80 Hz低频电刺激早期治疗股二头肌急性拉伤实验研究

王大安邹荣琪

1海南热带海洋学院体育与休闲学院（海南 三亚 572022）2国家体育总局运动医学研究所（北京 100061）

80 Hz低频电刺激早期治疗股二头肌急性拉伤实验研究

王大安1邹荣琪2

1海南热带海洋学院体育与休闲学院（海南 三亚 572022）2国家体育总局运动医学研究所（北京 100061）

目的：采用80 Hz低频电刺激早期治疗股二头肌急性拉伤，观察其对肌肉损伤部位结构重塑和功能的影响。方法：SD雄性大鼠36只，先按体重分层，再随机分为正常对照组和实验组，后者依据不同实验取材时间分为D0组、D7组、D7-80 Hz、D14组和D14-80 Hz组，每组6只。实验组大鼠实施麻醉，采用针电刺激使股二头肌强直收缩，同时膝关节角度从屈曲70°到完全伸直180°以角速度960°·s-1伸膝摆腿反向拉伸，建立股二头肌急性拉伤动物模型。造模后D7-80Hz组和D14-80 Hz组于动物造模后第5天开始给予80 Hz电刺激治疗（2次/日，30分钟/次，间隔4小时），其余组无特殊干预继续喂养。正常对照组、D0组、D7组、D7-80 Hz组、D14组和D14-80 Hz组分别在第0、0、7、7、14、14天进行在体力矩测试，观测膝关节力矩变化以及力矩–角度关系。实验结束后处死动物，分离股二头肌，液氮固定、OCT包埋，组织切片、HE染色，光镜下观察股二头肌组织形态。结果：光镜观察可见肌肉拉伤当天肌纤维坏死，肌肉组织结构紊乱，肌纤维水肿变性，肌肉间隙大小不一。拉伤后第7天D7组观察可见，肌纤维虽然有所修复，但是形态不成熟，大小不一，排列不严整。经过80 Hz电刺激治疗，肌肉组织结构并没有明显改善。力矩测试D0组关节最大等长力矩值（0.246±0.026 Nm）下降明显，与其余各组比较均有显著性差异（P＜0.05）；D7-80 Hz组（0.302±0.033 Nm）和D14-80 Hz组（0.334±0.060 Nm）关节最大等长力矩值分别与D7组和D14组比较均无显著性差异（P＞0.05）。正常对照组最优角度为130.00°±3.54°，经80 Hz电刺激治疗后D14-80 Hz组力矩–角度关系曲线右偏移，关节最优角度为121.00°±4.18°，与D14组（120.00°±3. 53°）比较并没有显著性差异（P＞0.05）。结论：股二头肌急性拉伤后早期采用80Hz低强度电刺激治疗，2周时间内并不能有效地促进损伤肌肉结构重塑，也不能提高关节最大等长力矩以及优化关节力矩–角度关系。

股二头肌；急性拉伤；电刺激

肌肉拉伤是运动中最常见的损伤之一。目前电刺激在临床治疗肌肉损伤中广为应用，其有效性和安全性不断得到临床实践的证实。依据低频电刺激治疗的目的，电刺激频率变化范围可以很大，在临床治疗中10～100 Hz较为常用[1，2]。我们的研究证实急性拉伤后早期采用20 Hz低频电刺激能够产生一种安全有效的轻微张力刺激，从而促使新生的肌原纤维沿着应力线的方向排列，这可以有效地促进损伤后肌肉组织功能结构的恢复，虽然不能在两周内明显提高关节最大等长力矩，但是可以很好地优化关节力矩–角度的关系[3]。那么更高频率的早期电刺激能否促进肌肉急性拉伤的组织功能修复呢？鉴于上述，本实验观察早期采用80 Hz低频电刺激对股二头肌急性拉伤部位功能和结构重塑的影响，为临床提供实验支持和理论依据。

1.1 实验动物与分组

1 材料与方法

SD雄性大鼠36只，8～12周龄，体重340±20克，由香港理工大学实验动物中心提供，实验操作遵循实验动物保护和使用准则。先按体重分层，再随机分为正常对照组和实验组，后者依据不同实验取材时间（第0、7、7、14、14天）分为D0组、D7组、D7-80 Hz、D14组和D14-80 Hz组（每组6只）。

1.2 动物模型建立

实验组建立大鼠股二头肌急性拉伤模型[6]：以50毫克氯胺酮和5毫克赛拉嗪/公斤体重的麻醉混合剂腹腔注射麻醉大鼠，仰卧固定于大鼠固定架上，随机选取一侧小腿固定于固定板上，固定板与集流环动态扭矩传感器一端连接，传感器另一端与发动机轴连接，保持大鼠膝关节屈伸运动轴心与发动机轴在同一水平。针电刺激固定一侧的坐骨神经，使股二头肌产生强直

收缩。与此同时，发动机带动固定板以角速度960°·s-1做伸膝运动（屈膝70°到完全伸直位180°），建立股二头肌急性拉伤动物模型。

1.3 电刺激治疗方案

D7-80 Hz组和D14-80 Hz组于动物造模后第5天开始肌肉电刺激，剔除大鼠大腿部毛发，并用医用酒精清洁皮肤表面，将表面电极通过导电胶贴放在股二头肌远近两端的皮肤上。采用Grass SD9电刺激仪，电刺激频率80Hz，强度以能够产生肉眼可见肌肉收缩的电流强度为度，刺激脉冲宽度为200 μs，5秒开10秒关，电刺激时间每次30分钟，每日2次，2次相隔时间为4小时。

1.4 实验指标测试

1.4.1 在体内矩测试

正常对照组、D0组、D7组、D7-80 Hz组、D14组和D14-80 Hz组分别于第0、0、7、7、14、14天进行在体力矩测定。麻醉固定大鼠，保持大鼠膝关节屈伸运动轴心与发动机轴处于同一水平。通过运动控制器调整角度，测定起始角度为90°，每次测试角度增加5°，逐渐增至170°。在每个角度，针电极刺激固定一侧坐骨神经使股二头肌强直收缩，膝关节屈曲压迫固定扳，通过扭矩传感器测定力矩大小。

1.4.2 病例组织观察

实验结束后分离股二头肌，液氮固定，OCT包埋，在冷冻切片机内选取连续切片，厚度为6 μm。切片洗涤、HE染色、脱水、透明、封片。显微镜下细胞核呈蓝色，细胞浆呈红色或粉红色。

1.5 统计学分析

采用SPSS16.0统计软件分析实验结果。数据均以均数±标准差（x¯±s）表示，组间比较，方差齐时采用方差分析，方差不齐时用秩和检验。P＜0.05时，组间比较差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 光镜观察结果

正常对照组股二头肌横切面肌纤维呈多角形，细胞核位于外周，肌浆染色均匀，未见炎细胞浸润，无出血以及无坏死（图1a）。急性拉伤后D0组可见肌纤维内有肌纤维崩解、坏死，结构紊乱，肌肉间隙大小不一，部分肌纤维间隙明显加大（图1b）。第7天D7组（图1c）和D7-80 Hz组（图1d）肌纤维出现修复，但肌纤维形态均表现不成熟，明显可见肌纤维完全分裂或成簇状紧贴于成熟肌纤维外周的小肌纤维，肌纤维成簇分布，圆形，体积小，肌纤维具有中央核或近中央核。第14天D14组（图1e）和D14-80 Hz组（图1f）肌纤维基本修复。

图1 光镜观察

2.2 在体力矩测量结果

2.2.1 最大关节力矩

图2显示，D0组关节最大等长力矩值（0.246±0. 026 Nm）下降明显，与其余各组比较均有显著性差异（P＜0.05）；D7-80 Hz组（0.302±0.033 Nm）和D14-80 Hz组（0.334±0.060 Nm）关节最大等长力矩值分别与D7组和D14组比较均无显著性差异（P＞0.05）。

图2 最大等长力矩测量结果

2.2.2 力矩-角度关系

正常对照组最优角度为130.00°±3.54°，D14组（图3a）力矩–角度关系曲线右偏移，关节最优角度为120.00°±3.53°；经80Hz电刺激治疗后，D14-80 Hz组（图3b）力矩–角度关系曲线同样向右偏移，关节最优角度为121.00°±4.18°，与D14组比较无显著性差异（P＞0.05）。

图3 股二头肌力矩–角度关系变化

3 讨论

早期的运动康复可以对新生肌肉纤维产生张力刺激，合适的张力刺激可以促使肌肉纤维更好地再生，新生血管扩张速度更快，尤其是肌肉损伤后第1周组织的修复与新生毛细血管的生长密切相关，并且可以促使新生的肌肉纤维的走向更加平行于肌肉本身走向[4]。另外，研究发现低频脉冲电刺激（5、10Hz）可以有效地促进骨骼肌血管内皮生长因子（VEGF）mRNA及蛋白表达增加，这是促进血管再生的有效手段[5]。但是如果肌肉损伤后马上进行运动康复导致更大组织瘢痕的形成，并且肌肉再次断裂也很常见。事实上，肌肉损伤后大约5天左右的时间进行制动对于新生肉芽组织覆盖损伤区域是非常有必要的，如果制动时间过长会导致过多瘢痕的形成以及不佳的组织结构形态[6]。以往研究也证实电刺激不仅保持肌细胞固有的收缩和舒张特性，而且可以使肌纤维得到充分的伸展，从而促进细胞新陈代谢、减轻麻痹肌肉瘀血和淋巴液淤积[7]。作用于机体的电刺激还可减少自由基的积累，加强抗过氧化能力[8]。因此，肌肉损伤后早期给予张力刺激对于肌肉损伤部位的结构重塑非常必要，但是为了避免损伤的再次发生，张力刺激必须是轻微低强度的。我们在研究中选择肌肉拉伤后的第5天予以低频电刺激治疗，刺激强度以产生肉眼可见的肌肉收缩为度，从而确保损伤肌肉接受轻缓的刺激，避免肌肉再次断裂。并证实股二头肌急性拉伤后早期给予20Hz低强度电刺激治疗，可有效地促进损伤肌肉结构重塑。这主要是低频电刺激作用于伤部，通过兴奋神经肌肉组织引起收缩运动反应，并通过强度的控制，实现了对损伤肌肉安全有效的轻微张力刺激。同时，顺着肌肉本身的走向贴放刺激电极，控制电刺激所产生的应力线方向，促使新生肌原纤维沿着肌肉本身的应力线方向排列，这使得新生肌纤维排列更加整齐和清晰[3]，这一点也在其他实验中得以证实[9]。

电刺激治疗中频率的选择至关重要。本实验采用80Hz低频电刺激早期治疗股二头肌急性拉伤，观察其对肌肉损伤部位结构重塑和功能的影响，研究结果显示80 Hz电刺激治疗并不能有效地促进损伤肌肉结构重塑，动物模型组和80 Hz电刺激治疗组在第7天肌纤维出现修复，但是均不成熟，明显可见肌纤维完全分裂的小肌纤维或成簇状紧贴于成熟肌纤维外周的小肌纤维，肌肉组织结构紊乱，肌肉间隙大小不一。肌纤维具有中央核或近中央核。肌纤维成簇分布，圆形，体积小。

基于本研究结果，我们还测试了电刺激频率与最大关节力矩之间的关系，结果显示所有大鼠关节力矩峰值均出现在80 Hz至100 Hz。由此可见，当电刺激频率超过80Hz后肌肉产生强直收缩，从而肌肉纤维需要承受过大肌肉张力。很显然这在损伤早期是不合适的，这可能是80 Hz电刺激治疗在肌肉拉伤早期并不利于损伤肌肉组织的结构重塑和功能恢复的原因。

力矩－角度关系曲线是评价肌肉损伤程度的指标之一，肌肉损伤后力矩－角度关系曲线右偏移和力矩值下降，右移越大则肌肉损伤程度越重，反之，则肌肉损伤程度轻[10，11]。本实验结果显示，肌肉拉伤早期采用低强度80 Hz低频电刺激进行治疗，并不能在2周内提高关节最大等长力矩，也不能很好地优化关节力矩－角度的关系。这可能也是由于在肌肉拉伤早期采用低强度80 Hz低频电刺激产生过大的肌肉张力，从而不利于损伤肌肉功能的恢复。

综上所述，股二头肌急性拉伤后早期，即使采用低强度的80 Hz电刺激治疗，由于频率过高，在肌肉拉伤早期并不利于损伤肌肉组织的结构重塑，也不能在2周内提高关节最大等长力矩和优化关节力矩－角度关系。

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2015.04.28

广东省自然科学基金（10451007601004461）通信作者：王大安，Email：peacedaan@sina.com