慢性肩袖撕裂手术修复后应用体外冲击波治疗

2023-08-18 13:59

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摘要

背景：慢性肩袖撕裂的特点是肌腱结构和肌腱弹性持续丧失，手术修复的失败率很高。

方法：我们将48只成年雄性SD大鼠(每组16只)在肌腱剥离后退变3周后，行冈上肌腱经骨修复术。将大鼠随机分为3组：无ESWT/对照组、术中ESWT/IntraESWT组、术中及术后ESWT/IntraPostESWT组。在观察期间重复评估通过步态分析确定的肩关节功能。肌腱重建八周后对大鼠实施安乐死，并进行生物力学和基因表达分析。

结果：从宏观上看，安乐死时所有的修复肌腱都完好无损，未发现破裂。生物力学分析显示，与对照组相比，两个ESWT组的负荷-失效测试结果均显著改善；功能步态分析显示，与对照组相比，IntraPostESWT组的强度测量显著增强（P<.05）；基因表达分析显示，3组之间没有显著差异。

结论：单次应用ESWT和重复应用ESWT组的生物力学结果明显改善。此外，功能评估显示重复 ESWT 组的强度测量结果显著改善。


01
研究方法
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动物模型
使用48只雄性 Sprague-Dawley 大鼠，适应期为1周。 将大鼠按 2 只一组饲养在温度和光线受控的房间内（12 小时明暗循环）。 根据3个研究组（每组n=16只大鼠）的随机方案进行手术：对照组/无ESWT组、术中ESWT组（IntraESWT）、术中及术后ESWT组（IntraPostESWT）（图1）。3组大鼠的年龄和体重（400-410g）是相同的。在时间点0，所有大鼠在全身麻醉下接受左肩冈上肌（SSP）单侧肌腱切开术。在左肩前外侧做一个切口，并进行三角肌分离。 SSP肌腱手术暴露后，在插入区域与骨进行了锐性剥离。
诱发损伤后三周，对左侧再次进行手术，并使用改良的Mason-Allen缝线和经骨缝合线进行肌腱修复。如初次手术一样进行皮肤的重新适应和闭合。IntraESWT组和IntraPostESWT组均进行术中冲击波治疗。我们通过液电式发生器在插入侧施加600个广聚焦冲击波，能流密度为0.19 mJ/mm²，频率为3 Hz（DermaGold；由 MTS 制造）。对所有动物平等地进行疼痛治疗，并允许在丰富的环境中进行自由的笼内活动。术后一周，IntraPostESWT组的动物接受了另一次ESWT，与第一次应用相同，使用相同的液电式装置、相同的能流密度和脉冲次数（图1）。肌腱复位8周后，在深度麻醉下通过心脏内过量硫喷妥钠处死动物。然后，通过温和的暴露和仔细的准备，立即将两条肱骨取出。小心维持 SSP 肌腱附着。其他肌腱被小心地移除。肱骨头周围的小软组织保持不变，以保护肌腱和骨骼（图 2）。一只属于基因表达分析和步态分析对照组的大鼠在第二次手术干预后因围手术期麻醉并发症死亡。另一只属于IntraPostESWT组的大鼠因关节感染而被排除在研究之外（图 1）。

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图1.研究设计的示意图。

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生物力学分析
肱骨标本在 4°C 下保存在 1% 青霉素-链霉素溶液中，直至在 48 小时内进行生物力学测试。对手术治疗组的 36 只大鼠及其对侧进行了生物力学测试。
由1名研究者(X.F.)对研究组进行盲法检测。为了仅评估再生组织，在进行测试之前，肌腱再附着处的缝线被丢弃。如早期研究所述，在肱骨骨干上钻一个孔，将钢丝穿过并缠绕在肱骨头上，以防止生长板失效。在生物力学测试过程中，用锉刀在肱骨头的上部位置形成一个小缺口，将钢丝固定在适当的位置。肱骨远端用聚甲基丙烯酸甲酯固定，为了防止滑动，将SSP肌腱固定在砂纸夹中，尽可能靠近肌腱足迹（图2B）。测试在室温（21°C）下进行。根据之前的研究，在单轴试验机（BZ 2.5/TN1S；Zwick/Roell）中以 10° 角（对应 80° 外角）气动固定样本（图 2B）。

通过应用 5 个预负荷循环（0.6 N 负荷和 0.2 N 静息阶段）以及 30 秒的保持时间来进行预处理。预处理后试样以0.5 mm/min的恒定试验速度进行试验直至失效。用TestXpert软件(Zwick/Roell)记录受力情况，以最大受力值进行组间比较。


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图2.(A)处死后立即取出并准备肱骨，包括SSP肌腱(左:手术侧，右:非手术侧)。(B)生物力学测试:将样品以10°角固定，肱骨远端段用聚甲基丙烯酸甲酯浸泡，SSP肌腱用砂纸夹固定。★处为肱骨头；✚处为 SSP肌腱；SSP，冈上肌。

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步态分析
在 4 个时间点对所有研究大鼠（n = 45；如前所述排除 2 只，加上 IntraPostESWT组另外排除 1 只）进行步态分析：术前（基线）、第二次手术前 1 天、第二次手术后 2 周、第二次手术后 8 周安乐死前。由于适应过程，对所有大鼠进行训练跑步。所有分析均由2名经验丰富的研究组盲检人员进行。CatWalk系统由一个玻璃滑道组成，可以显示穿越动物的足迹，以及有关移动速度和一致性的信息。摄像机记录了动物的运动。至少 3 次运动的平均值用于分析，其中每只爪子有 3 个代表性足迹。步态改变是通过使用左前爪的结果来检测的，以右前爪的比率表示。测量了以下参数：足迹面积、平均强度、最大接触-平均强度、摆动持续时间和步幅长度。
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基因表达
对 10 只大鼠进行手术治疗的肩部侧和对侧（由于如前所述的 2 次排除；Intra-ESWT组，n = 4；IntraPostESWT组，n = 3；对照组，n = 3）进行基因表达谱分析。在分离肱骨并仔细分离 SSP 肌肉后，提取了不含SSP中三分之一肌腱组织的肌肉样本。RNA浓度的测量是通过分光光度法进行的。 测量CXCL12、TGF-β1和TGF-β3以及VEGFR2、HPRT的表达。
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统计分析
基于之前评估肩袖肌腱愈合的研究，在生物力学分析中对负荷失效（最大负荷，N）的主要结果进行了功率分析。通过这些估计，每组 12 个样本的功效达到 0.80 (α= .05)。使用D’Agostino和Pearson综合正态性检验进行正态分布检验。在正态分布的情况下，进行单因素方差分析和Tukey/Sidak多重比较检验。对于非正态分布的情况，进行Dunn多重比较检验和Kruskal-Wallis检验。
将手术治疗侧的结果与对侧的结果进行比较，并以其比值表示。在组内正态分布的情况下，使用配对t检验。GraphPad Prism (v6.00;GraphPad软件)用于结果的统计计算和图表的创建。


02
研究结果
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生物力学分析

对所有手术的 36 只大鼠的手术侧和对侧进行生物力学分析。两个 ESWT 组的从负荷到失效结果均显著高于对照组。在ESWT组间未检测到统计学上显著的差异。每组内手术侧和健康侧之间的比较在对照组中呈现显著差异。与未治疗的关节相比，IntraESWT组和IntraPostESWT组在负荷曲线方面没有显著差异。与手术关节相比，健康关节表现出更连续的轮廓，在测试过程中明显的断裂更少。

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步态分析

对45只大鼠进行了CatWalk XT步态分析。在足迹面积、摆动持续时间和步幅长度等参数方面，研究组之间未检测到显著差异。修复手术后八周（康复后期），强度参数分析在两个 ESWT 组中均呈现上升曲线，达到平均强度的显著性（调整后的P≤ .05）。

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受影响的SSP肌肉的基因表达
对10只大鼠进行了基因表达谱分析。在TGF-β3测量中，来自IntraESWT组的 1 个样本因技术问题而被排除。3组之间的每个基因表达测量均未发现显著差异。
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讨论&局限
本研究的目的是确定ESWT对实验性慢性肩袖撕裂的生物力学结果的影响。此外，我们选择评估其对肩功能和基因表达的影响。
慢性肩袖撕裂模型手术修复后，ESWT治疗组的生物力学结果显著改善。IntraESWT组和IntraPostESWT组均显示出明显增加的负荷至失效。此外，通过步态分析评估的肩功能显示ESWT组在平均强度参数上达到显著性改善。尽管肌腱愈合和腱-骨愈合存在基本差异，但这些结果可能表明，与对照组的瘢痕介导过程相比，冲击波组的愈合过程更具再生性。
本研究的一个局限是 IntraPostESWT 组的额外麻醉。尽管各组大鼠之间的笼内活动无可检测到的差异，但 IntraPostESWT 组额外的麻醉可能会影响康复过程。考虑到伦理因素，对所有研究大鼠进行额外的麻醉是不合理的。另一个局限可能是本研究设计中使用大鼠模型。 由于不同的运动特性以及负荷差异，必须谨慎解释结果才能转化为临床实践。


03
结论
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ESWT是预防人类肌腱撕裂愈合失败的新方式
与对照组相比，单次应用ESWT组和重复ESWT组的负荷到失效测试都有显著改善。这些结果表明，即使是单次应用ESWT疗法也可以获得有益的效果并提高结果。
由于慢性肩袖修复术后的愈合失败率很高，本项研究支持了一种新的额外治疗方法来预防人类肌腱撕裂愈合的失败——一种考虑肌腱质量、撕裂大小、年龄、行为和撕裂慢性的治疗方法。在肌腱修复术后应用ESWT 可以改善生物力学稳定性，从而使患者更快地重新活动，并缩短重返工作和体育活动的恢复期。
此外，由于冲击波疗法是一种无创、易于执行、具有成本效益的治疗工具，并且无不良副作用，因此本研究在骨科手术中具有很高的临床相关性。基于这些实验室研究结果，一项临床研究已经启动，以证实 ESWT 在临床上的改善效果。


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