Możliwa rola stymulacji elektrycznej w osteoporozie: Przegląd badań

1. Wprowadzenie

Osteoporoza, ogólnoustrojowa choroba kości, może powodować złamania z powodu zmniejszenia gęstości i jakości kości z różnych przyczyn, zniszczenia mikrostruk­tury kości i zwiększenia kruchości kośc^i1,2,3. Diagnostyka osteoporozy opiera się głównie na absorpcjometrii pro­mieniowania rentgenowskiego o podwójnej energii, a głównymi miejscami pomiaru są kręgosłup lędźwiowy, bliższa część kości udowej i dalszy odcinek kości promie­niowej. Ogólnie rzecz biorąc, wartość pomiaru jest mniej­sza niż – ^2,54,5, a częstość występowania osteoporozy jest bardzo wysoka. W badaniu społecznym przeprowadzo­nym w Wielkiej Brytanii na 5585 osobach w średnim wieku 77 lat stwierdzono, że częstość występowania osteopo­rozy wynosiła ponad 50%⁶. U pacjentów z osteoporozą często występują złamania kręgosłupa i biodra; wpływają one na jakość życia pacjentów, zagrażają zdrowiu star­szych pacjentów i mogą powodować śmiertelne powi­kłania^7,8,9. Leczenie osteoporozy obejmuje bisfosfoniany, selektywne modulatory receptora estrogenowego, estro­geny i hormony przytarczyc. Jednak niektóre z tych leków są klinicznie niewygodne w użyciu, a większość z nich ma skutki uboczne, dlatego klinicznie istotne jest opracowa­nie nowych metod leczenia osteoporozy^{10,11,12,13,14}. 

Terapia elektrostymulacyjna obejmuje głównie impul­sowe pola elektromagnetyczne (PEMF), prąd stały (DC) i sprzężenie pojemnościowe (CC)^15,16,17. Główną zasadą działania PEMF jest przekształcanie prądu elektrycznego w sygnał fali elektromagnetycznej, a PEMF ma działanie lecznicze w przypadku braku zrostu i opóźnionego gojenia złamań^18,19,20. DC jest techniką inwazyjną, która dostarcza stały prąd stały poprzez wszczepiony stymulator elek­tryczny^21,22,23. CC to nieinwazyjna technologia, która stosuje pole elektryczne, a dwie elektrody skórne są skierowane na miejsce leczenia. W związku z tym energia elektryczna jest indukowana z jednej elektrody do drugiej elektrody poprzez zmiany częstotliwości w celu stymulacji miejsca leczenia i osiągnięcia celu leczenia^24,25,26. Badania wyka­zały, że PEMF, DC i CC mają działanie terapeutyczne na osteoporozę. Na tej podstawie dokonano przeglądu odpowiedniej literatury w celu dostarczenia informacji na temat nowych opcji leczenia osteoporozy. 

2. PEMF w leczeniu osteoporozy

Głównym mechanizmem PEMF jest przekształcanie prądu elektrycznego w pole magnetyczne, które może aktywować prąd biologiczny organizmu, aby osiągnąć cel leczenia. PEMF ma dobry wpływ na brak zrostu i opóź­nione gojenie złamań, a także istnieje wiele doniesień, że PEMF może leczyć osteoporozę^27,28,29. Omówione zostaną badania kliniczne nad PEMF w osteoporozie, wpływ PEMF na osteogenezę i jej mechanizm oraz wpływ PEMF na osteoklasty i jego mechanizm. 

Obecnie istnieją kliniczne dowody na to, że PEMF mogą łagodzić osteoporotyczny ból kości³⁰. Wiele badań kli­nicznych dowiodło, że PEMF mogą promować odbudowę osteoporotycznej masy kostnej. Antonino Catalano i wsp. przeprowadzili randomizowane, kontrolowane badanie kliniczne z udziałem 43 osób i wykazali, że PEMF może odgrywać rolę w przywracaniu masy kostnej poprzez szlaki RANKL/OPG i Wnt/β-katenina31. Oczywiście inne bada­nia kliniczne doszły do podobnych wniosków^32,33. Cho­ciaż FDA (Food and Drug Administration) nie zatwierdziła jeszcze PEMF do leczenia osteoporozy, powyższe badania kliniczne wykazały, że PEMF są nieinwazyjną, bezpieczną i skuteczną metodą leczenia osteoporozy. Z niecierpli­wością czekamy na więcej zakrojonych na szeroką skalę badań klinicznych z wykorzystaniem PEMF w leczeniu osteoporozy w przyszłości. Dzięki dalszym próbom, PEMF zostaną zatwierdzone przez FDA do leczenia osteoporozy w przyszłości, co przyniesie korzyści pacjentom; jednak technologia ta nie jest wystarczająco dojrzała do użytku klinicznego i wymaga dalszych badań 

PEMF hamuje progresję osteoporozy głównie poprzez pierwotne rzęski, angiogenezę typu H i szlaki sygnałowe WNT. 

Rzęski są włoskowatymi organellami wystającymi z powierzchni komórki i składają się z mikrotubul two­rzących aksony. Ponadto rzęski odgrywają ważną rolę w podstawowych czynnościach życiowych komórek. Nie­ruchome rzęski są również powszechnie określane jako rzęski pierwotne; wyczuwają zmiany w mikrośrodowisku otaczającym komórkę i pośredniczą w wielu ważnych transdukcjach sygnałów w komórce^34,35,36. Wen-Fang He i wsp. wykazali, że PEMF promują różnicowanie osteo­genne poprzez sygnalizację tlenku azotu w pierwotnych rzęskach, hamując w ten sposób progresję osteoporozy³⁷. Według Yan-Fang Xie i wsp., PEMF stymulowały różnico­wanie i mineralizację osteoblastów w sposób zależny od rzęsek pierwotnych i hamowały progresję osteoporozy³⁸. Juan-Li Yan i wsp. zilustrowali, że PEMF promują mine­ralizację i dojrzewanie osteoblastów poprzez pierwotne rzęski jako potencjalne leczenie osteoporozy³⁹. Dlatego można powiedzieć, że pierwotne rzęski odgrywają ważną rolę w mechanizmie leczenia osteoporozy za pomocą PEMF. 
W kościach znajdują się specjalne naczynia włosowate typu H, które są naczyniami CD³¹, a angiogeneza typu H jest również uważana za kluczowy czynnik w oste­oporozie^40,41,42,43. Qian Wang i wsp. stwierdzili, że PEMF promują osteogenezę poprzez promowanie tworzenia naczyń krwionośnych typu H, co hamuje występowanie osteoporozy⁴⁴. Tiantian Wang i wsp. stwierdzili również, że jako potencjalne leczenie osteoporozy wywołanej glukokortykoidami, PEMF utrzymują angiogenezę typu H i osteogenezę^45. 

Szlak WNT jest ewolucyjnie konserwowanym szlakiem sygnałowym, który jest zaangażowany w różne dzia­łania biologiczne. Można go podzielić na kanoniczny szlak sygnałowy Wnt/β-katenina, szlak planarnej pola­ryzacji komórek, szlak Wnt/Ca+ i szlak regulacji wrze­ciona^{46,47,48,49,50}. Szlak sygnałowy WNT odgrywa ważną rolę w promowaniu osteogenezy i hamowaniu osteopo­rozy^51,52,53. Na podstawie dowodów Xi Shao i wsp., PEMF leczą osteoporozę u myszy z cukrzycą typu 2 poprzez aktywację sygnalizacji Wnt/β-kateniny⁵⁴. Shaoyu Wu i wsp. odkryli, że PEMF promują osteogenne różnicowanie mezenchymalnych komórek macierzystych poprzez szlak Wnt/Ca+ i hamują progresję osteoporozy⁵⁵. Xi Shao i wsp. odkryli, że PEMF zwiększają tworzenie kości za pośrednic­twem kanonicznej sygnalizacji Wnt u szczurów z uszko­dzonym rdzeniem kręgowym⁵⁶. Ponadto inni badacze ujawnili również, że PEMF hamują postęp osteoporozy poprzez szlak sygnałowy WNT57,58. 

PEMF mogą również hamować postęp osteoporozy poprzez wpływ na osteoklasty. Pan Wang i wsp. stwier­dzili, że PEMF hamują tworzenie osteoklastów poprzez regulację stosunku RANKL/OPG przez pierwotne rzęski, hamując w ten sposób postęp osteoporozy⁵⁹. Ying Pi i wsp. stwierdzili, że PEMF o niskiej częstotliwości hamuje róż­nicowanie osteoklastów poprzez zmiatanie reaktywnych form tlenu i jest potencjalnym sposobem leczenia oste­oporozy⁶⁰. Yutian Lei i wsp. stwierdzili, że PEMF hamują różnicowanie osteoklastów i hamują postęp osteoporozy poprzez regulację szlaku sygnałowego Akt/mTOR⁶¹. Co więcej, wielu innych badaczy odkryło, że PEMF hamują postęp osteoporozy poprzez hamowanie tworzenia i róż­nicowania osteoklastów^{62,63,64,65,66}. 

3. DC na osteoporozę

DC jest inwazyjną techniką, która zapewnia stały prąd stały poprzez wszczepienie stymulatora elektrycz­nego i wszczepienie katody i anody do miejsca naprawy w celu ciągłej stymulacji elektrycznej w leczeniu chorób. Ponadto DC ma również działanie terapeutyczne w przy­padku braku zrostu złamania^67,68. Obecnie wiele ekspery­mentów na zwierzętach potwierdziło, że DC ma działanie terapeutyczne na osteoporozę. Kaori Iimura i wsp. odkryli, że przewlekła stymulacja nerwu u szczurów za pomocą wszczepionych elektrod stymulowała tarczycę do uwal­niania kalcytoniny i częściowo łagodziła utratę kości u szczurów OVX (ovariectomy)⁶⁹. Roy Yuen-Chi Lau i wsp. zilustrowali, że za pomocą wszczepialnego systemu sty­mulacji mikroelektrycznej można stymulować wydziela­nie peptydów związanych z genem kalcytoniny i hamować osteoporozę⁷⁰. Jednak obecnie DC ma ważniejszy pro­blem, którym jest potencjalna zakaźność wszczepio­nych urządzeń do stymulacji elektrycznej dla pacjentów, a naukowcy powinni wziąć ten czynnik pod uwagę w przy­szłych badaniach. 

4. CC dla osteoporozy

CC jest nieinwazyjną technologią, która stosuje pole elek­tryczne; dwie elektrody skórne są skierowane na miejsce leczenia, dzięki czemu energia elektryczna jest indu­kowana z jednej elektrody do drugiej elektrody poprzez zmiany częstotliwości, stymulując w ten sposób miejsce leczenia i osiągając cel leczenia. Ponadto odnotowano również obecną rolę terapeutyczną CC w złamaniach i bólu kości^72,73. Efekty terapeutyczne CC w osteoporozie są również ograniczone do eksperymentów na zwierzętach. Jayanand Manjhi i wsp. stwierdzili, że stymulacja impulso­wym polem elektrycznym o niskim poziomie pojemności ma działanie terapeutyczne na osteoporozę u szczurów⁷⁴. Jayanand Behari i wsp. wykazali, że pojemnościowo sprzę­żona stymulacja nóg szczurów może hamować postęp osteoporozy⁷⁵. C T Brighton i wsp. udowodnili, że sty­mulacja kręgów na poziomie przykręgosłupowym za pomocą elektrod sprzężonych pojemnościowo na grzbie­towej powierzchni skóry 11. kręgu piersiowego i 4. kręgu lędźwiowego leczy osteoporozę⁷⁶. Inni badacze również uzyskali podobne wnioski^77,78. Ogólnie rzecz biorąc, CC jest obiecującą metodą leczenia, z dobrą skutecznością w modelach zwierzęcych, i potrzeba więcej badań klinicz­nych, aby to potwierdzić.

5. Wnioski

Stymulacja elektryczna może być dobrym, nieinwazyjnym i skutecznym sposobem leczenia osteoporozy. PEMF to metoda leczenia, nad którą przeprowadzono najwięcej badań i wiele prób klinicznych. Wiele badań klinicznych wykazało również jej skuteczność, ale konkretne parame­try leczenia dotyczące częstotliwości i czasu leczenia nie są jeszcze rozstrzygające. Tymczasem FDA nie zatwier­dziła leczenia osteoporozy i chociaż PEMF mają ogromny potencjał, PEMF wymagają w przyszłości większej liczby badań klinicznych na dużą skalę, aby zbadać optymalną częstotliwość i czas trwania leczenia osteoporozy. DC jest terapią inwazyjną. Obecnie tylko eksperymenty na zwie­rzętach dowiodły jej skuteczności, a naukowcy muszą rozwiązać potencjalne problemy z infekcjami DC przed przejściem do badań klinicznych. CC jest również obiecu­jącą metodą leczenia osteoporozy, a wiele eksperymen­tów na zwierzętach potwierdziło jej skuteczność; jednak nadal wymaga badań klinicznych, aby potwierdzić jej wpływ na pacjentów z osteoporozą.

Nasze badanie ma ograniczenia. Pierwszym z nich jest niewielka liczba przypadków uwzględnionych w badaniu, a wyciągnięte wnioski mogą mieć ograniczenia. Drugim jest to, że nie określono dokładnej wielkości i częstotli­wości efektów PEMF, CC i DC, co może stwarzać trudności w przyszłych zastosowaniach w klinice.

Bibliografię zawierającą 78 pozycji można znaleźć w artykule źródłowym:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9861581/
Medicina (Kaunas). 2023 Jan; 59(1): 121.
Published online 2023 Jan 8. doi: 10.3390/medicina59010121
PMCID: PMC9861581
PMID: 36676745