體外沖擊波對肌肉骨骼痛癥的抗炎鎮(zhèn)痛機(jī)制

周迪遠(yuǎn)，陶惠紅，楊耀琴，茅凌洲，蔡新宇，叢銳軍*，段婷慧，郝振宏，莫向榮

(1.蘇州大學(xué)，江蘇 蘇州 215006；2.同濟(jì)大學(xué)，上海 200092；3.同濟(jì)大學(xué)附屬上海市第十人民醫(yī)院骨科，上海 200072)

?

實驗研究

體外沖擊波對肌肉骨骼痛癥的抗炎鎮(zhèn)痛機(jī)制

周迪遠(yuǎn)1，陶惠紅2，楊耀琴2，茅凌洲3，蔡新宇3，叢銳軍3*，段婷慧1，郝振宏3，莫向榮3

(1.蘇州大學(xué)，江蘇 蘇州 215006；2.同濟(jì)大學(xué)，上海 200092；3.同濟(jì)大學(xué)附屬上海市第十人民醫(yī)院骨科，上海 200072)

目的 近年來，沖擊波療法因其無創(chuàng)、副作用少的特點而在治療方面的應(yīng)用愈加受到關(guān)注。本文探究體外沖擊波療法治療骨關(guān)節(jié)和肌肉疼痛性疾病的機(jī)制，各炎癥因子在治療過程中的變化與作用。方法 采用隨機(jī)對照試驗實驗的方法，將40只雄性SD大鼠隨機(jī)分為正常對照組、模型對照組、實驗組1、實驗組2，每組10只，通過比較各組間炎癥消退時間、腫脹程度、血清中炎性因子含量、組織切片中的炎癥細(xì)胞的差異以研究沖擊波在消炎、鎮(zhèn)痛中的作用機(jī)制。結(jié)果 沖擊波療法能明顯緩解炎癥局部紅腫，減輕炎癥滲出和炎癥細(xì)胞浸潤，對局部組織無明顯損傷。其治療作用可能與組織中抗炎鎮(zhèn)痛因子含量上升，致炎性因子含量下降有關(guān)。結(jié)論 沖擊波處理有明顯減輕局部炎癥反應(yīng)，加速炎癥的吸收消散效應(yīng)，從而改善癥狀，減輕疼痛。其機(jī)制與促進(jìn)β-內(nèi)啡肽產(chǎn)生，抑制前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)、5-羥色胺等疼痛因子釋放有關(guān)。一氧化碳在沖擊波的治療中也發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，但其作用方式尚不明確。

體外沖擊波；炎癥；鎮(zhèn)痛；抗炎；隨機(jī)對照實驗

體外沖擊波療法(extracorporeal shock wave therapy)是一種無創(chuàng)的治療手段，副作用小，并發(fā)癥少，已經(jīng)成為治療腎結(jié)石等病癥的重要療法[1-3]。近幾年產(chǎn)生了一種新型設(shè)備，它可以輸出較為柔和的體外沖擊波，用于肌肉系統(tǒng)中的疼痛激發(fā)區(qū)治療。臨床研究顯示，沖擊波對骨關(guān)節(jié)、肌肉疼痛性疾病有著顯著的治療作用[4-8]，其作用機(jī)制仍不很清楚，目前的研究認(rèn)為可能與沖擊破的機(jī)械應(yīng)力效應(yīng)、空化效應(yīng)、神經(jīng)阻滯效應(yīng)有關(guān)。本研究通過建立大鼠佐劑性關(guān)節(jié)炎模型，在不同水平探討體外沖擊波的抗炎鎮(zhèn)痛作用和部分抗炎機(jī)制，為其臨床推廣應(yīng)用提供依據(jù)[9-11]。

1 資料與方法

1.1 主要材料與儀器 海濱沖擊波治療儀HB-ESWT-01(海濱，廣州，中國)、弗氏完全佐劑(Sigma)，前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)、一氧化氮(nitric oxide，NO)、β-內(nèi)啡肽的測定，按各檢測試劑盒說明書步驟進(jìn)行(ADL公司ELISA試劑盒，美國)。

1.2 大鼠佐劑性關(guān)節(jié)炎模型的建立 40只雄性SD，體重200～250 g，隨機(jī)分為正常對照組、模型對照組、實驗組1、實驗組2，每組10只。佐劑性慢性炎癥大鼠模型通過大鼠雙小腿(跖)關(guān)節(jié)下0.5 cm處皮下注入0.1 mL弗氏完全佐劑誘導(dǎo)建立[12-13]。正常組注射0.1 mL生理鹽水作為對照。

1.3 沖擊波處理方法 造模后48 h開始進(jìn)行分組處理，模型組常規(guī)喂養(yǎng)，不做沖擊波處理；實驗組在戊巴比妥麻醉下給予沖擊波處理。實驗參數(shù)為：2 000個壓力脈沖/次，4級能量級，間隔0.6 s。實驗組1治療3次(一個療程)，實驗組2治療6次(兩個療程)。每次治療間隔2 d。正常組大鼠給予同實驗組1沖擊波處理。

1.4 大鼠足腫脹度測定 于治療前、治療后分別測量大鼠雙后足三脛，按公式計算足腫脹度，取平均值。

1.5 血清相關(guān)炎癥介質(zhì)測定 于治療前、治療中(療程結(jié)束即刻)、治療后(療程結(jié)束后48 h)分別由尾靜脈取血1 mL，制備血清用于PGE2、一氧化氮、β-內(nèi)啡肽的測定，測定方法按各檢測試劑盒說明書步驟進(jìn)行(ADL公司ELISA試劑盒，美國)。

1.6 致炎足炎癥浸出液中PEG2，5-羥色胺(5-HT)含量的影響 治療結(jié)束立即在每組取5只大鼠采用頸椎脫臼法處死，于踝關(guān)節(jié)處剪下各組致炎足，稱重，剝皮，剪碎置于5 mL生理鹽水中浸泡1 h后，將浸泡液離心，得上清液。

PEG2含量的測定：取上述上清液0.3 mL按文獻(xiàn)方法加入0.5 mol/L KOH-甲醇溶液2 mL，在50℃水浴中異構(gòu)化20 min，然后加甲醇稀釋至9 mL，空白管亦同上述操作(不加上清液)用紫外分光光度計于278 nm處測紫外線光度值(A)，以每克炎癥組織的吸光度值表示PEG2的相對含量。

5-HT含量的測定：取上述上清液2 mL按文獻(xiàn)方法于熒光分光光度計激發(fā)波長365 nm，發(fā)射波長470 nm測定熒光強(qiáng)度，以每克炎癥組織的熒光強(qiáng)度表示5-HT的相對含量。

1.7 病理學(xué)形態(tài)觀察 治療結(jié)束后，頸椎脫臼法處死大鼠，于踝關(guān)節(jié)處剪下各組致炎足，以中性甲醛溶液固定，EDTA法脫鈣，常規(guī)石蠟包埋、切片，HE染色觀察。

1.8 統(tǒng)計學(xué)方法 所有資料采用SPSS 11.0軟件進(jìn)行處理，采用t和χ2檢驗，多組間比較采用單因素方差分析檢驗。

2 結(jié) 果

2.1 沖擊波治療對佐劑性關(guān)節(jié)炎大鼠足腫脹度的影響 注射弗氏完全佐劑后，大鼠踝關(guān)節(jié)以下明顯紅腫，48 h大鼠炎癥足的腫脹度與正常組比較有顯著性差異(P<0.01)，沖擊波作用能顯著減輕炎癥足的腫脹度(見表1)，隨著治療劑量的增大，效果更為顯著。

表1 沖擊波作用對炎癥足腫脹度的影響±s)

2.2 血清β-內(nèi)啡肽、NO和炎癥介質(zhì)PGE2測定 正常組血清內(nèi)啡肽處于較低水平，在治療過程中無明顯變化。炎癥模型的建立可明顯提高大鼠血清內(nèi)啡肽基礎(chǔ)水平，并可維持較長時間[14-15]。沖擊波治療處理可使內(nèi)啡肽水平進(jìn)一步提高，較模型組有顯著差異(P<0.05)。實驗組2在治療后內(nèi)啡肽水平較實驗組1有所回落，推測與隨著療程時間的延長炎癥逐漸消退有關(guān)(見表2)。

表2 沖擊波作用對炎癥大鼠血清內(nèi)啡肽的影響

造?？墒勾笫笱錘O水平短暫升高，隨后逐漸降至正常水平；沖擊波處理對正常鼠血清NO水平無明顯影響(P>0.05)。在實驗組，沖擊波治療處理可使大鼠血清NO水平顯著升高，差異有極顯著意義(P<0.01)，治療結(jié)束后NO水平有所下降，但仍明顯高于正常組(P<0.01，見表3)。

表3 沖擊波作用對炎癥大鼠血清NO的影響

正常組大鼠血清PGE2處于較低水平，在沖擊波處理過程中無明顯變化。炎癥模型的建立可使大鼠血清PGE2顯著升高，并且有隨病程的延長而逐漸上升的趨勢。在實驗組，沖擊波治療處理后即時測定大鼠血清PGE2升高，但與同期模型組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，推測主要為炎癥模型所致。但治療結(jié)束48 h后PGE2水平明顯低于模型組，實驗組2長療程結(jié)束即可見PGE2水平明顯降低，48 h后更為顯著(見表4)。

表4 沖擊波作用對炎癥大鼠血清PGE2的影響

2.3 致炎足炎癥浸出液中PGE2，5-HT含量的測定 沖擊波作用對炎癥局部組織中炎癥介質(zhì)PGE2，5-HT有明顯抑制作用(見表5)。

表5 沖擊波作用對局部炎癥浸出液中PGE2、5-HT的影響

2.4 形態(tài)學(xué)改變 正常鼠足肉眼觀察無紅腫，HE染色切片觀察，真皮和皮下組織層次結(jié)構(gòu)清楚，結(jié)締組織未見炎癥細(xì)胞滲出，可見肌肉、軟骨及神經(jīng)等結(jié)構(gòu)(見圖1)。模型鼠炎癥足肉眼觀察有明顯紅腫，皮膚有飽脹感；鏡下可見真皮結(jié)締組織間有大量炎癥細(xì)胞彌散性浸潤，膠原纖維被沖散，結(jié)構(gòu)不清(見圖2)。經(jīng)沖擊波治療一個療程(3次)后，可見腫脹明顯減輕，鏡下炎癥細(xì)胞滲出減少，呈局灶性分布(見圖3)。經(jīng)兩個療程治療(6次)，大多數(shù)鼠足腫脹消退，皮膚出現(xiàn)皺縮，顯微鏡下觀察炎癥滲出基本消散，可見殘留的少量散在炎癥細(xì)胞，組織結(jié)構(gòu)清楚，無明顯肉芽組織增生(見圖4)。未經(jīng)治療的模型組大鼠炎癥足在第10天(相當(dāng)于一個療程時間)腫脹減輕不明顯，至第18天(相當(dāng)于第二療程結(jié)束)紅腫有不同程度減輕，炎癥滲出雖較建模初有一定減少，但仍可見大量浸潤的炎癥細(xì)胞存在，血管周圍尤為明顯(見圖5)。對實驗大鼠心臟、腎臟、脾臟等重要器官的觀察未見明顯異常。治療中全部動物無意外死亡發(fā)生。

圖1 正常大鼠足，未見炎癥細(xì)胞浸潤(HE，×100) 圖2 建模48 h炎癥足可見密集炎癥細(xì)胞浸潤(HE，×100)

圖3 沖擊波治療3次后，可見炎癥細(xì)胞浸潤明顯減輕，部分消散(HE，×100)

圖4 沖擊波治療6次后，炎癥明顯消散(HE，×100) 圖5 模型對照組炎癥細(xì)胞浸潤仍較為明顯(HE，×100)

3 討 論

本研究運用體外沖擊波治療模型關(guān)節(jié)炎癥，結(jié)果顯示沖擊波作用能明顯緩解炎癥局部紅腫，減輕炎癥滲出和炎癥細(xì)胞浸潤，改善癥狀，從而減輕疼痛，對局部組織無明顯損傷[16-17]。

炎癥反應(yīng)涉及多種介質(zhì)分子，我們初步觀察了沖擊波治療過程中模型大鼠血清和局部組織中β-內(nèi)啡肽、一氧化氮、前列腺素E2、5-羥色胺等炎癥相關(guān)介質(zhì)的變化，對沖擊波的鎮(zhèn)痛機(jī)制進(jìn)行探討。β-內(nèi)啡肽是內(nèi)啡肽家族前體前阿黑皮素的單拷貝阿片肽，生理作用十分廣泛，其最大的特性就是在哺乳動物中有緩解疼痛的作用。本研究結(jié)果顯示沖擊波處理可促進(jìn)β-內(nèi)啡肽的產(chǎn)生，使血清內(nèi)啡肽水平提高，并可維持較長時間，提示β-內(nèi)啡肽參與沖擊波治療的鎮(zhèn)痛效應(yīng)。一氧化氮是20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的一種非經(jīng)典的新型遞質(zhì)和信息分子，參與外周組織炎性疼痛的形成和傳遞，在脊髓水平，NO 還可以通過多種途徑參與對疼痛傳遞的調(diào)制。目前，已有大量證據(jù)表明NO在外周和中樞不同水平的痛覺調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。在外周，NO作用于不同的靶細(xì)胞，表現(xiàn)出致痛或鎮(zhèn)痛作用[18-20]。我們的初步研究發(fā)現(xiàn)，正常大鼠血清NO處于較低水平，炎癥模型建立使NO短暫升高。沖擊波處理可使大鼠血清NO水平短時內(nèi)明顯升高，但對正常鼠無此效應(yīng)，治療結(jié)束后NO迅速降低。推測沖擊波作用于炎癥部位，促進(jìn)了NO從白細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞的釋放，可擴(kuò)張局部微血管，提高微動脈血管的通透性，進(jìn)而有利于炎癥的消散。PGE2、5-HT是重要的疼痛因子[18]。本研究的初步觀察顯示，在炎癥模型大鼠的血清及炎癥組織中PGE2、5-HT顯著升高，沖擊波治療后即刻觀察，炎癥局部PGE2、5-HT的釋放顯著降低，統(tǒng)計學(xué)有極顯著意義(P<0.01)，提示沖擊波有直接抑制疼痛因子效應(yīng)。血清PGE2水平在治療后也明顯降低，并于治療次數(shù)有關(guān)，也間接表明炎癥的緩解[21-23]。

綜上所述，本研究結(jié)果表明沖擊波處理有明顯減輕局部炎癥反應(yīng)，加速炎癥的吸收消散效應(yīng)。其機(jī)制與促進(jìn)β-內(nèi)啡肽產(chǎn)生，抑制PGE2、5-HT等疼痛因子釋放有關(guān)，NO在沖擊波的治療中也發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，其確切效應(yīng)尚需進(jìn)一步探討。

[1] Kondo H，Naitoh I，Ohara H，et al．Efficacy of pancreatic stenting prior to extracorporeal shock wave lithotripsy for pancreatic stones[J]．Dig Liver Dis， 2014，47(2)：178-179．

[2] Nguyen DP，Hnilicka S，Kiss B，et al．Optimization of extracorporeal shock wave lithotripsy delivery rates achieves excellent outcomes for ureteral stones：results of a prospective randomized trial[J]．J Urol， 2015，194(2)：418-423．

[3] 施國偉，張何．體外沖擊波碎石治療輸尿管結(jié)石療效 分析[J]．現(xiàn)代泌尿外科雜志，2012，17(1)：64-66．

[4] Park C，Lee S，Yi CW，et al．The effects of extracorporeal shock wave therapy on frozen shoulder patients＇ pain and functions[J]．J Phys Ther Sci，2015， 27(12)：3659-3661．

[5] Lizis P．Analgesic effect of extracorporeal shock wave therapy versus ultrasound therapy in chronic tennis elbow[J]．J Phys Ther Sci，2015，27(8)：2563- 2567．

[6] Han H，Lee D，Lee S，et al．The effects of extracorporeal shock wave therapy on pain，disability，and depression of chronic low back pain patients[J]．J Phys Ther Sci，2015，27(8)：397-399．

[7] 趙一瑾，樊黃，李吳，等．X線定位與痛點定位體外沖 擊波治療腰脊神經(jīng)后支綜合征的臨床觀察[J]．中國 康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志，2011，26(5)：429-432．

[8] 姜長林，曲李，孫紀(jì)，等．沖擊波治療頸背肌筋膜綜合 征47例[J]．中國疼痛醫(yī)學(xué)雜志，2010，16(2)：122- 123．

[9] Sukubo NG，Tibalt E，Respizzi S，et al．Effect of shock waves on macrophages：A possible role in tissue regeneration and remodeling[J]．Int J Surg， 2015，24(Pt B)：124-130．

[10] Mariotto S，de Prati AC，Cavalieri E，et al．Extracorporeal shock wave therapy in inflammatory diseases： molecular mechanism that triggers anti-inflammatory action[J]．Curr Med Chem，2009，16(19)： 2366-2372．

[11] de Girolamo L，Stanco D，Galliera E，et al．Soft-focused extracorporeal shock waves increase the expression of tendon-specific markers and the release of anti-inflammatory cytokines in an adherent culture model of primary human tendon cells[J]．Ultrasound Med Biol，2014，40(6)：1204-1215．

[12] Shi F，Zhou D，Ji Z，et al．Anti-arthritic activity of luteolin in Freund＇s complete adjuvant-induced arthritis in rats by suppressing P2X4pathway[J]． Chem Biol Interact，2015(226)：82-87．

[13] Qian B，Li F，Zhao LX，et al．Ligustilide ameliorates inflammatory pain and inhibits TLR4upregulation in spinal astrocytes following complete freund＇s adjuvant peripheral injection[J]．Cell Mol Neurobiol， 2016，36(4)：143-149．

[14] Alves DP，da Motta PG，Lima PP，et al．Inflammation mobilizes local resources to control hyperalgesia： the role of endogenous opioid peptides[J]．Pharmacology， 2012，89(1-2)：22-28．

[15] Schreiter A，Gore C，Labuz D，et al．Pain inhibition by blocking leukocytic and neuronal opioid peptidases in peripheral inflamed tissue[J]．FASEB J，2012， 26(12)：5161-5171．

[16] Krukowska J，Wrona J，Sienkiewicz M，et al．A comparative analysis of analgesic efficacy of ultrasound and shock wave therapy in the treatment of patients with inflammation of the attachment of the plantar fascia in the course of calcaneal spurs[J]．Arch Orthop Trauma Surg，2016，136(9)：1289-1296．

[17] Chen YT，Yang CC，Sun CK，et al．Extracorporeal shock wave therapy ameliorates cyclophosphamideinduced rat acute interstitial cystitis though inhibiting inflammation and oxidative stress-in vitro and in vivo experiment studies[J]．Am J Transl Res，2014， 6(6)：631-648．

[18] Du Y，Cramer M，Lee CA，et al．Adrenergic and serotonin receptors affect retinal superoxide generation in diabetic mice：relationship to capillary degeneration and permeability[J]．FASEB J，2015，29(5)： 2194-2204[19] Hossain E，Sarkar D，Chatterjee M，et al．Effect of methanol extract of Bombax malabaricum leaves on nitric oxide production during inflammation[J]．Acta Pol Pharm，2013，70(2)：255-260．

[20] Lee MY，Sun KH，Chiang CP，et al．Nitric oxide suppresses LPS-induced inflammation in a mouse asthma model by attenuating the interaction of IKK and Hsp90[J]．Exp Biol Med(Mayuood)，2015，240(4)： 498-507．

[21] Kawahara K，Hohjoh H，Inazumi T，et al．Prostaglandin E2-induced inflammation：Relevance of prostaglandin E receptors[J]．Biochim Biophys Acta， 2015，1851(4)：414-421．

[22] Wu Q，Martin RJ，LaFasto S，et al．A low dose of Mycoplasma pneumoniae infection enhances an established allergic inflammation in mice：the role of the prostaglandin E2pathway[J]．Clin Exp Allergy， 2009，39(11)：1754-1763．

[23] Sugita R，Kubota K，Sugimoto K，et al．A novel selective prostaglandin E2synthesis inhibitor relieves pyrexia and arthritis in Guinea pigs inflammatory models[J]．J Pharmacol Sci，2016，130(2)：128-135．

Anti-inflammatory and Analgesic Mechanism of Extracorporeal Shock Wave on Musculoskeletal Pain

Zhou Diyuan1，Tao Huihong2，Yang Yaoqing2，et al

(1.Soochow University，Suzhou 215006，China；2.Tongji University，ShangHai 200092，China)

Objective In recent years，attention to non-invasive shock wave therapy which characteristic of fewer side effects and its application in the treatment has increased，this paper intends to explores the mechanisms of extracorporeal shock wave therapy for bone and joint and muscle pain；the function and transformation of Inflammatory during treatment.Methods Forty male Sprague-Dawley rats were randomly divided into normal control group，model control group，experimental group 1 and experimental group 2，10 rats in each group.By comparing the time of inflammation resolution and swelling extent，serum levels of inflammatory factors，inflammatory cells in tissue sections to study the mechanism of shock wave in anti-inflammatory and analgesia.Results The shock wave therapy could alleviate local inflammation，alleviate inflammatory exudation and infiltration of inflammatory cells，improve symptoms，relieve pain，and do no obvious damage to local tissue.It may be related to the increase of anti-inflammatory analgesic factor and the decrease of Inflammatory factor.Conclusion Extracorporeal shock wave therapy alleviate local inflammation and accelerate the dissipation of inflammation which improve symptoms，reduce pain.The mechanism may be related to promote β-endorphin production，inhibition of PGE2，5-HT and other pain factor release and Nitric oxide is also play an important regulatory role in therapy，but it’s mode of action is not clear.

extracorporeal shock wave；inflammation；analgesia；anti-inflammatory；randomized controlled trial

同濟(jì)大學(xué)人才基金(2014KJ091)；*本文通訊作者：叢銳軍

1008-5572(2017)07-0618-05

R493

B

2017-02-07

周迪遠(yuǎn)(1994- )，男，研究生在讀，蘇州大學(xué)，215006。

周迪遠(yuǎn)，陶惠紅，楊耀琴，等.體外沖擊波對肌肉骨骼痛癥的抗炎鎮(zhèn)痛機(jī)制[J].實用骨科雜志，2017，23(7)：618-621；625.