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脉冲电磁场对糖尿病大鼠周围神经损伤防治作用的实验研究
责任编辑：绵阳市涪城区力田磁电科技有限公司-电磁场发生器厂家 发布时间：2015-03-04
脉冲电磁场对糖尿病大鼠周围神经损伤防治作用的实验研究
糖尿病周围神经病变(diabetic peripheral neuropathy,DPN)是指由于糖尿病患者机体胰岛素分泌不足或者胰岛素功能抵抗所引起的与周围神经系统功能障碍相关的症状或体征。DPN是糖尿病最常见的慢性并发症之一，据统计糖尿病患者中30%以上都伴随有不同程度的DPN，随着病程延长，发病率可达60%~90%。DPN确切的发病机制尚不完全清楚，研究认为糖尿病患者高血糖状态引起的代谢紊乱，血管损伤，神经营养因子缺乏，细胞因子异常，氧化应激等因素是导致DPN发生的主要原因。 DPN以双侧对称性最为常见，最常累及股神经、正中神经、坐骨神经等。DPN的典型表现是痛觉异常和痛觉过敏，严重影响患者的运动功能和感觉功能，影响患者身心健康和生存质量，威胁着糖尿病患者生存质量及生命安危。目前临床上缓解DPN的主要是通过药物治疗控制血糖、营养神经以及改善微循环等方式，但是这些药物治疗方法对DPN的作用效果有限，并存在着明显的毒副作用且价格不菲，因此探索更加安全有效的DPN防治方法是广大科学家和临床工作者关注的热点问题。 电磁场的生物效应是当前生物医学工程领域的研究热点。大量在体实验研究证实低频、低强度的脉冲电磁场(pulsed electromagnetic fields,PEMF)对于促进骨骼及软组织损伤的愈合、调节机体微循环、糖代谢及脂代谢以及缓解疼痛等均具有显著的治疗效果。并且大量的临床实验证实PEMF作为一种无创、安全、经济的物理治疗方法对上述疾病具有显著的防治效果。 电磁场的生物效应受到诸多参数的影响，如波形、强度、频率、占空比、作用时间等，各个参数均存在明显的“窗口”效应，不同的电磁场作用参数很可能产生不同甚至截然相反的作用效果，导致电磁场生物效应实验研究的延续性和可重复性不甚理想。在众多国内外的研究中，使用的磁场发生装置各种各样，普遍存在的问题是缺乏对于电磁场暴露的空间分布的精确测量和描述，导致实验的可重复性及其科学价值大大降低。因此，规范电磁场辐射条件，并对电磁场进行系统、科学地描述是本领域研究中亟待解决的问题。 有研究报道PEMF对糖尿病大鼠有抗高血糖的作用，并且认为PEMF干预导致的血糖下降对DPN有防治作用。但是PEMF对神经系统生物效应的机理还不清楚，该结果也有待进一步验证。基于此，本课题着重研究PEMF对DPN的作用，并初步探讨PEMF对DPN作用的机理。 本课题主要研究内容及结果如下： 一、为满足开展电磁场生物效应基础实验的需求，增加匀场强空间的输出范围，设计了一种新颖的三线圈电磁场发生装置，并基于ComsolMultiphysics三维有限元仿真分析软件建模，对其所产生电磁场的时空分布进行有限元仿真分析。结果表明，三线圈方式产生的磁场强度更大，也更均匀。三线圈磁场发生装置为开展磁场生物效应相关研究提供了新的实验平台，三维有限元仿真分析技术为磁场时空分布的测量以及规范磁场参数描述提供新的思路和方法，该研究有望提高电磁场生物效应实验研究的设计水平与科学性。 二、利用自行设计的电磁场发生装置，探讨PEMF对糖尿病大鼠周围神经损伤的防治作用。成年雄性SD大鼠随机分为3组：空白对照组，糖尿病组，电磁场照射组，每组8只；糖尿病模型通过链脲佐菌素诱导建立，电磁场干预采用15Hz脉冲群电磁场（磁感应强度1.6mT），实验持续7wk。分别在施加电磁场后第0、1、3、5、7wk检测大鼠机械痛阈值和热痛阈值的改变，并在实验结束用透射电镜观察大鼠坐骨神经超微结构。同时，为探讨PEMF对DPN作用的机理，对大鼠坐骨神经中血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表达进行免疫组化检测。结果表明，造模72h后，大鼠血糖浓度迅速升高，实验过程中糖尿病大鼠体重持续下降(P0.01)，PEMF干预没有改变糖尿病引起的体重下降和血糖升高(P0.05)；与对照组相比，糖尿病组大鼠机械痛阈值和热痛阈值均显著下降(P0.05)，表明大鼠出现周围神经损伤，电磁场照射组大鼠机械痛阈值和热痛阈值虽然也出现下降(P0.05)，但明显高于糖尿病组(P0.05)，表明PEMF干预能够改善DPN导致的痛觉过敏和痛觉异常；坐骨神经超微结构观察显示，糖尿病组大鼠有轴突退化特征，脱髓鞘现象明显，电磁场照射组神经纤维髓鞘仍不正常，但其损伤与糖尿病组相比有所减轻，表明PEMF照射能够在一定程度上缓解DPN；血管内皮生长因子免疫组化染色结果显示，糖尿病组大鼠坐骨神经VEGF有明显的阳性染色，而电磁场照射组大鼠VEGF免疫组化染色强度低于糖尿病组，提示PEMF对DPN防治作用的机制可能与调节VEGF表达有关。
糖尿病周围神经病变(diabetic peripheral neuropathy,DPN)是指由于糖尿病患者机体胰岛素分泌不足或者胰岛素功能抵抗所引起的与周围神经系统功能障碍相关的症状或体征。DPN是糖尿病最常见的慢性并发症之一，据统计糖尿病患者中30%以上都伴随有不同程度的DPN，随着病程延长，发病率可达60%~90%。DPN确切的发病机制尚不完全清楚，研究认为糖尿病患者高血糖状态引起的代谢紊乱，血管损伤，神经营养因子缺乏，细胞因子异常，氧化应激等因素是导致DPN发生的主要原因。 DPN以双侧对称性最为常见，最常累及股神经、正中神经、坐骨神经等。DPN的典型表现是痛觉异常和痛觉过敏，严重影响患者的运动功能和感觉功能，影响患者身心健康和生存质量，威胁着糖尿病患者生存质量及生命安危。目前临床上缓解DPN的主要是通过药物治疗控制血糖、营养神经以及改善微循环等方式，但是这些药物治疗方法对DPN的作用效果有限，并存在着明显的毒副作用且价格不菲，因此探索更加安全有效的DPN防治方法是广大科学家和临床工作者关注的热点问题。 电磁场的生物效应是当前生物医学工程领域的研究热点。大量在体实验研究证实低频、低强度的脉冲电磁场(pulsed electromagnetic fields,PEMF)对于促进骨骼及软组织损伤的愈合、调节机体微循环、糖代谢及脂代谢以及缓解疼痛等均具有显著的治疗效果。并且大量的临床实验证实PEMF作为一种无创、安全、经济的物理治疗方法对上述疾病具有显著的防治效果。 电磁场的生物效应受到诸多参数的影响，如波形、强度、频率、占空比、作用时间等，各个参数均存在明显的“窗口”效应，不同的电磁场作用参数很可能产生不同甚至截然相反的作用效果，导致电磁场生物效应实验研究的延续性和可重复性不甚理想。在众多国内外的研究中，使用的磁场发生装置各种各样，普遍存在的问题是缺乏对于电磁场暴露的空间分布的精确测量和描述，导致实验的可重复性及其科学价值大大降低。因此，规范电磁场辐射条件，并对电磁场进行系统、科学地描述是本领域研究中亟待解决的问题。 有研究报道PEMF对糖尿病大鼠有抗高血糖的作用，并且认为PEMF干预导致的血糖下降对DPN有防治作用。但是PEMF对神经系统生物效应的机理还不清楚，该结果也有待进一步验证。基于此，本课题着重研究PEMF对DPN的作用，并初步探讨PEMF对DPN作用的机理。 本课题主要研究内容及结果如下： 一、为满足开展电磁场生物效应基础实验的需求，增加匀场强空间的输出范围，设计了一种新颖的三线圈电磁场发生装置，并基于ComsolMultiphysics三维有限元仿真分析软件建模，对其所产生电磁场的时空分布进行有限元仿真分析。结果表明，三线圈方式产生的磁场强度更大，也更均匀。三线圈磁场发生装置为开展磁场生物效应相关研究提供了新的实验平台，三维有限元仿真分析技术为磁场时空分布的测量以及规范磁场参数描述提供新的思路和方法，该研究有望提高电磁场生物效应实验研究的设计水平与科学性。 二、利用自行设计的电磁场发生装置，探讨PEMF对糖尿病大鼠周围神经损伤的防治作用。成年雄性SD大鼠随机分为3组：空白对照组，糖尿病组，电磁场照射组，每组8只；糖尿病模型通过链脲佐菌素诱导建立，电磁场干预采用15Hz脉冲群电磁场（磁感应强度1.6mT），实验持续7wk。分别在施加电磁场后第0、1、3、5、7wk检测大鼠机械痛阈值和热痛阈值的改变，并在实验结束用透射电镜观察大鼠坐骨神经超微结构。同时，为探讨PEMF对DPN作用的机理，对大鼠坐骨神经中血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表达进行免疫组化检测。结果表明，造模72h后，大鼠血糖浓度迅速升高，实验过程中糖尿病大鼠体重持续下降(P0.01)，PEMF干预没有改变糖尿病引起的体重下降和血糖升高(P0.05)；与对照组相比，糖尿病组大鼠机械痛阈值和热痛阈值均显著下降(P0.05)，表明大鼠出现周围神经损伤，电磁场照射组大鼠机械痛阈值和热痛阈值虽然也出现下降(P0.05)，但明显高于糖尿病组(P0.05)，表明PEMF干预能够改善DPN导致的痛觉过敏和痛觉异常；坐骨神经超微结构观察显示，糖尿病组大鼠有轴突退化特征，脱髓鞘现象明显，电磁场照射组神经纤维髓鞘仍不正常，但其损伤与糖尿病组相比有所减轻，表明PEMF照射能够在一定程度上缓解DPN；血管内皮生长因子免疫组化染色结果显示，糖尿病组大鼠坐骨神经VEGF有明显的阳性染色，而电磁场照射组大鼠VEGF免疫组化染色强度低于糖尿病组，提示PEMF对DPN防治作用的机制可能与调节VEGF表达有关。
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