电刺激对失神经支配骨骼肌萎缩的影响

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 电刺激对失神经支配骨骼肌萎缩的影响 徐建广1　屠永全2　顾玉东3　李继峰3 　　【摘　要】　　目的　研究电刺激对失神经支配骨骼肌萎缩的影响。　方法　选用 SD 大鼠 16 只, 建立双侧下肢失神 经支配腓肠肌的实验模型, 电刺激右侧腓肠肌为实验侧, 左侧不作电刺激为对照侧, 术后 2、4 周分别观察肌肉的组织 学, 超微结构, 纤颤电位波幅及N a+ 2K+ 2A T P 酶和Ca2+ 2A T P 酶活性变化。　结果　实验侧术后 2、4 周肢体肌细胞直 径及截面积较对照侧下降速度明显减慢; 电刺激能延缓肌细胞的线粒体, 肌质网退变, 但对肌肉纤颤电位波幅无明显影 响; 实验侧术后 2、4 周N a+ 2K+ 2A T P 酶活性下降速度比对照侧分别慢 15. 59% 和 27. 38% ; 实验侧术后 2、4 周 Ca2+ 2 A T P 酶活性下降速度较对照侧分别慢 4. 83% 和 21. 64%。　结论　电刺激对失神经支配骨骼肌的组织学、电生理及酶 组织化学的各项指标均有保护作用, 是延缓肌肉萎缩的有效方法。 【关键词】　　骨骼肌　　失神经肌肉　　电刺激　　萎缩 EFFECT OF EL ECTR IC STIM ULATION ON D ENERVATED SKEL ETAL M USCL E ATROPHY öX U J ian2g uang , TU Y ong 2quan, GU Y u2d ong , et a l. D ep artm en t of O rthop ed ics, T he S ix th P eop le’ s H osp ita l A f f ilica ted S hang ha i J iao T ong U niversity. S hang ha i, P. R. Ch ina 200233 【Abstract】　　Objective 　To study the influence of the electric st im ulation on denervated m uscle atrophy. M ethods　Six teen SD rats w ere m ade the model of denervated skeleta l m uscle in tw o low er lim bs by cu tt ing off the scia t ic nerve and femo ral nerve. T he righ t gastrocnem ius m uscle w as st im ulated w ith JN R 2Ê nerve & m uscle recovery instrum ent by sk in as the experim ental side and the left w as no t treated as the con tro l side. T he m uscle h isto logy, u ltrastructu re, fib rilla t ion po ten tia l amp litude, N a+ 2K+ 2A T Pase and Ca2+ 2A T Pase activit ies w ere observed 2 w eek s and 4 w eek s after operat ion. Results　E lectric st im ulation cou ld p ro tect m itochondria and sarcop lasm ic ret icu lum from the degeneration. T he reduction rates of m uscle cell diam eter and cro ss section in the experim ental side w ere slow er sign ifi2 can tly than tho se in con tro l side. T here w as no influence on fib rilla t ion po ten tia l amp litude in the bo th sides after elec2 t ric st im ulation . T he reduction rates of N a+ 2K+ 2A T Pase activity in the experim ental side w ere slow er 15159 % and 27138 % respectively than tho se in the con tro l side. T he reduction rates of Ca2+ 2A T Pase activity in the experim ental side w ere slow er 4. 83 % and 21. 64% respectively than tho se in the con tro l side. Conclusion　T he electric st im ulation can p ro tect m uscle h isto logy, electrophysio logy and enzym ic h istochem istry of denervated skeleta l m uscle from the de2 generation. T he electric st im ulation is an effective m ethod to p reven t and treat m uscle atrophy. 【Key words】　　Skeleta l m uscle　　D enervated m uscle　　E lectric st im ulation　　A trophy 　　周围神经损伤后, 骨骼肌因废用及失去神经营养 因子作用而萎缩, 目前用于防治肌肉萎缩的方法并不 多, 经皮电刺激是临床上用于防治神经损伤患者骨骼 肌萎缩的常用方法[1、2 ]。为了全面、系统地了解电刺激 对失神经支配肌肉的形态结构、功能代谢的影响, 我们 设计了失神经支配腓肠肌的实验模型, 用以观察电刺 激对萎缩肌肉的组织学、电生理及酶组织化学的影响, 为更好地发挥电刺激对肌肉萎缩的防治作用提供实验 依据。 1　材料与方法 1. 1　动物与分组 选用健康 SD 大鼠 16 只, 体重 200～ 250 g。雌雄 不限, 由上海市实验动物中心提供。随机分为两组, 每 组 8 只。以右下肢为实验侧, 左下肢为对照侧; 术后 2、 作者单位: 1 上海交通大学附属第六人民医院骨科 (上海, 200233) ; 2 浙江省象山市城关镇中心医院; 3 上海复旦大学附属华山医院手外科 4 周取材, 取材部位为小腿腓肠肌。另取 6 只 SD 大鼠 右小腿腓肠肌测定正常值。 1. 2　失神经支配腓肠肌模型建立 0. 5% 硫喷妥钠溶液腹腔内注射麻醉, 俯卧位固 定大鼠四肢。分别作双侧股外侧切口, 分离、结扎、切 断双侧胫神经, 两断端翻转 180 度固定于腓肠肌及股 二头肌肌膜上, 神经两断端相距 1. 5 cm [3 ]。 1. 3　经皮电刺激方法 术后次日, 应用复旦大学附属华山医院手外科与 上海交通大学环保节能技术公司共同研制的 JN R 22 型神经肌肉康复仪。电刺激时, 先将大鼠浅麻醉后俯卧 位固定四肢, 右小腿硫化钡脱毛, 以双层生理盐水湿纱 布包裹, 将电极固定于皮肤面, 正极置于肢体近侧, 负极置于远侧, 刺激频率 2 H z , 刺激电压 20～ 25V , 强度以见到腓肠肌明显收缩为标准, 每次刺激时间 15 分钟, 上下午各 1 次。术后 2、4 周分别取双侧小腿腓肠 肌进行实验指标检测。 ·693· Ch inese J Reparative and Reconstructive Surgery, 2003, V o l 17 (5) © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 1. 4　观察指标 1. 4. 1　肌细胞直径及截面积　肌肉组织石蜡包埋切 片, H E 染色后, 用英国产V ID Ë 型半自动图像分析 仪, 同一标本选定 50 个不同视野测定肌细胞直径及截 面积。 1. 4. 2　肌细胞超微结构观察　将肌肉组织固定、梯度 酒精脱水及包埋后, 作超薄切片, 经醋酸铀和枸橼酸铅 双染色后, 用 JEM —1200 EX 透射电镜观察肌肉组织 超微结构变化。 1. 4. 3 　肌肉纤颤电位波幅测定　采用丹麦产 ESAO T E PHA S IS 肌电仪, 测定肌肉纤颤电位波幅, 波幅最大的 20 个电位。 1. 4. 4　肌肉N a+ 2K+ 2A T P 酶及Ca2+ 2A T P 酶活性测 定　剔除腓肠肌肌膜及神经组织, 称重后按比例加入 9 倍蒸馏水, 在冰浴中剪碎后用XH F2É 型高速分散器 打成匀浆, 取 0. 1 m l 匀浆加入 1. 0 m l 孵育液, 于 37℃恒温箱中保温 15 分钟。N a+ 2K+ 2A T P 酶孵育液 的配制参考改良的 Go ldberg 法[4 ] , 以孵育液中有或无 115 mmo löL 硅巴因时, A T P 水解释放的无机磷之差 作为N a+ 2K+ 2A T P 酶活性。Ca2+ 2A T P 酶孵育液的配 制参考改良的赵卫国法 [5 ] , 孵育液中以 1 mmo löL EGTA 代替CaC l2进行反应, 以孵育液中有或无CaC l2 所释放的无机磷之差作为Ca2+ 2A T P 酶活性。酶活性 测定选用 960 型全自动酶标仪, 改良L ow ry 法测定蛋 白, 酶活性以 Λmo l P iöm g·P röh 表示。 1. 5　统计学方法 采用 SPSS 软件包行统计学处理, 实验数据以均 数±标准差表示, 两组间比较采用配对 t 检验, P 值< 0. 05 为有统计学意义。 2　结果 2. 1　肌细胞直径及截面积变化 术后 2 周, 实验侧腓肠肌肌细胞直径和截面积分 别为 (15. 53±1. 94) Λm 和 (718. 09±18. 76) Λm 2, 占 正常值 (17. 64±2. 22) Λm 和 (828. 75±12. 28) Λm 2 的 88. 04% 和 86. 65% ; 对照侧仅为 (11. 06±1. 99) Λm 和 ( 552. 94 ± 18. 24) Λm 2, 占正常值的 62. 70% 和 66172%。术后 4 周, 实验侧腓肠肌肌细胞直径和截面 积分别为 (14. 51±1. 88) Λm 和 (681. 56±12. 26) Λm 2, 占 正 常 值 的 82. 26% 和 82. 24% ; 对 照 侧 分 别 为 (9. 54±2. 04) Λm 和 (460129±14. 28) Λm 2, 占正常 值的 54108% 和 55154%。相同时间点两侧比较有统计 学意义 (P < 0. 05) , 见表 1。 2. 2　肌细胞超微结构变化 术后 2 周, 实验侧与对照侧肌细胞的线粒体、肌质 网及细胞核改变不明显。术后 4 周, 对照侧肌细胞的 线粒体及肌质网扩张, 线粒体嵴变短, 糖原颗粒减少, 细胞核轻度扩大, 染色质结构疏松, 而实验侧肌细胞内 细胞器无明显改变。 2. 3　肌肉纤颤电位波幅变化 术后 2、4 周, 实验侧与对照侧肌肉纤颤电位波幅 差异无统计学意义 (P > 0. 05) , 见表 2。 表 1　各组肌肉肌细胞直径和截面积 (xθ ±s) Tab. 1　The diameter and the cross section area of myocytes in the denervated skeleta l muscle (xθ ±s) 时间 (周) T im e (w eek s) 测定指标 　 Index 实验侧 (n= 8) Experim en tal side (n= 8) 对照侧 (n= 8) Contro l side (n= 8) 正常值 (n= 6) N o rm al value (n= 6) 2 肌细胞直径 (Λm ) D iam eter (Λm ) 15. 53± 1. 943 11. 06± 1. 99 17. 64± 2. 22　 截面积 (Λm 2) C ro ss section area (Λm 2) 718. 09±18. 763 552. 94±18. 24 828. 75±12. 28　 4 肌细胞直径 (Λm ) D iam eter (Λm ) 14. 51± 1. 883 9. 54± 2. 04　 截面积 (Λm 2) C ro ss section area (Λm 2) 681. 56±12. 263 460. 29±14. 28　 　　3 与相同时间点的对照侧比较 P 值< 0. 05 　　3 Compared w ith the concurren t con tro l side, P < 0. 05 表 2　各组肌肉纤颤电位波幅变化 (n= 8, ΛV, xθ ±s) Tab. 2　The f ibr illa tion poten tia l amplitude in the denervated skeleta l muscle (n= 8, ΛV, xθ ±s) 时间 (周) T im e (w eek s) 实验侧 Experim en tal side 对照侧 Contro l side 2 65. 01±14. 33 53. 98±10. 16 4 43. 34± 7. 85 23. 98± 6. 03 2. 4　肌肉N a+ 2K+ 2A T P 酶及Ca2+ 2A T P 酶活性变化 术后 2、4 周, 实验侧腓肠肌N a+ 2K+ 2A T P 酶活 性分别为 ( 65. 01 ± 14. 33) Λmo l P iöm g ·P röh 和 (43. 34± 7. 85 ) Λmo l P iöm g · P röh, 占 正 常 值 (70. 73± 2. 52) Λmo l P iöm g · P röh 的 91. 98% 和 61162% ; 对 照 侧 仅 为 ( 53198 ± 10116 ) Λmo l P iöm g·P röh 和 (23. 98±6. 03) Λmo l P iöm g · P röh, ·793·中国修复重建外科杂志 2003 年第 17 卷第 5 期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 占正常值的 76132% 和 33190%。实验侧腓肠肌Ca2+ 2 A T P 酶酶活性在术后 2、4 周分别为 (71. 21±3. 47)Λmo l P iöm g·P röh 和 (66. 73±4. 22) Λmo l P iöm g· P röh, 占正常值 (75. 21±3. 05) Λmo l P iöm g·P röh 的 94. 68% 和 88172% ; 对照侧仅为 (59186±7109) Λmo lP iöm g·P röh 和 (36100±9. 78) Λmo l P iöm g·P röh,占正常值的 79159% 和 47187% , 相同时间点两侧比较具有统计学意义 (P < 0105) , 见表 3。 表 3　各组肌肉 Na+ -K+ -ATP 酶活性和Ca2+ -ATP 酶活性 (Λmol P iömg·Pröh, xθ±s) Tab. 3　The Na+ -K+ -ATPase activ ity and Ca2+ -ATPase activ ity of myocytes in the denervated skeleta l muscle (Λmol P iömg·Pröh, xθ±s) 时间 (周) T im e (w eek s) 测定指标 　 Index 实验侧 (n= 8) Experim en tal side (n= 8) 对照侧 (n= 8) Contro l side (n= 8) 正常值 (n= 6) N o rm al value (n= 6) 2 N a+ 2K+ 2A T P 酶 N a+ 2K+ 2A T Pase 65. 01±14. 333 53. 98±10. 16 70. 73±2. 52　 Ca2+ 2A T P 酶 Ca2+ 2A T Pase 71. 21±3. 473 59. 86±7. 09 75. 21±3. 05　 4 N a+ 2K+ 2A T P 酶 N a+ 2K+ 2A T Pase 43. 31±7. 853 23. 98±6. 03 Ca2+ 2A T P 酶 Ca2+ 2A T Pase 66. 73±4. 223 36. 00±7. 78　 　　3 与相同时间点的对照侧比较 P 值< 0105 　　3 Compared w ith the concurren t con tro l side, P < 0105 3　讨论 目前研究发现, 电刺激对失神经支配骨骼肌的影 响可能涉及以下几个方面: ①延缓肌肉萎缩进程, 减轻 肌重丢失; ②缩短肌肉运动单位电活动及自发性肌肉 收缩活动出现的时间; ③加速神经轴突再生速度, 缩短 肌肉失神支配时间; ④改进肌肉获得神经再支配后, 运 动功能恢复的质量; ⑤电刺激诱发瘫痪肌肉的被动性 收缩给患者一个良好的心理安慰。其可能机制为: 通过 诱发肌肉的被动性收缩, 促进血液循环; 改善静脉回 流, 防止肌肉有害代谢产物堆积; 间接影响萎缩肌肉细 胞的代谢过程[6 ]。 肌肉的形态结构与所受负荷相适应, 具有良好的 可塑性, 肌细胞蛋白的合成速率也与肌肉的功能状况 相适应。Hood 等[7 ]研究发现, 慢性低频率电刺激可提 高大鼠胫骨前肌的耐力, 而肌肉耐力很大程度上取决 于肌细胞内线粒体的数量, 肌肉的血液供应以及肌细 胞对A T P 的消耗方式。电刺激后肌细胞线粒体内的 枸橼酸合成酶、琥珀酸脱氢酶的活性较对侧明显提高。 电刺激能全面促进线粒体的功能, 改善肌肉细胞的供 能状态[8、9 ]。我们的实验研究表明, 经皮电刺激对反映 肌肉细胞活力和肌肉收缩功能的N a+ 2K+ 2A T P 酶及 Ca2+ 2A T P 酶活性有较好的保护作用。 我们通过 JN R 22 型神经肌肉康复仪对失神经支 配腓肠肌进行经皮电刺激, 观察失神经 2、4 周时对肌 肉萎缩的预防作用。结果表明, 电刺激可以减缓肌细胞 直径和截面积的下降, 减轻线粒体及肌质网退变; 对肌 肉N a+ 2K+ 2A T P 酶及 Ca2+ 2A T P 酶活性下降有较好 的保护作用, 而对纤颤电位波幅无影响。电刺激对失神 经支配骨骼肌的组织学、电生理及酶组织化学的各项 指标均有保护作用, 是延缓肌肉萎缩的有效方法。 目前常用的电刺激使用方式有二种: 植入式和经 皮电刺激。前者由于需将电极及刺激器置入皮下, 电极 线断裂后的更换以及电刺激器故障的排除均较困难, 临床应用较少。而后者使用方便, 可随时调节刺激的强 度及时间, 毋需专业人员指导操作, 已被广泛应用于临 床, 对延缓肌肉萎缩起到了一定作用。我们的实验应用 的 JN R 22 型神经肌肉刺激仪, 采用正、负双表面电极, 电刺激时可以在肌肉局部形成回路, 低频率 (2H z) 正 弦波以及模仿肌肉生物电的刺激频率与强度, 提高了 电刺激的疗效。该实验研究表明, 电刺激可以减轻线粒 体及肌质网肿胀, 减缓肌细胞直径、截面积下降, 对 N a+ 2K+ 2A T P 酶及 Ca2+ 2A T P 酶活性有较好保护作 用。为临床上应用电刺激防治肌肉萎缩的有效性提供 了较全面的实验数据。 电刺激用于肌肉萎缩防治时需注意: ①刺激强度: 刺激时应使肌肉有较强的收缩, 应以患者的耐受为度; ②刺激部位: 电极尽可能置于需刺激肌肉的表面; ③刺 激时间: 为防止肌肉纤维的过度疲劳, 每次刺激持续时 间以 20～ 30 分钟为宜; ④电刺激性状: 尽量使用感应 电流, 波形选择正弦波、指数波或矩形波; ⑤肌肉状态: 电刺激只能延缓肌肉萎缩的进程, 而不能使已经萎缩 的肌肉纤维发生逆转, 因此应尽早使用。具体应用时尚 需考虑个体差异, 随时调整刺激频率、强度及时间, 以 期获得最佳疗效[10 ]。 ·893· Ch inese J Reparative and Reconstructive Surgery, 2003, V o l 17 (5) © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　 4　参考文献 1 徐建广, 顾玉东. 失神经支配骨骼肌退变组织形态学及电生理实验 研究. 中国修复重建外科杂志, 1999; 13 (4) : 202 2 徐建广, 顾玉东. 失神经支配骨骼肌退变形态学及酶组织化学研 究. 中华显微外科杂志, 2000; 23 (3) : 213 3 徐建广, 顾玉东, 袁　伟, 等. 大鼠失神经腓肠肌实验模型的观察. 上海医科大学学报, 1996; 23 (增刊) : 42 4 Go ldberg W J ,W atson BD , Busto R , et a l. Concurren t m easure2 m ent of (N a+ 2K+ 2)A T Pase activity and lip id perox ide in rat b rain fo llow ing reversib le global ischem ia. N eurochem Res, 1984; 9 (12) : 1 737 5 赵卫国, 张天锡. 急性缺血性脑水肿的实验研究2酶活性的变化. 中 华外科杂志, 1990; 6 (增刊) : 17 6 Kanaya F, T ajim a T. Effect of electro stim ulation on denervated m uscle. C lin O rthop Res, 1992; 283 (2) : 296 7 Hood DA , Paren t G. M etabo lic and con tractile responses of rat fast2tw ich m uscle to 10 H z stim ulation. Am J Physio l, 1991; 260: 832 8 T akahash iM , Hood DA. Ch ron ic stim ulation2induced changes in m itochondria and perfo rm ance in rat skeletal m uscle. J A pp l Physio l, 1993; 74 (2) : 934 9 Yu SM , Chen SF, L an YT , et a l. M echan ism of ex tracellu lar A T P2induced p ro liferation of vascu lar smoo th m uscle cells. M o l Pharm acl, 1996; 50 (4) : 1 000 10 Currier D P, Ray JM , N yland J , et a l. Effects of electrical and electrom agnetic stim ulation after an terio r cruciated ligam ent reconstruction. J O rthop Spo rts Phys T her, 1993; 17 (4) : 177 (收稿: 2002208208　　修回: 2003202227) 掌背动脉逆行岛状皮瓣修复手指皮肤缺损 刘加元　李耀胜　程　驰 　　我科自 2000 年 1 月～ 2002 年 6 月采用掌背动脉逆行岛状 皮瓣修复手指皮肤缺损 21 例, 效果满意, 报告如下。 1　临床资料 本组 21 例, 男 18 例, 女 3 例。年龄 16～ 63 岁。挤压伤 5 例, 电刨切割伤 7 例, 电灼伤 2 例, 瘢痕挛缩 2 例, 外伤术后感染 5 例。其中食指 6 例, 中指 7 例, 环指 6 例, 小指 2 例。掌侧 8 例, 背侧 13 例; 近节 11 例, 中节 8 例, 末节 2 例。合并肌腱损伤 3 例, 指骨骨折 6 例。均采用择期手术。经清创或瘢痕切除后其创 面均伴有骨关节或肌腱外露。 本组手术均采用掌背动脉逆行岛状皮瓣其轴心点位于指 蹼皮肤游离缘近侧 115 cm 处; 轴心线为指蹼中点向手背的垂 直线; 切取皮瓣的大小和形状与受区基本一致。范围 115 cm × 112 cm～ 410 cm ×215 cm。于两伸肌腱之间向深处显露骨间背 侧肌浅面的掌骨背血管蒂, 于肌膜下分离血管蒂, 游离血管蒂 至轴心点, 保留蒂部 115～ 210 cm 宽的筋膜。将皮瓣旋转 180 度, 经开放隧道覆盖受区, 置放引流条, 缝合石膏托外固定。术 后24～ 48小时内拔引流条, 10～ 14 天拆石膏托, 注意皮瓣保温 1 周, 使用广谱抗生素 7～ 10 天, 酌情使用血管扩张剂及抗凝剂 5～ 7 天。 作者单位: 山东肥城矿业集团公司中心医院骨科 (山东肥城, 271608) 　　术后 21 例皮瓣均成活。其中 5 例皮瓣出现水泡, 未给特殊 处理, 表皮脱落后, 皮瓣愈合良好; 1 例皮瓣远端颜色发紫, 为蒂 部缝合过紧受压所致, 经拆开蒂部部分缝线皮瓣血供改善。余 15 例均É 期愈合。术后 3～ 6 周, 患手肿胀, 活动受限, 积极进行 功能练习及康复治疗后手指功能恢复。随访 6～ 18 个月, 外观 均良好, 皮瓣的两点辨别觉 8～ 12 mm。 2　讨论 该皮瓣优点: ①手背和手指皮肤肤色及质地一致, 皮瓣愈 合后外观良好, 质地柔软。②该皮瓣有知名动脉, 血运可靠, 成 活率高, 吸收快, 抗感染能力强, 可一次性用于修复手指皮肤、 肌腱、神经和指骨多种组织缺损。③皮瓣内含有掌背神经, 利于 皮瓣和手指感觉的恢复。④对供区影响小。缺点: ①术后遗留瘢 痕影响外观; ②术后可并发伸肌肌腱粘连, 伸指受限; ③术后出 现手背麻木; ④早期蒂部臃肿。 注意事项: ①设计皮瓣时, 所取皮瓣供区较受区长约 2～ 3 mm , 以防术后因肿胀、淤血或皮瓣下血肿而致张力过大, 皮 瓣出现动、静脉危象和坏死。②供、受区之间采用开放隧道, 缝 合时不宜过紧。如难以缝合, 可游离植皮, 防止皮瓣蒂部受压。 ③术中捆扎止血前不驱血, 以免术中难以寻找周径较细的掌背 动脉。④术后密切观察皮瓣血运, 如出现水泡、颜色发暗等, 及 时处理。 (收稿: 2003201214　　修回: 2003203228) ·993·中国修复重建外科杂志 2003 年第 17 卷第 5 期