王大安鄒榮琪

1海南熱帶海洋學(xué)院體育與休閑學(xué)院（海南 三亞 572022）2國(guó)家體育總局運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所（北京 100061）

80 Hz低頻電刺激早期治療股二頭肌急性拉傷實(shí)驗(yàn)研究

王大安1鄒榮琪2

1海南熱帶海洋學(xué)院體育與休閑學(xué)院（海南 三亞 572022）2國(guó)家體育總局運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所（北京 100061）

目的：采用80 Hz低頻電刺激早期治療股二頭肌急性拉傷，觀察其對(duì)肌肉損傷部位結(jié)構(gòu)重塑和功能的影響。方法：SD雄性大鼠36只，先按體重分層，再隨機(jī)分為正常對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組，后者依據(jù)不同實(shí)驗(yàn)取材時(shí)間分為D0組、D7組、D7-80 Hz、D14組和D14-80 Hz組，每組6只。實(shí)驗(yàn)組大鼠實(shí)施麻醉，采用針電刺激使股二頭肌強(qiáng)直收縮，同時(shí)膝關(guān)節(jié)角度從屈曲70°到完全伸直180°以角速度960°·s-1伸膝擺腿反向拉伸，建立股二頭肌急性拉傷動(dòng)物模型。造模后D7-80Hz組和D14-80 Hz組于動(dòng)物造模后第5天開(kāi)始給予80 Hz電刺激治療（2次/日，30分鐘/次，間隔4小時(shí)），其余組無(wú)特殊干預(yù)繼續(xù)喂養(yǎng)。正常對(duì)照組、D0組、D7組、D7-80 Hz組、D14組和D14-80 Hz組分別在第0、0、7、7、14、14天進(jìn)行在體力矩測(cè)試，觀測(cè)膝關(guān)節(jié)力矩變化以及力矩–角度關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后處死動(dòng)物，分離股二頭肌，液氮固定、OCT包埋，組織切片、HE染色，光鏡下觀察股二頭肌組織形態(tài)。結(jié)果：光鏡觀察可見(jiàn)肌肉拉傷當(dāng)天肌纖維壞死，肌肉組織結(jié)構(gòu)紊亂，肌纖維水腫變性，肌肉間隙大小不一。拉傷后第7天D7組觀察可見(jiàn)，肌纖維雖然有所修復(fù)，但是形態(tài)不成熟，大小不一，排列不嚴(yán)整。經(jīng)過(guò)80 Hz電刺激治療，肌肉組織結(jié)構(gòu)并沒(méi)有明顯改善。力矩測(cè)試D0組關(guān)節(jié)最大等長(zhǎng)力矩值（0.246±0.026 Nm）下降明顯，與其余各組比較均有顯著性差異（P＜0.05）；D7-80 Hz組（0.302±0.033 Nm）和D14-80 Hz組（0.334±0.060 Nm）關(guān)節(jié)最大等長(zhǎng)力矩值分別與D7組和D14組比較均無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。正常對(duì)照組最優(yōu)角度為130.00°±3.54°，經(jīng)80 Hz電刺激治療后D14-80 Hz組力矩–角度關(guān)系曲線右偏移，關(guān)節(jié)最優(yōu)角度為121.00°±4.18°，與D14組（120.00°±3. 53°）比較并沒(méi)有顯著性差異（P＞0.05）。結(jié)論：股二頭肌急性拉傷后早期采用80Hz低強(qiáng)度電刺激治療，2周時(shí)間內(nèi)并不能有效地促進(jìn)損傷肌肉結(jié)構(gòu)重塑，也不能提高關(guān)節(jié)最大等長(zhǎng)力矩以及優(yōu)化關(guān)節(jié)力矩–角度關(guān)系。

股二頭??；急性拉傷；電刺激

肌肉拉傷是運(yùn)動(dòng)中最常見(jiàn)的損傷之一。目前電刺激在臨床治療肌肉損傷中廣為應(yīng)用，其有效性和安全性不斷得到臨床實(shí)踐的證實(shí)。依據(jù)低頻電刺激治療的目的，電刺激頻率變化范圍可以很大，在臨床治療中10～100 Hz較為常用[1，2]。我們的研究證實(shí)急性拉傷后早期采用20 Hz低頻電刺激能夠產(chǎn)生一種安全有效的輕微張力刺激，從而促使新生的肌原纖維沿著應(yīng)力線的方向排列，這可以有效地促進(jìn)損傷后肌肉組織功能結(jié)構(gòu)的恢復(fù)，雖然不能在兩周內(nèi)明顯提高關(guān)節(jié)最大等長(zhǎng)力矩，但是可以很好地優(yōu)化關(guān)節(jié)力矩–角度的關(guān)系[3]。那么更高頻率的早期電刺激能否促進(jìn)肌肉急性拉傷的組織功能修復(fù)呢？鑒于上述，本實(shí)驗(yàn)觀察早期采用80 Hz低頻電刺激對(duì)股二頭肌急性拉傷部位功能和結(jié)構(gòu)重塑的影響，為臨床提供實(shí)驗(yàn)支持和理論依據(jù)。

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組

1 材料與方法

SD雄性大鼠36只，8～12周齡，體重340±20克，由香港理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供，實(shí)驗(yàn)操作遵循實(shí)驗(yàn)動(dòng)物保護(hù)和使用準(zhǔn)則。先按體重分層，再隨機(jī)分為正常對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組，后者依據(jù)不同實(shí)驗(yàn)取材時(shí)間（第0、7、7、14、14天）分為D0組、D7組、D7-80 Hz、D14組和D14-80 Hz組（每組6只）。

1.2 動(dòng)物模型建立

實(shí)驗(yàn)組建立大鼠股二頭肌急性拉傷模型[6]：以50毫克氯胺酮和5毫克賽拉嗪/公斤體重的麻醉混合劑腹腔注射麻醉大鼠，仰臥固定于大鼠固定架上，隨機(jī)選取一側(cè)小腿固定于固定板上，固定板與集流環(huán)動(dòng)態(tài)扭矩傳感器一端連接，傳感器另一端與發(fā)動(dòng)機(jī)軸連接，保持大鼠膝關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)軸心與發(fā)動(dòng)機(jī)軸在同一水平。針電刺激固定一側(cè)的坐骨神經(jīng)，使股二頭肌產(chǎn)生強(qiáng)直

收縮。與此同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)固定板以角速度960°·s-1做伸膝運(yùn)動(dòng)（屈膝70°到完全伸直位180°），建立股二頭肌急性拉傷動(dòng)物模型。

1.3 電刺激治療方案

D7-80 Hz組和D14-80 Hz組于動(dòng)物造模后第5天開(kāi)始肌肉電刺激，剔除大鼠大腿部毛發(fā)，并用醫(yī)用酒精清潔皮膚表面，將表面電極通過(guò)導(dǎo)電膠貼放在股二頭肌遠(yuǎn)近兩端的皮膚上。采用Grass SD9電刺激儀，電刺激頻率80Hz，強(qiáng)度以能夠產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)肌肉收縮的電流強(qiáng)度為度，刺激脈沖寬度為200 μs，5秒開(kāi)10秒關(guān)，電刺激時(shí)間每次30分鐘，每日2次，2次相隔時(shí)間為4小時(shí)。

1.4 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)測(cè)試

1.4.1 在體內(nèi)矩測(cè)試

正常對(duì)照組、D0組、D7組、D7-80 Hz組、D14組和D14-80 Hz組分別于第0、0、7、7、14、14天進(jìn)行在體力矩測(cè)定。麻醉固定大鼠，保持大鼠膝關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)軸心與發(fā)動(dòng)機(jī)軸處于同一水平。通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器調(diào)整角度，測(cè)定起始角度為90°，每次測(cè)試角度增加5°，逐漸增至170°。在每個(gè)角度，針電極刺激固定一側(cè)坐骨神經(jīng)使股二頭肌強(qiáng)直收縮，膝關(guān)節(jié)屈曲壓迫固定扳，通過(guò)扭矩傳感器測(cè)定力矩大小。

1.4.2 病例組織觀察

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后分離股二頭肌，液氮固定，OCT包埋，在冷凍切片機(jī)內(nèi)選取連續(xù)切片，厚度為6 μm。切片洗滌、HE染色、脫水、透明、封片。顯微鏡下細(xì)胞核呈藍(lán)色，細(xì)胞漿呈紅色或粉紅色。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（xˉ±s）表示，組間比較，方差齊時(shí)采用方差分析，方差不齊時(shí)用秩和檢驗(yàn)。P＜0.05時(shí)，組間比較差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 光鏡觀察結(jié)果

正常對(duì)照組股二頭肌橫切面肌纖維呈多角形，細(xì)胞核位于外周，肌漿染色均勻，未見(jiàn)炎細(xì)胞浸潤(rùn)，無(wú)出血以及無(wú)壞死（圖1a）。急性拉傷后D0組可見(jiàn)肌纖維內(nèi)有肌纖維崩解、壞死，結(jié)構(gòu)紊亂，肌肉間隙大小不一，部分肌纖維間隙明顯加大（圖1b）。第7天D7組（圖1c）和D7-80 Hz組（圖1d）肌纖維出現(xiàn)修復(fù)，但肌纖維形態(tài)均表現(xiàn)不成熟，明顯可見(jiàn)肌纖維完全分裂或成簇狀緊貼于成熟肌纖維外周的小肌纖維，肌纖維成簇分布，圓形，體積小，肌纖維具有中央核或近中央核。第14天D14組（圖1e）和D14-80 Hz組（圖1f）肌纖維基本修復(fù)。

圖1 光鏡觀察

2.2 在體力矩測(cè)量結(jié)果

2.2.1 最大關(guān)節(jié)力矩

圖2顯示，D0組關(guān)節(jié)最大等長(zhǎng)力矩值（0.246±0. 026 Nm）下降明顯，與其余各組比較均有顯著性差異（P＜0.05）；D7-80 Hz組（0.302±0.033 Nm）和D14-80 Hz組（0.334±0.060 Nm）關(guān)節(jié)最大等長(zhǎng)力矩值分別與D7組和D14組比較均無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。

圖2 最大等長(zhǎng)力矩測(cè)量結(jié)果

2.2.2 力矩-角度關(guān)系

正常對(duì)照組最優(yōu)角度為130.00°±3.54°，D14組（圖3a）力矩–角度關(guān)系曲線右偏移，關(guān)節(jié)最優(yōu)角度為120.00°±3.53°；經(jīng)80Hz電刺激治療后，D14-80 Hz組（圖3b）力矩–角度關(guān)系曲線同樣向右偏移，關(guān)節(jié)最優(yōu)角度為121.00°±4.18°，與D14組比較無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。

圖3 股二頭肌力矩–角度關(guān)系變化

3 討論

早期的運(yùn)動(dòng)康復(fù)可以對(duì)新生肌肉纖維產(chǎn)生張力刺激，合適的張力刺激可以促使肌肉纖維更好地再生，新生血管擴(kuò)張速度更快，尤其是肌肉損傷后第1周組織的修復(fù)與新生毛細(xì)血管的生長(zhǎng)密切相關(guān)，并且可以促使新生的肌肉纖維的走向更加平行于肌肉本身走向[4]。另外，研究發(fā)現(xiàn)低頻脈沖電刺激（5、10Hz）可以有效地促進(jìn)骨骼肌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）mRNA及蛋白表達(dá)增加，這是促進(jìn)血管再生的有效手段[5]。但是如果肌肉損傷后馬上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)康復(fù)導(dǎo)致更大組織瘢痕的形成，并且肌肉再次斷裂也很常見(jiàn)。事實(shí)上，肌肉損傷后大約5天左右的時(shí)間進(jìn)行制動(dòng)對(duì)于新生肉芽組織覆蓋損傷區(qū)域是非常有必要的，如果制動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致過(guò)多瘢痕的形成以及不佳的組織結(jié)構(gòu)形態(tài)[6]。以往研究也證實(shí)電刺激不僅保持肌細(xì)胞固有的收縮和舒張?zhí)匦裕铱梢允辜±w維得到充分的伸展，從而促進(jìn)細(xì)胞新陳代謝、減輕麻痹肌肉瘀血和淋巴液淤積[7]。作用于機(jī)體的電刺激還可減少自由基的積累，加強(qiáng)抗過(guò)氧化能力[8]。因此，肌肉損傷后早期給予張力刺激對(duì)于肌肉損傷部位的結(jié)構(gòu)重塑非常必要，但是為了避免損傷的再次發(fā)生，張力刺激必須是輕微低強(qiáng)度的。我們?cè)谘芯恐羞x擇肌肉拉傷后的第5天予以低頻電刺激治療，刺激強(qiáng)度以產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)的肌肉收縮為度，從而確保損傷肌肉接受輕緩的刺激，避免肌肉再次斷裂。并證實(shí)股二頭肌急性拉傷后早期給予20Hz低強(qiáng)度電刺激治療，可有效地促進(jìn)損傷肌肉結(jié)構(gòu)重塑。這主要是低頻電刺激作用于傷部，通過(guò)興奮神經(jīng)肌肉組織引起收縮運(yùn)動(dòng)反應(yīng)，并通過(guò)強(qiáng)度的控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)損傷肌肉安全有效的輕微張力刺激。同時(shí)，順著肌肉本身的走向貼放刺激電極，控制電刺激所產(chǎn)生的應(yīng)力線方向，促使新生肌原纖維沿著肌肉本身的應(yīng)力線方向排列，這使得新生肌纖維排列更加整齊和清晰[3]，這一點(diǎn)也在其他實(shí)驗(yàn)中得以證實(shí)[9]。

電刺激治療中頻率的選擇至關(guān)重要。本實(shí)驗(yàn)采用80Hz低頻電刺激早期治療股二頭肌急性拉傷，觀察其對(duì)肌肉損傷部位結(jié)構(gòu)重塑和功能的影響，研究結(jié)果顯示80 Hz電刺激治療并不能有效地促進(jìn)損傷肌肉結(jié)構(gòu)重塑，動(dòng)物模型組和80 Hz電刺激治療組在第7天肌纖維出現(xiàn)修復(fù)，但是均不成熟，明顯可見(jiàn)肌纖維完全分裂的小肌纖維或成簇狀緊貼于成熟肌纖維外周的小肌纖維，肌肉組織結(jié)構(gòu)紊亂，肌肉間隙大小不一。肌纖維具有中央核或近中央核。肌纖維成簇分布，圓形，體積小。

基于本研究結(jié)果，我們還測(cè)試了電刺激頻率與最大關(guān)節(jié)力矩之間的關(guān)系，結(jié)果顯示所有大鼠關(guān)節(jié)力矩峰值均出現(xiàn)在80 Hz至100 Hz。由此可見(jiàn)，當(dāng)電刺激頻率超過(guò)80Hz后肌肉產(chǎn)生強(qiáng)直收縮，從而肌肉纖維需要承受過(guò)大肌肉張力。很顯然這在損傷早期是不合適的，這可能是80 Hz電刺激治療在肌肉拉傷早期并不利于損傷肌肉組織的結(jié)構(gòu)重塑和功能恢復(fù)的原因。

力矩－角度關(guān)系曲線是評(píng)價(jià)肌肉損傷程度的指標(biāo)之一，肌肉損傷后力矩－角度關(guān)系曲線右偏移和力矩值下降，右移越大則肌肉損傷程度越重，反之，則肌肉損傷程度輕[10，11]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，肌肉拉傷早期采用低強(qiáng)度80 Hz低頻電刺激進(jìn)行治療，并不能在2周內(nèi)提高關(guān)節(jié)最大等長(zhǎng)力矩，也不能很好地優(yōu)化關(guān)節(jié)力矩－角度的關(guān)系。這可能也是由于在肌肉拉傷早期采用低強(qiáng)度80 Hz低頻電刺激產(chǎn)生過(guò)大的肌肉張力，從而不利于損傷肌肉功能的恢復(fù)。

綜上所述，股二頭肌急性拉傷后早期，即使采用低強(qiáng)度的80 Hz電刺激治療，由于頻率過(guò)高，在肌肉拉傷早期并不利于損傷肌肉組織的結(jié)構(gòu)重塑，也不能在2周內(nèi)提高關(guān)節(jié)最大等長(zhǎng)力矩和優(yōu)化關(guān)節(jié)力矩－角度關(guān)系。

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2015.04.28

廣東省自然科學(xué)基金（10451007601004461）通信作者：王大安，Email：peacedaan@sina.com