去卵巢大鼠股骨材料力学特性在不同强度脉冲电磁场下的改变

去卵巢大鼠股骨材料力学特性在不同强度脉冲电磁场下的改变

陈艳华1周文2刘畅3肖登*

DOI：10.7504/nk2016010203中图分类号：R587.1文献标识码：A

摘要：目的通过研究骨质疏松大鼠的模型材料力学的指标在不同强度脉冲电磁场作用下的变化，探讨对骨质疏松的脉冲电磁场治疗的最适强度。方法将50只雌性3月龄SD大鼠按随机分组的原则分为5组：0.77mT组、3.82mT组、9.87mT组、假手术对照组、模型对照组，每组10只。0.77mT组、3.82mT组和9.87mT组大鼠每天在频率为8Hz，磁场感应分别为0.77mT、3．82mT和9.87mT的磁场环境中干预40min，共30d。假手术对照组和模型对照组不干预。除假手术对照组以外，对各组大鼠去卵巢造模。各组大鼠均于术后喂养30d后股动脉放血处死，取左侧股骨测定材料力学结构特性（包括弹性模量、最大应力和最大应变）。结果3.82mT组各项材料力学指标与0.77mT、9.82mT组和模型对照组比较，差异有统计学意义(P＜0.05)。结论磁感应强度为3.82mT的PEMFs能明显改善骨质疏松大鼠股骨材料力学特性。

关键词：脉冲电磁场强度；去卵巢大鼠；材料力学特性

骨组织是按力学原理组成其内部结构的特殊结缔组织，从生物力学的角度看，骨组织是双相性的组合材料，而从功能上看，骨最重要的机械性能是其强度和硬度。骨骼对负荷的功能适应性反应，包括骨量、骨结构力学性能和骨材料力学性能。而骨质疏松症的重要特征就是骨微细结构和生物力学特性的改变。所以，骨的微观性能和生物力学性能已经成为治疗骨质疏松的良好指标。目前WHO关于骨质疏松症的诊断标准依据骨量测量即骨密度测定结果，但仅靠骨量的测量无法全面反映骨骼的内在特性。骨质量不仅能反映骨骼的结构，同时还能提示骨骼内在的生物力学特性。治疗骨质疏松症时，骨量的提高必须以骨质量得到有效的改善为前提，才能真正达到治疗骨质疏松的目的。因此，测量骨的材料力学特性，包括弹性模量（modulusofbendingelasticity）、最大应力（maximalstress）、最大应变（maximalstrain）能反应骨微细结构变化的变化，而测定骨的材料力学特性在骨质疏松症的研究中就极为重要。

脉冲电磁场（pulsedelectromagneticfields,PEMFs）疗法的作用机制尚不清楚，但是对PEMFs治疗骨质疏松症的效果，研究者们均持肯定态度。然而目前PEMFs治疗骨质疏松症的最适磁场强度仍不清楚，因此探讨不同强度PEMFs治疗骨质疏松症后机体材料力学特性的改变具有重要的意义。我们拟选用同一频率下低、中、高三种磁场强度对骨质疏松症大鼠进行干预，测定其材料力学特性的改变并探索最佳治疗强度，现报告如下。

1.材料与方法

1.1实验动物分组

根据体重，按随机分组原则将健康清洁级的雌性3月龄SD大鼠50只分为5组：3个PEMFs组（0.77mT组、3.82mT组和9.87mT组）以及假手术对照组、模型对照组，每组10只。

1.2假手术对照组的处理

假手术对照组10只大鼠背部常规备皮，用1%戊巴比妥以3ml/kg体重腹腔注射麻醉，然后将大鼠俯卧位固定于手术台上，常规消毒、铺巾；经腰背侧肋脊角切口进入腹腔，仅切除卵巢周围部分脂肪组织，不摘除卵巢；止血、冲洗后，腹腔灌注2ml5‰甲硝唑注射液消毒，再逐层缝合肌肉、皮下组织和皮肤，用75%酒精、碘酒消毒皮肤。

1.3骨质疏松动物模型的建立

假手术对照组除外，将其他各组大鼠用1%戊巴比妥以3ml/kg体重腹腔注射麻醉，然后俯卧位固定于手术台上，背部常规备皮、消毒、铺巾；经腰背侧肋脊角切口进入腹腔，切口视野可见白色脂肪，分离脂肪团，便可看见粉红色的卵巢，以止血钳夹住卵巢，将卵巢下的输卵管（包括脂肪）用丝线结扎，剪除卵巢后将输卵管送回腹腔中，同法切除另一侧卵巢；止血、冲洗后，腹腔灌注2ml5‰甲硝唑注射液消毒，再逐层缝合肌肉、皮下组织和皮肤，用75%酒精、碘酒消毒皮肤。

1.4主要试剂与仪器

1%戊巴比妥溶液和5‰甲硝唑注射液；Union-2000A型骨质疏松治疗系统；日本产AG-IS型电子万能试验机。

1.5干预方式

造模结束后第5天3个PEMFs组开始PEMFs干预，脉冲频率设定为8Hz，干预强度分别为0.77mT、3.82mT、9.87mT，每天1次，每次40min，治疗30d。各组大鼠均在同等条件下分笼饲养，自由饮水、摄食，动物房室温20-26℃，每周称重。模型对照组切除卵巢后正常喂养，假手术对照组假手术后正常喂养，不予任何处理。

1.6检测方法

各组大鼠治疗结束后次日行股动脉放血处死，分离大鼠左侧股骨，去除软组织，用生理盐水湿纱布包裹标本，储存于冰箱冷冻室内备测。

1.7股骨材料力学检测：应用日本产AG-IS型电子万能试验机，计算机对测力及位移自动采控，采样频率10Hz。测试指标包括弹性模量（单位为N/mm2）、最大应力（单位为N/mm2）、最大应变（单位为%）。

2.结果与讨论

不同强度的PEMFs对去势大鼠股骨材料力学的影响见表1。0.77mT组与模型对照组比较，最大应变、最大应力测量参数差异有统计学意义(P<0.05)。3.82mT与模型对照组比较，各测量参数差异均有统计学意义(P<0.05)。9.87mT与模型对照组比较，最大应力测量参数差异有统计学意义(P<0.05)。3.82mT组弹性模量、最大应力与0.77mT组比较，差异有统计学意义(P<0.05)。3.82mT组各项检测指标与9.87mT组比较，差异均有统计学意义(P<0.05)；

表1各组股骨材料力学检测结果比较（χ±s）

注：与模型对照组比较，①P<O．05；与假手术对照组比较，②P<O．05；与0.77mT组比较，③P<0.05;与3_82mT组比，④P<0.05

本研究结果显示，与假手术对照组比较，模型对照组的各项材料力学特性相关指标具有统计学意义(P<0.05)。提示在去卵巢后1个月，大鼠股骨的材料力学指标显著改善。与模型对照组比较，0.77mT组、3.82mT组、9.87mT组的材料力学特性均改善（P<0.05）。3中磁场强度的治疗均能阻止去卵巢大鼠的材料力学的减退。3个PEMFs组组间比较发现，磁感应强度为3.82mT时，大鼠材料力学特性的改善优于0.77mT组和9.87mT组，差异具有统计学意义。提示磁感应强度为3.82mT的PEMFs较0.77mT和9.87mT的PEMFs对大鼠材料力学特性的影响更大，

PEMFs治疗骨质疏松症无痛苦，患者能够长期坚持，且大量研究表明，PEMFs对骨质疏松具有肯定的治疗效果。但由于所用PEMFs的频率、不同强度及时间等参数不同，实验结果往往差异很大，PEMFs治疗骨质疏松症的最适磁场强度仍不清楚。骨的材料力学性能直接反映骨的抗骨折能力，其改善情况可作为评定某种治疗手段有效性的重要客观依据。本研究以骨材料力学性能为参数指标，分析不同强度参数的PEMFs治疗去卵巢大鼠后其股骨材料力学性能的改变，从而了解PEMFs治疗骨质疏松症的最佳治疗强度。

本研究发现，实验中3种强度的PEMFs均能使去卵巢大鼠股骨材料力学性能改善，对去卵巢大鼠骨质疏松有肯定的预防作用，不但能增加骨量，而且能改善固定微细结构、构成成分及胶原纤维性能。磁感应强度为3.82mT的PEMFs较其他治疗组改善去卵巢大鼠股骨的材料力学特性更为显著，提示中等磁场强度的PEMFs较高强度和低强度的PEMFs对骨质疏松大鼠股骨材料力学特性的改善效果更为显著。

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