振動刺激對廢用性肌萎縮大鼠肌纖維形態結構的影響

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1.引言

振動刺激對廢用性肌萎縮大鼠肌纖維形態結構的影響

大量研究表明,運動減退(Hyperkinesias)[1,2]、制動(Immobilization)[3,4,5]、肌肉去負荷(Unloading)[6,7]均可使骨骼肌出現廢用性萎縮(Skeletal Muscle Disuse Atrophy,SMDA),而許多運動性損傷(如骨折、韌帶撕裂等)的治療又常常伴有運動減退或要求制動與肌肉去負荷。因此,如何通過減輕骨骼肌萎縮的訓練手段來加強運動損傷的康復治療效果,成為運動康復中的一個新課題。

廢用性肌萎縮時肌肉結構形態最直接的變化是肌肉萎縮,表現為肌肉溼重減輕和肌肉及肌纖維體積減少,肌纖維平均橫截面積縮小;同時肌纖維型別也發生改變,表現為慢縮肌纖維(Ⅰ型肌纖維)數量減少的同時快縮肌纖維(Ⅱ型肌纖維)數量增加,而總的肌纖維數量不變,表明肌纖維在萎縮過程中發生了Ⅰ型肌纖維向Ⅱ型肌纖維方向的轉化。大多數動物實驗研究表明慢縮肌纖維較快縮肌纖維在制動狀態的萎縮程度大,而在人類最先受累的是快縮肌纖維,人與動物之間的差別可以解釋為制動情況下佔較大比例的肌纖維最先受累,這一發現對肌萎縮的康復訓練及治療計劃具有重要的意義[8]。

振動刺激(Vibration Stimuli,VS)是一種新的力量訓練方法,對肌肉力量和做功能力的提高有急性和長期訓練作用。振動刺激訓練能夠達到肌群之間平衡協調發展,可以用在運動員傷後的康復訓練上,使受傷的運動員能夠早日重返賽場進行正常訓練和比賽。因此,我們認為振動刺激訓練對肌肉萎縮的康復訓練,具有一定的應用價值。可以向運動醫學、康復醫學、航空醫學等廣大醫學領域進行推廣。

本研究的目的在於,通過大鼠尾部懸吊方法造成廢用性肌肉萎縮,在恢復期實施振動刺激,測定廢用性肌肉萎縮溼重變化和骨骼肌型別轉化等形態學改變情況,探討振動刺激對廢用性肌肉萎縮的作用及其機制,為振動刺激運用於廢用性肌萎縮的康復訓練提供參考。

2.材料與方法

2.1 實驗動物及處理

本實驗採用健康活潑的SD 雌性大鼠40 只(大鼠購於海淀區興隆動物養殖場,清潔級,均有動物質量合格證),體重180g-200g。動物適應性飼養3 天后,按隨機配對原則分為4組:對照組(A)10 只,振動組(B)10 只,懸吊組(C)10 只,自然恢復組(D)10 只。

2.2 模擬失重模型的建立與訓練方法

尾部懸吊模擬失重大鼠模型採用陳杰[9]的方法進行。該模型設定為實驗大鼠採用尾部懸吊,後肢懸空,前肢著地,身體長軸與水平面呈300。懸吊同時動物在籠內可以自由活動、飲水、進食;所有動物均為單籠飼養;室溫維持於20~25 0C;室內提供12 小時黑暗與照明的交替迴圈。

尾部懸吊滿14 天后,各組大鼠解除懸吊。開始進行振動刺激訓練。振動刺激源使用Pneu-Vibe Pro 振動臺。對於懸吊振動組(B)予以20Hz 的振動刺激,每次持續10 分鐘,每天2 次,間隔5 分鐘,一週進行6 次,持續4 周。本實驗中設計使用了簡易的維持大鼠直立裝置,確保使大鼠在振動期間保持直立狀態。如圖 1所示,振動訓練過程中,大鼠以雙側下肢站立在振動臺上,身體直立,頭可伸向瓶口,不影響呼吸。

振動臺使用北京得信佳和醫療科技有限公司出產的Pneu-Vibe Pro 振動力量訓練器(專業型),該振動器使用頻率範圍在10-60Hz,振幅5-10mm;持續訓練時間可達100 分鐘,負重:最高可達1200 磅;檯面尺寸:100 x 76cm(長 x 寬)。該振動器可調節高頻及低頻,可作肌肉力量訓練及各種放鬆訓練用。如圖 2所示。

懸吊14 天后,C 組用戊巴比妥鈉腹腔麻醉(45 mg/kg ,ip)後,迅速取出比目魚肌稱量其溼重,所得資料以100 g 體重標化,作為比目魚肌溼重體重比;稱重後,取每一比目魚肌標本的中段,按垂直於肌纖維的方向取5 mm 厚的肌肉組織,置於液氮中迅速冷凍後,放入-80 度冰箱待測。其餘各組在振動訓練結束後採用同樣方法取材。進行恆冷箱切片,切片厚度為10m m。將切片裱貼在載玻璃片上,空氣中乾燥後用於mATPase 組織化學染色。染色採用異染性燃料-腺苷三磷酸酶法(ATP 酶法)進行。