[doc] 仿生脉冲电磁场对大鼠骨密度下降预防治疗作用的实验研究

[doc] 仿生脉冲电磁场对大鼠骨密度下降预防治疗作用的实验研究 仿生脉冲电磁场对大鼠骨密度下降预防治 疗作用的实验研究 ?52?堡直国防医学杂志2008年第22卷第2期 仿生脉冲电磁场对大鼠骨密度下降 预防治疗作用的实验研究 叶青刘曦明黄武李春祥 【摘要】目的观察仿生脉冲电磁场 (bionicspulsedelectromagneticfields,BEMF)对Wistar大鼠骨质疏松发生的 预防性治疗作用.本实验取32只3月龄雌性Wistar大鼠,随机分成4组:正常对照组(A组)8只,地塞米松组(B 组)8只,降钙素组(C组)8只,电磁场组(D组)8只.A组常规喂养,同时给予注射等量生理盐水;B组仅给予地塞米松 肌肉注射(1mg/kg,2次/w),C组及D组在给予地塞米松(1mg/kg,2次/w)肌肉注射的同时分别给予降钙素皮下注射(2 IU/kg,1次/d)及电磁场照射(1h/1次,1次/d)预防性治疗,以上各组均分别于第4,8,12周不同时间点在麻醉状态下测 取腰椎及股骨的骨密度值,以观察各不同时间点各组大鼠骨密度的改变.结果BEMF预防性治疗4周,各组大鼠骨密 度无显着性差异(尸>0.05)8周D组较B组骨密度高(尸 <0.01),12周D组较B组骨密度高(尸<0.01),D组较C组股 骨骨密度亦显着增高(尸<0.05).结论BEMF有预防骨质疏松发生 的作用,并随着预防治疗时间的延长,BEMF的预 防作用较降钙素有更显着的效果. 关键词仿生脉冲电磁场骨密度预防性治疗 中图分类号R681.1文献标识码A Study011~velltatireEffectofBionicsP|lJsedElectromagneticFieldsONBoneMineralDensity YEQng,LIUXi-ming,HUANGWu,eta1.DepartmentofOrthopaedics,GuangxiCorpsHospitalofChinese ArmiedPoliceForce.N口nningGuangxi530003.Cina [Abstract]ObjectiveToobservetheeffectofpreventativetherapyofbionicspulsedelectromagneticfields (BEMF)ontheosteoporosismodelofWistarrats.MethodsThirty-two3一 montholdfemaleWistarratswererandomly dividedinto4groups,i.己 controlgroup(groupA,n=8),desamethasonegroup(groupB,n=8),calcitoningroup (groupC,n=8)andBEMFgroup(groupD,n=8).GroupAwasraisednormallyandreceivedthesameamountofnor— malsaline.GroupBwasinjectedwithdesamethasoneonly(1mg/kg,im,2/w).GroupCandDwereinjectedwithcalcito— nin(2IU/kg,S.c.,l/d)andirradiatedwithBEMFrespectivelyforpreventativetherapy,aswellasinjectedwithdesa— methasone(1mg/kg,im,2/w).Thebonemineraldensity(BMD)wasmeasuredandcomparedundernarcosisatdifferent times.ResultsTherewasnosignificantdifferencesinBMDamongallgroupsatthe4thweek;therewassignificant differencesbetweengroupDandgroupBatthe8thweek;andtherewassignificantdifferencesinBMDoffemurbetween groupDandgroupCatthe12thweeks(尸 <O.05).ConclusionTheBEMFpreventativetherapyiseffectiveinpreven— tingthedecliningoftheBMDofWistarrats.Thetherapyeffectismoresignificantthanthatofcalcitoninwiththeelonga— tionoftherapytime. [Keywords]Bionicspulsedelectromagneticfields;Bonemineraldensity;Preventativetherapy 糖皮质激素(glucocorticoid,GC)在临床使用相 当广泛,但长期使用出现许多并发症,其中骨密度下降 而致骨质疏松是常出现的并发症,病理性骨折的发生 率比较高.研究证实特定的脉冲电磁场(bionics pulsedelectromagneticfields,BEMF)能一定程度地 改善骨质疏松模型的骨微观结构,骨代谢特征,减少或 防治骨量丢失,甚至能恢复骨质疏松丢失的骨量.本 实验运用BEMF对3月龄雌性Wistar大鼠预防性治 疗,分别于4,8,12周3个时间点观察腰椎和股骨骨密 度的变化. 1材料与方法 1.1实验动物 3月龄,雌性Wistar大鼠32只,质量135~170g. 由第三军医大学实验动物中心提供. 1.2实验仪器 BEMF骨质疏松治疗仪(大鼠型)主要参数:尖峰 收稿日期:2008—01—04 作者单位:武警广西总队医院骨科(南宁530003) 广州军区武汉总医院骨科 医学杂志2008年第22卷第2 衰减波形;脉冲磁场频率8Hz,12Hz;频率自动跳变周 期30s;最大磁场强度1lmT;强度自动跳变周期60s; 信号功率谱0~250Hz;主要功率频段2,75Hz(由中 国医学科学院生物医学研究所提供).CHAL— LENGER全身双能量(X线)骨密度测定仪器由法国 (K公司提供. 1.3分组 将32只雌性Wistar大鼠随机分成四组:正常对 照组(A组)8只,常规喂养,予以注射等量生理盐水; 地塞米松组(B组)8只,予以地塞米松lmg/kg,im, 2/w;降钙素治疗组(C组)8只,予以鲑鱼降钙素 2IU/kg,Be,1/d;BEMF治疗组(D组)8只,BEMF照 射1次/d,1h/次.各组大鼠在同一间明亮,清洁,通 风良好,室温25?的动物房中饲养,自由饮水摄食. 动物饲料由第三军医大学是实验动物中心提供. 1.4骨密度测量 各组均分别于第4,8,12周不同时间点1戊巴 比妥3ml/kg腹腔注射麻醉,当大鼠呈稳定昏迷状态 达到5min以上时,活体放置在CHALLENGER全身 双能量(X线)骨密度测定仪器的探头下,应用小动物 软件进行腰椎和股骨扫描,测定骨密度值. 1.5统计学处理 所有数据均以均数?差(?s)描述,采用 SPSS10.O统计软件,组内不同时间点骨密度值进行重 复测量单因素方差分析,不同处理组之间进行单因素 方差分析. 2结果 B组注射地塞米松后,8周时较4周时腰椎及股 骨骨密度值均显着下降(PG0.叭),12周时较8周时 腰椎及股骨骨密度值均显着下降(PG0.05)(图1,2). C组8周时较4周时骨密度值无显着差异,12周时较 8周时骨密值度亦无显着下降,12周时较4周时腰椎 骨密度值无显着下降,但股骨骨密度值呈显着下降(P G0.05)(图1,2).D组各时间点骨密度值均无显着 差异(图1,2).各组大鼠间于第4周测定的骨密度值 均无显着的统计学差异(图3).第8周时与A组相 比:B组腰椎,股骨骨密度均显着性下降(PG0.01,P G0.05).与B组相比:C组及D组腰椎,股骨骨密度 均呈显着性升高(PG0.01),其它各组参数无显着性 差异(图4). 第12周时与A组相比:B组腰椎,股骨骨密度均 显着性下降(PG0.01),C组腰椎无显着性差异,股骨 骨密度下降(PG0.05),D组腰椎,股骨骨密度均无显 ? 53? 着性差异.与B组相比:C组腰椎,股骨骨密度升高 (PG0.05),D组腰椎,股骨骨密度均显着性升高(PG 0.01).与C组相比:D组腰椎骨密度无显着性差异, 股骨骨密度升高(PG0.05)(图5). 0-4 冒.’3 复0.2 ? 0.1 0 4周8周12周 B组内12周较8周比,a:P<(),05; B组内8周较4周比,b:P<o.【)1 图1各时间点腰椎骨密度值变化(组内) Figure1ChangesofBMDofvertebral bodyatvarioustime(inonegroup) 4周8周12周 B组内8周较4周比,b:P<0.叭;B组内12周较8周比 a:P<0.05;C组内12周较4周比,C:P<0.05 图2各时间点股骨骨密度值变化(组内) Figure2ChangesofBMDoffemurat varioustime(inonegroup) 腰椎(BMD)股骨(BMD) 图34周时各组间骨密度值变化 Figure3ChangesofBMDof allgroupsat4thweek 一 321O OOO 一3/暑)口苫? 32OOO 一口苫? ? 54? 0.3 腰椎(BMD)股骨(BMD) 与A组比,a:P<O.05,b:P<0.【)1; 与B组比,c:P<0.05,d:P<O.叭 图48周时各组问骨密度值变化 Figure4ChangesofBMDofallgroupsat8thweek 腰椎(BIVlD)股骨(BMD) 与A组比,a:P<0.05,b:P<0.叭;与B组比,c:P<().05 d:P<0.【)1;与C组比,e:P<0.05,f:P<0.01 图512周时各组间骨密度值变化 Figure5ChangesofBMDofallgroupsat12thweek 3讨论 因治疗需要,GC被广泛应用于临床,这类药物非 特异性抗炎和免疫抑制的药理学效应发挥了肯定的治 疗作用,但其不可避免的副作用又成了临床医师面临 的难题.骨量丢失,骨密度下降致骨质疏松症是GC 的主要副作用之一.运用地塞米松lmg/kg,im,2/w, 8周后即可形成骨质疏松动物模型_1].本实验的结果 表明地塞米松组大鼠股骨及椎骨骨密度较其它组均显 着下降(P<0.01),所以运用地塞米松制模,正确地模 拟了临床运用GC而致骨质疏松的特征. 本研究以骨密度值为参数指标,因其可较直接地 反映骨的强度及抗骨折能力,骨密度的改善是评定某 些治疗手段有效性的主要依据.骨组织是由无机盐和 有机质组成的双向复合材料,无机材料与骨的强度有 关.在决定骨强度的若干因素中,骨矿物质密度 (BMD)直接反映了骨组织量的因素,松质骨骨密度对 华南国防医学杂志2008年第22卷第2期 骨强度的贡献约为58,70.骨密度与骨结构密 切相关,是因为当骨密度下降时骨皮质的厚度下降,骨 内的孔隙增大,松质骨内的骨小梁变稀疏,数量下降, 骨强度下降,从而使骨折率增加目前认为由于骨密 度而引起的骨结构的变化是预测骨折的重要因素[. 股骨近端(尤其是转子间区)以及正位腰椎(尤其是正 位腰椎2)BMD在反映骨的结构特性方面,较其他测 定部位更有优势_3].因此,本实验以大鼠腰椎和股骨 为标本具有科学性. 降钙素一直被认为主要是通过抑制骨吸收而产生 治疗作用,是一种破骨细胞的强烈抑制剂,属于”抗骨 吸收”药物_5].其机理是通过相关受体作用于破骨细 胞,迅速抑制破骨细胞的活性,而抑制破骨细胞的增殖 和减少其数量,从而抑制骨吸收,降低骨转换[6],防治 各种原因所致的骨量丢失.本研究以鲑鱼降钙素为对 照组,是因为鲑鱼降钙素的活性是哺乳动物的30~50 倍,在血浆中分解缓慢,半衰期较长,在体内很可能通 过影响成骨细胞的生长,对骨形成产生积极有效的作 用.鲑鱼降钙素对骨质疏松的治疗作用既往已有大量 研究证实,并在临床大量运用,本实验以此设为对照 组. BEMF是指其波型,频率,跳变周期,强度,功率 谱,功率频段均与人体的相仿,它正确地模拟了人体内 的生物电,对人体生物学方面的促进作用亦与人体自 身内生物电相似.BEMF能有效治疗绝经后妇女或 是老年性骨质疏松症以及促进骨折愈合,此前均有大 量报道,但因糖皮质激素的运用而致骨密度下降的 BEMF预防性治疗尚少见报道.其机制可能与 BEMF诸多方面的促成骨作用有关:?BEMF可通过 对钙调节激素的影响而发生作用,甲状旁腺激素一2是 人体内最重要的钙调节激素,BEMF能使人体内甲状 旁腺激素一2升高,使血钙降低,成骨增加_7J.?BEMF 可促进一些细胞因子的产生,如前列腺素E2(pros— taglandinE2,PGE2),肝细胞生长因子(hepatocyte growthfactor,HGF),碱性成纤维细胞生长因子(bas— icfabroblastgrowthfactor,bFGF),转化生长因子G1 (transforminggrowthfactor-beta1,TGF/31),而这些 因子均可促进成骨细胞活跃和骨生成_8].?BEMF 可通过影响DNA和mRNA的表达而发挥作用,可促 使人成纤维细胞内的DNA和mRNA合成l】. BEMF诸多方面的作用机制均可促进成骨,改善骨的 形态和微细结构以及骨构成成分的改变(如钙盐的丢 失)[113,因此可预防骨密度下降.本研究通过运用 BEMF对32只Wistar大鼠分4,8,12周3个不同时 0 O 一g3/旨)Q苫? 0 O 一3/宕一国苫? 华南国防医学杂志20Q璺生鲞箜 间点预防性治疗后发现BEMF有预防骨密度下降的 作用,且随着预防治疗时间的延长BEMF的预防作用 较降钙素更显着.第4周时各组骨密度值均无显着性 差异,是由于这时动物模型尚未形成,各组骨密度值均 未出现明显下降.第8周时,骨质疏松模型已经形成, B组由于没有BEMF和鲑鱼降钙素的预防治疗,故较 4周时出现骨密度值显着下降.这时A,C,D组间骨 密度值未见明显差异,说明这个时段内BEMF和鲑鱼 降钙素有预防治疗作用且作用相当.12周时B组出 现更为明显的骨密度值下降,这可能是由于地塞米松 作用时间的增长和大鼠本身年龄的增大两方面原因造 成;这时C组出现股骨骨密度值较A,D组明显下降 (P<0.05),而A,D两组间腰椎及股骨骨密度值均无 显着差异,这说明随着预防治疗时间的延长BEMF的 预防作用较降钙素有更显着的效果,这可能与两者的 作用机制有关:后者的主要作用在于抗骨吸收,随着地 塞米松致骨质疏松时间和强度的增加,鲑鱼降钙素的 抗骨吸收作用可能会出现下降的现象;而前者不仅可 通过对钙调节激素的影响而发生作用,而且可促进一 些促成骨细胞活跃和骨生成的因子的产生和通过影响 DNA和mRNA的表达而发挥作用,故前者有根本性 的,持久的预防作用. ‘‘-.??-.…l?….…’’….’ll??-I?”……|-.……?.’’-…一.’??.’ll? (上接第43页) 组显着降低;HT组进展至MODS的发生率较对照组 显着降低,可见HT可保护多种重要器官的功能,减 少进展MODS的发生率.应用HT要防止其副作用, 可能增加心血管并发症,引起器官的低灌注,从而加重 器官的功能障碍[1314],本文病例尚未观察到HT治疗 的严重并发症,有待大样本观察进一步证实其有效性 及安全性. 2 3 4 参考文献 刘静,邹敏书,余健,等.c反应蛋白和中性粒细胞百分率在新 生儿感染中的临床意义EJ].华南国防医学杂志,2007,21(1):4-6 GluckmanPD,Wyattjs,AzzopardiD,eta1.Selectiveheadcooling withmildsystemichypothermiaafterneonatalencephalopathy:mul— ticentrerandomisedtrial[-J].Lancet,2005,365(9460):663—670 ShankaranS,LaptookAR,EhrenkranzRA,eta1.Whole-bodyhypo— thermiaforneonateswithhypoxic-ischemicencepha1opathy[J].N EnglJMed,2005,353(15):1574—1584 中华医学会儿科学会新生儿学组.新生儿缺氧缺血性脑病诊断依据 和临床分度EJ].中华儿科杂志,1997,35(2):99—100 参考文献 .. 1陆邦超,王坚,乔飞.地塞米松致糖皮质激素性骨质疏松动物模 型的实验研究EJ].中国老年学杂志,2003,23(9):605606 2CompstonJE.Connectivityofcancellousbone:assessmentandme 464 chanicalimplicationslJ1.Bone,1994,15(5):463— 3WHO.骨质疏松防治工作中期报告Ec].全国骨质疏松诊断与防治 研讨会资料,2000.21—28 4李民,周跃,王建,等.可注射硫酸钙用于腰椎椎间融合的实 验观察[J].华南国防医学杂志,2007,21(2):18—20 5BrightonCT,McCluskeyWP.Responseofculturedbonecellstoa capacitivelycoupledelectricfield:Inhibitionofcampresponsetopar— athyroidhormone[J~.OrthopRes,1998,6(4):567—571 6CadossiR,ZucchiniP,CaneV,eta1.ExpressionofTNF_dandof TGoninfollowing osteoporoticfracture[J].0steoporosInt,2002,13(11):858—867 9刘忠厚.骨质疏松学[M].北京:科学出版社,1998.125—127 10LiboffAR.WilliamsTJr,StrongDM,eta1.Time-varyingmagnetic fields:effectonDNAsynthesis[J].Science,1984,223(4638):818— 820 11陈一心,韩祖斌.雌性大鼠去势后股骨生物力学变化[J].医用生物 力学,1996,11(1):51—53 5ShahP,RiphagenS,BeyeneJ,eta1.Multiorgandysfunctioninin fantswithpost—asphyxialhypoxic-ischaemicencepha1opathyp[J]. 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