骨质疏松症(Osteoporosis,OP)是一利全身性疾病，由遗传、内分泌、免疫、运动和营养等多种因素引起，其特征是骨质减少，骨组织微结构破坏，引起代谢紊乱，使得骨脆性增加而易骨折。在我国随着老龄人群的日益增加，骨质疏松性骨折或为危害老人身体健康的主要原因之一，如何加速特质人群骨折后愈合成为骨科的难点与热点。本项目旨在通过实验研究来探索旋转恒定强磁场作用下机体发生的变化，揭示磁场对骨质疏松骨折愈合的影响。为目前旋转强恒磁场治疗严重影响中老年人身体健康和生活质量的骨科疾病提供理论基础，为磁场治疗骨折、骨不连、骨质疏松等骨科疾病提供新的思路与方法。
1材料与方法
1.1实验动物
健康SPF级Sprague-DawleySD大鼠(4~6周龄)雌雄各半，由广东省医学动物实验中心提供(动物质量合格证A)。雌雄分笼饲养，颗粒饲料喂养，自由饮水，动物房温度18℃~25℃，湿度50%~70℃。
1.2仪器与试剂
旋转强恒磁场(RCSMF)，使用深圳大学自主研制的HMF磁场治疗装置(中国专利号2L.1美国发明号为5..),磁场是由稀土磁钢制成的圆柱形磁体，强度0.4T，旋转频率6Hz，旋转频率:转/分;旋转时在磁场上方20cm内形成一个直径为60cm的有效半球形旋转磁场，大鼠放入其中，全身均匀暴磁。组织切片机、倒置相差显微镜。庆大霉素。安多福0.5%PVP-I消毒液。
1.3实验方法
1.3.1建立去卵巢骨质疏松(OVX-OP)模型
4周龄SD大鼠预养7d后，通风橱里用乙醚将雌鼠麻醉，固定，用脱脂棉蘸碘氟消毒背部皮毛，在卵巢平齐背中线作一纵切口，从切口探入，分别移至两边卵巢位置做钝性分离，暴露卵巢周围组织，切除双侧卵巢，缝合切口。将手术后的大鼠移回饲养笼，喂水中添加庆大霉素，4万单位/ml，防止感染。
1.3.2肋骨骨折处理
骨折手术:去卵巢手术恢复饲养1个月后，通风橱里用乙醚将SD大鼠麻醉，固定，用脱脂棉蘸碘氟消毒腹部皮毛，在左肋下侧作一纵切口，用大剪刀剪断倒数第2根肋骨，缝合切口。将手术后的大鼠移回饲养笼，喂水中添加庆大霉素，4万单位/ml，防止感染。造模后动物随机分为实验组与对照组，每组12只。
1.3.3磁场处理
实验组采用本实验室研制的HMF-磁场治疗装置进行暴磁处理，强度0.4T，旋转频率6Hz，连续30d，每天固定时段暴磁2h。对照组不经磁场处理。分别在第10.20.30天处死SD大鼠取骨折愈合处的骨痂，将带骨痂的肋骨单独剪下，剔除肌肉，10%甲醛溶液固定。用注射器从背部人静脉抽取血液，离心，取血清，1.5mlEP管保存。大鼠死亡。
1.3.4肋骨骨组织石蜡切片的制作及HE染色
肋骨用脱钙液(甲酸10ml+甲醛2m1+蒸馏水8m1)脱钙12h后进行常规组织石蜡切片并进行HE染色，显微镜下对比观察组织形态差异。
1.3.5股骨骨质密度测定
使用关国Lunar公司生产的DPX-L双能X线骨密度仪测定其骨密度(g/cm2)。测定条件为:扫描模式slow;扫描区大小60mm×39mm;电压76kv;电流μA。
1.3.6组织形态计量
骨痂部位的石蜡切片经HE染色后，测量两侧编织骨最小距离、软骨细胞相对面积百分比。
1.4统计学方法
用SPSS软件对实验数据进行处理，结果以均值加减标准差(X±s)表示，均数比较采用t检验;百分率比较采用ChiSquare检验。
2结果
2.1骨质疏松骨折模型建立与股骨密度测定
去卵巢后，对照组大鼠与假手术组相比，出现骨密度降低(P0.05),磁场处理后，实验组大鼠与对照组相比，骨钙含量明显增加(P0.05)，骨密度恢复正常水平(见表1)。
2.2观察骨折部位愈合形态差异
分别在第10.20.30天处死大鼠，观察骨折部位，初步判断骨折愈合情况。第10天随着纤维蛋白由骨折两端相互渗入，成纤维细胞、吞噬细胞的侵入，血肿逐渐消失，演变成纤维结缔组织，骨折断端初步连接在一起，形成纤维连接，可见实验组(b)连接更紧密，骨折对位好，但差异不明显。第20天实验组(d)骨折部位膨大，软骨骨痂形成，在骨折端的骨组织逐渐骨化，形成新骨。对照组(c)虽有膨大但不及实验组明显。第30天实验组(f)骨痂完全形成，骨折线消失，骨折断端经死骨清除和新骨形成代谢而逐步恢复原状，形成骨性连接。对照组(e)骨折线仍旧明显可见。结果表明经过0.4T强度恒磁场处理的SD大鼠骨折愈合程度比对照组高(图1)。
2.3HE染色观察磁场处理后骨痂愈合组织学变化
暴磁30d之后可见实验组与对照组有显著形态差异。实验组骨生成细胞数量较多，软骨细胞更加密集，生长板的厚度及生长板纵列总体细胞的数目也明显多于对照组。骨折创口两侧新生骨细胞紧密接触，两侧的编织骨间隔短，骨组织改建进程相对较快。对照组软骨细胞排列疏松，间质填充较多，骨组织改建进程较慢，骨折创口仍未完全由骨细胞填充(图2)。
骨小梁的形态也显示出一定差异。实验组骨小梁增宽，骨小梁间隙缩小，可见成队状排列似上皮细胞样覆盖于新生骨表而的成骨细胞。对照组骨小梁比较稀疏，骨小梁边缘有众多深浅不一的吸收陷窝，有些部分由于破骨细胞的溶骨作用，小梁出现中断(图3)。
实验组与对照组靠近生长板的编织骨都未穿过骨折面连接，恢复正常功能。但对照组编织骨结构疏松，排列比较紊乱，表面有较多的骨吸收陷窝，骨组织改建进程较慢。实验组编织骨呈纵向排列，纵向小梁间由横向小梁相连，相互连接成立体网状，表面光滑，间距小，排列规则致密(图4)。
2.4骨组织形态计量
暴磁30d后，测量两侧编织骨距离，截取包括全部骨痂部位在内的相同大小面积的图像，统计软骨细胞面积比例。发现实验组两侧编织骨最小距离与对照组相比少99.6μm，更加靠近骨折线，表明骨折愈合速度较快。软骨细胞相对面积百分比也比对照组少25.61个百分点，表明同等条件下，0.4T强度磁场对促进软骨骨痂转化为编织骨，具有一定作用(表2)。
3讨论
磁场对骨折愈合的促进是一个综合性过程。一般认为，磁场具有成骨作用，磁场能够促进和诱导未分化的间充质向软骨细胞及成骨细胞方向分化，引起细胞的增殖、细胞碱性磷酸酶的活性增强及骨组织中细胞外基质的生成，显著提高ALP活性。与此同时，电磁场还可能影响到破骨细胞活性。低频低强电磁场能引起细胞内钙浓度的变化，从而影响破骨细胞皱褶缘上Ca2+浓度依赖性的肌动蛋白——凝胶溶素。由于皱褶缘是破骨细胞处于吸收活性所必需的结构，因此皱褶缘结构可受胞内钙浓度调控从而改变破骨细胞形态，破坏破骨细胞的极化，抑制破骨细胞增殖。
磁场对软骨细胞也有一定的直接作用，磁场激活细胞内的CAMP系统(环-磷酸腺苷系统)，再进一步使酶系统活化，促进软骨细胞的增生、钙化影响骨折愈合。另外，磁场刺激能促进骨折处血液循环的重建与微循环的改善，为加速骨折愈合提供了条件。
电磁诱导骨生民因子产生的机制通过大量研究表明，各种电磁刺激可以增加胞液中游离钙离子浓度。钙离子增加可直接或通过激活钙调蛋白间接激活一些蛋白激酶，进而引起蛋白磷酸化作用改变胞内一系列信号通路，将刺激信号传递至核内，引起促细胞增殖作用。
骨代谢和骨愈合是受多种因素调节的复杂过程，磁场促进骨折愈合的机制也是多方面的。多年来，国内外学者从分子、细胞等不同层次进行研究，已经证明磁场对骨科疾病的确切疗效。由于磁场能明显改善骨代谢又无毒副作用的显著优势，其作为临床加速骨折愈合，治疗骨延迟愈合及骨不连的有效措施，日益受到生物医学界同道的青睐，人们期待磁技术能为人类健康做出更人的贡献。
近年磁生物学的研究已证明旋转恒磁场可促进成骨细胞生长，抑制破骨细胞生长及其功能。磁场抑制破骨细胞生长和功能的原因是因为强磁场可解聚细胞内的微丝和微管结构，使得破骨细胞不能形成皱折缘吸附在骨头上定向分泌溶酶体小泡分解骨组织，从而抑制了骨质破坏，改善骨质疏松症状。本实验将大鼠去卵巢后1个月测定骨密度明显减低，随后进行肋骨剪断手术，成功建立非负重性骨折模型。建模后，每天磁场处理2h，连续15d，结果发现磁场能够明显增加骨钙含量，肋骨愈合完好。田茂友等取8月龄雌性wistar大鼠22只，随机分为去卵巢组和假手术对照组，结果发现与假手术对照组比较，去卵巢组子宫显著缩小，钙含量与骨密度均明显降低。本实验获得与其相同的实验结果。众多基础医学实验研究和临床应用，证明磁场可以促进骨折愈合，缩短愈合时间。但磁场对骨质疏松性骨折愈合的影响报道很少，我们的实验结果证实磁场对那些因骨质疏松等因素骨折延迟愈合者，磁场能提高治疗效果。可见，磁场与骨科常规治疗方法相结合，无论治疗骨折不易愈合或新鲜骨折都是有意义的。
(以上数据转载于张小云教授磁医学研究)
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