2024年5月26日发(作者:凤闲静)
中国脊柱脊髓杂志2008年第l8卷第l0期 Chinese Journal ofspine and inol c0 ,2008,Vo1.18,No.10 771
体外冲击波对大鼠胸段脊髓影响的初步研究
廖冬发,权毅,潘显明,邓 冰,张波,邓少林
(成都军区总医院骨科610083四川省成都市)
【摘要】目的:初步探讨体外冲击波(ESW)对大鼠胸段脊髓的影响。方法:雄性SD大鼠126只,随机分为4组,
直接冲击组(A组,48只),不做椎板切除手术,直接进行冲击波冲击,冲击参数:发射电压10kV,冲击能量
0.250mJ/mm2.冲击频率60次/min.冲击次数1O00次;手术后冲击组(B组,48只),切除T7~T10椎板,皮肤愈合
后行冲击波处理.参数同A组;手术后不冲击组(C组,24只),切除T7~T10椎板,不行冲击波处理;正常对照组
(D组,6只),不进行任何处理。A、B、C组又分为处理后4h、8h、24h、72h共4个时间点,D组不分时间点。A、B、
C组处理前、后及D组行BBB评分,并经灌注后取T7 T10脊髓标本,切片行HE染色观察脊髓损伤情况,用免
疫组化方法观察脊髓C—fos蛋白的表达。结果:A组和B组大鼠处理后8h、24h、72h时BBB评分均有下降,以
8h最低,分别为16.8±0.8分和14.5±1.0分,处理后各时间点两组间均有显著性差异(P<0.01),A组和B组8h、
24h、72h时BBB评分均明显低于C组和D组(P<O.O1),但C组和D组之间无显著性差异(P>O.05)。A组和B
组HE染色均可见脊髓出血、水肿,神经元变性坏死,且B组较A组损伤程度重;C组及D组未见明显脊髓损
伤表现。B组脊髓中C—fos蛋白表达最强.其次为A组,均以24h表达最强,平均光密度值分别为0.396 ̄0.008
和0.293 ̄0.叭3,两组比较有显著性差异(P<0.01):C组及D组表达均不明显,与A组和B组比较有显著性差异
(P<O.o1),C组和D组之间无显著性差异(P>O.05)。结论:发射电压lOkV、冲击能量0.250rnJ/mmz的ESW可造
成大鼠胸段脊髓一定程度的损伤,冲击时椎板可起到一定保护脊髓的作用。
【关键词】体外冲击波;脊髓损伤;C—fos;大鼠
中图分类号:R683.2.R454.3 文献标识码:A 文章编号:1004—406X(2008)一10—077l一05
Primary study of extracorporeal shock wave effect on the thoracic segments spinal cord in rats/LIAO
Dongfa,QUAN Yi,PAN Xianming,et al//Chinese Journal of Spine and Spinal Cord。2008,18(10):771-
775
【Abstract】Objective:To investigate the effect of extracorporeal shock wave(ESW)on the thoracic segments
spinal cord in rats.Method:The model of ESW protocol was established using 126 male Sprague Dawley(SD)
rats,these rats were randomly divided into four groups:direct shock group(A,n=48),shocked after operation
group(B,n=48),no shock after operated group(C,n=24),control group(D,n=6).The rats in group A were not
subjected to laminectomy,the spinal cord was shocked by ESW therapeutic machine with working voltage of
10kV.energy of 0.250mJ/mm .frequency of 60 times per minute for 1000 times.The rats in group B experi—
enced laminectomy from seventh to nineth,and the spinal cord was shocked by ESW therapeutic machine
(with the same working condition with group A) after the skin healed.The rats in group C experienced
laminectomy from seventh to nineth,while left the spinal cord intact.The rats in group D were subjected to no
intervention.The specimen were harvested at 4h,8h,24h and 72h after corresponding disposal in each experi—
mental group respectively.The motor function of hind limbs was evaluated in each group according to Basso—
Beattie—Breanahan(BBB) before and after shocked.Twelve rats of group A and B,six rats of group C were
sacrificed at every phase points for harvesting T7-T10 spinal specimens,routine pathological section Haema—
toxylin—Eosin(HE)was employed to observe the injury of spinal cord:immunohistochemistry was employed to
examine C—fos expression in spinal cord.Result:The BBB scores of group A and B decreased both,and the
score at 8h is the lowest,the BBB scores of group A is 16.8 ̄0.8.14.5±1.0 for group B'.The lowest score was
第一作者简介:男(1975一),医学硕士,主治医师,研究方向:体外冲击波在骨科的应用、四肢骨创伤的治疗
电话:(028)86570628 E—mail:liaodongfa@medmail.coln.cn
通讯作者:权毅
772 中国脊柱脊髓杂志2008年第18卷第10期 Chinese Journal ofSpine and3pi, ̄la Cord,2008,Vo1.18,No.10
group B'.The scores of group C and D were close with each other,which was signiifcantly higher than group
B and A (P<0.01),and the scores of group B was signiifcantly lower than group A (P<0.01).After shocked
by ESW.the spinal cord was observed hemorrhage and dropsy,neuronal degeneration and necrosis among
group A and B,and the injury degree of group B was more ̄vere than that of group A.There were no obvi—
OUS spinal cord injury among group C and D.The C-fos expression of group B in spinal cord was the most
obvious,and second was group A ,the expression at 24h was the hi ghest among four phase points,the average
optical density(AOD)score of group B at 24h phase points was O.396_+0.008,group A was O.293_+0.013,
there was signiifcant diference with respect to AOD score between group B and group A (P<O.O1).There
were no obvious expression among group C and D(0.108±O.009 and 0.106_+0.005 respectively),which had
significant difference with the first two groups(P<O.01).Conclusion:The commonly used dose of ESW(working
voltage of lOkV,energy of 0.250mJ/mm。) may cause injury to the thoracic spinal cord in rats,and the
vertebral plate of the spinal column can partly protect the spinal cord from the shock induced by ESW.
【Key words】Extracorporeal shock wave;Spinal cord injury;C-fos;Rat
【Author S address】Department of Orthopedics,Chengdu Army Generla Hospital,Chengdu,610083,China
体外冲击波(extracorporeal shock wave,ESW)
准大鼠T7~TIO脊髓进行冲击。冲击参数:发射电
压10kV.冲击能量0.250mJ/arm ,冲击频率6O 对骨筋膜疾病的治疗效果得到公认,临床应用逐
渐广泛。但由于其特性,ESW若应用不当也可能
造成机体相应的损伤及并发症。目前国内外学者
均将神经、大血管等处列为其应用的禁区Il_21。如
次/min,冲击次数1000次。B组大鼠在椎板切除
手术后确认切口皮肤完全愈合(术后7d),再次麻
醉后行冲击波处理,部位及参数同A组。
1.3 BBB评分
D组大鼠在麻醉灌注前进行BBB评分,A组
果应用ESW对脊柱区域进行治疗,是否会造成脊
髓损伤呢?关于这方面的研究报道不多。本实验通
过观察ESW对大鼠脊髓的影响.为ESW在临床
颈肩腰背痛治疗中的安全性评估提供实验基础。
1材料与方法
在冲击波处理前、B组在手术后冲击波处理前、C
组在手术前及A、B、C组在处理后8h、24h、72h进
行BBB评分。采用双人、双盲独立观察大鼠双后
肢的运动功能并记录。
1.4标本制备
A、B、C组大鼠经相应处理后,A、B组于4h、
1.1动物与分组
健康雄性SD大鼠,体重200~250g.随机分为
4组,直接冲击组(A组,48只),不做椎板切除手
术,直接进行冲击波冲击;手术后冲击组(B组,48
只),切除q'7一T10椎板,皮肤愈合后行冲击波处
理;手术后不冲击组(C组,24只),切除T7~TIO
椎板,不行冲击波处理;正常对照组(D组,6只),
不进行任何处理。A、B、C组又分为处理后4h、8h、
8h、24h、72h各取12只,C组各取6只大鼠,用
1%戊巴比妥钠(50mg/kg)经腹腔注射麻醉后固
定,开胸后经左心室以含肝素钠生理盐水300ml
快速灌注冲洗,待右心耳流出冲洗液体清亮后。以
4%多聚甲醛300ml缓慢灌注直至大鼠全身僵硬。
灌注完毕后,取出T7~T10脊髓(长约2cm)。D组
24h、72h共4个时间点,A、B组每个时间点l2
只,C组每个时间点6只,D组不分时间点。
1.2动物模型的建立
1.2.1手术模型的建立 将SD大鼠随机分组
后,B、C组所有大鼠术前1d行后肢功能BBB评
不分时间点,同样麻醉灌注后取出T7 T10脊髓。
4%多聚甲醛固定后,常规脱水、石蜡包埋.于中段
横行切片,片厚51- ̄m,备用。
1.5组织学检查
从每只大鼠切片中随机抽取4张行HE染
分,用1%戊巴比妥钠(50mg/kg)经腹腔内注射麻
醉后,咬除 ~T10棘突及椎板,显露该节段脊髓
后逐层缝合,肌注抗生素预防感染。
1.2.2体外冲击波处理A组大鼠用l%戊巴比
妥钠(50mg/kg)经腹腔内注射麻醉后。将苏州产
CS一2012A一9电磁式冲击波骨科治疗机的焦点对
色,光镜检查观察脊髓的病理形态学改变。
1.6 C—los蛋白表达的检测
每只大鼠各取切片10张,常规脱蜡脱水,
PBS冲洗5min ̄3次,0.3%H202室温下封闭内源
性过氧化物酶10min,蒸馏水冲洗后PBS冲洗
5min ̄3次,热抗原修复,冷却后PBS冲洗5min ̄2
中国脊柱脊髓杂志2008年第18卷第1O期 Chinese Joumol ofSpine and spin01 rd,2008,Vo1.18,No.10 773
次,加5%山羊血清孵育15min,加入1:200兔抗
2.2 HE染色
C—fos(武汉博士德生物有限公司),在4℃冰箱过
夜,PBS冲洗5minx3次,加入生物素化山羊抗兔
IgG(1:200),37℃条件下孵育120min,PBS冲洗
5minx3次,显微镜控制下3。3 一二氨基联苯胺
(DAB)染色,苏木精复染,1/600氨水碱化促进蓝
色表达,梯度酒精脱水,二甲苯透明后封片。每个
标本随机选取6张切片,用显微镜(放大400倍)
观察整张切片的表达情况.阳性结果为神经细胞
呈棕黄色。每张切片随机选取6个视野,用
Olympus BX 41荧光显微镜采像。Image—Pro Plus
6.0图像分析软件系统对C—fos蛋白的免疫组化
结果进行半定量分析,计算平均光密度(AOD),结
果以X---S表示
1.7统计学处理
D组和C组脊髓HE染色结果大体正常,神
经元未见明显变化,无胶质细胞增生(图1、2,后
插页Ⅲ)。B组冲击后4h脊髓组织明显异常,主要
表现为灰白质内有出血.可见弥散的红细胞。神经
元之间间隙增宽,结构疏松化,有轻度水肿现象,
出现少量中等程度核浓缩及碎裂的神经元(图3,
后插页Ⅲ);随着时间增加(8h,24h),损伤进一步
加剧,神经元坏死数目有增加,神经元的突起消
失,尼氏体溶解,核浓缩、溶解现象增多,可出现嗜
神经现象,胶质细胞有增生:72h时脊髓损伤程度
有减轻趋势,水肿减轻,神经元坏死数目有减少。
A组脊髓神经元也表现出神经元间隙增宽.含水
增多,神经元胞浆内有少量颗粒变性和空泡变性,
出现少量中等程度神经元核深染等,与B组同时
间点比较,各时间点病变程度明显较轻,神经元坏
死数目较少(图4,后插页Ⅲ)。
2.2脊髓组织中C—f0s蛋白的表达
C—fos蛋白阳性表达在神经细胞核上.呈棕黄
采用SPSS 1 1.5统计分析软件进行处理,对
动物后肢神经功能BBB评分、C—fos AOD值结果
采用单因素方差分析。P<0.05为有统计学意义。
2结果
色,圆形或卵圆形,亦有核仁和胞浆染成深褐色。
在不同时间点,脊髓中央管周围、前角、后角、侧角
均有不同程度的C—fos蛋白表达,以中央管周围
较为集中,且此处各组差异最明显。D组和C组
脊髓灰质可见少量散在的C—fos蛋白表达弱阳性
细胞(图5、6,后插页II1),图像分析其AOD值均
小于0.150。A组处理后4h可见C—fos蛋白表达,
以前角神经元为主(图7.后插页Ⅲ),8h C—fos蛋
2.1 BBB评分结果
A、B、C组大鼠BBB评分结果见表1。D组大
鼠后肢BBB评分均为21分.C组BBB评分达19
分以上,基本接近正常,两组比较无显著性差异
(P>O.05);A组和B组冲击波处理后8h、24h、72h
的BBB评分明显低于C组和D组(P<0.01)。B组
处理后8h、24h、72h评分与A组比较均显著降低
(P<0.01)。
表1 不同时间点A、B、C组大鼠后肢运动功能BBB
白表达增强,24h达高峰,72h表达有下降;B组阳
性表达细胞分布区域增多.主要位于中央管周围
灰质,尤以脊髓前角灰质部最为明显(图8。后插
页Ⅲ)。各组C—fos蛋白表达情况见表2。A、B组
平均光密度值与C、D组比较均有显著性差异(P<
0.01)。而B组C—fos蛋白表达的平均光密度值又
明显高于A组(P<0.01),C组与D组比较无显著
性差异(尸 O.05)。
评分 ( ,分)
注:①与同组冲击/术前比较P<0.01;②与A组和C组同时间
点比较P<0.01;③与同组术前比较P>0.05
表2 A、B、C组不同时间点及D组脊髓组织中C—fos蛋白表达的累积光密度值 ( )
注:①与同时间点B组比较P<0.0l;②与同时间点c组及D组比较P<0.0l;③与D组比较P>0.05
774 中国脊柱脊髓杂志2008年第18卷第10期 Chinese Journol ofSpin ̄and Spinal Cord,2008,Vol・18,No・10
3讨论
3.1体外冲击波的临床应用
体外冲击波治疗(ESWT)作为近年来骨科领
域新的非侵入疗法,短短的十余年来已得到了很
大的发展。ESW可以促进骨折愈合,治疗股骨头
无菌性坏死、肩关节钙化性肌腱炎、肱骨外上髁
炎、足底筋膜炎等顽固性骨骼肌肉系统疾病『3I4】,
取得了良好的临床治疗效果。
适当的能量选择是ESW治疗效果的有效保
障.能量过低达不到治疗效果,能量过高可能导致
机体损伤.所以临床选择的能量既要显效又要避
免并发症,但目前各疾病的最佳治疗能量仍不能
准确确定。根据Rompe等【s1的研究,在第二中心点
(Secondf0calD0int)能量密度0.08~0.28mJ/mm 为
低能量,O.28~0.60mJ/mm 为中能量,大于
0.6mJ/arm2为高能量。而中低能量一般不会造成
明显损伤。他们临床追踪了300多例患者2年,使
用能量密度0.28rnJ/mm2治疗未造成明显的肌腱
损伤。
目前认为ESW可以通过以下机制损伤组织
细胞 】:①物理学作用。冲击波产生了强大的压
力、张力,引起细胞、组织的挫伤和灼伤作用。②空
化效应介导机制。冲击波释放后,沿着电极的椭圆
体产生气泡,在细胞内形成空泡而使细胞变形坏
死。③氧自由基的损伤作用。ESW产生的巨大压
力和局部高温引起水分的化学变化,产生H 0 和
多种氧自由基。④细胞内钙离子超载。冲击波损伤
组织细胞,细胞膜通透性增加.细胞外钙离子进
入,细胞内钙离子超载。
3.2冲击波治疗对脊髓的影响
随着社会的进步,生产生活方式的变革,颈肩
腰背痛发病率逐年升高,且该病反复发作。极难彻
底治愈,严重影响生活。目前虽然治疗方法繁多,
但没有特别简单有效的治疗方法。ESW治疗骨筋
膜疾病的疗效满意 但由于其特性,如果应用不
当,也可能对机体造成相应的损伤及并发症。由于
颈肩腰背疼痛部位与脊髓毗邻紧密,可否引入冲
击波进行治疗呢?本实验通过观察ESW对大鼠胸
段脊髓产生的影响,旨在评估引入冲击波治疗的
可行性。
本实验使用的是苏州产CS一2012A一9电磁式
冲击波骨科治疗机,设定的发射电压为10kV,冲
击能量为0.250mJ/mm ,是该机正常发射能量的
上限.也是我科目前临床治疗骨骼肌肉系统疾病
的常用参数,临床使用中未造成明显的损伤及并
发症。由于经费有限,先采用了该参数进行探索性
研究,其他参数有待下一步实验。
3.2.1 冲击波处理后大鼠脊髓功能变化 目前对
于脊髓损伤的修复及其功能评价以后肢运动功能
评分最为常用,也最为方便客观。以前多采用
Tarlov标准[91和运动功能联合评分法(CBS)评分,
在Tarlov评分的基础上,Basso等[1Ol提出了BBB
评分标准。该评分不是各个动作的总和,每一个分
数都有一个独立的标准.此外它包含了很多行为
特征,是目前对胸段脊髓损伤修复的功能评价较
好方法。考虑到麻醉后动物的恢复期,本实验未进
行麻醉冲击后4h的评分观察。
本实验结果显示,C组BBB评分达19分以
上.基本接近正常.说明手术未造成脊髓明显的损
伤及功能障碍。A组和B组大鼠冲击波冲击后双
后肢肌力部分下降,影响正常行走,BBB评分明
显降低,评分最低到13分,较C组和D组均有显
著性差异。说明冲击波对脊髓造成了一定的损伤,
进而导致大鼠后肢出现相应的功能障碍。与A组
比较,B组各时间点后肢BBB评分明显偏低,二
者之间差异有显著性(P<O.O1).说明在冲击波冲
击时椎板可能有一定的阻挡冲击波作用,减轻了
冲击波对脊髓的损伤,从而表现为A组大鼠后肢
运动功能强于B组。
3.2.2冲击波处理后大鼠脊髓C—los蛋白的表达
情况 C—fos蛋白属于即刻早基因(immediate
early gene,IMG)编码产物之一。当细胞受到外界
刺激时,在瞬间产生过度表达,神经元受损越重,
受外界刺激越大,需整合的胞内信息就越多,C—
fos基因的表达就越强IllI。因此C—los的表达可以
作为评价细胞超早期应激状态以及损伤、凋亡程
度的早期指标。
本实验结果显示,C组和D组大鼠脊髓灰质
中可见少量散在的C—los蛋白表达弱阳性细胞。A
组和B组大鼠在冲击波处理后4h可见C—los蛋
白表达,随时间延长表达逐渐增强,24h达高峰,
表达阳性细胞主要位于中央管周围灰质,尤以脊
髓前角灰质部最为明显.和C组、D组相比AOD
值均有显著性差异,说明冲击波对相应冲击部位
脊髓造成了相应的损伤。而B组表达的AOD值
又明显高于A组,说明椎板骨质密度高,声阻抗
中同脊柱脊髓杂志2008年第18卷第l0期 Chinese Journal ofspine and印inal c0 ,2008,Vo1.18,No.10 775
大,阻挡了冲击波部分能量,保护了脊髓。
3.2-3冲击波造成脊髓损伤的可能机制 笔者认
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传递到大鼠胸背部,由于脊髓与脑脊液(声阻抗和
水分相同)的声阻抗不同,势必产生相应能量的变
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化,产生一定的生物学效应而造成损伤。冲击波的
压力、张力及空泡效应可能使脊髓微循环血管的
内皮细胞通透性增加.加上剪力作用和局部热量,
导致血管破裂、出血,脊髓内血流降低,导致相应
节段微循环结构和血流变化。空泡效应同时产生
大量的氧自由基.随着细胞膜通透性增加后钙离
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本实验结果表明对大鼠脊髓进行ESW冲击
可能造成大鼠脊髓损伤。因此,应用ESW治疗脊
柱疾患时需谨慎,至少焦点不宜直接对准脊髓进
行冲击,防止对脊髓造成损伤。但ESW冲击的脉
冲能量、发生频率、冲击次数、治疗疗程数和间隔、
发生器不同类型等,都会对实验有很大的影响,具
体在什么条件下ESW才能造成脊髓损伤?ESW
通过什么机制造成脊髓相应的损伤,均有待进一
步研究和探索。
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(英文编审 蒋 欣)
(本文编辑李伟霞)
《实用骨科杂志》征订启事
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后行冲击波处理.参数同A组;手术后不冲击组(C组,24只),切除T7~T10椎板,不行冲击波处理;正常对照组
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C组处理前、后及D组行BBB评分,并经灌注后取T7 T10脊髓标本,切片行HE染色观察脊髓损伤情况,用免
疫组化方法观察脊髓C—fos蛋白的表达。结果:A组和B组大鼠处理后8h、24h、72h时BBB评分均有下降,以
8h最低,分别为16.8±0.8分和14.5±1.0分,处理后各时间点两组间均有显著性差异(P<0.01),A组和B组8h、
24h、72h时BBB评分均明显低于C组和D组(P<O.O1),但C组和D组之间无显著性差异(P>O.05)。A组和B
组HE染色均可见脊髓出血、水肿,神经元变性坏死,且B组较A组损伤程度重;C组及D组未见明显脊髓损
伤表现。B组脊髓中C—fos蛋白表达最强.其次为A组,均以24h表达最强,平均光密度值分别为0.396 ̄0.008
和0.293 ̄0.叭3,两组比较有显著性差异(P<0.01):C组及D组表达均不明显,与A组和B组比较有显著性差异
(P<O.o1),C组和D组之间无显著性差异(P>O.05)。结论:发射电压lOkV、冲击能量0.250rnJ/mmz的ESW可造
成大鼠胸段脊髓一定程度的损伤,冲击时椎板可起到一定保护脊髓的作用。
【关键词】体外冲击波;脊髓损伤;C—fos;大鼠
中图分类号:R683.2.R454.3 文献标识码:A 文章编号:1004—406X(2008)一10—077l一05
Primary study of extracorporeal shock wave effect on the thoracic segments spinal cord in rats/LIAO
Dongfa,QUAN Yi,PAN Xianming,et al//Chinese Journal of Spine and Spinal Cord。2008,18(10):771-
775
【Abstract】Objective:To investigate the effect of extracorporeal shock wave(ESW)on the thoracic segments
spinal cord in rats.Method:The model of ESW protocol was established using 126 male Sprague Dawley(SD)
rats,these rats were randomly divided into four groups:direct shock group(A,n=48),shocked after operation
group(B,n=48),no shock after operated group(C,n=24),control group(D,n=6).The rats in group A were not
subjected to laminectomy,the spinal cord was shocked by ESW therapeutic machine with working voltage of
10kV.energy of 0.250mJ/mm .frequency of 60 times per minute for 1000 times.The rats in group B experi—
enced laminectomy from seventh to nineth,and the spinal cord was shocked by ESW therapeutic machine
(with the same working condition with group A) after the skin healed.The rats in group C experienced
laminectomy from seventh to nineth,while left the spinal cord intact.The rats in group D were subjected to no
intervention.The specimen were harvested at 4h,8h,24h and 72h after corresponding disposal in each experi—
mental group respectively.The motor function of hind limbs was evaluated in each group according to Basso—
Beattie—Breanahan(BBB) before and after shocked.Twelve rats of group A and B,six rats of group C were
sacrificed at every phase points for harvesting T7-T10 spinal specimens,routine pathological section Haema—
toxylin—Eosin(HE)was employed to observe the injury of spinal cord:immunohistochemistry was employed to
examine C—fos expression in spinal cord.Result:The BBB scores of group A and B decreased both,and the
score at 8h is the lowest,the BBB scores of group A is 16.8 ̄0.8.14.5±1.0 for group B'.The lowest score was
第一作者简介:男(1975一),医学硕士,主治医师,研究方向:体外冲击波在骨科的应用、四肢骨创伤的治疗
电话:(028)86570628 E—mail:liaodongfa@medmail.coln.cn
通讯作者:权毅
772 中国脊柱脊髓杂志2008年第18卷第10期 Chinese Journal ofSpine and3pi, ̄la Cord,2008,Vo1.18,No.10
group B'.The scores of group C and D were close with each other,which was signiifcantly higher than group
B and A (P<0.01),and the scores of group B was signiifcantly lower than group A (P<0.01).After shocked
by ESW.the spinal cord was observed hemorrhage and dropsy,neuronal degeneration and necrosis among
group A and B,and the injury degree of group B was more ̄vere than that of group A.There were no obvi—
OUS spinal cord injury among group C and D.The C-fos expression of group B in spinal cord was the most
obvious,and second was group A ,the expression at 24h was the hi ghest among four phase points,the average
optical density(AOD)score of group B at 24h phase points was O.396_+0.008,group A was O.293_+0.013,
there was signiifcant diference with respect to AOD score between group B and group A (P<O.O1).There
were no obvious expression among group C and D(0.108±O.009 and 0.106_+0.005 respectively),which had
significant difference with the first two groups(P<O.01).Conclusion:The commonly used dose of ESW(working
voltage of lOkV,energy of 0.250mJ/mm。) may cause injury to the thoracic spinal cord in rats,and the
vertebral plate of the spinal column can partly protect the spinal cord from the shock induced by ESW.
【Key words】Extracorporeal shock wave;Spinal cord injury;C-fos;Rat
【Author S address】Department of Orthopedics,Chengdu Army Generla Hospital,Chengdu,610083,China
体外冲击波(extracorporeal shock wave,ESW)
准大鼠T7~TIO脊髓进行冲击。冲击参数:发射电
压10kV.冲击能量0.250mJ/arm ,冲击频率6O 对骨筋膜疾病的治疗效果得到公认,临床应用逐
渐广泛。但由于其特性,ESW若应用不当也可能
造成机体相应的损伤及并发症。目前国内外学者
均将神经、大血管等处列为其应用的禁区Il_21。如
次/min,冲击次数1000次。B组大鼠在椎板切除
手术后确认切口皮肤完全愈合(术后7d),再次麻
醉后行冲击波处理,部位及参数同A组。
1.3 BBB评分
D组大鼠在麻醉灌注前进行BBB评分,A组
果应用ESW对脊柱区域进行治疗,是否会造成脊
髓损伤呢?关于这方面的研究报道不多。本实验通
过观察ESW对大鼠脊髓的影响.为ESW在临床
颈肩腰背痛治疗中的安全性评估提供实验基础。
1材料与方法
在冲击波处理前、B组在手术后冲击波处理前、C
组在手术前及A、B、C组在处理后8h、24h、72h进
行BBB评分。采用双人、双盲独立观察大鼠双后
肢的运动功能并记录。
1.4标本制备
A、B、C组大鼠经相应处理后,A、B组于4h、
1.1动物与分组
健康雄性SD大鼠,体重200~250g.随机分为
4组,直接冲击组(A组,48只),不做椎板切除手
术,直接进行冲击波冲击;手术后冲击组(B组,48
只),切除q'7一T10椎板,皮肤愈合后行冲击波处
理;手术后不冲击组(C组,24只),切除T7~TIO
椎板,不行冲击波处理;正常对照组(D组,6只),
不进行任何处理。A、B、C组又分为处理后4h、8h、
8h、24h、72h各取12只,C组各取6只大鼠,用
1%戊巴比妥钠(50mg/kg)经腹腔注射麻醉后固
定,开胸后经左心室以含肝素钠生理盐水300ml
快速灌注冲洗,待右心耳流出冲洗液体清亮后。以
4%多聚甲醛300ml缓慢灌注直至大鼠全身僵硬。
灌注完毕后,取出T7~T10脊髓(长约2cm)。D组
24h、72h共4个时间点,A、B组每个时间点l2
只,C组每个时间点6只,D组不分时间点。
1.2动物模型的建立
1.2.1手术模型的建立 将SD大鼠随机分组
后,B、C组所有大鼠术前1d行后肢功能BBB评
不分时间点,同样麻醉灌注后取出T7 T10脊髓。
4%多聚甲醛固定后,常规脱水、石蜡包埋.于中段
横行切片,片厚51- ̄m,备用。
1.5组织学检查
从每只大鼠切片中随机抽取4张行HE染
分,用1%戊巴比妥钠(50mg/kg)经腹腔内注射麻
醉后,咬除 ~T10棘突及椎板,显露该节段脊髓
后逐层缝合,肌注抗生素预防感染。
1.2.2体外冲击波处理A组大鼠用l%戊巴比
妥钠(50mg/kg)经腹腔内注射麻醉后。将苏州产
CS一2012A一9电磁式冲击波骨科治疗机的焦点对
色,光镜检查观察脊髓的病理形态学改变。
1.6 C—los蛋白表达的检测
每只大鼠各取切片10张,常规脱蜡脱水,
PBS冲洗5min ̄3次,0.3%H202室温下封闭内源
性过氧化物酶10min,蒸馏水冲洗后PBS冲洗
5min ̄3次,热抗原修复,冷却后PBS冲洗5min ̄2
中国脊柱脊髓杂志2008年第18卷第1O期 Chinese Joumol ofSpine and spin01 rd,2008,Vo1.18,No.10 773
次,加5%山羊血清孵育15min,加入1:200兔抗
2.2 HE染色
C—fos(武汉博士德生物有限公司),在4℃冰箱过
夜,PBS冲洗5minx3次,加入生物素化山羊抗兔
IgG(1:200),37℃条件下孵育120min,PBS冲洗
5minx3次,显微镜控制下3。3 一二氨基联苯胺
(DAB)染色,苏木精复染,1/600氨水碱化促进蓝
色表达,梯度酒精脱水,二甲苯透明后封片。每个
标本随机选取6张切片,用显微镜(放大400倍)
观察整张切片的表达情况.阳性结果为神经细胞
呈棕黄色。每张切片随机选取6个视野,用
Olympus BX 41荧光显微镜采像。Image—Pro Plus
6.0图像分析软件系统对C—fos蛋白的免疫组化
结果进行半定量分析,计算平均光密度(AOD),结
果以X---S表示
1.7统计学处理
D组和C组脊髓HE染色结果大体正常,神
经元未见明显变化,无胶质细胞增生(图1、2,后
插页Ⅲ)。B组冲击后4h脊髓组织明显异常,主要
表现为灰白质内有出血.可见弥散的红细胞。神经
元之间间隙增宽,结构疏松化,有轻度水肿现象,
出现少量中等程度核浓缩及碎裂的神经元(图3,
后插页Ⅲ);随着时间增加(8h,24h),损伤进一步
加剧,神经元坏死数目有增加,神经元的突起消
失,尼氏体溶解,核浓缩、溶解现象增多,可出现嗜
神经现象,胶质细胞有增生:72h时脊髓损伤程度
有减轻趋势,水肿减轻,神经元坏死数目有减少。
A组脊髓神经元也表现出神经元间隙增宽.含水
增多,神经元胞浆内有少量颗粒变性和空泡变性,
出现少量中等程度神经元核深染等,与B组同时
间点比较,各时间点病变程度明显较轻,神经元坏
死数目较少(图4,后插页Ⅲ)。
2.2脊髓组织中C—f0s蛋白的表达
C—fos蛋白阳性表达在神经细胞核上.呈棕黄
采用SPSS 1 1.5统计分析软件进行处理,对
动物后肢神经功能BBB评分、C—fos AOD值结果
采用单因素方差分析。P<0.05为有统计学意义。
2结果
色,圆形或卵圆形,亦有核仁和胞浆染成深褐色。
在不同时间点,脊髓中央管周围、前角、后角、侧角
均有不同程度的C—fos蛋白表达,以中央管周围
较为集中,且此处各组差异最明显。D组和C组
脊髓灰质可见少量散在的C—fos蛋白表达弱阳性
细胞(图5、6,后插页II1),图像分析其AOD值均
小于0.150。A组处理后4h可见C—fos蛋白表达,
以前角神经元为主(图7.后插页Ⅲ),8h C—fos蛋
2.1 BBB评分结果
A、B、C组大鼠BBB评分结果见表1。D组大
鼠后肢BBB评分均为21分.C组BBB评分达19
分以上,基本接近正常,两组比较无显著性差异
(P>O.05);A组和B组冲击波处理后8h、24h、72h
的BBB评分明显低于C组和D组(P<0.01)。B组
处理后8h、24h、72h评分与A组比较均显著降低
(P<0.01)。
表1 不同时间点A、B、C组大鼠后肢运动功能BBB
白表达增强,24h达高峰,72h表达有下降;B组阳
性表达细胞分布区域增多.主要位于中央管周围
灰质,尤以脊髓前角灰质部最为明显(图8。后插
页Ⅲ)。各组C—fos蛋白表达情况见表2。A、B组
平均光密度值与C、D组比较均有显著性差异(P<
0.01)。而B组C—fos蛋白表达的平均光密度值又
明显高于A组(P<0.01),C组与D组比较无显著
性差异(尸 O.05)。
评分 ( ,分)
注:①与同组冲击/术前比较P<0.01;②与A组和C组同时间
点比较P<0.01;③与同组术前比较P>0.05
表2 A、B、C组不同时间点及D组脊髓组织中C—fos蛋白表达的累积光密度值 ( )
注:①与同时间点B组比较P<0.0l;②与同时间点c组及D组比较P<0.0l;③与D组比较P>0.05
774 中国脊柱脊髓杂志2008年第18卷第10期 Chinese Journol ofSpin ̄and Spinal Cord,2008,Vol・18,No・10
3讨论
3.1体外冲击波的临床应用
体外冲击波治疗(ESWT)作为近年来骨科领
域新的非侵入疗法,短短的十余年来已得到了很
大的发展。ESW可以促进骨折愈合,治疗股骨头
无菌性坏死、肩关节钙化性肌腱炎、肱骨外上髁
炎、足底筋膜炎等顽固性骨骼肌肉系统疾病『3I4】,
取得了良好的临床治疗效果。
适当的能量选择是ESW治疗效果的有效保
障.能量过低达不到治疗效果,能量过高可能导致
机体损伤.所以临床选择的能量既要显效又要避
免并发症,但目前各疾病的最佳治疗能量仍不能
准确确定。根据Rompe等【s1的研究,在第二中心点
(Secondf0calD0int)能量密度0.08~0.28mJ/mm 为
低能量,O.28~0.60mJ/mm 为中能量,大于
0.6mJ/arm2为高能量。而中低能量一般不会造成
明显损伤。他们临床追踪了300多例患者2年,使
用能量密度0.28rnJ/mm2治疗未造成明显的肌腱
损伤。
目前认为ESW可以通过以下机制损伤组织
细胞 】:①物理学作用。冲击波产生了强大的压
力、张力,引起细胞、组织的挫伤和灼伤作用。②空
化效应介导机制。冲击波释放后,沿着电极的椭圆
体产生气泡,在细胞内形成空泡而使细胞变形坏
死。③氧自由基的损伤作用。ESW产生的巨大压
力和局部高温引起水分的化学变化,产生H 0 和
多种氧自由基。④细胞内钙离子超载。冲击波损伤
组织细胞,细胞膜通透性增加.细胞外钙离子进
入,细胞内钙离子超载。
3.2冲击波治疗对脊髓的影响
随着社会的进步,生产生活方式的变革,颈肩
腰背痛发病率逐年升高,且该病反复发作。极难彻
底治愈,严重影响生活。目前虽然治疗方法繁多,
但没有特别简单有效的治疗方法。ESW治疗骨筋
膜疾病的疗效满意 但由于其特性,如果应用不
当,也可能对机体造成相应的损伤及并发症。由于
颈肩腰背疼痛部位与脊髓毗邻紧密,可否引入冲
击波进行治疗呢?本实验通过观察ESW对大鼠胸
段脊髓产生的影响,旨在评估引入冲击波治疗的
可行性。
本实验使用的是苏州产CS一2012A一9电磁式
冲击波骨科治疗机,设定的发射电压为10kV,冲
击能量为0.250mJ/mm ,是该机正常发射能量的
上限.也是我科目前临床治疗骨骼肌肉系统疾病
的常用参数,临床使用中未造成明显的损伤及并
发症。由于经费有限,先采用了该参数进行探索性
研究,其他参数有待下一步实验。
3.2.1 冲击波处理后大鼠脊髓功能变化 目前对
于脊髓损伤的修复及其功能评价以后肢运动功能
评分最为常用,也最为方便客观。以前多采用
Tarlov标准[91和运动功能联合评分法(CBS)评分,
在Tarlov评分的基础上,Basso等[1Ol提出了BBB
评分标准。该评分不是各个动作的总和,每一个分
数都有一个独立的标准.此外它包含了很多行为
特征,是目前对胸段脊髓损伤修复的功能评价较
好方法。考虑到麻醉后动物的恢复期,本实验未进
行麻醉冲击后4h的评分观察。
本实验结果显示,C组BBB评分达19分以
上.基本接近正常.说明手术未造成脊髓明显的损
伤及功能障碍。A组和B组大鼠冲击波冲击后双
后肢肌力部分下降,影响正常行走,BBB评分明
显降低,评分最低到13分,较C组和D组均有显
著性差异。说明冲击波对脊髓造成了一定的损伤,
进而导致大鼠后肢出现相应的功能障碍。与A组
比较,B组各时间点后肢BBB评分明显偏低,二
者之间差异有显著性(P<O.O1).说明在冲击波冲
击时椎板可能有一定的阻挡冲击波作用,减轻了
冲击波对脊髓的损伤,从而表现为A组大鼠后肢
运动功能强于B组。
3.2.2冲击波处理后大鼠脊髓C—los蛋白的表达
情况 C—fos蛋白属于即刻早基因(immediate
early gene,IMG)编码产物之一。当细胞受到外界
刺激时,在瞬间产生过度表达,神经元受损越重,
受外界刺激越大,需整合的胞内信息就越多,C—
fos基因的表达就越强IllI。因此C—los的表达可以
作为评价细胞超早期应激状态以及损伤、凋亡程
度的早期指标。
本实验结果显示,C组和D组大鼠脊髓灰质
中可见少量散在的C—los蛋白表达弱阳性细胞。A
组和B组大鼠在冲击波处理后4h可见C—los蛋
白表达,随时间延长表达逐渐增强,24h达高峰,
表达阳性细胞主要位于中央管周围灰质,尤以脊
髓前角灰质部最为明显.和C组、D组相比AOD
值均有显著性差异,说明冲击波对相应冲击部位
脊髓造成了相应的损伤。而B组表达的AOD值
又明显高于A组,说明椎板骨质密度高,声阻抗
中同脊柱脊髓杂志2008年第18卷第l0期 Chinese Journal ofspine and印inal c0 ,2008,Vo1.18,No.10 775
大,阻挡了冲击波部分能量,保护了脊髓。
3.2-3冲击波造成脊髓损伤的可能机制 笔者认
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迫、牵拉等脊髓损伤机制。冲击波的能量经耦合剂
传递到大鼠胸背部,由于脊髓与脑脊液(声阻抗和
水分相同)的声阻抗不同,势必产生相应能量的变
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化,产生一定的生物学效应而造成损伤。冲击波的
压力、张力及空泡效应可能使脊髓微循环血管的
内皮细胞通透性增加.加上剪力作用和局部热量,
导致血管破裂、出血,脊髓内血流降低,导致相应
节段微循环结构和血流变化。空泡效应同时产生
大量的氧自由基.随着细胞膜通透性增加后钙离
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本实验结果表明对大鼠脊髓进行ESW冲击
可能造成大鼠脊髓损伤。因此,应用ESW治疗脊
柱疾患时需谨慎,至少焦点不宜直接对准脊髓进
行冲击,防止对脊髓造成损伤。但ESW冲击的脉
冲能量、发生频率、冲击次数、治疗疗程数和间隔、
发生器不同类型等,都会对实验有很大的影响,具
体在什么条件下ESW才能造成脊髓损伤?ESW
通过什么机制造成脊髓相应的损伤,均有待进一
步研究和探索。
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(英文编审 蒋 欣)
(本文编辑李伟霞)
《实用骨科杂志》征订启事
《实用骨科杂志》是中国科技核心期刊,中国科技论文统计源期刊。1994年创刊.月刊,由山西医科大学第二医院承
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