80 Hz低頻電刺激早期治療股二頭肌急性拉傷實驗研究

王大安鄒榮琪

1海南熱帶海洋學院體育與休閑學院（海南 三亞 572022）2國家體育總局運動醫(yī)學研究所（北京 100061）

80 Hz低頻電刺激早期治療股二頭肌急性拉傷實驗研究

王大安1鄒榮琪2

1海南熱帶海洋學院體育與休閑學院（海南 三亞 572022）2國家體育總局運動醫(yī)學研究所（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，觀察其對肌肉損傷部位結構重塑和功能的影響。方法：SD雄性大鼠36只，先按體重分層，再隨機分為正常對照組和實驗組，后者依據(jù)不同實驗取材時間分為D0組、D7組、D7-80 Hz、D14組和D14-80 Hz組，每組6只。實驗組大鼠實施麻醉，采用針電刺激使股二頭肌強直收縮，同時膝關節(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物模型。造模后D7-80Hz組和D14-80 Hz組于動物造模后第5天開始給予80 Hz電刺激治療（2次/日，30分鐘/次，間隔4小時），其余組無特殊干預繼續(xù)喂養(yǎng)。正常對照組、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天進行在體力矩測試，觀測膝關節(jié)力矩變化以及力矩–角度關系。實驗結束后處死動物，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)。結果：光鏡觀察可見肌肉拉傷當天肌纖維壞死，肌肉組織結構紊亂，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，肌纖維雖然有所修復，但是形態(tài)不成熟，大小不一，排列不嚴整。經過80 Hz電刺激治療，肌肉組織結構并沒有明顯改善。力矩測試D0組關節(jié)最大等長力矩值（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）關節(jié)最大等長力矩值分別與D7組和D14組比較均無顯著性差異（P＞0.05）。正常對照組最優(yōu)角度為130.00°±3.54°，經80 Hz電刺激治療后D14-80 Hz組力矩–角度關系曲線右偏移，關節(jié)最優(yōu)角度為121.00°±4.18°，與D14組（120.00°±3. 53°）比較并沒有顯著性差異（P＞0.05）。結論：股二頭肌急性拉傷后早期采用80Hz低強度電刺激治療，2周時間內并不能有效地促進損傷肌肉結構重塑，也不能提高關節(jié)最大等長力矩以及優(yōu)化關節(jié)力矩–角度關系。

股二頭肌；急性拉傷；電刺激

肌肉拉傷是運動中最常見的損傷之一。目前電刺激在臨床治療肌肉損傷中廣為應用，其有效性和安全性不斷得到臨床實踐的證實。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]。我們的研究證實急性拉傷后早期采用20 Hz低頻電刺激能夠產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力線的方向排列，這可以有效地促進損傷后肌肉組織功能結構的恢復，雖然不能在兩周內明顯提高關節(jié)最大等長力矩，但是可以很好地優(yōu)化關節(jié)力矩–角度的關系[3]。那么更高頻率的早期電刺激能否促進肌肉急性拉傷的組織功能修復呢？鑒于上述，本實驗觀察早期采用80 Hz低頻電刺激對股二頭肌急性拉傷部位功能和結構重塑的影響，為臨床提供實驗支持和理論依據(jù)。

1.1 實驗動物與分組

1 材料與方法

SD雄性大鼠36只，8～12周齡，體重340±20克，由香港理工大學實驗動物中心提供，實驗操作遵循實驗動物保護和使用準則。先按體重分層，再隨機分為正常對照組和實驗組，后者依據(jù)不同實驗取材時間（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 動物模型建立

實驗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，隨機選取一側小腿固定于固定板上，固定板與集流環(huán)動態(tài)扭矩傳感器一端連接，傳感器另一端與發(fā)動機軸連接，保持大鼠膝關節(jié)屈伸運動軸心與發(fā)動機軸在同一水平。針電刺激固定一側的坐骨神經，使股二頭肌產生強直

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

1.3 電刺激治療方案

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

1.4 實驗指標測試

1.4.1 在體內矩測試

正常對照組、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天進行在體力矩測定。麻醉固定大鼠，保持大鼠膝關節(jié)屈伸運動軸心與發(fā)動機軸處于同一水平。通過運動控制器調整角度，測定起始角度為90°，每次測試角度增加5°，逐漸增至170°。在每個角度，針電極刺激固定一側坐骨神經使股二頭肌強直收縮，膝關節(jié)屈曲壓迫固定扳，通過扭矩傳感器測定力矩大小。

1.4.2 病例組織觀察

實驗結束后分離股二頭肌，液氮固定，OCT包埋，在冷凍切片機內選取連續(xù)切片，厚度為6 μm。切片洗滌、HE染色、脫水、透明、封片。顯微鏡下細胞核呈藍色，細胞漿呈紅色或粉紅色。

1.5 統(tǒng)計學分析

采用SPSS16.0統(tǒng)計軟件分析實驗結果。數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標準差（xˉ±s）表示，組間比較，方差齊時采用方差分析，方差不齊時用秩和檢驗。P＜0.05時，組間比較差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 光鏡觀察結果

正常對照組股二頭肌橫切面肌纖維呈多角形，細胞核位于外周，肌漿染色均勻，未見炎細胞浸潤，無出血以及無壞死（圖1a）。急性拉傷后D0組可見肌纖維內有肌纖維崩解、壞死，結構紊亂，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，但肌纖維形態(tài)均表現(xiàn)不成熟，明顯可見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。

圖1 光鏡觀察

2.2 在體力矩測量結果

2.2.1 最大關節(jié)力矩

圖2顯示，D0組關節(jié)最大等長力矩值（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）關節(jié)最大等長力矩值分別與D7組和D14組比較均無顯著性差異（P＞0.05）。

圖2 最大等長力矩測量結果

2.2.2 力矩-角度關系

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

圖3 股二頭肌力矩–角度關系變化

3 討論

早期的運動康復可以對新生肌肉纖維產生張力刺激，合適的張力刺激可以促使肌肉纖維更好地再生，新生血管擴張速度更快，尤其是肌肉損傷后第1周組織的修復與新生毛細血管的生長密切相關，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）可以有效地促進骨骼肌血管內皮生長因子（VEGF）mRNA及蛋白表達增加，這是促進血管再生的有效手段[5]。但是如果肌肉損傷后馬上進行運動康復導致更大組織瘢痕的形成，并且肌肉再次斷裂也很常見。事實上，肌肉損傷后大約5天左右的時間進行制動對于新生肉芽組織覆蓋損傷區(qū)域是非常有必要的，如果制動時間過長會導致過多瘢痕的形成以及不佳的組織結構形態(tài)[6]。以往研究也證實電刺激不僅保持肌細胞固有的收縮和舒張?zhí)匦?，而且可以使肌纖維得到充分的伸展，從而促進細胞新陳代謝、減輕麻痹肌肉瘀血和淋巴液淤積[7]。作用于機體的電刺激還可減少自由基的積累，加強抗過氧化能力[8]。因此，肌肉損傷后早期給予張力刺激對于肌肉損傷部位的結構重塑非常必要，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度的。我們在研究中選擇肌肉拉傷后的第5天予以低頻電刺激治療，刺激強度以產生肉眼可見的肌肉收縮為度，從而確保損傷肌肉接受輕緩的刺激，避免肌肉再次斷裂。并證實股二頭肌急性拉傷后早期給予20Hz低強度電刺激治療，可有效地促進損傷肌肉結構重塑。這主要是低頻電刺激作用于傷部，通過興奮神經肌肉組織引起收縮運動反應，并通過強度的控制，實現(xiàn)了對損傷肌肉安全有效的輕微張力刺激。同時，順著肌肉本身的走向貼放刺激電極，控制電刺激所產生的應力線方向，促使新生肌原纖維沿著肌肉本身的應力線方向排列，這使得新生肌纖維排列更加整齊和清晰[3]，這一點也在其他實驗中得以證實[9]。

電刺激治療中頻率的選擇至關重要。本實驗采用80Hz低頻電刺激早期治療股二頭肌急性拉傷，觀察其對肌肉損傷部位結構重塑和功能的影響，研究結果顯示80 Hz電刺激治療并不能有效地促進損傷肌肉結構重塑，動物模型組和80 Hz電刺激治療組在第7天肌纖維出現(xiàn)修復，但是均不成熟，明顯可見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，肌肉組織結構紊亂，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。

基于本研究結果，我們還測試了電刺激頻率與最大關節(jié)力矩之間的關系，結果顯示所有大鼠關節(jié)力矩峰值均出現(xiàn)在80 Hz至100 Hz。由此可見，當電刺激頻率超過80Hz后肌肉產生強直收縮，從而肌肉纖維需要承受過大肌肉張力。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構重塑和功能恢復的原因。

力矩－角度關系曲線是評價肌肉損傷程度的指標之一，肌肉損傷后力矩－角度關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]。本實驗結果顯示，肌肉拉傷早期采用低強度80 Hz低頻電刺激進行治療，并不能在2周內提高關節(jié)最大等長力矩，也不能很好地優(yōu)化關節(jié)力矩－角度的關系。這可能也是由于在肌肉拉傷早期采用低強度80 Hz低頻電刺激產生過大的肌肉張力，從而不利于損傷肌肉功能的恢復。

綜上所述，股二頭肌急性拉傷后早期，即使采用低強度的80 Hz電刺激治療，由于頻率過高，在肌肉拉傷早期并不利于損傷肌肉組織的結構重塑，也不能在2周內提高關節(jié)最大等長力矩和優(yōu)化關節(jié)力矩－角度關系。

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2015.04.28

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