极低频磁场对大鼠急性和慢性关节炎影响的研究.pdf

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1、中国 应用生理学杂志， 2 0 0 6 ;2 2 ( 4) 极低频磁场对大鼠急性和慢性关节炎影响的研究关 鲍秀琦， 石一军， 张玉霞， 于 阳， 宋 涛 ( 中国科学院电工研究所生物电磁学实验室， 北京 1 0 0 0 8 0) 摘要目 的: 探讨极低频磁场对大鼠急性和慢性关节炎 模型的影响。方法: 大鼠足内 皮下注射角叉菜胶建立急性 关节炎模型， 磁场分别暴露6 h 和s h ， 注射弗氏完全佐剂建立慢性关节炎模型， 磁场暴露7 d ， 每天6 h ， 观察炎症肿 胀和炎性细胞因子的改变情况。结果: 急性和慢性关节炎大鼠经过不同时间的磁场暴露后， 碟关节和足垫肿胀均 有不同 程度的减轻， 急

2、性模型暴露6 h 和慢性模型血清和关节液的细胞因 子均无改变， 急性模型暴露sh血清I L6 ， 关节浸液I L6 和T N F ， a 均比对照组降低， 其余指标无变化， 但是有下降的趋势。结论: 极低频磁场对急性和慢性 关节炎肿胀有抑制作用， 每天暴露s h 可以部分抑制细胞因子的产生， 但其详细机制还有待于进一步研究。 关键词: 磁场; 关节炎; 细胞因子 中图分类号: 晰文献标识码: A文章编号: 1000一 6 8 3 4 ( 2 006)04一 0 5 0 5 一 04 炎症是机体对外来刺激产生的一种病理反应 过程， 症状表现为局部的红、 肿、 热、 痛， 病理检查可 发现有大量炎

3、症细胞， 在这一过程中一些细胞因子 起到重要的促进作用， 如 I L 一 1 、 I L-6 、 T N Fa 等可促 进炎症细胞的聚集、 活化和炎症介质的释放， 可直接 刺激发热中枢引起全身发烧， 加重炎症症状。在许 多炎症性疾病中都可检测到上述细胞因子水平的升 高。有研究报道磁场可以修复非愈合性骨折， 磁场 可诱导培养的T细胞进行性死亡， 大鼠暴露于磁场 中 具有降低T细胞增殖的作用川和抑制细胞因子 如I L- 1 日 、 T N F 。 等 的 产 生 2 。 磁 场 具 有 治 疗 风 湿 性 关节炎、 肌腿炎等炎症的作用， 并且认为磁场具无创 性、 无副作用和无药物之间相互作用等优点

4、， 具有广 阔 的 临 床 应 用 前景 3 ， 4 。 但是利用动物模型 来评定 磁场抗炎作用的实验还很少。基于以上情况， 我们 设计了 极低频磁场( 指产生的频率低于3 0 0o H z 的 磁场) 对大鼠弗氏佐剂性关节炎( 慢性) 和角叉菜胶 性关节炎( 急性) 影响的实验， 旨 在探讨磁场的治疗 作用及其机理。 1 材料与方法 1 . 1 磁场环境 利用自 制的极低频磁场装置进行实验。磁场装 置由 频率、 幅值和波形均可调的电源和长42 cm、 内 径19 cm 的螺线管线圈构成。该装置能产生 55. 6 Hz ， 磁场强度8 . I n l l ， 的三角波。线圈中心磁场( 强 度、

5、 频率和 波形) 用高斯计( F . w. Ben M 0 d e 1 7 010 ， B e l l 几c h nolo g i e S I n c . ) 和数字示波器( 5 4 8 1 0 A ， Ag- il e n t)测量。螺线管线圈水平放置， 磁场方向为南 北方向。对照组放人一个与暴露组所用线圈外观相 同的圆筒中， 圆筒无产生磁场的导线。 1 . 2 动物 选用健康雄性SD 大鼠， 体重18 0 一 2 0 0 9 ( 北京 实验动物中心) 。大鼠4 只一笼饲养， 室内温度控制 在( 21士 1)， 保持 12 h 昼夜节律( 光照 08: 00一 20: 0 0 )， 大鼠自由

6、进食、 进水。所有操作均遵循北京实 验动物保护委员会的规定。 1 . 3 弗氏佐剂性关节炎模型的建立 大鼠乙醚吸人麻醉， 右后足蹂关节节面皮内注 射0 . I nil制备的完全弗氏佐剂， 建立佐剂性关节炎 (a dj u va ntar th rit is ， A A ) 模型， 弗氏 佐剂的制备方 法: 羊毛脂和液体石蜡以1 : 2 加热混匀， 高压灭菌后 保存备用， 卡介苗( 北京生物制品研究所) 60灭活 6 0 m in， 配制成卡介苗含量为10m g /n1 的完全弗氏 佐剂( C o ll l p le t e f re u n d s a dj u v a n t ， C F A

7、 ) 。待1 5 d 后 大鼠对侧跺关节肿胀继发病变形成后， 随机分为实 验组( n =8)和对照组( n =8 ) 。实验组大鼠每天磁 场暴露6 h ， 连续7 d 。实验前用无弹性绳固定在游 标卡尺上测量注射对侧跺关节周长和足垫厚度， 实 验结束后再测同一部位的躁关节周长和足垫厚度， 相减即为增加量。 * 基金项目: 中国科学院知识创新工程支持项目 ( KJC X I 一 0 9) 收稿日 期: 2 0 0 5 一 0 3 一 2 9 ; 修回日 期: 2 0 0 6 一 0 4 一 1 0 作者简介: 鲍秀琦( 1 9 76一 ) ， 山东人， 硕士， 从事电磁场的生物 学效应研究。 通

8、讯作者， Tel : ( 0 1 0)6 2 5 5 8 0 93， E 一 rnail:段 ” l g t ao mai l . ie e g c c n 5 0 6 1 . 4 角叉菜胶性关节炎的建立 大鼠乙醚吸人麻醉， 右后足躁关节跳面皮内注 射1 % 角叉菜胶( ca rr agee n an， Si g m a ) 生理盐水溶液 0 . l ml， 建立角叉菜胶性关节炎( C a r r a g e e n anar th ri - ti s ， C A ) ， 注射前测量躁关节周长， 方法同前。建好 模型后随机分到磁场6 h 和s h 组， 每组8 只大鼠， 各实验组分别设相应的对

9、照组。离开磁场后再测同 一部位的躁关节周长， 对照组相同处理， 只是不加磁 场。在测躁关节周长的同时用游标卡尺测大鼠足垫 肿胀程度。 1 . 5 大鼠血清和关节液的获取 大鼠离开磁场测完跺关节周长和足垫厚度后立 即断头处死， 取血清。在躁关节上方0 . s cm 处剪下 肿胀足爪， 剥下皮肤， 用剪刀将足爪纵切， 放入s ml 生理盐水， 于4 浸泡过夜， 离心取上清， 过滤除菌。 RIA检测血清和关节液 I Ll p ， I L 一 6 ， T N Fa 含量 ( 北京海军总医院科海锐放免中心) 。 1 . 6 统计学处理 实验数据以均数士 标准差( 厉士: ) 表示， 采用 S P S S

10、 g . 0 统计软件， 两组间比较采用 t 检验。 2 结果 2 . 1 磁场对关节炎大鼠躁关节周长和足垫厚度 增加量的影响 弗氏佐剂性关节炎大鼠经过每天6 h 连续7 d 的磁场暴露后， 躁关节周长增加量明显低于对照组 ( 尸 0 . 0 5 ， 表1 ) ， 足垫肿胀增加量也明显低于对照 组( 尸 0 . 05， 表1 ) 。角叉菜胶性关节炎大鼠暴露于 磁场6h 后， 躁关节和足垫肿胀程度均比相应对照 组降低( 均尸 0 . 05， 表 1 ) ; 经过s h 暴露后大鼠 跺 关节和足垫肿胀也均明显低于对照组( 尸 0 . 05、 尸 0 . 0 1 ， 表 1 ) 。 T a l .

11、1 E f f ec t s ofm a g 11 et i c fi e l d on t h e i n c r easedvalu e ofra ts ， a n kl e a l1 d t h enarswel l 1 I1 g s b e fOre a l1 d a f t erl l l a g l e t i c exl下 犯 ur e ( rnm ， 历士 : ， n = 8 ) I n c reas e ofank l e s w e l i n gl n c reaseoft l l e l l a l， s w e l l i 呢 G r 叩 5 】1 扭 1 1e x

12、lx 粥 u r es l l 出 1 1e x lx 巧 山 ，e AA C A， 6 h C A名h 18 0士0 . 5 4 2 . 3 6士1 . 3 6 1 . 8 0士0. 4 1 12 5 士0 . 2 8 关 09 5 士0 . 4 6 关 1 . 1 6 士0 . 5 0 关 0 . 0 1 士0 . 0 4 1 . 4 0 士0 . 3 6 1 . 3 3士0 . 4 1 一0 . 0 6 士00 6 釜 0 . 9 4士0 . 4 1 0 . 6 1士0. 2 3 圣 尸 0 . 0 5 ， 赞 任 尸0 . 0 1vs s l l a l l l of如 e g r O

13、 u p 2 . 2 磁场对关节炎大鼠血清和关节浸液 IL l p ， IL一， T N F 一的影响 弗氏佐剂性关节炎大鼠经过每天6 h ， 连续7 d 的 磁场暴露后， 血 清和 关节浸液I L 一 1 日 ， I L 一 6 ， T N F- 。 与对照组比较均未见明显变化( 表 2 ) 。角叉菜胶性 关节炎大鼠 磁场暴露6 h ， 大鼠血清和关节浸液 I L - l p ， IL一 6 厂 1 ，N F 一 a 与对照组比较均无显著差别( 表 3); 磁场暴露 s h ， 血清 I L 一 6( 尸0 . 0 5 ) ， 关节浸液 I L 一 6 ( P 0 . 0 1 ， 表3 )

14、和T N F 一 a ( P 0 . 0 5 ， 表3 ) 均明 显低于对照组， 其余细胞因子均无明显改变( 表3 ) 。 Tab . Z E f f ec t s ofll l a 团 1 e t i c fi e l d on c yt oki n e i n sertnna n d arti c 沮 arl i 五 v i um ofA A rats a f t ere x lx 巧 edfor 7 days日 Il d 6 hotirs ea c h d a y ( 历士5 ， n = 8 ) S h a l l lE x 】 X 巧 u re 段rum I LI 区 ng/ 妇 1

15、1 ) 段n irl l l L6 ( p g /I 川 ) 段n m l l 、N F es a ( ng乃 1 11 ) 舟t i c u l arl i x i v ium I LI 俘 ( n g /l 1 11 ) Art i cularl i x i v i um I L6( 雌乃 1 1 ) Art i c u l arl i x i vi urn T N 下 es a ( 眼乃 n l ) 0 . 3 7士0 . 1 2 1 3 8 . 2 0士2 7 . 3 6 3 . 1 0士0 . 8 4 0 . 5 4士0 . 1 1 9 3 . 4 3 士2 5 . 6 6 1 .

16、5 4士0 . 4 7 0 . 3 6士0 . 0 9 1 2 5 . 3 4士3 1 . 7 8 2 . 6 3士0 . 9 3 0 . 5 5士0 . 1 1 8 3 . 0 8士1 4 . 0 7 1 . 3 9士0 . 7 6 T a b . 3 E f f ec tsofm a 团 l et icfi el d on c y t o 场 neins e n 卫 na ll d arti 耐arli 元 vi um of( 一A ra t s aftere x 卿川 for 6 a n d s h o u rs ( 厉士、 ， n = 8) 6 hs h S ll an1E x 户 万

17、 ur es h a! nE x ， 粥 u r e 0少内j 内J，1，八、 n，-7n” 段 川 mI L- l p ( 雌乃 l d ) 反 r Un 1 I L 6(Pg/n 1 1 ) 段 T N F ， a ( ng/n飞 1 ) 加i c u larli x i v ium I LI 日 ( 嗯南 1 1 ) 户 J t ic u lar l i x i v ium I L-6 ( 摊尔d ) 户 J t l c ul arl i x i v i urn 1 NF es a ( 眼八 1 1 1 ) 1 . 6 3士0. 1 7 4 . 6 6士7 9 . 4 2土0 ， . 3

18、 9士0 . . 3 2士1 6 . 7 5 1 . 8 3士0 . 9 0 1 3 4 . 0 5 士2 2 . 5 2 务 2 . 5 8士0 . 2 4 0 . 8 6士0 . 1 9 7 3 . 1 4 士8 . 3 8 并 0 . 9 5士0 . 1 7 任 ，n曰0八 OC 1 . 3 6士0 . 4 5 1 . 5 1 士1 . 3 3 1 6 6 . 8 6士4 8 . 7 7 2 1 3士05 3 0 . 3 9士00 5 8 8 5 . 1 3土1 1 . 1 1 1 . 4 6士0 . 4 4 1 . 9 3士0 . 7 1 1 8 2 . 2 9士4 15 4 2 .

19、7 6士0 3 8 0 . 9 3士0 . 1 7 8 7 . 6 9士7 . 6 0 17 0士0. 9 0 尸 0 . 0 5vsS ll an l ; # 尸 0 . O s vsS ll a n l ofsameg ro U p 3 讨论 随着人们改善生活和生存质量的要求不断提 高， 电磁场的生物学效应研究越来越受到人们的重 视。目 前认为极低频磁场对生物系统的效应主要表 现为非热效应， 这种效应有 “ 剂量” 效应和频率窗口 效应， 同时还有时间窗口 效应和滞后效应5j。 本实 验发现弗氏佐剂和角叉菜胶性关节炎大鼠( 6h 组) 经过磁场暴露后， 关节的肿胀程度明显减轻， 而 I L

20、- 1 归 、 T N F-。 、 IL一 6 却无变化， 可能是每天暴露6 h 不 是磁场有效抑制生物体炎症因子产生的时间窗口。 推测该磁场消肿可能存在其它的影响因素。近几年 文献对于磁场影响血液流变学的报道越来越 多 7 ，8 ， 关 节炎患者因 炎症造成血液纤维蛋白 原含 量增高， 红细胞经纤维蛋白 原的桥联作用产生聚集， 全血粘度增高。严重的红细胞聚集使血流缓慢， 血 液 粘度 增高， 导致微循环血栓及灌注不良 0， 磁场 可以影响局部的血液循环， 改善血液高勃滞和高凝 状态， 起到 活 血 化 痕的 作用 7 ，” ， 这样促进了 炎症的 吸收和抑制炎性物质的渗出， 起到消肿的作用。

21、 角叉菜胶( sh 组) 关节肿胀减轻， 血清 I L 一 6 、 关 节浸液I L6 和T N F 一 a 均有不同程度的抑制， 推测 在该作用条件下磁场是通过抑制炎症因子而实现其 抗炎消肿作用的， 但也不能排除磁场对血液流变学 影响的原因。综上所述， 磁场具有消肿作用， 这为临 床利用磁场治疗关节疾病提供了依据。每天磁场暴 露6 h 不是抑制细胞因 子产生的有效时间， 而每天暴 露s h 可以部分抑制细胞因子的产生。推测磁场对 于实验性大鼠关节炎的消肿作用是多方面、 多环节 共同作用的过程， 对于磁场抑制细胞因子的产生和 改变血液流变学的机理还有待于进一步的实验研 究。 4 参考文献 1

22、J asti AC ， We tzel BJ ， Avi l esH ，eta l .E l f ec t ofa w o t l ll dh eali飞 e l ec t l o1 1 1 a g l e t i c fi e l d oni n fl ammat O r y c y - tokin e g e ll ee x p ressloninra t s J .B 乞 0 1 刀 a i 反i l n - s t r u m， 2 0 0 1 ， 3 7 : 2 0 9 一 2 1 4 . 2 Cha 眼K ， C ll a n g wH ， Wu ML ， 召 t a l . Ef

23、fec t s ofd i f - f eren t in t ens i t i eso f ext r eme l y low fr eqL Ienc y P u 1 沃 妇el ec - t r O 1l l a g ll et i cf i el ds on f o n l l a t ion of os t 概 l ast一 l i k ec e l ls J . 召 乞 记昭 z a 一t ro 刀 盈d g 刀 e t ics， 2 0 0 3 ， 2 4 ( 6 ) : 4 3 1 一 4 3 9 . 3 肠zush ima y ， Aka o k a l ， N i s h

24、idsY . E f f ec t s o f m 笔 - n e t ic fi el d oninflammat lon J . E 不 加 r 艺 e 刀 t 故， 1 9 7 5 ， 3 1 ( 1 2 ) : 1 4 1 1 一 1 4 1 2 . 4 J o h l诩11 MT ， Wa i t e L R ， N i ndl G . N O 11 in vasiv e t r eat- men t ofi n fl amm a t i on us i 眼 e l ec t r o n l a 团 l e t i c f i e l ds: c ur- r e n t a ll l

25、 eme fg i明t h e r a peu t i c pot e n t ial J . 刀 泛刀 刀 仪 才 artMt i s ; c y t o k i ne ( 上接第4 8 7页) 3 讨论 3 . 1 寒丸组织N O与S O D的关系 N O是由细胞质中的一氧化氮合酶( N ) 5 ) 催化 L精氨 酸， 经过一系列反应而生成的具有细胞信使样作用的生物活 性物质。正常情况下， 血管内 皮经常不断地释放N ) 进人血 管平滑肌， 激活平滑肌细胞的鸟昔酸环化酶， 维持血管处于 适当 的 舒张 状 态， 以 保证血液 灌流a。 李江等川研究发现， 年龄的增长与冠状动脉或舷动脉的内皮

26、依赖性舒张功能相 关， 其原因可能与年龄相关性的N ( ) 生成减少、 血管收缩因 子生成增多或N ) 降解增加、 血管反应性降低有关。N O缺 乏或相对不足可导致血管痉挛， 紧张度增加， 从而影响组织 器官的血液灌流。本研究显示老龄组大鼠皋丸组织 N ) 含 量明显低于青龄组( 尸 0 . 01) ， 而且与以 1 ) 呈显著正相关 ( 尸 0 . 0 5 ) 。分析其原因， 我们认为， 老龄组攀丸组织 N ( ) 的含量降低， 必将引起血管反应性舒张能力低下， 加之随增 龄动脉壁逐渐发生硬化， 将会影响翠丸组织血液循环， 导致 翠丸组织的血灌流减少。由此而引起的肇丸组织供血供氧 能力下降，

27、 氧自由基生成增多， 岌) 1 过量消耗， 可能是导致 老龄组皋丸组织以 刃 ) 活性下降重要原因。肇丸组织抗氧化 能力下降， 脂质过氧化反应增强， 间质细胞损伤增加， 攀酮分 泌减少， 可加速机体的老化过程。 3 . 2 有氧运动对老龄大鼠辜丸组织N O 、 岌 刃 0 的影响 关于有氧运动通过增强机体抗氧化能力、 延缓衰老的作 用机 制已 有大 量报导2j， 这里不再赘述。 至于 运动对N O的 影响， 多数研究认为有氧运动可提高一氧化氮合酶( N ) 5 ) 活 性， 不仅使参与运动的部位N OS 活性增加， 未参加运动的部 位的N ( 粥 活性也会增加， 并可使心、 肝、 脾、 肾、

28、肠道的 N ( ) 生成量增加s， 其机制可能与运动后血流加速， 对血管壁的 切应力增加， 促使血管内皮细胞 N ( 万激活， 加速N O的释放 有关。本研究结果显示， 经 8 周游泳锻炼， 老龄运动组翠丸 组织以 卫 ) 活性提高25. 86%( 尸 0 . 0 5 ) ， 表明有氧运动有助 于提高攀丸组织的抗氧化能力; 老龄运动组翠丸组织N ( ) 生 成量比老龄对照组高 26. 38%， 虽无统计学意义， 但在一定 程度上可以说明有氧游泳运动对逆转衰老进程中翠丸组织 N O含量减少有一定的作用。研究结果提示有氧游泳运动 可通过提高皋丸组织N O含量和5 0 1 活性对机体起一定的 保护作

29、用， 从而达到延缓衰老的目的， 这可能是有氧运动延 缓衰老的机制之一。 4 参考文献 月 张洪泉， 余文新主编. 中华抗衰老医药学 M口 . 北京: 科学出 版社， 2 0 0 0 . 1 5 9 一 1 6 0 . 2乔玉成. 健身运动延缓衰老机制研究进展( 1 ) : 健身运动的 抗氧化效应 J 体育科学， 2 0 0 3 ， 2 3 ( 2 ) : 1 1 8 一 1 2 2 . 3 V d l lanc e P ， 肠l li e r J ， M o ll ea d a S . E f f ec t o f endot h e l ia l d e v e d 苗 - t ric 二d

30、 eon 沐ri p haral a rt er io rl a rton einman J .Lan cet ， 1 9 8 9 ， ( 8 6 7 0 ) : 9 9 7 一 9 9 9 . 4李江， 赵水平. 血管内皮依赖性舒张功能失调的检测及临 床意义仁 J . 国外医学生理 病理科学与临床分册. 19 97， 17 ( 2 ) : 1 5 4 一 1 5 6 . 5 Ch石 s tonbe r R ， W x x h l l a ll j u d y M， M d le r M， eta l . I n d u c t lon of n it ri c 阴d e s 卿t h a sen d 之 N Ai n co rona wre s ist anc e a rt e r iesiso la t 团 f r o 们 门 exerc i s e 一 t r a i ll e d Pi 邵 J . A mJ I 从 笋 i of， 1 9 9 7 ， 2 7 3 : 2 5 7 5 - 2 5 7 9 . 二 收稿日 期: 2 0 0 4 一 0 9 一 2 0 ; 修回日 期: 2 0 0 6 一 0 3 一 1 4 作者简介: 乔玉成( 1 9 60一 ) ， 男， 山西临汾人， 副教授、 副主任 医师， 主要从事全民健身与体育保健学研究。