超音波復健治療

超音波復健治療
　在傳統醫學領域中物理療法與化學療法早已被廣泛使用，如局部按摩、推拿、穴位刺激等，藉由身體局部之外加壓力使肌肉鬆弛或血液循環改善來適度緩解臨床症狀， 即屬於物理療法。化學療法則包括利用動植物材料做外敷內服以達治療之效應，其中較具系統的有中藥的百草綱目，西方的芳香療法，在新近之藥理學亦有許多延自 傳統天然藥物為基礎所發展而來，由於藥物化學、抗生素等之蓬勃發展，近代醫學乃以藥物治療為主幹另加上外科開刀手術構成以內外科為主導之現代醫學。
　　相對之下物理治療之發展則顯得相當有限，直到近數十年來復健醫學逐漸發展後，物理治療才漸又被重視，除了 傳統之推拿、穴位、按摩、針刺等機械性之物理效應，拜科技進步之賜又加入了物理療具，利用聲、光、電、熱、水的特性來達到疾病治療的效果。進一步探究這些 物理療具的基本生理效應，主要是以聲波、電磁波產生熱及非熱效應，使神經傳導疼痛之閥值改變，局部血液循環改善以達到臨床症狀的緩解或組織之修復。
　　然而不論是熱療或電療均屬一種能量的形式，人體的基本結構仍脫離不了分子、離子等基本成份，當接受物理療 具治療時所施予之能量將改變組織中分子之能階，由簡單之熱脹冷縮原理，改變微細血管之擴張度，肌肉、肌腱、韌帶等膠原組織之延展性及彈性，進而促進細胞膜 電位之改變；甚至改變細胞內某些胞器之活性造成生化代謝之影響。換句話說經由物理療具之能量作用可能導致生化層面之影響。而所施予聲波、電磁波之頻率高 低、強度大小及作用時間的長短，都將有不同的組織生理效應。如何選取適當的物理療具來達到最佳之治療目標，除了正確之診斷外，對各種療具之組織生理效應之 深入瞭解至為重要。
　　為印証上述生理效應，我們以治療性超音波為工具以關節軟骨為探討對象，在建立骨關節炎動物模式後以超音波對不同嚴重度之骨關節炎治療並評估其一系列之組織學變化，軟骨細胞代謝變化及細胞內胞器變化並分析其影響程度及臨床療效。
1. 骨關節炎動物模式的建立
　　以20隻成熟大白鼠為實驗動物以4％的木瓜酵素配合3M濃度之Cysteine作為活化劑對一側（右膝） 膝關節於第1、4、7天連續三次做膝關節腔注射，同時以等體積之無菌生理食鹽水注入左膝中做為對照。在完成三次關節腔注射後將大白鼠分為6組分別於24小 時，及第1、2、4、6、8週接受χ-光同位素（鎝酸鹽）骨掃描，及膝關節組織切片，於光學顯微鏡下觀察其病變特徵，再依其組織病變特徵做骨關節嚴重度之 分級與χ-光影像及骨掃描所得之右／左膝放射活性比做相關性分析。結果顯示由木瓜酵素所誘發之關節軟骨組織病變與人體膝骨關節炎之組織病變相似，如【圖 一】，且組織病變隨時間而加重。而骨掃描所得之右／左關節放射活性比與組織切片呈現之組織病變呈正相關，即此放射強度比值可作為關節炎嚴重度指標。此動物 模式可應用於各種治療條件下組織反應之研究。

1. 超音波治療對骨關節炎中關節軟骨之影響
　　利用上述動物模式誘發出輕、中、重度等三組嚴重度不同的右膝骨關節炎，然後各組分別接受每週三次為四週之脈沖式超音波治療，所採用之超音波件為1 MHz，最大平均比為6，其空間平均輸出強度為2.5 Watt/ cm2， 脈沖式波形之mark /space 比值為2 : 8，輸出頻率100 Hz，脈沖時間2ms，每次治療7分鐘，作用部位為右膝臏骨內側凹陷處。另三組不等嚴重度關節炎之大白鼠則接受偽超音波治療（開關未開，其他處置一樣）以 作為對照組。各組在治療前、後及隨後二個月後追蹤等不同時段分別骨掃描並取數隻犧牲後做組織切片分析，其組織病變特徵及關節軟骨不同深度之軟骨細胞密度， 結果顯示在早期骨關節炎之軟骨組織病變在經超音波治療後，軟骨組織有明顯修復現象，對中、晚期之軟骨病變與對照組織比較下雖無明顯修復的現象，但呈現有防 止進行性病變的效果，如【圖二】所示。


1. 超音波治療對關節軟骨中黏多醣含量的影響
　　黏多醣為關節軟骨中軟骨細胞細胞生合成所產生，並釋放於軟骨間質以維繫軟骨結構的重要成份，由於軟骨中黏 多醣含量變化可評估軟骨細胞之生合成活性。承上法誘發出不同嚴重度之骨關節炎後，經組織切片再以Alcian blue染色後於光學顯微鏡下觀察發現，在正常的關節軟骨中黏多醣密度在軟骨中層及深層分佈較多，表層分佈較少，顯示在關節軟骨中之中深層軟骨細胞之生合 成活性較高，在輕中度關節炎中只有表層之黏多醣密度下降，在中層含量反比正常者為高，在重度關節炎中層之黏多醣密度呈下降現象。顯示在輕度關節炎表層軟骨 細胞已受侵犯生合成能力下降，為維繫軟骨結構之穩定性，中層軟骨細胞加速生合成產生更多之黏多醣成份，而在重度關節炎中層軟骨細胞亦受侵犯，生合成能力亦 隨之下降。經治療後所有治療組的黏多醣密度較之控制組皆上升，當治療停止後不論治療組或控制組均呈下降的趨勢，但治療組之病理程度則逐漸下降。表示超音波 治療確可刺激軟骨中軟骨細胞之生合成，使軟骨中之黏多醣含量增加，一旦中止超音波治療，軟骨細胞之生合成逐漸回復原來之強度，但由於治療期間軟骨結構得到 適度之維護，關節炎之組織病變亦得到適當之修護。
1. 超音波與軟骨細胞中熱休克蛋白質合成的相關性
　　在超音波對骨關節炎中關節軟骨組織療效之探討上我們發現，治療後之追蹤期中病變組織之改善程度與治療結束 時，組織切片中軟骨細胞之密度有密切之相關性，即當治療結束時若軟骨細胞之密度愈高則將來組織修復之機會愈大；換句話說，若超音波治療可使更多的軟骨細胞 存活下來則愈有利於病變組織之修復。而一個細胞遭受不良環境如病變時，在細胞中會自然合成一種自我保護性的蛋白質稱『熱休克性蛋白』來保護細胞核渡過不良 環境。在骨關節炎之病變中軟骨細胞內亦有熱休克蛋白之生成，由其產生熱休克蛋白之質與量決定軟骨細胞是否可續存下來。為探討超音波治療與軟骨細胞存活及熱 休克蛋白誘發上之相關性，我們在不同嚴重度之骨關節炎接受超音波治療過程中分別以熱休克蛋白72／73的免疫球蛋白單株免疫球蛋白(Boehringer Mannheim)在1％BSA / 20um , EDTA / PBS中作用，再進一步與瑩光免疫球蛋白(T-ITC)作用，然後在瑩光顯微鏡下觀察分析含熱休克蛋白之軟骨細胞分佈密度與組織變化的關係。結果顯示，在 超音波治療前之相關係數為(-0.161)，後(-0.635)及治療結束後二個月時(-0.273)，即含熱休克蛋白的軟骨細胞密度值與治療結束後二個 月的組織病理變化之相關性，以治療結束時含熱休克蛋白之軟骨細胞密度與療效相關性最為密切。換言之，超音波對骨關節炎中軟骨組織之療效與誘發軟骨細胞產生 適當之熱休克蛋白以維繫軟骨細胞之存活，進而促進軟骨組織之修復具有相當之關鍵性。
由這一系列的研究發現復健物理治療中的物理療具，其生物效應不侷限於過去一般所認知的熱療只針對肌肉鬆弛、止 痛或增加韌帶肌腱的延展性。藉由不同形式能量的治療，影響所及不只形態學上之熱脹冷縮效應，亦可能影響細胞代謝的層次，在近期的研究中我們嚐試以電子顯微 鏡來觀察經過超音波治療過的軟骨細胞內的粒線體，結果發現粒線體的密度增加活性表現增強。至於其間的作用媒介究竟是鈣離子之通透性改變亦或是其他生化路徑 的改變則值得進一步探討。
本文借由我們對超音波生物效應探討結果的陳述，希望能再度引起大家對物理醫學的重現。在化學療法的使用下，除 了抗生素可清除根本病原外，大多是在症狀之控制，對於高血壓者只能降低其血壓、糖尿病者控制其血糖於適當範圍內，但一直無法使其達到治療的目標。若能進一 步善用物理療法中促進組織修復機轉的特性，也許可減少化學療法中葯物使用的劑量，減少葯物所產生副作用的機會，在未來基因療法普遍使用在各種疾病治療前， 物理療法的搭配使用或可為臨床疾病治療上提供一另類思考。