铜温度升高最大。对温度升高与电导率进行散点图和趋势线拟合分析结果表明,20w温度升高与金属电导率相关关系不显著(15min和30min分别为r=-0.32,p=0.364;r=-0.27,p=0.452),而40w温度升高与金属电导率正相关(15min和30min分别为r=0.55,p=0.057;r=0.66,p=0.038),且60w温度升高与金属电导率导率正相关(15min和30min分别为r=0.68,p=0.032;r=0.74,p=0.015)。结论:金属在2450mhz微波场中温度升高与金属材质有关,电导率较低的金属温度升高较小。5种金属中,钛合金温度升高最小。微波有可能成为钛合金内植入术后物理治疗方法。第二部分:单次微波照射对钛合金毗邻组织影响的动物实验研究目的:在体外研究中发现钛合金较其它金属对微波热场均一性影响较小,由于体外实验方法验证微波对金属植入术后安全性有其局限性,我们进一步采用动物模型研究不同功率微波单次照射对钛合金周围组织的影响。方法:在本部分研究中,采用钛合金板植入兔股骨的动物模型,2450mhz微波20-80w的梯度功率照射手术肢体,与不植入钛合金的对照肢体比较微波暴露时植入物周围组织温度变化。照射后采用电生理学方法测定钛合金毗邻坐骨神经mncv及cmap波幅,采用病理学的方法检测植入物旁骨骼肌、神经组织形态变化,以此对微波短期热效应进行评价。结果:与对照侧肢体相比,20w和40w组实验侧肢体温度升高差异不显著(p>0.05)。80w组实验侧肢体温度升高14.8±0.7°c,较对照侧肢体温度升高显著(7.0±0.9°c,p<0.01)。60w组对照侧和实验侧肢体温度升高(6.1±0.5°c和9.2±0.3°c)差异显著(p<0.01)。在对坐骨神经股骨神经电生理研究中,与对照侧肢体相比60w和80w微波辐照使实验侧肢体坐骨神经mncv较对照侧肢体分别下降了29.0%和60.6%(p<0.05)。但各组cmap振幅对照侧与实验侧肢体坐骨神经均无显著差异(p>0.05)。微波照射后取钛合金毗邻骨骼肌、坐骨神经组织进行显微镜镜检,20w和40w组对照侧和实验侧肢体没有观察到异常的形态学变化。60w组实验肢体可观察到骨骼肌细胞间隙充血和出血。80w组实验肢体可观察到肌细胞内出现直径1–10μm空泡及肌细胞结构破坏,血管内血栓形成,坐骨神经不同程度髓鞘水肿等病理变化。结论:2450mhz微波小功率(20–40w)照射不会引起钛合金周围组织温度升高,较高功率(60–80w)微波照射导致钛合金周围肌组织温度显著升高。2450mhz微波较高功率照射导致钛合金周围肌组织和神经组织急性热损伤。小功率微波照射有可能成为肢体钛合金植入术后物理治疗方法。第三部分:钛合金骨折内固定术后短疗程小功率微波治疗的疗效及安全性研究目的:在前一部分实验中发现,中小功率单次微波照射不会引起钛合金周围组织热损伤,为进一步研究小功率微波短疗程治疗对骨折钛合金内固定术后治疗的安全性及其对骨愈合影响,遂进行以下实验。方法:建立兔股骨骨折钛合金植入模型,术后3天开始给予2450 MHz微波连续波型25 W,10 min/d,30 d照射,实时测定温度变化。照射第0,10,30 d采用股骨正位片测量骨痂密度,评价骨折愈合。30 d微波治疗结束,处死动物,取钛合金相邻骨骼肌、神经及骨组织,采用病理学、电镜、分子生物学的方法评价钛合金毗邻骨骼肌、神经、骨组织是否存在热损伤。取骨折线周围骨痂组织采用病理学、骨小梁计算方法评价骨折愈合。结果:微波照射30天后取钛合金相邻骨骼肌,病理学研究结果表明,实验组偶见肌细胞肿胀,电镜检测发现实验组可见肌细胞线粒体肿胀、嵴脱落,而对照组肌细胞未见异常。植入物毗邻神经组织、骨组织行病理检查,对照组、实验组形态学未见异常。检测骨骼肌caspase-3,-9 mRNA及蛋白表达,10、30 d对照组与实验组差异不显著(均P>0.05)。采用X-线平片评价股骨缺损愈合,结果表明照射第10 d两组骨折愈合差异显著(P=0.03),而第30 d两组差异不显著(P=0.12)。骨组织病理学评分结果表明,10 d对照组评分1.75±0.50,实验组评分为2.75±0.50,两者差异具有统计学意义(P=0.0302);30 d对照组评分6.43±0.79,实验组评分为7.13±0.35,两者差异具有统计学意义(P=0.0413)。骨小梁计算学结果也表明微波治疗可促进骨折愈合。结论:2450 MHz微波,功率25 W,每天10 min,连续30 d的治疗不会对钛合金植入物周围组织造成不可逆热损伤且可有效促进钛合金固定术后骨折愈合。小功率短疗程微波照射有可能成为钛合金植入术后物理治疗方法。