低強度微波對急性脊髓損傷大鼠體感誘發電位和運動誘發電位的影響

謝財忠 戴加飛 湯江帆 劉蓓蓓 丁志清

東部戰區總醫院 1 康復醫學科 2 神經內科，江蘇省南京市 210002

脊髓損傷(Spinal cord injury，SCI)是一種高致殘性中樞神經系統疾病。脊髓損傷后常出現肢體癱瘓、感覺障礙及大小便功能障礙等[1]，給患者、家庭和社會帶來巨大的負擔。目前脊髓損傷臨床治療進展甚微，治療方案還停留在早期大劑量注射類固醇激素和脊柱手術減輕脊髓繼發性損傷以及康復訓練提高患者生活自理能力，而對促進神經功能恢復還沒有有效的方法[2]。微波是臨床常用的物理治療手段，具有改善血液循環，加快炎癥吸收，促進組織再生和功能恢復作用，已被廣泛用于治療多種疾病[3]。根據波長不同微波可分為分米波、厘米波和毫米波。臨床上，微波療法的波長多為厘米波。近年來有研究報道毫米波能促進脊髓損傷大鼠癱瘓肢體的功能恢復[4]。但是，有關微波對SCI修復的研究不多。本實驗應用改良Allen’s法建立大鼠脊髓損傷模型，觀察低強度微波對急性脊髓損傷大鼠體感誘發電位和運動誘發電位的影響，探討低強度微波對脊髓損傷修復的應用價值，為臨床上應用微波治療脊髓損傷提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 實驗動物與分組 10周齡SPF級雌性SD大鼠72只，體質量(220±20)g，由上海西普爾—必凱實驗動物有限公司提供。大鼠飼養于東部戰區總醫院比較醫學科動物房，室內環境為室溫(22±2)℃、相對濕度50%～60%、通風良好、自然晝夜規律，自由攝食和飲水。大鼠經適應性飼養1周后，按隨機數字表法分為3組：Sham組、SCI組和MW組，每組24只。每組觀察時相點為術后1d、7d、14d及21d，每時相點6只動物。

1.2 方法

1.2.1 脊髓損傷模型制備：參照文獻[5]所述改良Allen’s法制備脊髓損傷模型。具體方法如下：10%水合氯醛(0.3ml/100g)對大鼠進行腹腔注射麻醉。將大鼠俯臥位固定于手術臺面上，脊柱中下段正中備皮，碘伏消毒，鋪洞巾。取T10后正中切口，自T10棘突向兩端縱行切開皮膚、肌肉、筋膜等軟組織，切口遠端至T12脊柱節段，近端至T8脊柱節段，用小型咬骨鉗咬除各節段棘突和椎板，顯露亮白色的脊髓背側硬膜。利用NYU脊椎沖擊損傷儀，采用改良Allen’s撞擊法打擊T10脊髓，致傷能量為10g×25mm。打擊后出現鼠尾痙攣性擺動、軀體回縮樣撲動及雙下肢弛緩性癱瘓，表明造模成功。術后沖洗傷口，常規消毒，用4-0的絲線逐層縫合肌肉皮膚，醫用紗布包扎切口。術后3d青霉素G 20萬單位肌肉注射，以預防感染。每日按摩腹部協助排尿2次，至形成反射性排尿為止。SCI組和MW組大鼠均成功制備脊髓損傷模型，無死亡。Sham 組大鼠僅行椎板切除術顯露硬脊膜，無打擊操作。

1.2.2 微波照射治療：MW組大鼠造模后24h開始進行損傷部位低強度微波照射治療。采用南京產MTC-3-500型微波治療儀，該微波的波長12.5cm、頻率2 450MHz，輻射器直徑10cm，大鼠仰臥固定于自制裝置，輻射器垂直置于傷口上方與皮膚間隔1拳(8cm)，設置輸出方式為連續輸出，照射強度為10W，10min/次，1次/d，5次/周，連續照射3周。SCI組和Sham組不給予微波照射治療。

1.2.3 運動功能評定：采用Basso-Beattie-Bresnahan(BBB)評分法對所有大鼠進行運動功能評定[6]。該法評分范圍為0～21分，0分表示后肢完全無活動，21分表示后肢活動完全正常，評分越高表示運動功能越好。評定時先將大鼠排空尿液，然后放置于開闊地面上，觀察其后肢的關節活動、負重、爬行及軀干平衡能力。本評分于術前及術后1d、7d、14d及21d進行，每次由2名熟悉BBB評分操作的實驗人員完成，取平均值。

1.2.4 體感誘發電位(SEPs)檢測：各組大鼠于BBB評分完成后分別進行SEPs檢測[7]。SEPs檢測采用Key-point 肌電圖/誘發電位儀。大鼠麻醉后，依據國際標準的10/20系統將記錄電極置于大鼠頭皮CZ處(即以鼻根至枕骨粗隆的連線為中線再做兩外耳孔的連線)，參考電極置于鼻根皮下，刺激電極置于鼠一側踝部內后方脛后神經處，參考電極置于其臨近跟腱處，5個電極均為針式電極。刺激強度以足趾出現明顯抽動為宜。每次測試至少重復刺激3次以獲得穩定的波形，以P1、N1波的潛伏期和波幅作為觀察指標。

1.2.5 運動誘發電位(MEPs)檢測：各組大鼠于SEPs檢測完成后接著進行MEPs檢測[7]。MEPs檢測采用Key-point肌電圖/誘發電位儀和MagPro型經顱磁刺激儀。大鼠麻醉后，將記錄電極置于大鼠一側后肢腓腸肌或比目魚肌肌腹中部，參考電極置于其肌腱鄰近部位，兩電極之間相距1cm，接地電極置于鼠尾部皮下，3個電極均為針式電極。將C-100型圓形刺激線圈聚焦點置于大鼠頭部Cz處附近，根據大鼠對刺激的反應適當調整線圈位置，以達最佳刺激效果。刺激強度為最大輸出的40%～60%。每次測試至少重復刺激3次以獲得穩定的復合肌肉動作電位(CMAP) 波形，記錄其潛伏期和波幅的變化。

2 結果

2.1 BBB評分情況 術前大鼠下肢運動功能BBB評分均為21分。術后Sham組大鼠BBB評分稍微降低(19～20分)，術后2～3d恢復正常。SCI組和 MW組術后1d 大鼠后肢呈弛緩性癱瘓，爬行動作完全依靠前肢運動完成，BBB評分均為 0～1 分，比較差異無統計學意義(P>0.05)。隨著時間延長，SCI組和MW組大鼠BBB 評分均有不同程度增加，但在術后7d和14d 時兩者變化不明顯(P>0.05)，術后21d時MW組優于SCI組(P<0.01)。說明低強度微波有助于急性脊髓損傷功能恢復，且微波電磁場對急性脊髓損傷修復需要一定的時長，短期治療效果可能不明顯。結果見圖1。

圖1 各組BBB評分比較

2.2 各時相點大鼠SEPs變化情況 Sham組大鼠術后能引出正常的波形，波的形態較好較穩定。脊髓損傷后大鼠SEPs波形分化不清，波幅顯著降低、潛伏期顯著延長，隨著時間延長，SEPs波形逐漸呈現改善趨勢，潛伏期逐漸縮短、波幅逐漸增加。MW組與SCI組相比，在術后7d 時P1、N1潛伏期縮短，但差異無統計學意義(P>0.05)，在術后14d和21d時P1、N1潛伏期明顯縮短(P<0.05)。MW組與SCI組相比在術后7d時P1、N1波幅增大，但差異無統計學意義(P>0.05)，在14d和21d時波幅均明顯增大(P<0.05)。說明低強度微波有利于急性脊髓損傷后脊髓上行傳導通路的恢復，且微波電磁場對急性脊髓損傷修復需要一定的療程。結果見圖2～5。

圖2 各組SEPs P1潛伏期比較

圖3 各組SEPs P1波幅比較

圖4 各組SEPs N1潛伏期比較

圖5 各組SEPs N1波幅比較

2.3 各時相點大鼠MEPs變化情況 圖6～7示各組大鼠在不同時相點的MEPs變化情況。Sham組大鼠術后各時間點都能引出正常的波形，且波形比較穩定，波的形態較好。脊髓損傷后大鼠MEPs波形分化不清甚至波形消失，隨著時間延長，MEPs波形逐漸呈現改善趨勢，潛伏期逐漸縮短、波幅逐漸增加。MW組與SCI組相比，在術后7d時的潛伏期差異無統計學意義(P>0.05)，在術后14d和21d時的潛伏期明顯縮短(P<0.05)。MW組與SCI組在術后7d時的波幅差異無統計學意義(P>0.05)，在術后14d和21d時的波幅明顯增大(P<0.05)。說明低強度微波有利于急性脊髓損傷后脊髓下行傳導通路的恢復，且微波電磁場對急性脊髓損傷修復需要一定的療程。

圖6 各組MEPs潛伏期比較

圖7 各組MEPs波幅比較

3 討論

脊髓損傷是日常生活和工作中常見傷病。既往研究表明，外傷性脊髓損傷的危險因素很多，包括暴力、極限運動、高空墜落和酒后駕車[8]。據報道，青年人群脊髓損傷發病率較高，但近年來，老年人群脊髓損傷發病率也呈逐漸上升趨勢[9]。脊髓損傷病理生理機制復雜，主要包括原發性脊髓損傷和繼發性脊髓損傷[10]。原發性脊髓損傷表現為高能量機械外力直接挫裂和壓迫脊髓組織。繼發性脊髓損傷表現為原發性損傷引起的一系列細胞分子反應和病理變化，包括損傷部位缺血缺氧、出血、微循環障礙、血—脊髓屏障破壞、炎癥級聯反應、脂質過氧化、自由基損傷和興奮性氨基酸毒性等，導致神經脫髓鞘、軸突變性、細胞凋亡和壞死，損害脊髓結構和功能[11-12]。醫學技術的發展，多種方法被用于SCI的治療[13]，如吻合手術、減壓手術、藥物治療、康復治療以及細胞移植等，這些治療方法雖然能夠不同程度地緩解脊髓損傷的病理變化，但是并不能夠改變患者截癱這個結局。有效促進脊髓損傷后神經再生及功能恢復，成為脊髓損傷實驗研究、臨床治療和康復的關鍵。

微波療法是一種定向電磁波輻射療法，已被廣泛應用于臨床多科疾病。微波是波長為1mm～1m，頻率為300MHz～300GHz的一種電磁波。根據波長不同可將微波分為分米波、厘米波和毫米波。分米波的波長0.1～1m，厘米波的波長0.01～<0.1m，毫米波的波長0.001～<0.01m。醫用微波常為波長12.5cm、頻率2 450MHz。微波電磁場能在體內產生一系列物理生理效應，包括熱效應和非熱效應。熱效應是指生物體組織內的帶電粒子、極性分子或偶極子在微波電磁場作用下作交變直線運動和變力旋轉運動，相互急劇摩擦碰撞發生歐姆損耗、介質損耗和諧振損耗產生熱量。微波熱效應作用于生物體后將產生一系列生理反應，如使局部血管擴張，血液循環加快，組織代謝增強，白細胞、巨噬細胞和淋巴細胞活力增強，促進病理產物的吸收和消散。微波的非熱效應是指除熱效應以外的其他效應，如電效應、磁效應及化學效應等，在微波電磁場的作用下，生物體內的一些分子將會產生變形和振動，使細胞膜功能受到影響，細胞膜內外液體的電狀況發生變化，從而改變細胞代謝或增殖狀態及離子通道特性，引起生物作用的改變。熱效應與非熱效應往往同時存在，難以截然分開。大功率微波照射時，熱效應是主要的，低功率微波輻射主要引起非熱效應。研究表明，小劑量微波熱效應及非熱效應能促進組織再生，加快滲出物的吸收和消散，控制炎癥，提高機體抗病修復能力[14]。從本實驗結果來看，大鼠的行為學評分可見，經低強度微波照射，21d時MW組大鼠BBB評分優于SCI組大鼠 (P<0.05)。從電生理學檢測結果看，在術后14d和21d時，SCI組和MW組大鼠的SEPs和MEPs潛伏期和波幅雖均發生明顯改善(P<0.05)，但MW組大鼠的SEPs、MEPs潛伏期和波幅改善更優于SCI組 (P<0.05)。說明低強度微波有助于提高脊髓損傷后運動功能恢復程度，對亞急性階段脊髓損傷修復有應用價值。其機制可能為，微波產生的高頻震蕩電磁場提供膜脂、膜蛋白的側向遷移、旋轉、伸縮運動和高速擺動等能量，改變脊髓神經元及其周圍組織細胞膜上的某些離子通道或蛋白通道，同時誘發感應電流出現溫熱效應和非熱效應，使細胞的新陳代謝加強，組織供氧及營養增強，能加速水腫吸收和消除無菌性炎癥，促進神經傳導束功能恢復。

由于微波屬于高頻電治療范圍，而且微波的能量很高，不同生物體在不同狀態下對微波電磁場的熱效應及非熱效應的生理反應不同，臨床中必須選擇恰當照射劑量和照射時機，同時還要維持一定的照射療程。在本實驗中，大鼠的BBB評分顯示，MW組大鼠在術后7d和14d時與SCI組相比變化不明顯(P>0.05)；SEPs和MEPs數值顯示，MW組與SCI組在術后7d時神經功能變化不明顯(P>0.05)。說明微波電磁場對急性期脊髓損傷修復效果需要一定的療程，短期治療無法達到理想治療效果。另外，還可能是因為，本研究中實驗模型為重度脊髓損傷，脊髓組織受損嚴重，脊髓出血、水腫、炎癥、缺血等病理改變很重，急性重度受損脊髓神經元細胞休克時間較長，微波電磁場逆轉和修復嚴重脊髓損傷急性應激和病理改變尚需要一定的時間。

綜上所述，低強度微波有利于促進急性脊髓損傷大鼠神經功能恢復，微波電磁場對脊髓損傷修復具有一定的應用價值，但必須依據脊髓損傷病情程度選擇恰當照射劑量和照射時機，并要維持一定的照射療程。本研究不足之處，未從基因分子水平進行相關機制研究，今后將加強這一領域的探索。