趙文韜++張曉剛++趙希云++仝尊++王志鵬

摘要：“動靜結(jié)合”理論與成骨細(xì)胞應(yīng)力下產(chǎn)生效應(yīng)的現(xiàn)象相吻合，而近年來關(guān)于動靜結(jié)合治療的分子生物學(xué)研究文獻(xiàn)不多。“動靜結(jié)合”理論治療骨折等骨科疾患的方法是利用骨折局部產(chǎn)生的應(yīng)力，該應(yīng)力通過影響成骨細(xì)胞的增殖分化而控制骨形成的結(jié)果，且已得到相關(guān)實(shí)驗(yàn)的佐證。本文就此探尋了中醫(yī)“動靜結(jié)合”理論與應(yīng)力刺激成骨細(xì)胞增殖分化相關(guān)性的分子生物學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：中醫(yī)；動靜結(jié)合；成骨細(xì)胞

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2017.09.003

中圖分類號：R274.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-5304（2017）09-0008-03

Correlation Discussion on TCM Theory of “Static and Dynamic Combination” and Mechanism of Osteoblast Proliferation and Differentiation by Stress Stimulation ZHAO Wen-tao1，2， ZHANG Xiao-gang1，3， ZHAO Xi-yun1， TONG Zun1， WANG Zhi-peng1 （1. Gansu University of Chinese Medicine， Lanzhou 730000， China； 2. Yunnan University of Traditional Chinese Medicine， Kunming 650500， China； 3. Affiliated Hospital of Gansu University of Chinese Medicine， Lanzhou 730000， China）

Abstract： The theory of “static and dynamic combination” coincides with the effect of osteoblast stress， although there are few articles on molecular biology about the theory in recent years. The treatment of “static and dynamic combination” theory for fractures and other orthopedic disorders is to use the localized stress fracture， and the stress controls bone formation results through afffecting proliferation of osteoblast differentiation， which has proved by relevant experimental evidence. This article discussed the molecular biology basis about the correlation between theory of “static and dynamic combination” and osteoblast proliferation and differentiation by stress stimulation.

Key words： TCM； static and dynamic combination； osteoblasts

中醫(yī)“動靜結(jié)合”理論是中醫(yī)骨傷科的核心理論之一，普遍運(yùn)用于骨傷科疾病治療。成骨細(xì)胞作為骨組織中應(yīng)力感受及效應(yīng)細(xì)胞，在骨生長、修復(fù)和改建中發(fā)揮重要作用，成骨細(xì)胞的增殖分化是骨折愈合、抗骨質(zhì)疏松治療的重要生理病理變化過程，成骨細(xì)胞通過增殖，細(xì)胞外基質(zhì)成熟、礦化等完成骨形成過程，在合適的外力作用下可以促進(jìn)其基因表達(dá)及蛋白分泌，進(jìn)而調(diào)控骨骼的生長修復(fù)[1]。成骨細(xì)胞在應(yīng)力下產(chǎn)生效應(yīng)的現(xiàn)象與“動靜結(jié)合”理論相吻合，也為中西醫(yī)結(jié)合治療骨傷疾病提供新的依據(jù)。為此，筆者就“動靜結(jié)合”理論與應(yīng)力刺激成骨細(xì)胞增殖分化的分子生物學(xué)依據(jù)作一探討。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（81560780）

通訊作者：張曉剛，E-mail：zxg0525@163.com

1 “動靜結(jié)合”理論梗概

“動靜結(jié)合”理論是中醫(yī)骨傷科“動靜結(jié)合、筋骨并重、內(nèi)外兼治、醫(yī)患合作”四大治療原則之一。該學(xué)術(shù)思想源于《內(nèi)經(jīng)》和《難經(jīng)》，最早系統(tǒng)見于唐代藺道人《仙授理傷續(xù)斷秘方》[2]。清代胡廷光《傷科匯纂》通過骨折手法復(fù)位、固定與練功等多方面闡述了“動靜結(jié)合”的理論原則。后經(jīng)我國骨科前輩方先之、尚天裕等名家總結(jié)，結(jié)合現(xiàn)代研究成果進(jìn)一步升華提出了“動靜結(jié)合”的現(xiàn)代理論，并在長期臨床運(yùn)用中不斷充實(shí)和豐富，改變了骨折治療的傳統(tǒng)觀念。1966年，方先之、尚天裕等編寫的《中西醫(yī)結(jié)合治療骨折》確立了中國接骨學(xué)（Chinese Osteosynthesis，CO）的地位[3]。CO不同于傳統(tǒng)中醫(yī)或現(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療方法，有其獨(dú)特的中西醫(yī)結(jié)合治療骨折原則。

國際上以Müller教授為首的學(xué)者自20世紀(jì)60年代創(chuàng)立了“國際內(nèi)固定研究學(xué)會”（德語：Arbeitsgemeinschaft für Osteosynthesefragen，AO；英語：Association for the Study of Internal Fixation，ASIF）提出“解剖對位、堅(jiān)強(qiáng)固定、早期鍛煉”的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，重視堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定下的早期功能鍛煉[4]。由于AO技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是骨折固定的力學(xué)穩(wěn)定性而未充分重視骨折治療的生物學(xué)特性，伴隨其推廣運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)了一系列缺點(diǎn)和問題，如部分骨折進(jìn)行堅(jiān)強(qiáng)固定后無法早期功能鍛煉、加壓鋼板固定骨折愈合去除鋼板后再骨折等。為此，AO學(xué)派不斷融入新的理念和方法，CO學(xué)派建立的“動靜結(jié)合”理論為AO學(xué)派解決其學(xué)術(shù)難點(diǎn)提供了思路，從而促進(jìn)AO學(xué)派向生物學(xué)固定（Biological osteosynthesis，BO）學(xué)派的轉(zhuǎn)變。endprint

2 “動靜結(jié)合”理論科學(xué)驗(yàn)證

骨骼生長所遵循的Wolff定律是針對骨骼生長適應(yīng)性提出的理論[5]。骨折愈合的生物力學(xué)基于該定律，即在生理范圍內(nèi)，骨骼重建應(yīng)力較高的區(qū)域內(nèi)骨結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，應(yīng)力低的區(qū)域內(nèi)骨結(jié)構(gòu)減弱。機(jī)械應(yīng)力在骨骼生長重建過程中可通過多種信號途徑調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的分化[6]。當(dāng)機(jī)體運(yùn)動時(shí)，所產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力及運(yùn)動誘導(dǎo)可影響骨代謝，適當(dāng)?shù)幕顒佑兄诠切纬珊凸谴x?；凇皠屿o結(jié)合”理論的骨折治療研究顯示，循環(huán)應(yīng)力對骨折治療能夠刺激骨痂大量生成，促進(jìn)骨痂成熟，提高骨骼結(jié)構(gòu)特性，加速骨折愈合[7]。在生理范圍內(nèi)，較高的應(yīng)力不斷反復(fù)作用對骨修復(fù)誘導(dǎo)作用較強(qiáng)；有壓應(yīng)力者的骨折修復(fù)更快更好[8]。

3 “動靜結(jié)合”理論促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖分化

動靜結(jié)合治療骨折的原則是只固定骨折局部，而不固定骨折部位的上下關(guān)節(jié)，維持復(fù)位同時(shí)又限制骨折端的異?；顒?，同時(shí)需要讓上下關(guān)節(jié)可以早期進(jìn)行必要的功能鍛煉，通過肌肉收縮所產(chǎn)生的內(nèi)在應(yīng)力傳到骨折斷端產(chǎn)生軸向壓應(yīng)力從而促進(jìn)骨折愈合[9]。王以進(jìn)[10]研究發(fā)現(xiàn)，骨折間隙在生理范圍內(nèi)的應(yīng)力作用下可以加快骨小梁、骨痂的生長速度，提高骨折的愈合能力。而骨骼是支持身體、保持鈣及磷酸鹽體內(nèi)平衡、保護(hù)重要器官并容納骨髓的一個重要的多孔組織，組織內(nèi)血液等內(nèi)環(huán)境所產(chǎn)生的靜水壓力和流體應(yīng)力在骨骼內(nèi)的細(xì)胞和血管之間相互作用，使骨骼必然承受基本水平的流體流動應(yīng)力，流體流動應(yīng)力在調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞增殖、分化、分布和在成骨細(xì)胞的細(xì)胞凋亡中起重要作用[11]。類似的機(jī)械應(yīng)力起著成骨細(xì)胞增殖、分化和成熟的關(guān)鍵作用，作為機(jī)械應(yīng)力受體的細(xì)胞，成骨細(xì)胞感受和響應(yīng)那些壓縮、應(yīng)變和剪切應(yīng)力相關(guān)聯(lián)的應(yīng)力[12]。

“動靜結(jié)合”理論指導(dǎo)治療骨折的方法會產(chǎn)生對骨折局部的應(yīng)力，該應(yīng)力通過力學(xué)信號調(diào)控影響成骨細(xì)胞的增殖分化來控制骨形成的結(jié)果。在人成骨細(xì)胞培養(yǎng)過程中加載循環(huán)應(yīng)變機(jī)械刺激后發(fā)現(xiàn)，應(yīng)變力每日施加30 min，在生理承受程度下的循環(huán)應(yīng)變可導(dǎo)致成骨細(xì)胞增殖分化增加[13]。“動靜結(jié)合”理論下的活動并非無原則甚至有害的活動，而是安全的活動，只有合適的牽張力才能促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖分化，促進(jìn)骨的生長修復(fù)和改建[14]。由此可以判斷，“動靜結(jié)合”理論與成骨細(xì)胞的增殖分化是有內(nèi)在聯(lián)系的。

4 應(yīng)力刺激促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖分化

各種不同應(yīng)力均可調(diào)控成骨細(xì)胞的增殖與分化。應(yīng)力包括有壓應(yīng)力、牽張力、流體剪切力、超聲波應(yīng)力等多種形式，其中牽張力和流體剪切應(yīng)力的研究相對較成熟。機(jī)械力學(xué)刺激作為骨代謝的重要調(diào)節(jié)因素，可在骨生長和骨折修復(fù)等許多臨床治療中刺激骨組織的再生與重建，達(dá)到形成新骨的目的[15]。生物力學(xué)刺激可增強(qiáng)成骨細(xì)胞增殖、分化，在已有研究的成骨細(xì)胞類型的基因表達(dá)模式中生物力學(xué)負(fù)荷均有影響[16]。成骨細(xì)胞可通過多種途徑感受體內(nèi)外力學(xué)刺激，并將其轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)信號，大小適宜的機(jī)械牽張應(yīng)力可促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖及分化，對成骨細(xì)胞的增殖和分化發(fā)揮重要的調(diào)控作用[17]。

牽張應(yīng)力的研究可以通過對培養(yǎng)基膜施加不同大小、節(jié)律的牽張應(yīng)力牽拉黏附在培養(yǎng)基膜上的成骨細(xì)胞以模擬體內(nèi)成骨細(xì)胞受力的情況[18]。程婉等[19]研究牽張應(yīng)力環(huán)境能促進(jìn)體外培養(yǎng)的成骨細(xì)胞增殖和分化的影響，發(fā)現(xiàn)在牽張應(yīng)力環(huán)境下以0.5 Hz頻率牽拉成骨細(xì)胞24 h，6%與12%的形變量均能刺激成骨細(xì)胞增殖與分化，其中12%的形變量作用優(yōu)于6%的形變量。Zhong Z等[20]對比研究了牽張和壓縮對于成骨細(xì)胞的生物反應(yīng)差異，發(fā)現(xiàn)相比對照組牽張力，其上調(diào)基因表達(dá)壓縮的效果更為明顯。

流體剪應(yīng)力也能調(diào)控成骨細(xì)胞的增殖與分化過程中信號表達(dá)進(jìn)而對骨代謝進(jìn)行調(diào)節(jié)，而靜態(tài)培養(yǎng)的成骨細(xì)胞，隨著體外培養(yǎng)時(shí)間增加其促進(jìn)破骨細(xì)胞形成的能力逐步提高[21]。為了研究流體剪切力對成骨細(xì)胞增殖分化的影響，國內(nèi)研究者設(shè)計(jì)了一套平行平板流動加載裝置，可以產(chǎn)生體外流體剪切力加載模型刺激成骨細(xì)胞并通過調(diào)整應(yīng)力大小、作用時(shí)間，觀察成骨細(xì)胞的反應(yīng)[22]。毛勇等[23]通過對體外培養(yǎng)的成骨細(xì)胞施加剪切力及靜壓力研究，發(fā)現(xiàn)一定的外力可使成骨細(xì)胞骨架重排及細(xì)胞形態(tài)變化，相對而言，靜止壓力則對成骨細(xì)胞的形態(tài)及細(xì)胞骨架影響較輕。另外，流體剪切應(yīng)力還可通過胰島素樣生長因子（IGF）-I的促有絲分裂信號傳導(dǎo)途徑整合素依賴性激活與IGF-I的協(xié)同作用，調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞增殖分化[24]。

Alvarenga E C等[25]發(fā)現(xiàn)，低強(qiáng)度脈沖超聲波也是常用的促進(jìn)骨折愈合和治療骨折不愈合的方法，低強(qiáng)度脈沖超聲波通過P2Y受體的活化誘導(dǎo)成骨細(xì)胞增殖分化并增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子。而應(yīng)力的缺失則可能影響到成骨細(xì)胞的增殖與分化。朱俊峰等[26]根據(jù)細(xì)胞應(yīng)力擴(kuò)增理論，在體外細(xì)胞水平模擬股骨假體近端不同強(qiáng)度的應(yīng)力遮擋環(huán)境，觀察其對成骨細(xì)胞增殖和凋亡的影響，發(fā)現(xiàn)股骨假體近端的應(yīng)力遮擋能抑制成骨細(xì)胞增殖并/或刺激其凋亡。

5 展望

在“動靜結(jié)合”理論中，靜止是固定的基本要求，活動是骨折治療的目的，動靜結(jié)合有利于斷端獲得生理應(yīng)力，從而使骨折愈合。近年來關(guān)于動靜結(jié)合治療的分子生物學(xué)研究報(bào)道較少，具體原因尚未明確。而針對單一應(yīng)力方式對成骨細(xì)胞增殖分化的研究相對較多，盡管可以推論“動靜結(jié)合”理論與應(yīng)力對成骨細(xì)胞增殖分化的科學(xué)解釋之間有必然聯(lián)系，但如何通過直接證據(jù)揭示二者之間的機(jī)理，仍有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王大維，王浩，董福生.不同應(yīng)力刺激對成骨細(xì)胞影響的研究進(jìn)展[J].中國骨質(zhì)疏松雜志，2016，22（5）：652-656.

[2] 黃俊卿.論《仙授理傷續(xù)斷秘方》的骨傷科成就[J].中醫(yī)文獻(xiàn)雜志， 2005，23（2）：21-23.

[3] 尚天裕，顧云五，董福慧，等.尚天裕醫(yī)學(xué)文集[M].北京：中國科技出版社，1991：80-82.endprint

[4] M?LLER M E， MLLGOWER M， SCHNEIDER R， et al. Manual of internal fixation[M]. Berlin：Springerverlag，1979：249-255.

[5] TURNER C H. Three rules for bone adaptation to mechanical stimuli[J]. Bone，1998，23（5）：399.

[6] 李欣，劉珩，孫惠強(qiáng).機(jī)械應(yīng)力作用下的成骨細(xì)胞及其早期反應(yīng)調(diào)節(jié)[J].國際口腔醫(yī)學(xué)雜志，2013，40（4）：550-552.

[7] 趙光復(fù)，葛京化，謝可永，等.動靜結(jié)合治療骨折的實(shí)驗(yàn)研究——循環(huán)應(yīng)力對骨折愈合早期的影響[J].中國中醫(yī)骨傷科雜志，1992，8（2）：6-9.

[8] 李可心，尚天裕，董福慧.“動靜結(jié)合”骨折治療原則生物力學(xué)基礎(chǔ)研究[J].中國中醫(yī)骨傷科雜志，1998，6（1）：9-12.

[9] 畢大衛(wèi)，費(fèi)駿，王志彬.尚天裕學(xué)術(shù)思想的形成與中國CO學(xué)派的確立[J].中國骨傷，1999，12（2）：3-5.

[10] 王以進(jìn).長管狀骨的彈性性質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究[J].中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)， 1986，5（3）：157.

[11] HUANG L W， REN L， YANG P F， et al. Response of osteoblasts to the stimulus of fluid flow critical reviews & trade[J]. Crit Rev Eukaryot Gene Expr，2015，25（2）：153-162.

[12] MENG S， ROUABHIA M， ZHANG Z. Electrical stimulation modulates osteoblast proliferation and bone protein production through heparin-bioactivated conductive scaffolds[J]. Bioelectromagnetics， 2013，34（3）：189-199.

[13] KASPAR D， SEIDL W， NEIDLINGER-WILKE C， et al. Dynamic cell stretching increases human osteoblast proliferation and CICP synthesis but decreases osteocalcin synthesis and alkaline phosphatase activity[J]. J Biomech，2000，33（1）：45-51.

[14] SHEN T， QIU L， CHANG H， et al. Cyclic tension promotes osteogenic differentiation in human periodontal ligament stemc ells[J]. Int J Clin Exp Pathol，2014，7（11）：7872-7880.

[15] RUBIN J， RUBIN C， JACOBS C R. Molecular pathways mediating mechanical signaling in bone[J]. Gene，2006，15（367）：1-16.

[16] RATH B， SPRINGORUM H R， DESCHNER J， et al. Regulation of gene expression in articular cells is influenced by biomechanical loading[J]. Cent Eur J Med，2012，7（4）：545-552.

[17] 李菲菲，丁寅，陳富林，等.機(jī)械牽張應(yīng)力對成骨細(xì)胞增殖和分化影響的初步研究[J].口腔醫(yī)學(xué)研究，2012，28（6）：507-512.

[18] BROWN T D. Techniques for mechanical stimulation of cells in vitro：A review[J]. J Biomech，2000，33（1）：3-14.

[19] 程婉，湯小康，應(yīng)航，等.牽張應(yīng)力環(huán)境下六味地黃湯含藥血清對成骨細(xì)胞增殖分化影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國骨傷，2013，26（2）：142-146.

[20] ZHONG Z， ZENG X L，NI J H， et al. Comparison of the biological response of osteoblasts after tension and compression[J]. Eur J Orthod，2013，35（1）：59-65.

[21] 張兵兵，潘君，王遠(yuǎn)亮，等.流體剪應(yīng)力對成骨細(xì)胞OPG和ODF表達(dá)的影響[J].生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展，2007，34（3）：326-332.

[22] 朱赴東，趙士芳.成骨細(xì)胞中激活劑蛋白-1家族成員對流體剪切力的響應(yīng)[J].華西口腔醫(yī)學(xué)雜志，2005，23（5）：380-384.

[23] 毛勇，段小紅，王忠義，等.不同應(yīng)力對成骨細(xì)胞和細(xì)胞骨架影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].牙體牙髓牙周病學(xué)雜志，2001，11（2）：98-100.

[24] KAPUR S， MOHAN S， BAYLINK D J， et al. Fluid shear stress synergizes with insulin-like growth factor-I （IGF-I） on osteoblast proliferation through integrin-dependent activation of IGF-I mitogenic signaling pathway[J]. J Biol Chem，2005，280（20）：20163-20170.

[25] ALVARENGA E C， RODRIGUES R， CARICATINETO A， et al. Low- intensity pulsed ultrasound-dependent osteoblast proliferation occurs by via activation of the P2Y receptor：role of the P2Y1 receptor[J]. Bone，2009，46（2）：355-362.

[26] 朱俊峰，張先龍，王成燾，等.股骨假體近端應(yīng)力遮擋對成骨細(xì)胞增殖和凋亡的影響[J].臨床骨科雜志，2009，12（3）：332-335.

（收稿日期：2016-07-06；編輯：梅智勝）endprint