不同类型低频电磁场抵抗失重引起的骨流失

Different Types of Low-frequency Electromagnetic Fields Resist Bone Loss Caused by Weightlessness

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摘要目的研究和比较50 Hz0.6 mT低频脉冲电磁场(PEMFs)和50 Hz 1.8 mT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 0.6mT的PEMFs和50 Hz 1.8 mT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 Hz0.6 mT的PEMFs和50 Hz 1.8 mT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.