大鼠坐骨神經(jīng)固有頻率測定

尹露，安云，楊斌堂，楊詣坤，盧新剛，嚴(yán)雋陶

1.上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院推拿科，上海200437；2.上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室，上海200240

前言

固有頻率也稱為自然頻率，指結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到外界激勵產(chǎn)生響應(yīng)時，在其平衡位置附近作往復(fù)運(yùn)動，其運(yùn)動的頻率僅取決于系統(tǒng)本身的物理特性（如質(zhì)量、剛度），與外界激勵無關(guān)，此頻率稱為固有頻率［1-2］。不管外界有無激勵，結(jié)構(gòu)的固有頻率始終存在，只是當(dāng)外界有激勵時，結(jié)構(gòu)能按其固有頻率產(chǎn)生振動響應(yīng)。如果從生物力學(xué)角度將人體視為一個機(jī)械振動模型，各部分器官、組織都是一個振動系統(tǒng)，都有其相應(yīng)的固有頻率。當(dāng)機(jī)體受到的外界激勵頻率與機(jī)體組織的固有頻率接近或相等時，能引發(fā)共振從而激活組織系統(tǒng)的興奮性，此時組織受迫振動的幅度最大［3-4］?；诠舱瘳F(xiàn)象，有研究者提出了多種固有頻率的測算方法［2,5］，且既往研究提示外在頻率源作用于機(jī)體時，頻率是影響神經(jīng)肌肉系統(tǒng)興奮性的主要因素［6-8］。因此，本研究通過檢測相關(guān)實驗中關(guān)注較多的大鼠坐骨神經(jīng)的固有頻率，觀察神經(jīng)正常狀態(tài)、損傷狀態(tài)以及離體狀態(tài)下固有頻率的變化，以期為康復(fù)治療儀器頻率的選擇提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及分組

選取成年健康Sprague-Dawley大鼠18只，體質(zhì)量220～250 g，由上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院實驗動物中心提供并飼養(yǎng)。飼養(yǎng)條件：溫度24～26℃，濕度55%～65%，12 h光照12 h黑暗交替，自由攝食和飲水。將實驗大鼠按體質(zhì)量大小編號，采用隨機(jī)數(shù)字表法分為正常組、坐骨神經(jīng)損傷（SNI）7 d組、SNI 28 d組，每組各6只。實驗檢測中增加離體組，即正常組的離體神經(jīng)檢測，詳見1.4檢測方法。實驗過程中對大鼠的處置嚴(yán)格遵守動物倫理準(zhǔn)則和指南的相關(guān)規(guī)定。

1.2 主要儀器及試劑

SXP-1C手術(shù)顯微鏡（上海醫(yī)光儀器有限公司），10%水合氯醛（上海西唐生物科技有限公司），手術(shù)剪、止血鉗、組織鑷、持針器（上海金鐘），顯微剪、顯微鑷、顯微持針器（上海金鐘），11-0顯微外科帶針縫合線、3-0帶針縫合線（寧波靈橋），固有頻率檢測平臺（上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室）。

1.3 SNI模型制備

參照課題組前期模型制備方法［9］：a.術(shù)前24 h禁食水；b.10%水合氯醛腹腔注射麻醉，劑量0.3 mL/100 g；c.取右下肢備皮，俯臥位固定于操作臺上，常規(guī)消毒；d.無菌狀態(tài)于右側(cè)坐骨切跡下約5 mm處沿坐骨神經(jīng)走向做臀部橫向切口，切口約1.5 cm，鈍性分離筋膜及肌肉組織，撐開皮膚及肌肉后充分顯露坐骨神經(jīng)，顯微手術(shù)器械將坐骨神經(jīng)游離；e.在梨狀肌下約10 mm處使用JZ06Cr 14 cm止血鉗3扣的壓力，以止血鉗前1/3處完全閉合鉗夾神經(jīng)干，鉗夾3次，每次10 s，中間間隔10 s，全程共50 s，造成寬約2 mm的神經(jīng)損傷。松開血管鉗后見鉗夾段神經(jīng)完全透明，但神經(jīng)外膜處未見出血，造成Sunderland III度損傷［10］。鉗夾后于顯微鏡下在損傷點上1 mm處用110縫合線進(jìn)行外膜標(biāo)記（圖1）；f.術(shù)后使用注射用青霉素鈉消炎并縫合肌肉和皮膚。為保證實驗的均一性，肌肉均縫一針，皮膚均縫兩針，所有的鉗夾及縫合均由同一操作人員完成。正常組不予處理。

圖1 大鼠坐骨神經(jīng)鉗夾傷模型Fig.1 Rat model with sciatic nerve clamp injuries

1.4 檢測方法

于造模后第7天，將正常組大鼠麻醉后行坐骨神經(jīng)剝離術(shù)（如1.3部分步驟a～d），將大鼠左側(cè)臥位放置于振動測試平臺，充分暴露坐骨神經(jīng)。在大鼠坐骨神經(jīng)自梨狀肌下10 mm處，沿神經(jīng)走向放置約1 mm×2 mm、厚約10 μm的反光膜（鋁箔紙），振動臺上放置一激光傳感器，使激光光源向反光膜射出激光信號。應(yīng)用振動平臺施加掃頻激勵，使用Labview軟件編寫上位機(jī)界面，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，可對采集的響應(yīng)時域信號進(jìn)行快速傅里葉變化，因頻率源的輸出能夠在測量所需的范圍內(nèi)連續(xù)掃描，因此可以連續(xù)測出各頻率點上的頻率特性結(jié)果并立即顯示特性曲線。通過OriginPro軟件分析頻率特性曲線的峰值處頻率，即為固有頻率（圖2）。每只大鼠坐骨神經(jīng)測量6次，取平均值確定為固有頻率。然后逐一將正常組大鼠坐骨神經(jīng)自梨狀肌下10 mm處切除長約10 mm遠(yuǎn)端神經(jīng)段，以同樣方法進(jìn)行離體坐骨神經(jīng)段的固有頻率測定（即1.1的離體組）。隨后取SNI 7 d組大鼠，于SNI標(biāo)記點下端沿神經(jīng)走向放置反光膜，如上述操作進(jìn)行固有頻率檢測。造模后第28天，將SNI 28 d組大鼠以同樣方法進(jìn)行坐骨神經(jīng)固有頻率檢測。

圖2 坐骨神經(jīng)固有頻率檢測Fig.2 Sciatic nerve natural frequency detection

圖3 系統(tǒng)功能框解圖Fig.3 System function block diagram

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。符合正態(tài)分布的計量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，數(shù)據(jù)比較采用單因素方差分析，各組間兩兩比較采用LSD-t檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 各組大鼠坐骨神經(jīng)頻率特異性曲線

正常組、離體組、SNI 7 d組、SNI 28 d組大鼠坐骨神經(jīng)頻率特異性曲線均顯示單一峰值，見圖4。

2.2 4種狀態(tài)下大鼠坐骨神經(jīng)固有頻率比較

正常組、離體組、SNI 7 d組、SNI 28 d組固有頻率（Hz）分別為9.666±0.113、9.840±0.390、9.668±0.303、9.366±0.474。4組坐骨神經(jīng)組間固有頻率比較，經(jīng)檢驗數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布且方差齊，使用單因素方差分析，結(jié)果顯示差異無統(tǒng)計學(xué)意義（F=1.937,P=0.156）；進(jìn)一步組間兩兩比較顯示，正常組與離體組、SNI 7 d組、SNI 28 d組比較，SNI 7 d組與SNI 28 d組比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。固有頻率測量值總體均數(shù)為9.635 Hz。

4組坐骨神經(jīng)組內(nèi)固有頻率比較，正常神經(jīng)、離體神經(jīng)及SNI 7 d組神經(jīng)3種狀態(tài)下組內(nèi)數(shù)據(jù)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），SNI 28 d組內(nèi)固有頻率數(shù)據(jù)比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.009）。見表1。

3 討論

SNI是常見的下肢周圍神經(jīng)損傷，坐骨神經(jīng)鉗夾傷模型因保存有神經(jīng)干的連續(xù)性、操作簡便、術(shù)后瘢痕組織較少等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于周圍神經(jīng)損傷后運(yùn)動、感覺等功能短期修復(fù)的實驗研究［11］。根據(jù)大鼠坐骨神經(jīng)Ⅲ度損傷恢復(fù)情況，實驗研究應(yīng)用物理治療時一般選擇損傷7 d后開始干預(yù)，且維持至損傷后28 d左右。因此，本實驗選擇坐骨神經(jīng)Ⅲ度鉗夾傷模型，以正常神經(jīng)、SNI 7 d神經(jīng)、SNI 28 d神經(jīng)以及離體神經(jīng)4種狀態(tài)進(jìn)行固有頻率檢測。

實驗結(jié)果顯示給予大鼠坐骨神經(jīng)施加振動頻率源后，不同狀態(tài)下的組間固有頻率均值略有差異，但經(jīng)檢驗差異無統(tǒng)計學(xué)意義；組內(nèi)固有頻率比較中，正常神經(jīng)、SNI 7 d神經(jīng)以及離體神經(jīng)3種狀態(tài)下固有頻率值差異不大，而SNI 28 d神經(jīng)組內(nèi)比較有差異，考慮可能為神經(jīng)損傷28 d后損傷表面瘢痕組織的形成造成一定干擾，但組內(nèi)個體固有頻率仍維持在8.722～10.533 Hz。因此可認(rèn)為實驗大鼠坐骨神經(jīng)固有頻率約為9.635 Hz，且神經(jīng)組織固有頻率是其本身的特有屬性，不會因所處狀態(tài)不同而發(fā)生很大變化，對今后物理治療儀器頻率的選擇有一定參考意義。

圖4 各組大鼠坐骨神經(jīng)頻率特異性曲線Fig.4 Sciatic nerve frequency-specificity curves in different groups

表1 各組組內(nèi)個體固有頻率比較（Hz）Tab.1 Comparison of individual natural frequency among 4 groups(Hz)

由于周圍神經(jīng)損傷后的神經(jīng)功能障礙和失神經(jīng)支配的骨骼肌萎縮是目前神經(jīng)科學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)以及相關(guān)學(xué)科共同關(guān)注的難題［12-13］。隨著中西醫(yī)結(jié)合康復(fù)學(xué)的發(fā)展，多種物理治療技術(shù)相繼在臨床中得以應(yīng)用，其中振動療法作為一種臨床預(yù)防和康復(fù)治療工具，在周圍神經(jīng)損傷后神經(jīng)功能恢復(fù)、神經(jīng)性疼痛的緩解以及肌肉骨骼系統(tǒng)調(diào)節(jié)等方面均顯示出優(yōu)勢［14-16］。但最佳干預(yù)參數(shù)的選擇以及振動干預(yù)的相關(guān)作用機(jī)制仍沒有一致結(jié)論。研究發(fā)現(xiàn)除顱骨和眼球外，人體各器官固有頻率一般為0～20 Hz［3］,已有研究提示在適宜頻率作用下能最大限度地激活神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的興奮性，使得病理狀態(tài)下的神經(jīng)肌肉恢復(fù)正常生理功能；應(yīng)用物理治療時優(yōu)選共振頻率，必將增強(qiáng)該組織對能量的吸收，提高臨床治療效果［17-19］。因此，基于神經(jīng)組織的固有頻率研究振動療法在坐骨神經(jīng)損傷后神經(jīng)再生修復(fù)的影響，以及探尋共振效應(yīng)促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)的潛在機(jī)制將是今后研究的方向。