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脈沖電磁場對糖尿病大鼠周圍神經(jīng)損傷防治作用的實驗研究
責任編輯：綿陽市涪城區(qū)力田磁電科技有限公司-電磁場發(fā)生器廠家 發(fā)布時間：2015-03-04
脈沖電磁場對糖尿病大鼠周圍神經(jīng)損傷防治作用的實驗研究
糖尿病周圍神經(jīng)病變(diabetic peripheral neuropathy,DPN)是指由于糖尿病患者機體胰島素分泌不足或者胰島素功能抵抗所引起的與周圍神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙相關的癥狀或體征。DPN是糖尿病最常見的慢性并發(fā)癥之一，據(jù)統(tǒng)計糖尿病患者中30%以上都伴隨有不同程度的DPN，隨著病程延長，發(fā)病率可達60%~90%。DPN確切的發(fā)病機制尚不完全清楚，研究認為糖尿病患者高血糖狀態(tài)引起的代謝紊亂，血管損傷，神經(jīng)營養(yǎng)因子缺乏，細胞因子異常，氧化應激等因素是導致DPN發(fā)生的主要原因。 DPN以雙側對稱性最為常見，最常累及股神經(jīng)、正中神經(jīng)、坐骨神經(jīng)等。DPN的典型表現(xiàn)是痛覺異常和痛覺過敏，嚴重影響患者的運動功能和感覺功能，影響患者身心健康和生存質(zhì)量，威脅著糖尿病患者生存質(zhì)量及生命安危。目前臨床上緩解DPN的主要是通過藥物治療控制血糖、營養(yǎng)神經(jīng)以及改善微循環(huán)等方式，但是這些藥物治療方法對DPN的作用效果有限，并存在著明顯的毒副作用且價格不菲，因此探索更加安全有效的DPN防治方法是廣大科學家和臨床工作者關注的熱點問題。 電磁場的生物效應是當前生物醫(yī)學工程領域的研究熱點。大量在體實驗研究證實低頻、低強度的脈沖電磁場(pulsed electromagnetic fields,PEMF)對于促進骨骼及軟組織損傷的愈合、調(diào)節(jié)機體微循環(huán)、糖代謝及脂代謝以及緩解疼痛等均具有顯著的治療效果。并且大量的臨床實驗證實PEMF作為一種無創(chuàng)、安全、經(jīng)濟的物理治療方法對上述疾病具有顯著的防治效果。 電磁場的生物效應受到諸多參數(shù)的影響，如波形、強度、頻率、占空比、作用時間等，各個參數(shù)均存在明顯的“窗口”效應，不同的電磁場作用參數(shù)很可能產(chǎn)生不同甚至截然相反的作用效果，導致電磁場生物效應實驗研究的延續(xù)性和可重復性不甚理想。在眾多國內(nèi)外的研究中，使用的磁場發(fā)生裝置各種各樣，普遍存在的問題是缺乏對于電磁場暴露的空間分布的精確測量和描述，導致實驗的可重復性及其科學價值大大降低。因此，規(guī)范電磁場輻射條件，并對電磁場進行系統(tǒng)、科學地描述是本領域研究中亟待解決的問題。 有研究報道PEMF對糖尿病大鼠有抗高血糖的作用，并且認為PEMF干預導致的血糖下降對DPN有防治作用。但是PEMF對神經(jīng)系統(tǒng)生物效應的機理還不清楚，該結果也有待進一步驗證?；诖?，本課題著重研究PEMF對DPN的作用，并初步探討PEMF對DPN作用的機理。 本課題主要研究內(nèi)容及結果如下： 一、為滿足開展電磁場生物效應基礎實驗的需求，增加勻場強空間的輸出范圍，設計了一種新穎的三線圈電磁場發(fā)生裝置，并基于ComsolMultiphysics三維有限元仿真分析軟件建模，對其所產(chǎn)生電磁場的時空分布進行有限元仿真分析。結果表明，三線圈方式產(chǎn)生的磁場強度更大，也更均勻。三線圈磁場發(fā)生裝置為開展磁場生物效應相關研究提供了新的實驗平臺，三維有限元仿真分析技術為磁場時空分布的測量以及規(guī)范磁場參數(shù)描述提供新的思路和方法，該研究有望提高電磁場生物效應實驗研究的設計水平與科學性。 二、利用自行設計的電磁場發(fā)生裝置，探討PEMF對糖尿病大鼠周圍神經(jīng)損傷的防治作用。成年雄性SD大鼠隨機分為3組：空白對照組，糖尿病組，電磁場照射組，每組8只；糖尿病模型通過鏈脲佐菌素誘導建立，電磁場干預采用15Hz脈沖群電磁場（磁感應強度1.6mT），實驗持續(xù)7wk。分別在施加電磁場后第0、1、3、5、7wk檢測大鼠機械痛閾值和熱痛閾值的改變，并在實驗結束用透射電鏡觀察大鼠坐骨神經(jīng)超微結構。同時，為探討PEMF對DPN作用的機理，對大鼠坐骨神經(jīng)中血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表達進行免疫組化檢測。結果表明，造模72h后，大鼠血糖濃度迅速升高，實驗過程中糖尿病大鼠體重持續(xù)下降(P0.01)，PEMF干預沒有改變糖尿病引起的體重下降和血糖升高(P0.05)；與對照組相比，糖尿病組大鼠機械痛閾值和熱痛閾值均顯著下降(P0.05)，表明大鼠出現(xiàn)周圍神經(jīng)損傷，電磁場照射組大鼠機械痛閾值和熱痛閾值雖然也出現(xiàn)下降(P0.05)，但明顯高于糖尿病組(P0.05)，表明PEMF干預能夠改善DPN導致的痛覺過敏和痛覺異常；坐骨神經(jīng)超微結構觀察顯示，糖尿病組大鼠有軸突退化特征，脫髓鞘現(xiàn)象明顯，電磁場照射組神經(jīng)纖維髓鞘仍不正常，但其損傷與糖尿病組相比有所減輕，表明PEMF照射能夠在一定程度上緩解DPN；血管內(nèi)皮生長因子免疫組化染色結果顯示，糖尿病組大鼠坐骨神經(jīng)VEGF有明顯的陽性染色，而電磁場照射組大鼠VEGF免疫組化染色強度低于糖尿病組，提示PEMF對DPN防治作用的機制可能與調(diào)節(jié)VEGF表達有關。
糖尿病周圍神經(jīng)病變(diabetic peripheral neuropathy,DPN)是指由于糖尿病患者機體胰島素分泌不足或者胰島素功能抵抗所引起的與周圍神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙相關的癥狀或體征。DPN是糖尿病最常見的慢性并發(fā)癥之一，據(jù)統(tǒng)計糖尿病患者中30%以上都伴隨有不同程度的DPN，隨著病程延長，發(fā)病率可達60%~90%。DPN確切的發(fā)病機制尚不完全清楚，研究認為糖尿病患者高血糖狀態(tài)引起的代謝紊亂，血管損傷，神經(jīng)營養(yǎng)因子缺乏，細胞因子異常，氧化應激等因素是導致DPN發(fā)生的主要原因。 DPN以雙側對稱性最為常見，最常累及股神經(jīng)、正中神經(jīng)、坐骨神經(jīng)等。DPN的典型表現(xiàn)是痛覺異常和痛覺過敏，嚴重影響患者的運動功能和感覺功能，影響患者身心健康和生存質(zhì)量，威脅著糖尿病患者生存質(zhì)量及生命安危。目前臨床上緩解DPN的主要是通過藥物治療控制血糖、營養(yǎng)神經(jīng)以及改善微循環(huán)等方式，但是這些藥物治療方法對DPN的作用效果有限，并存在著明顯的毒副作用且價格不菲，因此探索更加安全有效的DPN防治方法是廣大科學家和臨床工作者關注的熱點問題。 電磁場的生物效應是當前生物醫(yī)學工程領域的研究熱點。大量在體實驗研究證實低頻、低強度的脈沖電磁場(pulsed electromagnetic fields,PEMF)對于促進骨骼及軟組織損傷的愈合、調(diào)節(jié)機體微循環(huán)、糖代謝及脂代謝以及緩解疼痛等均具有顯著的治療效果。并且大量的臨床實驗證實PEMF作為一種無創(chuàng)、安全、經(jīng)濟的物理治療方法對上述疾病具有顯著的防治效果。 電磁場的生物效應受到諸多參數(shù)的影響，如波形、強度、頻率、占空比、作用時間等，各個參數(shù)均存在明顯的“窗口”效應，不同的電磁場作用參數(shù)很可能產(chǎn)生不同甚至截然相反的作用效果，導致電磁場生物效應實驗研究的延續(xù)性和可重復性不甚理想。在眾多國內(nèi)外的研究中，使用的磁場發(fā)生裝置各種各樣，普遍存在的問題是缺乏對于電磁場暴露的空間分布的精確測量和描述，導致實驗的可重復性及其科學價值大大降低。因此，規(guī)范電磁場輻射條件，并對電磁場進行系統(tǒng)、科學地描述是本領域研究中亟待解決的問題。 有研究報道PEMF對糖尿病大鼠有抗高血糖的作用，并且認為PEMF干預導致的血糖下降對DPN有防治作用。但是PEMF對神經(jīng)系統(tǒng)生物效應的機理還不清楚，該結果也有待進一步驗證?；诖?，本課題著重研究PEMF對DPN的作用，并初步探討PEMF對DPN作用的機理。 本課題主要研究內(nèi)容及結果如下： 一、為滿足開展電磁場生物效應基礎實驗的需求，增加勻場強空間的輸出范圍，設計了一種新穎的三線圈電磁場發(fā)生裝置，并基于ComsolMultiphysics三維有限元仿真分析軟件建模，對其所產(chǎn)生電磁場的時空分布進行有限元仿真分析。結果表明，三線圈方式產(chǎn)生的磁場強度更大，也更均勻。三線圈磁場發(fā)生裝置為開展磁場生物效應相關研究提供了新的實驗平臺，三維有限元仿真分析技術為磁場時空分布的測量以及規(guī)范磁場參數(shù)描述提供新的思路和方法，該研究有望提高電磁場生物效應實驗研究的設計水平與科學性。 二、利用自行設計的電磁場發(fā)生裝置，探討PEMF對糖尿病大鼠周圍神經(jīng)損傷的防治作用。成年雄性SD大鼠隨機分為3組：空白對照組，糖尿病組，電磁場照射組，每組8只；糖尿病模型通過鏈脲佐菌素誘導建立，電磁場干預采用15Hz脈沖群電磁場（磁感應強度1.6mT），實驗持續(xù)7wk。分別在施加電磁場后第0、1、3、5、7wk檢測大鼠機械痛閾值和熱痛閾值的改變，并在實驗結束用透射電鏡觀察大鼠坐骨神經(jīng)超微結構。同時，為探討PEMF對DPN作用的機理，對大鼠坐骨神經(jīng)中血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表達進行免疫組化檢測。結果表明，造模72h后，大鼠血糖濃度迅速升高，實驗過程中糖尿病大鼠體重持續(xù)下降(P0.01)，PEMF干預沒有改變糖尿病引起的體重下降和血糖升高(P0.05)；與對照組相比，糖尿病組大鼠機械痛閾值和熱痛閾值均顯著下降(P0.05)，表明大鼠出現(xiàn)周圍神經(jīng)損傷，電磁場照射組大鼠機械痛閾值和熱痛閾值雖然也出現(xiàn)下降(P0.05)，但明顯高于糖尿病組(P0.05)，表明PEMF干預能夠改善DPN導致的痛覺過敏和痛覺異常；坐骨神經(jīng)超微結構觀察顯示，糖尿病組大鼠有軸突退化特征，脫髓鞘現(xiàn)象明顯，電磁場照射組神經(jīng)纖維髓鞘仍不正常，但其損傷與糖尿病組相比有所減輕，表明PEMF照射能夠在一定程度上緩解DPN；血管內(nèi)皮生長因子免疫組化染色結果顯示，糖尿病組大鼠坐骨神經(jīng)VEGF有明顯的陽性染色，而電磁場照射組大鼠VEGF免疫組化染色強度低于糖尿病組，提示PEMF對DPN防治作用的機制可能與調(diào)節(jié)VEGF表達有關。
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