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脉冲电磁场防治骨质疏松症的体内外实验研究

韩利华  
【摘要】:骨质疏松症是严重威胁老年人特别是绝经后妇女健康的一种疾病。目前有关骨质疏松症的治疗主要局限于药物治疗,但由于昂贵的价格以及骨质疏松症相关药物治疗中过程产生的副作用往往使病人难以长期坚持,这也是临床医生所必须面对的一道难题。近年来,脉冲电磁场(Pulsing electromagnetic fields, PEMFs)逐渐被用于骨质疏松症的预防和治疗。与传统的治疗方法相比,PEMFs治疗具有副作用小、无身体不适和花费低廉等优点。 在所有活的生物体,如骨骼、神经、软骨、肌肉等都存在电现象,因此这些组织都会受到外加磁场或电磁场的影响。事实上,有越来越多的证据证实了的频率低于300Hz的电场或磁场可以影响器官和组织的功能。电场和电磁场被用于骨折和骨科相关疾病已有三十余年。极低频PEMFs已成功地用于治疗各种骨科疾病:骨折不愈合和延迟愈合、骨坏死、假关节、促进神经再生和伤口愈合。目前全世界已有数以百万计的骨折病人接受PEMFs治疗,虽然有关PEMFs骨质疏松症治疗方面进行了大量的动物实验,但PEMFs用于骨质疏松症患者的治疗才刚刚开始。由于PEMFs存在场强、频率、脉冲时间及次数、波形等的“窗口”效应,目前研究者所使用的“窗口”各不相同,很多实验结果往往相互矛盾,对PEMFs在防治骨质疏松症中的作用仍存在争议。PEMFs对骨质疏松的作用机制目前仍不清楚。因此,探索PEMFs的作用机制,寻找最佳的治疗“窗口”,是摆在我们面前的重要工作。 为了证实PEMFs在防治骨质疏松症中的作用,我们用我校生物医学 第四军医大学博士学位论文 工程系研制的频率分别为IHz和巧Hz,脉冲延时为sms,磁感应强度为 0一8xl丫T的PEMFs骨质疏松治疗仪进行了一系列体内、外实验研究, 以探讨PEMFs对绝经后骨质疏松症的预防作用以及其作用机制,寻找最 佳的治疗“窗口”。 本研究主要包括两大部分内容。1.体内动物实验:用Sprague一Dawly 雌性大鼠去势建立绝经后骨质疏松症动物模型,去势后开始用频率为 15Hz、磁感应强度分别为Zx 104rr、4x 10一T、sxl04T的PEMFs进行 6扮d,共12周的治疗。观察不同磁感应强度的PEMFs对去势大鼠骨钙素、 骨密度、骨生物力学参数及骨形态计量学参数的影响,以探讨PEMFs对 去势大鼠骨质疏松症的预防作用;用雌性大鼠去势建立绝经后骨质疏松 症动物模型,去势后分别在白天(9:00一-15:00)和夜间(0:oo一6: 00)开始用频率为15Hz、磁感应强度4xlo礴T的PEMFs进行6珑,共 12周的治疗,观察昼夜节律对PEMFs预防去势大鼠骨质疏松症的作用的 影响;用免疫组织化学方法观察PEMFs作用后松质骨中IL一1日和TNF- a蛋白表达的变化,探讨IL一1已和TNF一Q在PEMFs预防骨质疏松症机制 中的作用。2.体外成骨细胞培养实验。用SD仔鼠颅骨建立原代大鼠成骨 细胞培养模型,并进行鉴定;用频率为15Hz、磁感应强度4xlo4T的 PEMFs作用于培养的大鼠成骨细胞,采用透射电镜、流式细胞仪、MTT 实验、ALP活性测定以及四环素荧光标记等方法,观察PEMFs对大鼠成 骨细胞的超微结构、细胞周期、增殖、分化以及体外骨形成的影响,观 察PEMFs对大鼠成骨细胞的作用;用免疫组织化学染色的方法观察 PEMFs作用于培养的大鼠成骨细胞后,成骨细胞中Cbfal、BMP一2表达 的变化,探讨Cbfal、BMP一2在PEMFs治疗骨质疏松症中的作用机制; 用流式细胞仪、TUNEL法、免疫组织化学等方法观察PEMFs作用于大 鼠成骨细胞后成骨细胞凋亡率的变化和Fas蛋白表达的变化,探讨PEMFs 对成骨细胞凋亡的影响;观察不同时间、磁感应强度、频率的PEMFs对 成骨细胞增殖的影响,以寻找PEMFs对成骨细胞最佳的作用“窗口”。 得到如下结论: 1.频率1 SHz,脉冲延时为sms,磁感应强度分别为2 xlo礴T、4 x 10-4T 和sxlo礴T的PEMFs可以降低去势大鼠BGP水平,增加BMD,提高股 骨生物力学性能和改善骨形态计量学参数,这三种强度的PEMFs均对雌 第四军医大学博士学位论文 性大鼠去势导致的骨质疏松症有预防作用,其中4xlrT和sx1o礴T组 的治疗效果优于2x10一T组。 2.昼夜节律对PEMFs预防去势大鼠骨质疏松症的作用效果有影响,在 白天对去势大鼠进行PEMFs的治疗效果优于夜间治疗。昼夜节律对 PEMFs治疗作用的影响可能与生长激素、cAMP以及骨代谢的生化标志 物的昼夜节律有关。 3.PEMFs治疗则可降低去势后松质骨中增高的IL一lp和TNF一a的表达 水平。PEMFs可能通过减少TNF一。、IL一lp等局部细胞因子的表达抑制 破骨细胞形成,进而抑制骨吸收,提示PEMFs对骨质疏松症的治疗作用 可能与其减少TNF一a、IL一lp等局部细胞因子的表达有关。 4.我们用胎鼠颅骨建立成骨细胞培养模型,经倒置显微镜观察、ALP染 色、钙结节染色、I型和m型胶原免疫组织化学染色等方法鉴定,得到 纯度较高的成骨细胞。 5.我们用频率为15Hz,磁感应强度为4x 10碑T的PEMFs作用于胎鼠颅 骨成骨细胞,流式细胞仪测定发现成骨细胞S期比例升高,增殖指数增 加。M竹实验显示成骨细胞增殖活跃,ALP活性增高。四环素荧光标记 面积及荧光强度明显增加。说明PEMFs作用于成骨细胞,既可促进细


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