低强度微波对急性脊髓损伤大鼠体感诱发电位和运动诱发电位的影响

谢财忠 戴加飞 汤江帆 刘蓓蓓 丁志清

东部战区总医院 1 康复医学科 2 神经内科，江苏省南京市 210002

脊髓损伤(Spinal cord injury，SCI)是一种高致残性中枢神经系统疾病。脊髓损伤后常出现肢体瘫痪、感觉障碍及大小便功能障碍等[1]，给患者、家庭和社会带来巨大的负担。目前脊髓损伤临床治疗进展甚微，治疗方案还停留在早期大剂量注射类固醇激素和脊柱手术减轻脊髓继发性损伤以及康复训练提高患者生活自理能力，而对促进神经功能恢复还没有有效的方法[2]。微波是临床常用的物理治疗手段，具有改善血液循环，加快炎症吸收，促进组织再生和功能恢复作用，已被广泛用于治疗多种疾病[3]。根据波长不同微波可分为分米波、厘米波和毫米波。临床上，微波疗法的波长多为厘米波。近年来有研究报道毫米波能促进脊髓损伤大鼠瘫痪肢体的功能恢复[4]。但是，有关微波对SCI修复的研究不多。本实验应用改良Allen’s法建立大鼠脊髓损伤模型，观察低强度微波对急性脊髓损伤大鼠体感诱发电位和运动诱发电位的影响，探讨低强度微波对脊髓损伤修复的应用价值，为临床上应用微波治疗脊髓损伤提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物与分组 10周龄SPF级雌性SD大鼠72只，体质量(220±20)g，由上海西普尔—必凯实验动物有限公司提供。大鼠饲养于东部战区总医院比较医学科动物房，室内环境为室温(22±2)℃、相对湿度50%～60%、通风良好、自然昼夜规律，自由摄食和饮水。大鼠经适应性饲养1周后，按随机数字表法分为3组：Sham组、SCI组和MW组，每组24只。每组观察时相点为术后1d、7d、14d及21d，每时相点6只动物。

1.2 方法

1.2.1 脊髓损伤模型制备：参照文献[5]所述改良Allen’s法制备脊髓损伤模型。具体方法如下：10%水合氯醛(0.3ml/100g)对大鼠进行腹腔注射麻醉。将大鼠俯卧位固定于手术台面上，脊柱中下段正中备皮，碘伏消毒，铺洞巾。取T10后正中切口，自T10棘突向两端纵行切开皮肤、肌肉、筋膜等软组织，切口远端至T12脊柱节段，近端至T8脊柱节段，用小型咬骨钳咬除各节段棘突和椎板，显露亮白色的脊髓背侧硬膜。利用NYU脊椎冲击损伤仪，采用改良Allen’s撞击法打击T10脊髓，致伤能量为10g×25mm。打击后出现鼠尾痉挛性摆动、躯体回缩样扑动及双下肢弛缓性瘫痪，表明造模成功。术后冲洗伤口，常规消毒，用4-0的丝线逐层缝合肌肉皮肤，医用纱布包扎切口。术后3d青霉素G 20万单位肌肉注射，以预防感染。每日按摩腹部协助排尿2次，至形成反射性排尿为止。SCI组和MW组大鼠均成功制备脊髓损伤模型，无死亡。Sham 组大鼠仅行椎板切除术显露硬脊膜，无打击操作。

1.2.2 微波照射治疗：MW组大鼠造模后24h开始进行损伤部位低强度微波照射治疗。采用南京产MTC-3-500型微波治疗仪，该微波的波长12.5cm、频率2 450MHz，辐射器直径10cm，大鼠仰卧固定于自制装置，辐射器垂直置于伤口上方与皮肤间隔1拳(8cm)，设置输出方式为连续输出，照射强度为10W，10min/次，1次/d，5次/周，连续照射3周。SCI组和Sham组不给予微波照射治疗。

1.2.3 运动功能评定：采用Basso-Beattie-Bresnahan(BBB)评分法对所有大鼠进行运动功能评定[6]。该法评分范围为0～21分，0分表示后肢完全无活动，21分表示后肢活动完全正常，评分越高表示运动功能越好。评定时先将大鼠排空尿液，然后放置于开阔地面上，观察其后肢的关节活动、负重、爬行及躯干平衡能力。本评分于术前及术后1d、7d、14d及21d进行，每次由2名熟悉BBB评分操作的实验人员完成，取平均值。

1.2.4 体感诱发电位(SEPs)检测：各组大鼠于BBB评分完成后分别进行SEPs检测[7]。SEPs检测采用Key-point 肌电图/诱发电位仪。大鼠麻醉后，依据国际标准的10/20系统将记录电极置于大鼠头皮CZ处(即以鼻根至枕骨粗隆的连线为中线再做两外耳孔的连线)，参考电极置于鼻根皮下，刺激电极置于鼠一侧踝部内后方胫后神经处，参考电极置于其临近跟腱处，5个电极均为针式电极。刺激强度以足趾出现明显抽动为宜。每次测试至少重复刺激3次以获得稳定的波形，以P1、N1波的潜伏期和波幅作为观察指标。

1.2.5 运动诱发电位(MEPs)检测：各组大鼠于SEPs检测完成后接着进行MEPs检测[7]。MEPs检测采用Key-point肌电图/诱发电位仪和MagPro型经颅磁刺激仪。大鼠麻醉后，将记录电极置于大鼠一侧后肢腓肠肌或比目鱼肌肌腹中部，参考电极置于其肌腱邻近部位，两电极之间相距1cm，接地电极置于鼠尾部皮下，3个电极均为针式电极。将C-100型圆形刺激线圈聚焦点置于大鼠头部Cz处附近，根据大鼠对刺激的反应适当调整线圈位置，以达最佳刺激效果。刺激强度为最大输出的40%～60%。每次测试至少重复刺激3次以获得稳定的复合肌肉动作电位(CMAP) 波形，记录其潜伏期和波幅的变化。

2 结果

2.1 BBB评分情况 术前大鼠下肢运动功能BBB评分均为21分。术后Sham组大鼠BBB评分稍微降低(19～20分)，术后2～3d恢复正常。SCI组和 MW组术后1d 大鼠后肢呈弛缓性瘫痪，爬行动作完全依靠前肢运动完成，BBB评分均为 0～1 分，比较差异无统计学意义(P>0.05)。随着时间延长，SCI组和MW组大鼠BBB 评分均有不同程度增加，但在术后7d和14d 时两者变化不明显(P>0.05)，术后21d时MW组优于SCI组(P<0.01)。说明低强度微波有助于急性脊髓损伤功能恢复，且微波电磁场对急性脊髓损伤修复需要一定的时长，短期治疗效果可能不明显。结果见图1。

图1 各组BBB评分比较

2.2 各时相点大鼠SEPs变化情况 Sham组大鼠术后能引出正常的波形，波的形态较好较稳定。脊髓损伤后大鼠SEPs波形分化不清，波幅显著降低、潜伏期显著延长，随着时间延长，SEPs波形逐渐呈现改善趋势，潜伏期逐渐缩短、波幅逐渐增加。MW组与SCI组相比，在术后7d 时P1、N1潜伏期缩短，但差异无统计学意义(P>0.05)，在术后14d和21d时P1、N1潜伏期明显缩短(P<0.05)。MW组与SCI组相比在术后7d时P1、N1波幅增大，但差异无统计学意义(P>0.05)，在14d和21d时波幅均明显增大(P<0.05)。说明低强度微波有利于急性脊髓损伤后脊髓上行传导通路的恢复，且微波电磁场对急性脊髓损伤修复需要一定的疗程。结果见图2～5。

图2 各组SEPs P1潜伏期比较

图3 各组SEPs P1波幅比较

图4 各组SEPs N1潜伏期比较

图5 各组SEPs N1波幅比较

2.3 各时相点大鼠MEPs变化情况 图6～7示各组大鼠在不同时相点的MEPs变化情况。Sham组大鼠术后各时间点都能引出正常的波形，且波形比较稳定，波的形态较好。脊髓损伤后大鼠MEPs波形分化不清甚至波形消失，随着时间延长，MEPs波形逐渐呈现改善趋势，潜伏期逐渐缩短、波幅逐渐增加。MW组与SCI组相比，在术后7d时的潜伏期差异无统计学意义(P>0.05)，在术后14d和21d时的潜伏期明显缩短(P<0.05)。MW组与SCI组在术后7d时的波幅差异无统计学意义(P>0.05)，在术后14d和21d时的波幅明显增大(P<0.05)。说明低强度微波有利于急性脊髓损伤后脊髓下行传导通路的恢复，且微波电磁场对急性脊髓损伤修复需要一定的疗程。

图6 各组MEPs潜伏期比较

图7 各组MEPs波幅比较

3 讨论

脊髓损伤是日常生活和工作中常见伤病。既往研究表明，外伤性脊髓损伤的危险因素很多，包括暴力、极限运动、高空坠落和酒后驾车[8]。据报道，青年人群脊髓损伤发病率较高，但近年来，老年人群脊髓损伤发病率也呈逐渐上升趋势[9]。脊髓损伤病理生理机制复杂，主要包括原发性脊髓损伤和继发性脊髓损伤[10]。原发性脊髓损伤表现为高能量机械外力直接挫裂和压迫脊髓组织。继发性脊髓损伤表现为原发性损伤引起的一系列细胞分子反应和病理变化，包括损伤部位缺血缺氧、出血、微循环障碍、血—脊髓屏障破坏、炎症级联反应、脂质过氧化、自由基损伤和兴奋性氨基酸毒性等，导致神经脱髓鞘、轴突变性、细胞凋亡和坏死，损害脊髓结构和功能[11-12]。医学技术的发展，多种方法被用于SCI的治疗[13]，如吻合手术、减压手术、药物治疗、康复治疗以及细胞移植等，这些治疗方法虽然能够不同程度地缓解脊髓损伤的病理变化，但是并不能够改变患者截瘫这个结局。有效促进脊髓损伤后神经再生及功能恢复，成为脊髓损伤实验研究、临床治疗和康复的关键。

微波疗法是一种定向电磁波辐射疗法，已被广泛应用于临床多科疾病。微波是波长为1mm～1m，频率为300MHz～300GHz的一种电磁波。根据波长不同可将微波分为分米波、厘米波和毫米波。分米波的波长0.1～1m，厘米波的波长0.01～<0.1m，毫米波的波长0.001～<0.01m。医用微波常为波长12.5cm、频率2 450MHz。微波电磁场能在体内产生一系列物理生理效应，包括热效应和非热效应。热效应是指生物体组织内的带电粒子、极性分子或偶极子在微波电磁场作用下作交变直线运动和变力旋转运动，相互急剧摩擦碰撞发生欧姆损耗、介质损耗和谐振损耗产生热量。微波热效应作用于生物体后将产生一系列生理反应，如使局部血管扩张，血液循环加快，组织代谢增强，白细胞、巨噬细胞和淋巴细胞活力增强，促进病理产物的吸收和消散。微波的非热效应是指除热效应以外的其他效应，如电效应、磁效应及化学效应等，在微波电磁场的作用下，生物体内的一些分子将会产生变形和振动，使细胞膜功能受到影响，细胞膜内外液体的电状况发生变化，从而改变细胞代谢或增殖状态及离子通道特性，引起生物作用的改变。热效应与非热效应往往同时存在，难以截然分开。大功率微波照射时，热效应是主要的，低功率微波辐射主要引起非热效应。研究表明，小剂量微波热效应及非热效应能促进组织再生，加快渗出物的吸收和消散，控制炎症，提高机体抗病修复能力[14]。从本实验结果来看，大鼠的行为学评分可见，经低强度微波照射，21d时MW组大鼠BBB评分优于SCI组大鼠 (P<0.05)。从电生理学检测结果看，在术后14d和21d时，SCI组和MW组大鼠的SEPs和MEPs潜伏期和波幅虽均发生明显改善(P<0.05)，但MW组大鼠的SEPs、MEPs潜伏期和波幅改善更优于SCI组 (P<0.05)。说明低强度微波有助于提高脊髓损伤后运动功能恢复程度，对亚急性阶段脊髓损伤修复有应用价值。其机制可能为，微波产生的高频震荡电磁场提供膜脂、膜蛋白的侧向迁移、旋转、伸缩运动和高速摆动等能量，改变脊髓神经元及其周围组织细胞膜上的某些离子通道或蛋白通道，同时诱发感应电流出现温热效应和非热效应，使细胞的新陈代谢加强，组织供氧及营养增强，能加速水肿吸收和消除无菌性炎症，促进神经传导束功能恢复。

由于微波属于高频电治疗范围，而且微波的能量很高，不同生物体在不同状态下对微波电磁场的热效应及非热效应的生理反应不同，临床中必须选择恰当照射剂量和照射时机，同时还要维持一定的照射疗程。在本实验中，大鼠的BBB评分显示，MW组大鼠在术后7d和14d时与SCI组相比变化不明显(P>0.05)；SEPs和MEPs数值显示，MW组与SCI组在术后7d时神经功能变化不明显(P>0.05)。说明微波电磁场对急性期脊髓损伤修复效果需要一定的疗程，短期治疗无法达到理想治疗效果。另外，还可能是因为，本研究中实验模型为重度脊髓损伤，脊髓组织受损严重，脊髓出血、水肿、炎症、缺血等病理改变很重，急性重度受损脊髓神经元细胞休克时间较长，微波电磁场逆转和修复严重脊髓损伤急性应激和病理改变尚需要一定的时间。

综上所述，低强度微波有利于促进急性脊髓损伤大鼠神经功能恢复，微波电磁场对脊髓损伤修复具有一定的应用价值，但必须依据脊髓损伤病情程度选择恰当照射剂量和照射时机，并要维持一定的照射疗程。本研究不足之处，未从基因分子水平进行相关机制研究，今后将加强这一领域的探索。