超声波是频率高于20 kHz的声波，广泛用于临床成像和超声检查，也被用于医学物理治疗。治疗性超声波是纵向声波的交替压缩和稀疏，其频率介于0.7~3.3 MHz，能量可被2~5 cm深处的软组织吸收。有研究探讨了0.2~100 W/cm²强度下超声的治疗益处，该研究使用的是低强度脉冲超声（low-intensity pulsed ultrasound，LIPUS）^[1]。LIPUS是超声波的一种形式，其因无创性和便捷、低价的特点已被美国FDA批准用于临床治疗^[2]。本文对LIPUS在肌肉骨骼疾病中的研究进展作一综述。

骨折是常见的创伤性损害，而骨折患者中10%~20%可发生骨不连^[3]。1983年，LIPUS第1次被Duarte^[4]报道可用于加速骨折愈合。之后，Pilla等^[5]研究发现LIPUS可以促进骨折家兔模型的生物力学恢复。1994年，美国FDA批准了LIPUS加速骨折愈合与治疗骨不连的临床用途。在随后的一些临床研究与动物模型实验中，LIPUS也表现出对骨折延迟愈合与骨不连的治疗作用，并且有较高的安全性^[6-8]。通过检索Medline获得的多篇系统综述和meta分析均支持LIPUS对骨折愈合的促进作用^[9-11]。且LIPUS可以对许多类型骨折，尤其对软骨性愈伤组织向硬愈伤组织转化的过程、软骨内成骨、矿化愈伤组织及提高愈合性骨折的力学稳定性具有促进作用^[12]。同时，LIPUS还被证明可以对混杂年龄因素的骨折延迟愈合有预防作用。Zura等^[13]开展的一项纳入超过4 000例患者的队列研究发现，LIPUS治疗的新鲜骨折的愈合率是96%，恢复时间显著缩短（P＜0.000 1），对≥60岁患者的疗效也与总体研究对象接近，结果提示LIPUS干预可有效降低老龄化相关的骨不连发病率。

对于延迟愈合和骨不连，Farkash等^[14]研究发现舟状骨骨折1年内和1年后患者进行LIPUS治疗后愈合率分别为91%和29%，表明虽然LIPUS可有效降低舟状骨骨折骨不连的风险，但建议在舟状骨骨折后尽早使用。而1篇纳入了1 441例LIPUS治疗骨折不愈合病例的meta分析也指出，LIPUS治疗骨折不愈合的平均成功率＞80%，这一结果甚至与非感染性骨不连行手术治疗的成功率相近，说明虽然手术干预仍然是首选治疗方式，但LIPUS干预在有些情况下可以作为一种有效的非手术治疗手段^[15]。

骨折的愈合分为3个时期：血肿炎症机化、骨痂形成期、骨痂重塑期，LIPUS在3个时期内均可对骨折愈合产生正向影响^[16]。研究表明，巨噬细胞等炎症细胞在骨折修复炎症期起着重要的作用，而LIPUS可以加速巨噬细胞在炎症阶段清除碎片和细菌以促进骨折愈合^[17]。

LIPUS促进骨折愈合还可以通过调控干细胞分化与募集实现。干细胞在骨折愈合过程中扮演了重要角色^[18]，在骨折愈合过程中损伤部位局部的微环境会发生改变，而LIPUS可以促进微环境向增强成骨及成软骨方向变化，如LIPUS干预小鼠骨髓间充质干细胞克隆ST2细胞后成骨相关mRNA明显上调^[19]。重要的成骨调节因子——核结合因子α1（core binding factor α1，Cbfα1）在LIPUS干预后的上升速度较使用骨形态发生蛋白2刺激更快^[20]。

目前LIPUS在骨关节中的研究还处于起步阶段，临床研究证据较少。Jia等^[21]将106例膝关节炎患者随机分为两组：第1组接受LIPUS+双氯芬酸钠治疗，第2组接受假LIPUS+双氯芬酸钠治疗，治疗10 d后评估视觉模拟评分、西大略湖与麦克马斯特骨关节炎评分和Lequesne指数（国际骨关节评分指数）变化及随访4周、12周时的Lequesne指数和视觉模拟评分变化，结果显示LIPUS可有效减轻膝关节炎患者的疼痛并改善其膝关节功能和生活质量。Paolillo等^[22]的研究也得出同样的结论，即对膝关节炎患者进行3个月的LIPUS+低水平激光治疗干预后，患者膝关节疼痛降低、功能改善。然而，Kim等^[23]在一项纳入了40例疼痛性膝关节炎患者的随机对照试验中对单独应用经皮神经电刺激与LIPUS+经皮神经电刺激的治疗效果进行了比较，认为LIPUS与经皮神经电刺激联用时在缓解疼痛、软骨修复和功能改善方面与单独使用经皮神经电刺激比较差异均无统计学意义。以上结果表明LIPUS与其他治疗手段联用的治疗效果仍需进一步明确。

最新发表于Autophagy的一项研究表明，LIPUS上调了巨噬细胞的自噬水平，并加速了脂多糖-ATP处理的巨噬细胞中死骨片蛋白1（sequestosome 1，SQSTM1）-肌肉型丙酮酸激酶复合物的形成；通过调控巨噬细胞中SQSTM1依赖性肌肉型丙酮酸激酶2的自噬降解，抑制了成熟IL-1β的产生，改善了模型小鼠的滑膜炎症和步态^[24]。也有研究表明，LIPUS通过激活ERK1/2诱导胶原合成和聚集蛋白聚糖的重塑，增加肥大软骨细胞，延迟软骨内成骨及诱导细胞外基质再生，从而发挥治疗骨关节炎的作用^[25]。

虽然骨质疏松所致的骨折可通过LIPUS治疗达到缩短治疗时间、增强愈合后骨折部位密度的目的，然而有关LIPUS在骨质疏松中的研究十分有限，目前尚未见有LIPUS治疗骨质疏松的临床研究报道。Wu等^[26]研究，LIPUS可以预防卵巢切除术后大鼠的骨质流失，同时股骨的质量与骨小梁数量均有不同程度的增加；而Carvalho等^[27]研究显示，骨量减少大鼠经过LIPUS治疗后，微结构恶化得到抑制，骨量也有明显提升。同时，Sun等^[28]认为LIPUS对骨质疏松的治疗作用与超声强度有关，较高强度的LIPUS（如150 W/cm²）对骨质疏松的治疗作用较为明显。

LIPUS除了对骨折及骨不连有显著治疗作用外，在软组织再生中同样发挥重要作用。目前发现LIPUS在多种软组织疾病或病理生理过程中存在潜在的治疗作用，主要包括软骨组织损伤相关疾病^[29-32]、椎间盘退变疾病^[33-35]、肌肉损伤及退变疾病^[36-37]、局部血管损伤及修复^[38-40]等。

软骨组织损伤是一类临床上非常重要的肌肉骨骼疾病，近年来研究表明LIPUS可能对软骨组织损伤有潜在的修复作用。虽然目前还没有关于LIPUS治疗软骨组织损伤的临床研究，但是Kawcak等^[29]通过对24匹2~3岁马的中腕关节制备游离软骨碎片后进行LIPUS干预，发现LIPUS干预后骨重塑的血清标志物明显升高。Ikeda等^[30]研究发现，LIPUS作用于小鼠成肌细胞细胞系C2C12可以增加RUNX家族转录因子2蛋白表达和ERK1/2、p38 MAPK磷酸化，而这一途径的激活能促进C2C12细胞分化为成骨细胞或成软骨细胞。既往报道也表明，LIPUS干预可以显著增加软骨细胞的增殖、表型表达和基质产生^[31-32]。

近年来关于LIPUS的研究指出LIPUS对椎间盘退变有治疗作用。Horne等^[33]在急性椎间盘退变大鼠实验中发现，LIPUS体外干预可以传递到椎间盘中心，同时LIPUS治疗可导致Ⅱ型胶原蛋白表达上调和TNF-α基因表达下调。Zhang等^[34]在对髓核细胞进行LIPUS干预后发现聚蛋白多糖、Ⅱ型胶原蛋白、睾丸决定因子相关高迁移率族盒蛋白9和基质金属蛋白酶组织抑制剂1表达均上调，且与LIPUS引起黏着斑激酶/PI3K/Akt通路激活有关。Kobayashi等^[35]研究发现，LIPUS通过上调包括生长因子相关基因的几个基质相关基因表达促进人髓核细胞的增殖及蛋白聚糖的产生。

LIPUS作为一种新型有效的辅助治疗手段，除了用于骨性疾病，还可用于治疗及预防肌肉疾病。Fleckenstein等^[36]在一项临床对照试验中研究了LIPUS对迟发性肌肉酸痛的预防作用。该试验根据是否施加LIPUS干预对46例迟发性肌肉酸痛患者进行分组，通过检测其疼痛强度、最大等距自愿力量、压力痛阈值和日常生活障碍后发现，LIPUS可有效减轻迟发性肌肉酸痛患者的疼痛症状，并可改善迟发性肌肉酸痛所致的功能障碍。另一项研究则表明，与单独使用康复运动疗法相比，LIPUS与康复运动疗法联用可有效减轻肩袖损伤患者的患部疼痛，并且对功能恢复及肌肉耐力有明显提升作用^[37]。

2019年日本Kikuchi等^[38]在一项纳入50例未接受介入治疗或冠状动脉搭桥的难治性心绞痛患者的研究中发现，体外心脏超声冲击波治疗可有效降低患者每周使用硝酸甘油的频率，同时对于6 min行走距离也有较明显的改善效果，提示对未行介入治疗或冠状动脉搭桥手术治疗的难治性心绞痛患者，超声治疗是一种有效且安全的非侵入性策略。Wang等^[39]的研究结果显示对早期股骨头坏死的患者应用高剂量体外超声波冲击治疗可以改善其血管生成、成骨、抗炎、组织再生相关血清生物标志物和疼痛阈值的显著变化。相关基础研究也表明，LIPUS干预能加快与人脂肪干细胞共培养的人脐静脉内皮细胞的增殖速度，且血管生成能力也明显增强^[40]。

虽然LIPUS最常见的应用是促进骨折愈合修复，但是LIPUS也同样被应用于牵拉成骨术，然而目前对于LIPUS在牵拉成骨术中的应用还没有统一的、有说服力的证据证明其有效性。Salem和Schmelz^[41]分析了21例因创伤后胫骨缺损实施牵拉成骨术患者的资料，结果显示LIPUS干预组患者1 cm愈合时间相较于对照组缩短12 d，且愈合部位密度的每日增加量比对照组高33%。而Simpson等^[42]纳入62例患者的研究则得出相反的结论，认为LIPUS并不能促进牵拉成骨的骨愈合率。在基础研究方面，一项关于大鼠牵拉成骨术模型的研究表明，相较于对照组，LIPUS干预组牵拉成骨术后愈合时间缩短，同时愈合部位的骨量及骨小梁参数均显著提高，然而在骨密度方面的差异无统计学意义^[43]。另一项针对家兔牵拉成骨术模型的研究发现LIPUS可以在正常牵张速率（0.5 mm/12 h）下以较高的骨痂面积、骨密度和力学性能加速骨成熟，并且在快速牵张速率（1.5 mm/12 h）下LIPUS组也可以很好地实现骨成熟^[44]。但也有研究表示LIPUS在牵拉成骨术中的作用有待商榷，Uglow等^[45]研究表明LIPUS组和对照组在骨矿含量、横截面积和强度方面的差异均无统计学意义。

目前LIPUS在促进脊柱融合中的研究尚处于起步阶段，还没有有效的临床证据支持LIPUS促进脊柱融合的作用，相关基础研究逐渐增多。Zhang等^[46]通过对30只大鼠进行脊柱融合手术加LIPUS干预，结果显示LIPUS对脊柱融合有促进作用，且免疫组织化学及细胞实验表明这一作用可能是通过调控巨噬细胞极化实现的。Zhou等^[47]的研究则表明，LIPUS可能通过激活sonic hedgehog信号通路进一步增强成骨细胞的成骨能力促进脊柱融合。另外，还有研究提出，LIPUS促进脊柱融合的作用可能是通过增加融骨区域内的H型微血管完成的^[48]。

LIPUS是目前应用最广的治疗性超声波，被广泛应用于肌肉骨骼疾病，尤其是骨折与骨不连的恢复，其作用机制研究也越来越深入，认为可能通过促进成骨、抑制破骨、调节炎症反应发挥作用。与此同时，LIPUS在骨关节炎、肌肉疾病等肌肉骨骼疾病中的应用也越来越多，机制研究正逐步完善。针对LIPUS对完整骨质疏松性骨的作用研究尚有争议，临床和临床前结果之间存在差异，这可能是由于完整皮质骨的强衰减作用使超声能量穿透能力不够及超声信号进入点不足所致，这一现象也存在于LIPUS促进牵拉成骨术后恢复的研究中，均仍需更多的临床研究与基础研究进一步明确LIPUS的临床疗效和作用机制。