100HZ正弦波振动对制动大鼠比目鱼肌M波和H反射的影响

赵雪红，樊小力，宋新爱，石 磊

(1.西安交通大学医学院生理教研室，陕西西安710061;2.西安交通大学体育部，陕西西安710049)

许多研究资料表明，人或动物在制动状态下会发生明显的肌肉萎缩。我们以往的研究资料表明，100 Hz正弦波振动对制动所造成的肌肉萎缩有明显的对抗作用［1］，但其机制目前尚不清楚。为此，本研究以大鼠后肢制动作为废用动物模型，采用短时间歇式振动的方法，观测100 Hz正弦波振动对制动大鼠M波及H反射的影响，旨在进一步探明肌梭在废用性肌萎缩发生中的作用，为寻找一种有效的对抗肌肉萎缩的措施提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物及分组 采用健康雌性Sprague-Dawley品系大鼠24只(西安交大医学院实验动物中心提供)，体重180～220 g。按体重配对原则将24只动物分为3组:制动14 d组、制动+振动14 d组及正常同步对照组，每组8只。

1.2 制动模型的建立 采用改良后的Booth和Kelso方法［2］，将动物用水和氯醛(0.4 g/kg，腹腔注射)麻醉，在其左侧后肢的踝关节、膝关节及腹股沟等血管容易受压处衬一层薄厚适宜的棉垫，然后用石膏绷带由踝关节向上缠绕至大腿与腹股沟处，将动物后肢固定在静息位 。单笼喂养，能够自由活动与进食、进水。室温保持在20℃ ～25℃，人工控制动物室内照明，每昼夜均保持12 h光明与黑暗交替循环。

1.3 振动方法 在制动14 d内，对制动+振动组大鼠，每天在其比目鱼肌肌腹部位采取短时间歇式振动(频率为100 Hz，振幅300 μm):每振动1 min后间歇1 min，重复4次后间歇2 min，此为1个振动回合，1个振动点每回合振动时间总计4 min(不包括间歇时间)，每次重复振动3个回合。每天进行4次振动(上午8时，中午12时，下午4时，晚上8时)，每天每只大鼠共计振动时间为48 min。

1.4 手术及固定 动物经腹腔注射戊巴比妥钠麻醉，行常规气管插管和颈静脉插管术。分离大腿后侧肌与腓肠肌，暴露比目鱼肌，在腘窝处作2～3 cm的纵行切口，钝性分离股二头肌及臀浅肌，暴露坐骨神经。最后在腘窝处制备油槽，内充37℃液体石蜡保护坐骨神经。将动物置于恒温控制操作台上，头部固定于脑立体定位仪上，维持体温在37℃以上，持续监测动物心电，R-R间期维持在120～160 ms;随时观察动物瞳孔变化及角膜反射，若上述各项生理指标超出正常范围立即终止实验。

1.5 比目鱼肌M波及H反射的记录方法 将一对双银丝电极(电极间距为2 mm)作为刺激电极置于坐骨神经上，阴极靠近中枢端。同心针电极作为记录电极垂直于肌纤维方向刺入比目鱼肌肌腹处。以波宽0.3 ms，逐级递增0.2 mA的一系列方波电流刺激坐骨神经，刺激间隔10 s。记录电极所引导的比目鱼肌肌电变化，经生物物理放大器放大后输入示波器显示，并经生物信号处理系统输入计算机进行分析处理。每个刺激强度重复测3次，计算平均的H反射和M波幅值。

1.6 观察指标 刺激阈值:诱发M波所需的最小刺激强度;最大波幅:从最大正峰到最大负峰的电压;最大刺激:诱发最大M或H波时所需的最小刺激强度;上升时间:动作电位波形上升相(正峰到负峰)的时程。

1.7 统计学分析 采用SPSS 10.0统计软件对实验数据进行统计学分析。实验数据以均数±标准差(±s)表示，采用单因素方差(ANOVA)分析，组间多重比较采用LSD检验，取P＜0.05作为显著性差异的界值。

2 结果

2.1 100 Hz正弦波振动对制动大鼠比目鱼肌M波的影响 如表1所示，大鼠后肢被制动14 d后，比目鱼肌M波的最大波幅(Mmax)明显降低(P＜0.01)，刺激阈值(stimulus threshold)和最大刺激强度(SMmax)均增加(P＜0.01、P＜0.05)。

在制动期间给大鼠比目鱼肌100 Hz正弦波振动后，其Mmax、刺激阈值、SMmax与正常对照组相比均无显著性差异(P＞0.05)。但与制动组相比，振动组大鼠比目鱼肌Mmax明显增高(P＜0.01)，阈强度和 SMmax均明显降低(P＜0.05)。

2.2 100 Hz正弦波振动对制动大鼠比目鱼肌H反射的影响 大鼠后肢被制动后H反射的各参数也发生了改变(表2):H反射的最大波幅(Hmax)降低，最大刺激强度(SHmax)增加(P＜0.05);Hmax/Mmax由正常对照组的(24.73±7.44)%下降为(17.56±4.60)%(P＜0.05)。

在制动期间给大鼠比目鱼肌100 Hz正弦波振动后，其Hmax、SHmax和Hmax/Mmax的比值与正常对照组相比均无显著性差异(P＞0.05);但与制动组相比，振动组大鼠比目鱼肌Hmax明显增高(P＜0.01)，SHmax降低(P=0.057)，Hmax/Mmax的比值增大(P＜0.05)。

表1 100 Hz正弦波振动对制动大鼠比目鱼肌M波的影响Table 1 Influences of 100 Hz sinusodial vibration on M wave in rat soleus muscle following immobilization(n=8，±s)

表1 100 Hz正弦波振动对制动大鼠比目鱼肌M波的影响Table 1 Influences of 100 Hz sinusodial vibration on M wave in rat soleus muscle following immobilization(n=8，±s)

与正常对照组比，＊＊P ＜0.01，*P ＜0.05;与制动组比，##P ＜0.01，#P ＜0.05.

组 别 刺激阈值/mA 最大波幅/mV 最大刺激/mA 上升时间/ms正常对照组0.09±0.04 4.10±1.30 0.72±0.25 0.70±0.06制动组 0.21±0.12＊＊ 1.71±0.77＊＊ 1.19±0.40* 0.80±0.07制动+振动组 0.11±0.07# 3.08±0.82## 0.86±0.32#0.78±0.08

表2 100 Hz正弦波振动对制动大鼠比目鱼肌H反射的影响Table 2 Influences of 100 Hz sinusodial vibration on H reflex in rat soleus muscle following immobilization(n=8，±s)

表2 100 Hz正弦波振动对制动大鼠比目鱼肌H反射的影响Table 2 Influences of 100 Hz sinusodial vibration on H reflex in rat soleus muscle following immobilization(n=8，±s)

与正常对照组比，＊＊P ＜0.01，*P ＜0.05;与制动组比，##P ＜0.01，#P ＜0.05.

组 别 最大波幅/mV 最大刺激/mA (Hmax∶Mmax)/%正常对照组0.98±0.41 1.67±0.78 24.73±7.44制动组 0.30±0.22＊＊ 2.65±0.87* 17.56±4.60*制动+振动组 0.80±0.33## 2.06±1.02# 25.58±6.89#

3 讨论

后肢固定由于方法简单，操作方便，损伤较小，而且效果可靠，目前已被广泛地用于废用性肌肉萎缩的研究［2-3］。我们以往的研究表明，后肢制动14 d后大鼠比目鱼肌出现明显的萎缩，主要表现为重量的减轻，肌纤维横截面积的减小，纤维类型的转换［4］。

本研究发现，后肢制动14 d后，大鼠比目鱼肌Mmax由正常对照组的(4.10±1.30)mV降低为(1.71±0.77)mV，波幅的降低可能主要是由于制动而导致被兴奋的肌纤维数量减少所致。Robinson［5］等发现，制动后大鼠后肢肌肉运动单位的特性发生改变，出现新的类型的运动单位，这些运动单位的神经轴突兴奋后，它所支配的肌纤维不能产生相应的肌力和肌电，表明有功能的肌纤维数量减少。Gondin［6］等的研究发现，制动后比目鱼肌M波降低，这些均与本研究结果相一致。另外，本研究发现，制动后大鼠比目鱼肌M波的刺激阈值和最大刺激强度均增大，提示制动后比目鱼肌神经-肌肉组织的兴奋性降低。

以往有关制动对H反射的影响的研究不多，结果也不尽一致。Lundbye-Jensen［7］等发现，制动1周后比目鱼肌H反射增高。Kaneko等［8］研究发现，肢体制动2～3周后H反射无明显改变。本研究结果显示，制动14 d后H反射的最大波幅减小，H/M的比值降低，这与最近的来自于空间站的研究报道相一致。有研究报道，Ia类传入对脊髓运动神经元有双重作用，一方面通过突触前抑制使脊髓运动神经元兴奋性降低，从而导致H反射降低;另一方面，可直接兴奋脊髓前角运动神经元，使H反射增高［9］。因此，我们认为制动后由于肌梭的传入减少，这两方面都受影响，共同决定H反射的变化，随制动时间的延长两者起的作用大小可能不同。Duchateau［10］等研究发现，制动后比目鱼肌运动神经元的放电特性发生改变，低阈值运动神经元数目增多而高阈值的数目减少;他们认为，这可能是脊髓前角运动神经元的兴奋性降低所致。本研究发现，制动14 d后诱发最大H反射的SHmax增大;这进一步表明制动后脊髓运动神经元的兴奋性降低，这也与Cormery等［11］的研究结果相一致。

肌梭是骨骼肌内的一种特殊的感受器，在长期的进化过程中，由于重力的作用，肌梭不断的向中枢传入冲动，一方面产生本体感觉，另一方面反射性的产生和维持肌紧张，并参与对随意运动的精细调节。由于肌梭的Ia类传入纤维与脊髓前角α运动神经元形成单突触联系，因此肌梭的活动成为α运动神经元电活动的基础，而脊髓前角α运动神经元的电活动决定着骨骼肌的基因表达。无论在结构、发生学还是功能上，肌梭与梭外肌均有密不可分的联系。有资料报道，在肢体制动引起梭外肌萎缩的同时，肌梭的结构也发生了改变［12-13］。我们以往的研究也发现，在制动状态下，肌梭的结构和功能发生改变，Ia类纤维传入放电减少(西安交通大学医学院博士论文从肌梭的变化探讨废用性肌肉萎缩的发生机制，邢国刚著，尚未公开发表)。因此我们认为，在制动状态下，由于肌梭的传入冲动减少，导致脊髓前角a运动神经元的活动下降，H反射发生改变;被兴奋的肌纤维数量减少，引起M波幅降低。

大量研究资料表明，肌肉振动有选择性兴奋肌梭的作用，使其传入中枢的活动增多，与运动控制有关的神经环路兴奋性增加［14-15］。因此，肌肉振动已经成为康复医学中用来对抗神经-肌肉激活功能障碍的一种重要手段［16］。我们以往研究表明，高频正弦波振动可使大鼠比目鱼肌肌梭的传入放电增多，对ramp-and-hold牵拉的反应性增强，有明显对抗梭外肌萎缩的作用［17］。本研究结果发现，制动期间给以高频正弦波振动后比目鱼肌M波的刺激阈值、波幅及最大刺激，H反射的波幅、最大刺激及Hmax/Mmax与正常对照组相比均无显著性差异，表明高频正弦波振动对制动大鼠比目鱼肌H反射及M波的降低也有明显的对抗作用。有资料表明，本研究所采用的肌肉振动(频率100 Hz，波幅0.3 mm)主要兴奋肌梭的初级感觉末梢［18］。因此，这种对抗作用可能是因为高频正弦波振动选择性的兴奋了肌梭，继而改善了制动状态下由于肌梭的传入冲动减少而引起的脊髓运动神经元结构和功能的变化。这也表明肌梭在制动所致肌肉萎缩的发生发展中具有重要的作用。本研究为探明废用性肌萎缩的机制提供了新的资料，也为其防治措施的研究提供了新的思路。

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