不同类型低频电磁场抵抗失重引起的骨流失

作者：李文苑; 田永辉; 高玉海; 朱保应; 葸慧荣; 陈克明^*

来源：中国医学科学院学报, 2019, 41(01): 11-20.

• 低频脉冲电磁场
• 正弦交变电磁场
• 微重力
• 尾吊大鼠
• 骨形成
• 骨重建

目的研究和比较50 Hz 0. 6 m T低频脉冲电磁场(PEMFs)和50 Hz 1. 8 m T正弦交变电磁场(SEMFs)防止尾吊大鼠骨量下降的效果,为失重引起的骨流失防治提供理论参考和科学依据。方法采用尾吊模型大鼠在地面模拟微重力,将40只SD大鼠随机分为对照组、后肢悬吊(HLS)组、HLS+PEMFs组和HLS+SEMFs组4组,每组10只。HLS+PEMFs组和HLS+SEMFs组分别采用50 Hz 0. 6 m T的PEMFs和50 Hz 1. 8 m T的SEMFs两种电磁场进行治疗,每天干预90 min,4周后处死大鼠。采用双能X射线吸收测定法检测大鼠股骨和椎骨骨密度(BMD),AG-IS型生物力学仪检测生物力学强度,ELISA法检测血清骨钙素(OC)、抗酒石酸酸性磷酸酶5b (Tracp 5b)浓度、甲状旁腺激素(PTH)和环磷酸腺苷(cAMP)的含量,Micro-CT和HE染色观察骨组织微结构。结果 HLS组股骨(P=0. 000)和椎骨(P=0. 001)的BMD显著低于对照组; HLS+PEMFs组股骨(P=0. 001)和椎骨(P=0. 039)的BMD显著高于HLS组; HLS+SEMFs组股骨的BMD明显高于HLS组(P=0. 003),但椎骨的BMD与HLS组差异无统计学意义(P=0. 130); HLS+PEMFs组和HLS+SEMFs组股骨(P=0. 818)和椎骨(P=0. 614)的BMD差异均无统计学意义。HLS组股骨和椎骨的最大载荷(P=0. 000,P=0. 009)和弹性模量(P=0. 015,P=0. 009)显著低于对照组; HLS+PEMFs组股骨(P=0. 038)和椎骨(P=0. 087)的最大载荷显著高于HLS组,但弹性模量与HLS组相比差异无统计学意义(P=0. 324,P=0. 091); HLS+SEMFs组股骨和椎骨的最大值载荷(P=0. 190,P=0. 222)和弹性模量(P=0. 512,P=0. 437)与HLS组相比差异均无统计学意义。HLS+PEMFs组和HLS+SEMFs组股骨(P=0. 585,P=0. 948)和椎骨(P=0. 668,P=0. 349)的最大载荷和弹性模量差异均无统计学意义。HLS组的血清OC水平显著低于对照组(P=0. 000),HLS+PEMFs组(P=0. 000)和HLS+SEMFs组(P=0. 006)的OC水平显著高于HLS组。HLS组的血清Tracp 5b浓度显著高于对照组(P=0. 011),HLS+PEMFs组(P=0. 459)和HLS+SEMFs组(P=0. 469)与对照组相比差异无统计学意义; HLS+PEMFs组(P=0. 056)和HLS+SEMFs组(P=0. 054)的血清Tracp 5b浓度与HLS组相比差异无统计学意义。HLS组的PTH (P=0. 000)和cAMP浓度(P=0. 000)显著低于对照组; HLS+PEMFs组和HLS+SEMFs组的PTH (P=0. 000,P=0. 000)和cAMP浓度(P=0. 000,P=0. 000)显著高于HLS组。HLS组股骨松质骨与对照组相比非常稀疏,且体积较小。而对照组、HLS+PEMFs组和HLS+SEMFs组的松质骨密度和体积很接近。与对照组相比,HLS组大鼠的BMD (P=0. 000)、骨体积(BV)/组织体积(TV)(P=0. 000)、骨小梁数量(Tb. N)(P=0. 000)和骨小梁厚度(Tb. Th)(P=0. 000)最低,骨小梁离散程度(Tb. Sp)(P=0. 000)和骨表面积(BS)/BV (P=0. 000)最大;与HLS组相比,HLS+PEMFs组和HLS+SEMFs组的Tb. Sp (P=0. 000,P=0. 000)和BS/BV (P=0. 000,P=0. 000)显著降低,BMD (P=0. 000,P=0. 000)、BV/TV(P=0. 001,P=0. 004)、Tb. Th (P=0. 000,P=0. 001)和Tb. N (P=0. 000,P=0. 001)显著升高。HLS+PEMFs组和HLS+SEMFs组的骨小梁厚度差异有统计学意义(P=0. 024)。HLS组(P=0. 000)、HLS+PEMFs组(P=0. 000)和HLS+SEMFs组(P=0. 000)骨小梁表面成骨细胞密度明显低于对照组,HLS+PEMFs组(P=0. 000)和HLS+SEMFs组(P=0. 000)明显高于HLS组。HLS组骨内膜成骨细胞密度显著低于对照组(P=0. 000),HLS+PEMFs组(P=0. 000)和HLS+SEMFs组(P=0. 000)显著高于HLS组,HLS+PEMFs组又显著高于HLS+SEMFs组(P=0. 041)。HLS组相比对照组骨髓腔中产生大量脂肪空洞,但治疗组中脂肪球明显减少,几乎与对照组没有差别。HLS组每mm2骨髓中的脂肪细胞数目是对照组的4倍(P=0. 000),HLS+PEMFs组(P=0. 000)和HLS+SEMFs组(P=0. 000)显著低于HLS组,HLS+PEMFs组和HLS+SEMFs组间差异无统计学意义(P=0. 086)。结论 50 Hz 0. 6 m T的PEMFs和50 Hz 1. 8 m T的SEMFs治疗可以有效提高尾吊大鼠的BMD和生物力学值,促进大鼠血液中骨形成标记物的浓度,可能通过影响PTH含量激活cAMP通路,进一步提高成骨细胞含量,防止骨微结构的恶化,是良好的电磁场治疗方法。其中PEMFs治疗更显著,可防止约50%的BMD和最大载荷值的降低,通过促进骨形成更好地提高尾吊大鼠骨量。