低強(qiáng)度脈沖電磁場對(duì)甘露醇致靜脈炎防護(hù)作用的實(shí)驗(yàn)研究

王羽嬌，蔡 婧，葛淑華*

（1.空軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)科，西安 710032；2.空軍軍醫(yī)大學(xué)軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系，西安 710032）

0 引言

臨床上頻繁使用高滲性藥物（如脫水藥、高滲糖、擴(kuò)容劑等）進(jìn)行靜脈輸注，是臨床診斷和醫(yī)療救治的重要手段[1]。臨床常用的高滲性藥物包括20%的甘露醇、10%的氯化鉀、50%的葡萄糖、25%的硫酸鎂等，這些藥物濃度高、刺激性強(qiáng)，在輸注后短時(shí)間內(nèi)會(huì)引起靜脈血管滲透壓的急劇升高，誘發(fā)血管中的炎癥細(xì)胞以及急劇脫水壞死的內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生堆積，引起血管內(nèi)膜萎縮、變硬及壞死，從而大概率導(dǎo)致化學(xué)性靜脈炎的發(fā)生[2-3]。靜脈炎能夠誘發(fā)患者產(chǎn)生局部腫脹、灼熱、疼痛甚至局部軟組織壞死等癥狀，增加病患痛苦并降低其生活質(zhì)量。探索有效防治高滲性藥物輸注誘發(fā)靜脈炎發(fā)生的醫(yī)學(xué)干預(yù)手段是目前臨床護(hù)理亟待解決的重要問題。從20世紀(jì)80年代開始，低強(qiáng)度脈沖電磁場開始廣泛應(yīng)用于臨床治療骨折延遲愈合和加速軟組織損傷修復(fù)[4-5]。同時(shí)，大量臨床研究表明低強(qiáng)度脈沖電磁場還具有顯著的對(duì)抗炎癥反應(yīng)和緩解疼痛的作用[6-7]。但是，低強(qiáng)度脈沖電磁場是否能夠?qū)o脈炎產(chǎn)生積極的治療效果，目前國內(nèi)外尚未見系統(tǒng)的研究證實(shí)。本研究通過建立新西蘭兔高滲性藥物靜脈炎模型，系統(tǒng)評(píng)價(jià)低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激對(duì)于高滲性藥物注射誘發(fā)的靜脈炎的治療效果，以期明確低強(qiáng)度脈沖電磁場干預(yù)靜脈炎的可行性和科學(xué)性。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

甘露醇，購于西安泰華醫(yī)藥科技有限公司；戊巴比妥鈉溶液，購于美國Sigma公司；電磁場空間測量高斯計(jì)（Model 455型），購于美國Lakeshore公司；TNF-α和IL-6的ELISA試劑盒，購于武漢華美生物工程有限公司；電子天平（AEG-120T），購于日本Shimadzu公司；紫外分光光度計(jì)（SmartSpec Plus），購于美國Bio-Rad公司；光學(xué)顯微成像系統(tǒng)，購于日本Olympus公司。

1.2 靜脈炎動(dòng)物模型的構(gòu)建

選擇5月齡雌性新西蘭大耳白兔，體質(zhì)量（2.2±0.4）kg，購于空軍軍醫(yī)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，動(dòng)物飼養(yǎng)和所有的實(shí)驗(yàn)操作步驟均按照動(dòng)物倫理學(xué)準(zhǔn)則嚴(yán)格執(zhí)行。待動(dòng)物適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境1周，隨后使用備皮刀進(jìn)行物理方法備皮，操作過程中謹(jǐn)防傷及動(dòng)物耳部表皮，備皮面積為3 cm×3 cm，使用龍膽紫溶液標(biāo)記。隨后，通過近心方向行靜脈穿刺，通過靜脈輸注20%的甘露醇溶液，用藥量為2.5 ml/kg，輸注5 min，靜脈推注過程中防止藥物外滲，整個(gè)過程嚴(yán)格執(zhí)行無菌操作。每天輸注2次，間隔8 h，連續(xù)輸注3 d。

1.3 脈沖電磁信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)

使用課題組自行研制的脈沖電磁場發(fā)生系統(tǒng)，整個(gè)電磁發(fā)生系統(tǒng)由電磁信號(hào)激勵(lì)源和Helmholtz線圈兩部分構(gòu)成[8]。電磁信號(hào)激勵(lì)源以MSP430單片機(jī)為控制中心，通過與晶振的協(xié)同作用能夠輸出正弦波、三角波、脈沖波等各種波形的弱電信號(hào)，該弱電信號(hào)傳遞至OPA549功率放大芯片進(jìn)行調(diào)制濾波和放大后轉(zhuǎn)換為高精度強(qiáng)電信號(hào)，隨后輸出至線圈負(fù)載。Helmholtz線圈由相互平行放置的間距40 cm的共軸圓形線圈構(gòu)成，兩線圈直徑均為80 cm，線圈匝數(shù)500。通過調(diào)整電磁信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)的輸入電流參數(shù)，使Helmholtz線圈的中心軸線方向脈沖電磁場峰值達(dá)到2.0 mT，電磁場的頻率為15 Hz。使用高斯計(jì)測量電磁場的峰值也為2.0 mT，有效值為0.7 mT。低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激過程中，將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物置于塑料實(shí)驗(yàn)籠內(nèi)，保證籠底與Helmholtz線圈中軸線在同一平面，保證動(dòng)物受到的脈沖電磁場劑量均勻性最優(yōu)。使用高斯計(jì)測得的線圈外的環(huán)境背景磁場強(qiáng)度為（50±3）μT。在實(shí)驗(yàn)全過程中，分別使用溫度計(jì)和濕度計(jì)對(duì)Helmholtz線圈中的環(huán)境溫度和相對(duì)濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，其中線圈中的溫度波動(dòng)范圍為（23±0.5）℃，相對(duì)濕度變化范圍為（55±2）%。

1.4 實(shí)驗(yàn)分組

整個(gè)實(shí)驗(yàn)分為2組，分別為對(duì)照組和低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激組，每組12只實(shí)驗(yàn)兔。對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)兔只行靜脈炎動(dòng)物模型的構(gòu)建處理，不施加脈沖電磁場刺激。低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激組的實(shí)驗(yàn)兔在行靜脈炎動(dòng)物模型的構(gòu)建處理后，放入Helmholtz線圈中進(jìn)行全身性的低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激，每天刺激6 h，連續(xù)刺激3 d。對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)兔也放入Helmholtz線圈中，但是線圈不通以激勵(lì)電流。

1.5 靜脈炎的分級(jí)評(píng)估分析

靜脈炎的分級(jí)評(píng)估分析參考美國靜脈輸液護(hù)理學(xué)會(huì)靜脈炎程度判斷標(biāo)準(zhǔn)（見表1）[9]，由一名專業(yè)的主管護(hù)師分別對(duì)對(duì)照組和低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激組的實(shí)驗(yàn)兔耳部特征進(jìn)行觀察和評(píng)估分析（盲法判斷），判斷靜脈炎是否發(fā)生以及發(fā)生的等級(jí)程度。

1.6 血清細(xì)胞因子的檢測分析

在完成肉眼對(duì)靜脈炎發(fā)生等級(jí)的評(píng)估分析后，立即使用過量戊巴比妥鈉溶液對(duì)實(shí)驗(yàn)兔進(jìn)行麻醉，隨后通過心臟取血法獲得實(shí)驗(yàn)兔全血，離心后獲得血清，使用ELISA試劑盒對(duì)實(shí)驗(yàn)兔血清中的炎性相關(guān)因子TNF-α和IL-6的表達(dá)情況進(jìn)行量化分析。ELISA檢測基于雙抗體夾心法原理，整個(gè)過程包括酶標(biāo)板包被、血清樣本上樣、加入酶標(biāo)抗體、加入底物液顯色、終止反應(yīng)以及酶標(biāo)儀吸光度檢測，每個(gè)樣本設(shè)置3個(gè)復(fù)孔，取測量平均值。

表1 美國靜脈輸液護(hù)理學(xué)會(huì)發(fā)布的靜脈炎程度判斷標(biāo)準(zhǔn)[9]

1.7 靜脈炎的病理學(xué)結(jié)構(gòu)分析

實(shí)驗(yàn)兔處死后，迅速以靜脈穿刺點(diǎn)前1 cm作為起點(diǎn)，沿著靜脈走向剪取長度3 cm、寬度2 cm的耳部組織，浸入4%多聚甲醛中固定24 h，隨后進(jìn)行組織病理切片，行常規(guī)HE染色，光學(xué)顯微鏡下對(duì)實(shí)驗(yàn)兔血管內(nèi)皮腫脹、血管外周組織水腫、炎細(xì)胞浸潤、血栓形成等靜脈炎的病理學(xué)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估和分析。

1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)比較和分析。各組實(shí)驗(yàn)兔測量指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異使用配對(duì)t檢驗(yàn)進(jìn)行比較分析，P＜0.05表示具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 通過肉眼觀察分析評(píng)估低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激對(duì)實(shí)驗(yàn)兔靜脈炎的作用效果

對(duì)照組和低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激組實(shí)驗(yàn)兔的靜脈炎程度以及靜脈炎發(fā)生率的分析比較結(jié)果見表2。對(duì)照組實(shí)驗(yàn)兔全部發(fā)生了靜脈炎，其中1～2級(jí)靜脈炎的發(fā)生率為25.0%，3～4級(jí)靜脈炎的發(fā)生率為75.0%。低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激組實(shí)驗(yàn)兔的靜脈炎發(fā)生率為41.7%，顯著低于對(duì)照組（P＜0.05），其中 1～2級(jí)靜脈炎的發(fā)生率為33.3%，3～4級(jí)靜脈炎的發(fā)生率為8.3%。

表2 低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激對(duì)實(shí)驗(yàn)兔靜脈炎的作用效果（n=12）

2.2 通過ELISA檢測評(píng)估低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激對(duì)實(shí)驗(yàn)兔血清炎性因子分泌的調(diào)控效果

對(duì)照組和低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激組實(shí)驗(yàn)兔的血清炎性因子TNF-α和IL-6表達(dá)分泌的分析比較結(jié)果如圖1所示。與對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)兔相比，低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激組實(shí)驗(yàn)兔血清中TNF-α的含量顯著降低（P＜0.05），IL-6 的含量也顯著降低（P＜0.01），表明低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激對(duì)于靜脈炎動(dòng)物模型機(jī)體的炎性因子的表達(dá)分泌具有顯著的抑制效果，進(jìn)一步證實(shí)了低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激具有顯著的抗炎效應(yīng)。

圖1 低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激對(duì)靜脈炎實(shí)驗(yàn)兔血清炎性因子表達(dá)分泌的影響（n=12）

2.3 通過病理結(jié)構(gòu)分析評(píng)估低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激對(duì)實(shí)驗(yàn)兔靜脈炎及外周組織損傷的作用效果

通過病理結(jié)構(gòu)切片染色分析對(duì)照組和低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激組實(shí)驗(yàn)兔的靜脈炎和外周組織損傷的代表性組織病理圖以及數(shù)據(jù)分析比較結(jié)果分別如圖2和表3所示。對(duì)照組實(shí)驗(yàn)兔血管內(nèi)皮腫脹、血管外周水腫、炎細(xì)胞浸潤、血栓形成的發(fā)生率分別為75.0%、66.7%、83.3%和66.7%，而低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激組實(shí)驗(yàn)兔血管內(nèi)皮腫脹、血管外周水腫、炎細(xì)胞浸潤、血栓形成的發(fā)生率分別為33.3%、25.0%、16.7%和0%，均顯著低于對(duì)照組（P＜0.05）。

表3 低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激對(duì)實(shí)驗(yàn)兔靜脈炎及外周組織損傷的作用效果（n=12）例

圖2 對(duì)照組和低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激組代表性的實(shí)驗(yàn)兔靜脈及外周組織病理切片圖（HE染色，10×）

3 討論

靜脈炎是臨床最為常見的疾病之一，也是臨床護(hù)理最普遍發(fā)生和棘手的醫(yī)學(xué)問題。當(dāng)靜脈輸注高濃度、高滲性、強(qiáng)刺激性的藥物時(shí)會(huì)誘發(fā)化學(xué)性靜脈炎，而隨著靜脈留置針的普遍使用以及由于操作不當(dāng)引起的機(jī)械系損傷和不規(guī)范無菌操作等也會(huì)引起靜脈炎的產(chǎn)生[10]。因此，探尋有效的防治靜脈炎的醫(yī)學(xué)方法也是目前臨床護(hù)理關(guān)注的重要問題。近年來，隨著生物電磁技術(shù)的快速發(fā)展，基于電磁場的治療方法和電磁生物效應(yīng)也得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。電磁場的發(fā)生方式有多種，最為常見的包括穩(wěn)恒磁場、正弦波電磁場和脈沖電磁場[11]，而這其中國際上對(duì)機(jī)體的積極干預(yù)效果報(bào)道最多的治療模式就是脈沖電磁場[12-15]。大量研究表明，低強(qiáng)度脈沖電磁場能夠有效治療機(jī)體硬組織和軟組織的創(chuàng)傷延遲愈合，提高組織損傷的修復(fù)能力[12，16]。同時(shí)，學(xué)者們也發(fā)現(xiàn)了低強(qiáng)度脈沖電磁場能夠改善機(jī)體的局部微循環(huán)障礙，并具有對(duì)抗機(jī)體炎癥反應(yīng)和緩解疼痛的功能[17]。這些關(guān)于低強(qiáng)度脈沖電磁場的研究進(jìn)展為開展靜脈炎的電磁干預(yù)研究提供了充分的理論依據(jù)。

本研究通過靜脈注射20%的甘露醇構(gòu)建了化學(xué)性靜脈炎動(dòng)物模型。臨床上，通常要求在30min內(nèi)完成20%的甘露醇的快速靜脈輸注，從而達(dá)到良好的脫水效果。但是20%的甘露醇的高滲性會(huì)造成血管內(nèi)皮細(xì)胞脫水、萎縮和凋亡，并出現(xiàn)炎性細(xì)胞的浸潤以及靜脈血管栓塞的發(fā)生，引起化學(xué)性靜脈炎[18]。本研究發(fā)現(xiàn)20%的甘露醇靜脈輸注能夠誘發(fā)全部實(shí)驗(yàn)兔發(fā)生靜脈炎，且其中3~4級(jí)靜脈炎發(fā)生率高達(dá)75.0%，提示化學(xué)性靜脈炎動(dòng)物模型構(gòu)建成功。病理學(xué)分析結(jié)果也顯示，在經(jīng)過20%的甘露醇靜脈輸注后，絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)兔出現(xiàn)了血管內(nèi)皮腫脹、血管外周水腫、炎細(xì)胞浸潤和血栓形成，這與臨床化學(xué)性靜脈炎的特征相符。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過低強(qiáng)度脈沖電磁場干預(yù)后，20%的甘露醇靜脈輸注的實(shí)驗(yàn)兔靜脈炎發(fā)生率降低至33.3%，并且3~4級(jí)靜脈炎的發(fā)生率降低至8.3%，表明低強(qiáng)度脈沖電磁場治療能夠顯著地抑制化學(xué)性靜脈炎的發(fā)生和發(fā)展。同時(shí)也揭示了經(jīng)過低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激后實(shí)驗(yàn)兔的血管內(nèi)皮腫脹、血管外周水腫、炎細(xì)胞浸潤和血栓形成等靜脈炎癥狀均被顯著抑制。這些結(jié)果提示低強(qiáng)度脈沖電磁場對(duì)于靜脈炎的作用效果與其提高血管內(nèi)皮細(xì)胞活性、改善機(jī)體局部微循環(huán)以及對(duì)抗機(jī)體炎癥反應(yīng)具有潛在相關(guān)關(guān)系。

TNF-α是由單核巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的具有免疫調(diào)節(jié)功能和參與炎癥反應(yīng)的重要細(xì)胞因子，而IL-6屬于多效應(yīng)細(xì)胞調(diào)控因子，是參與調(diào)控機(jī)體免疫應(yīng)答反應(yīng)的重要介質(zhì)。研究表明，在靜脈炎機(jī)體血液中的TNF-α和IL-6的含量均顯著性升高[19]。本研究通過ELISA檢測發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過脈沖電磁場刺激后20%的甘露醇誘發(fā)的靜脈炎實(shí)驗(yàn)兔血液中TNF-α和IL-6含量均顯著低于對(duì)照組。進(jìn)一步揭示了低強(qiáng)度脈沖電磁場表現(xiàn)出顯著的緩解機(jī)體炎癥反應(yīng)和對(duì)抗炎性因子浸潤的作用效果，這也為明確低強(qiáng)度脈沖電磁場調(diào)控高滲性藥物注射誘發(fā)的化學(xué)性靜脈炎的作用機(jī)理提供了重要依據(jù)。

綜上所述，本研究通過特征觀察、病理性分析、血液ELISA檢測證實(shí)了外源性施加低強(qiáng)度脈沖電磁場刺激能夠有效地抑制靜脈注射甘露醇誘發(fā)的化學(xué)性靜脈炎的發(fā)生和發(fā)展。低強(qiáng)度脈沖電磁場憑借其非侵入、安全、溫和的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，具有臨床治療靜脈炎的廣闊應(yīng)用前景。在未來的研究中，我們將進(jìn)行不同強(qiáng)度和頻率脈沖電磁場對(duì)于靜脈炎作用效果的系統(tǒng)比較，以期篩選獲得脈沖電磁場對(duì)于靜脈炎防治的最優(yōu)“窗口參數(shù)”。另外，將以脈沖電磁場對(duì)于細(xì)胞炎性反應(yīng)信號(hào)通路事件為突破口，通過協(xié)同以基因轉(zhuǎn)染和基因干擾等分子生物學(xué)方法進(jìn)一步闡明低強(qiáng)度脈沖電磁場對(duì)于靜脈炎防治的潛在分子信號(hào)機(jī)制，以期為其更科學(xué)、廣泛地應(yīng)用于臨床奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。