Elektromagnetische Felder, elektrischer Strom und Knochenheilung: was ist gesichert?

Zusammenfassung

Seit über 30 Jahren werden mögliche Effekte von elektromagnetischen Feldern und elektrischem Strom auf die Knochenheilung untersucht. Bislang gilt diese Therapieoption als umstritten und wird nicht routinemäßig eingesetzt. Diese systematische Literaturübersicht und Metaanalyse hat zum Ziel, die möglichen Effekte von unterschiedlichen Feldern auf die Knochenheilung zu untersuchen. Im Rahmen einer systematischen Literatursuche wurden randomisierte klinische Studien identifiziert und ausgewertet. Die Studien, die als Zielgröße die knöcherne Durchbauungsrate untersuchten, wurden in einer Metaanalyse zusammengefasst, die mit dem „Random Effects“-Modell durchgeführt wurde. Insgesamt 14 randomisierte klinische Studien konnten identifiziert werden mit einem Gesamtumfang von 915 Patienten. In der überwiegenden Zahl der Studien wurden pulsierende elektromagnetische Felder (PEMF) verwendet. Von den 14 Studien konnten 9 in der Metaanalyse zusammengefasst werden; hierbei fand sich kumulativ ein Odds Ratio von 3,5 bei einem 95 %-Konfidenzintervall von 1,94–6,3. Eine Subgruppenanalyse nach der methodischen Qualität der eingeschlossenen Studien zeigte, dass dieser signifikante Unterschied in den qualitativ höherwertigen Studien nicht bestätigt werden konnte. In Anbetracht der in den Studien verwendeten sehr heterogenen physikalischen Parametern mit unterschiedlichen Frequenzen, Zeitformen, unterschiedlichen Flussdichten sowie in Anbetracht der methodischen Schwächen vieler Studien erscheint eine zusammenfassende Interpretation schwierig. Standards oder allgemeine Therapieempfehlungen können bei der derzeitigen Studienlage nicht ausgesprochen werden.

Abstract

For more than 30 years the potential effects of electrical stimulation on bone healing have been investigated. Up to now this therapy is controversial and not established as a standardised treatment option. This systematic review and metaanalysis focuses on the potential effects of electromagnetic fields and high-frequency electric fields on bony healing. In a systematic literature search randomised clinical trials were identified and analysed. Those studies with the primary endpoint “rate of bony healing” were combined in a metaanalysis which was performed with the “random effects” model. We found a total of 14 randomised clinical trials. These studies included a total of 915 patients. The majority of these studies used pulsed electromagnetic fields (PEMF). Out of the 14 studies nine were suitable for the metaanalysis which revealed a cumulative odds ratio of 3.5 and a 95 % confidence interval of 1.94–6.3. When performing a subgroup analysis a statistically significant result could not be confirmed by the studies with a higher methodological quality. In view of the heterogeneous physical parameters with different frequencies, time course, flux densities and in view of the methodological deficits, a general conclusion seems difficult. Recommendations or standards of therapy are so far not available.

Schlüsselwörter

elektrische Stimulation - elektromagnetische Felder - Knochenheilung - randomisierte klinische Studien

Key words

electrical stimulation - electromagnetic fields - bone healing - randomised clinical trials

Literatur

• 1 Yasuda I, Noguchi K, Sata T. Dynamic callus and electric callus.  J Bone Joint Surg [Am]. 1955;  37 1292-1293
• 2 Schmidt-Rohlfing B, Silny J, Niethard F U. [Pulsating electromagnetic fields in treatment of injuries and illnesses of the locomotor system –an overview and meta-analysis].  Z Orthop Ihre Grenzgeb. 2000;  138 379-389
• 3 Sackett D L, Rosenberg W M. The need for evidence-based medicine.  J R Soc Med. 1995;  88 620-624
• 4 Brighton C T, Friedenberg Z B, Mitchell E I et al. Treatment of nonunion with constant direct current.  Clin Orthop Relat Res. 1977;  124 106-123
• 5 Brighton C T, Okereke E, Pollack S R et al. In vitro bone-cell response to a capacitively coupled electrical field. The role of field strength, pulse pattern, and duty cycle.  Clin Orthop Relat Res. 1992;  285 255-262
• 6 Bassett C A, Pawluk R J, Pilla A A. Acceleration of fracture repair by electromagnetic fields. A surgically noninvasive method.  Ann N Y Acad Sci. 1974;  238 242-262
• 7 Colbert A P, Wahbeh H, Harling N et al. Static magnetic field therapy: a critical review of treatment parameters.  Evid Based Complement Alternat Med. 2009;  6 133-139
• 8 Schmidt-Rohlfing B, Ihme N, Silny J. [Electrical fields in the knee joint induced by external magnetic fields: results of an experimental study].  Z Orthop Ihre Grenzgeb. 2002;  140 538-543
• 9 Kane W J. Direct current electrical bone growth stimulation for spinal fusion.  Spine (Phila Pa 1976). 1988;  13 363-365
• 10 Higgins J P T, Green S eds.. Cochrane Handbook of Systematic Reviews of Interventions 5.0.2. [updated September 2009] The Cochran collaboration; 2009 (available from http://www.chochrane-handbook.org )
• 11 Dersimonian R, Laird N. Meta-analysis in clinical trials.  Control Clin Trials. 1986;  7 177-188
• 12 Linovitz R J, Pathria M, Bernhardt M et al. Combined magnetic fields accelerate and increase spine fusion: a double-blind, randomized, placebo controlled study.  Spine (Phila Pa 1976). 2002;  27 1383-1389
• 13 Rogozinski A, Rogozinski C. Efficacy of implanted bone growth stimulation in instrumented lumbosacral spinal fusion.  Spine (Phila Pa 1976). 1996;  21 2479-2483
• 14 Kennedy W F, Roberts C G, Zuege R C et al. Use of pulsed electromagnetic fields in treatment of loosened cemented hip prostheses. A double-blind trial.  Clin Orthop Relat Res. 1993;  286 198-205
• 15 Aaron R K, Lennox D, Bunce G E et al. The conservative treatment of osteonecrosis of the femoral head. A comparison of core decompression and pulsing electromagnetic fields.  Clin Orthop Relat Res. 1989;  249 209-218
• 16 Beck B R, Matheson G O, Bergman G et al. Do capacitively coupled electric fields accelerate tibial stress fracture healing? A randomized controlled trial.  Am J Sports Med. 2008;  36 545-553
• 17 Bassett C A, Pawluk R J, Becker R O. Effects of electric currents on bone in vivo.  Nature. 1964;  204 652-654
• 19 Nagai M, Ota M. Pulsating electromagnetic field stimulates mRNA expression of bone morphogenetic protein-2 and − 4.  J Dent Res. 1994;  73 1601-1605
• 20 Black J. Tissue response to exogenous electromagnetic signals.  Orthop Clin North Am. 1984;  15 15-31
• 22 Barker A T, Dixon R A, Sharrard W J et al. Pulsed magnetic field therapy for tibial non-union. Interim results of a double-blind trial.  Lancet. 1984;  1 994-996
• 23 Sharrard W J. A double-blind trial of pulsed electromagnetic fields for delayed union of tibial fractures.  J Bone Joint Surg [Br]. 1990;  72 347-355
• 24 Scott G, King J B. A prospective, double-blind trial of electrical capacitive coupling in the treatment of non-union of long bones.  J Bone Joint Surg [Am]. 1994;  76 820-826
• 25 Simonis R B, Parnell E J, Ray P S et al. Electrical treatment of tibial non-union: a prospective, randomised, double-blind trial.  Injury. 2003;  34 357-362
• 26 Eyres K S, Saleh M, Kanis J A. Effect of pulsed electromagnetic fields on bone formation and bone loss during limb lengthening.  Bone. 1996;  18 505-509
• 27 Capanna R, Donati D, Masetti C et al. Effect of electromagnetic fields on patients undergoing massive bone graft following bone tumor resection. A double blind study.  Clin Orthop Relat Res. 1994;  306 213-221
• 28 Mooney V. A randomized double-blind prospective study of the efficacy of pulsed electromagnetic fields for interbody lumbar fusions.  Spine (Phila Pa 1976). 1990;  15 708-712
• 29 Linovitz R J, Pathria M, Bernhardt M et al. Combined magnetic fields accelerate and increase spine fusion: a double-blind, randomized, placebo controlled study.  Spine (Phila Pa 1976). 2002;  27 1383-1389
• 30 Goodwin C B, Brighton C T, Guyer R D et al. A double-blind study of capacitively coupled electrical stimulation as an adjunct to lumbar spinal fusions.  Spine (Phila Pa 1976). 1999;  24 1349-1356
• 31 Mammi G I, Rocchi R, Cadossi R et al. The electrical stimulation of tibial osteotomies. Double-blind study.  Clin Orthop Relat Res. 1993;  288 246-253
• 32 Borsalino G, Bagnacani M, Bettati E et al. Electrical stimulation of human femoral intertrochanteric osteotomies. Double-blind study.  Clin Orthop Relat Res. 1988;  237 256-263
• 33 Wahlström O. Stimulation of fracture healing with electromagnetic fields of extremely low frequency (EMF of ELF).  Clin Orthop Relat Res. 1984;  186 293-301
• 35 Harrison M H, Bassett C A. The results of a double-blind trial of pulsed electromagnetic frequency in the treatment of Perthes' disease.  J Pediatr Orthop. 1997;  17 264-265