电磁场对绝经后大鼠骨质疏松的影响
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作者：黄素然，罗二平，申广浩，黎普茜，王静文，周倩 【关键词】 电磁场；骨质疏松；骨密度；骨钙素
Effects of electromagnetic fields on osteoporosis in ovariectomized rats
【Abstract】 AIM: To study the effects of electromagnetic fields (EMFs) on osteoporosis in ovariectomized (postmenopausal) rats. METHODS: The osteoporotic models were established in 20 female SD rats by bilateral ovariectomy and then divided into 2 groups (n=10). The experimental group was exposed to 15 Hz EMFs (8×10-4 T, 6 h / d), and the control group was not exposed to EMFs. All the animals were raised in the same conditions and killed at 12 th week after operation. The changes in serum bone carboxyglutamic acidcontaining protein (BGP), bone mineral density(BMD) and biomechanical properties were examined. RESULTS: Compared with control group, BMD, maximum load and structural rigidity in experimental group were significantly increased（P<0.05）, and serum BGP were decreased obviously（P<0.05）. CONCLUSION: EMFs is helpful to the treatment and prevention of osteoporosis.
【Keywords】 electromagnetic fields; osteoporosis; bone density; osteocalcin
【摘要】 目的： 观察电磁场(EMFs)对去势(绝经)后大鼠骨质疏松症的影响. 方法： 20只雌性SD大鼠行双侧卵巢切除术建立骨质疏松动物模型，随机分为两组（n=10）： 实验组每日电磁场辐照6 h(8 ×10-4 T, 15 Hz)，对照组饲养环境相同，但不暴磁. 12 wk后，对血清骨钙素、骨密度以及生物力学等参数进行检测. 结果： 与对照组相比，实验组骨密度、最大载荷及结构刚度均有增加（P<0.05），血清骨钙素(BGP)水平减少（P<0.05）. 结论： EMFs有益于骨质疏松症的预防和治疗.
【关键词】 电磁场；骨质疏松；骨密度；骨钙素
0引言
随着生物医学工程学的快速发展，电磁场（electromagnetic fields，EMFs）作为一种可施加于人体的外来物理因子，对其热及非热生物效应的研究已成为国内外生物工程学界的研究热点［1-3］. EMFs是一种高能非电离辐射，人体对一定频率、一定强度的电磁场高度敏感，机体受到刺激后，通过下丘脑垂体肾上腺系统产生效果，对皮质生物电活动、内分泌乃至整个机体产生调节功能. EMFs在骨科领域已用于治疗假关节、骨不连或延迟愈合、新鲜骨折、骨移植、骨关节炎等，近年来又被用来预防和治疗骨质疏松症［4-5］. 我们利用低强度EMFs，通过建立骨质疏松动物模型，探讨低强度EMFs对骨质疏松症的影响，以期为骨质疏松症的预防和治疗提供新的思路和理论依据.
1材料和方法
1.1材料
1.1.1仪器EMFs发生仪（GZY型）由第四军医大学生物医学工程系研制（专利号：ZL02224739.4），均匀场的产生采用0.8 mm漆包铜线绕制亥姆霍兹线圈对（半径R=400 mm，线圈匝数N=800）
图1亥姆霍兹线圈 略
在轴线上任意一点P（图 1）出的磁感应强度为：B(z)=μ0NIR2/2{1/(R2+z2)3/2+1/［R2+(z-R)2］3/2}式中，第一项为左边线圈的贡献；第二项为右边线圈的贡献. 对中z=R/2点来说，公轴线中点处B的值：B(R/2)=8μ0NI/53/2. 经过计算，当|z-R/2|
1.1.2动物分组与处理3月龄SD雌性大鼠20只，体质量（225±15）g，第四军医大学实验动物中心提供. 动物随机等分为两组（n=10）：实验组和对照组. 两组大鼠均采用下腹部切口、行双侧卵巢切除术，动物分笼饲养（环境温度17～25℃，湿度40%～50%）［7］. 实验组采用GZY型EMFs发生仪进行辐照，磁感应强度调节为8×10-4 T，时间为6 h/d（9：00～15：00），对照组饲养于线圈中但不暴磁，动物可自由活动、饮水，实验全过程在第四军医大学实验动物中心完成.
1.2方法大鼠饲养12 wk后处死，处死前用速眠新(1 mL/kg)麻醉，用Lunar DPXIQ型骨密度仪（LUNAR公司，美国），附小动物全身骨密度（bone mineral density， BMD）测定软件进行大鼠全身BMD测量. 从心脏抽取血标本，离心后取血清，至于-20 ℃冰箱保存，用放免法测定血清骨钙素（bone carboxyglutamic acidcontaining protein， BGP）浓度，试剂盒由总医院放免所提供. 取左胫骨近端（1/3）置于4081型光测弹性仪（北京科学仪器厂）上进行三点弯曲试验. 支点跨距为20 mm，加载速度为2 mm/min. 用函数记录仪（上海自动化仪表二厂）描绘载荷变形曲线，并根据该曲线计算得出最大载荷和结构刚度［8］.
统计学处理： 所有数据以x±s表示，两组均值比较采用SPSS 10.0软件进行成组t检验，以P<0.05为有统计学差异.
2结果
与对照组大鼠相比，实验组BMD、最大载荷、结构刚度均有增加（P<0.05），血清BGP减少（P<0.05，表1）.
表1两组大鼠骨生物学指标检测（略）
3讨论
骨质疏松症是一种全身性的骨骼疾病，其特点是骨质减少，骨组织的细微结构被破坏，结果使骨的脆性增加，骨折的危险性增加. 骨质疏松症的发病率随着人口的老龄化而逐渐增高，依照世界卫生组织的资料说明，全世界绝经后的妇女有近30%的人患有骨质疏松症，世界范围内妇女由于患有骨质疏松而有骨折危险的高达40%［9-10］. 骨质疏松症早期诊断主要通过仪器在体外对骨骼中的矿物质进行测量和定量分析，即测定BMD来判断是否有骨质疏松及严重程度，为治疗和疗效观察提供依据. BMD降低必然导致骨强度降低，通过BMD的测量，通常可以初步判断是否是原发性骨质疏松. BGP为含有γ羧基谷氨酸的蛋白，又称为Gla蛋白，主要由成骨细胞合成和分泌，血清BGP水平与骨中BGP含量呈正相关，因此血清BGP水映成骨细胞活性及骨再造即反映骨结构和BMD［11-12］. 绝经后雌激素缺乏使骨对甲状旁腺素的敏感性增加致骨吸收增加，亦使BGP升高［13］. 近年有报道依据BGP与羟磷灰石亲和力的不同将其分为结合型和游离型BGP，结合型与骨转换率和骨丢失速率相关，游离型BGP与BMD呈负相关［14］.
目前女性绝经后骨质疏松防治中备受关注且疗效确切的治疗方案是雌激素替代疗法，它能够防止绝经后骨矿进行性丢失，减少骨质疏松骨折的危险性. 然而雌激素替代疗法的副作用使其在临床上的应用仍存疑虑［15-16］. 因此，探索防治骨质疏松的新途径十分必要［17］. 我们利用低强度EMFs，通过建立绝经后骨质疏松大鼠模型开展动物实验，结果显示低强度EMFs可以提高卵巢切除大鼠的BMD，改善骨的生物力学特性，降低血清BGP，提示对骨质疏松症有预防和治疗作用.
磁疗的最大优点是无创伤、无感染、费用低廉. 低强度EMFs在生物体内引起一系列的生物学效应为今后临床上骨质疏松症的预防和治疗提供了新的思路和理论依据［18-19］.
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