脉冲电磁场对糖尿病大鼠足底血流灌注量的影响

苏燕平，张 宏，雷 涛，季 林，刘 娟，申广浩

0 引言

糖尿病是一种内分泌代谢性疾病，通常会引起末端微循环障碍，进而导致器官缺血，对机体产生严重损伤。目前，主要通过药物控制血糖以改善微循环障碍，但是这些药物治疗方法对糖尿病微循环障碍的作用效果有限，并存在明显的毒副作用，且价格不菲，因而探索更加安全有效的方法显得非常必要。

脉冲电磁场（pulsedelectro magnetic fields，PEMFs）作为一种重要的物理因子，在临床上的应用日益广泛[1-2]，而其对机体微循环的效应作为电磁生物学非常重要的分支，受到各国科学家的普遍重视。由于PEMFs对微循环影响的研究才刚刚起步，并且外加磁场的强度、频率、作用时间等因素的复杂性导致实验的可重复性差，甚至出现互相矛盾的实验结果，故PEMFs对微循环的生物效应还有待更多的实验加以研究。

国内外大量研究报道了15 Hz的PEMFs能够促进骨折愈合，加速伤口愈合，防治骨质疏松，对心血管系统及微血管系统也有显著效果[3-5]。本文研究了15 Hz的PEMFs对糖尿病大鼠足底血流灌注量的作用效果，结果表明PEMFs能够显著改善糖尿病大鼠血流灌注量下降这一病理现象，但其确切机理还有待更多的实验来加以研究证实。

1 材料和方法

1.1 动物模型的制备

30只SD成年雄性大鼠由第四军医大学实验动物中心提供，平均体质量为（350±20）g。将它们饲养于动物中心的一间房子中，温度为（23±1）℃，湿度为50%～60%RH，光照为白昼交替12 h/12 h。糖尿病模型由腹腔注射链脲佐菌素来实现，注射剂量为45 mg/kg，缓冲液为0.1mol/L的柠檬酸盐溶液。链脲佐菌素注射3 d后检查糖尿病模型的合格性，选择血糖浓度高于16.7mmol/L的糖尿病大鼠作为标准的糖尿病模型[6]，6只大鼠因血糖过低不能作为标准的糖尿病模型。最终，将所剩的24只大鼠分为3组（8只/组）：正常组（正常成年非糖尿病大鼠）、模型组（糖尿病大鼠，不施加PEMFs照射）以及实验组（糖尿病大鼠，施加PEMFs辐照8 h/d，6周）。在确认糖尿病造模成功后的第2天施加电磁场干预。

1.2 磁场发生装置

磁场发生装置由3个半径均为R、间距为a的线圈串联而成，模型如图1所示。

图1 三线圈模型

线圈1和线圈3的匝数均为N，线圈2的匝数为kN，k为比例系数。线圈串联在一起组成一个PEMFs发生装置（GHY-III，FMMU，Xi'an，China；China Patentno.ZL02224739.4），其产生峰值强度为16Gs（1Gs=10-4T），频率为 15Hz的准脉冲群。

1.3 足底血流灌注量的测量

在PEMFs照射前及照射6周后分别对各分组大鼠的足底血流灌注量进行检测。检测仪器为激光多普勒血流仪，测量部位为每只大鼠的左后足中央。

激光多普勒血流仪是一种能够实时监测组织内微循环血流灌注量的仪器[7]。从激光多普勒血流仪主机发出的激光束通过输出光纤探头，广泛散射到被测组织中并部分被吸收，其中一部分激光撞击到运动的血细胞后反射回来，波长发生改变（多普勒频移效应），而散射到静止组织的激光反射波长不变。波长变化的程度及频率分布与血细胞的数量和运动的速度有关，与运动的方向无关。这些信息被接收光纤接收，然后转换成电信号，经过滤波、放大后再由模-数转换器转换成相对流量的数据进行显示。激光多普勒血流仪测量的主要参数为血流灌注量，其单位为相对值（AU）。实验中，血流灌注量信号的采样频率为40Hz，激光波长为780 nm。皮肤探头（MP1-V2，半径为4mm）放置于由双面胶固定的大鼠左侧足底中央的皮肤表面。由于激光多普勒血流仪在实验中对温度的要求较高，因此，本研究室内温度保持在 23～25 °C。

1.4 统计学处理

统计学分析使用 SPSS（version 14.0，SPSS，IL，USA）软件来完成，所有数据均用均值±标准差（means±SD）来表示，P＜0.05认为有统计学意义。数据分析采用单因素方差分析，组间比较采用Bonferroni校正的成对比较。

2 结果

2.1 形态观察

正常组大鼠生活状态良好，体质量明显增加。模型组及实验组大鼠在链脲佐菌素注射3 d后开始出现饮水量、尿量、食量明显增加的“三多”症状。随着时间的延长，大鼠消瘦明显，精神怠倦，出现腹泻症状，皮毛发黄，无光泽。

2.2 PEMFs照射前各分组大鼠的足底血流灌注量

PEMFs照射前各分组大鼠的足底血流灌注量的均值及标准差见表1。

表1 PEMFs照射前各分组大鼠的足底血流灌注量（n=8，m eans±SD）

依据以上数据作出如图2所示的统计图。

图2 PEMFs照射前各分组大鼠的足底血流灌注量

分析以上统计表和统计图可知，3个分组之间的初始足底血流灌注量无统计学差异（P＞0.05）。

2.3 PEMFs照射6周后各分组大鼠的足底血流灌注量

PEMFs照射6周后各分组大鼠的足底血流灌注量的均值及标准差见表2。

依据以上数据作出如图3所示的统计图。

分析以上统计表和统计图，我们得出以下结论：

表2 PEMFs照射6周后各分组大鼠的足底血流灌注量

图3 PEMFs照射6周后各分组大鼠的足底血流灌注量

（1）模型组、实验组的足底血流灌注量显著低于正常组（P＜0.05），说明糖尿病使大鼠的足底血流灌注量显著降低。

（2）实验组的足底血流灌注量显著高于模型组（P＜0.05），说明PEMFs能提高糖尿病大鼠的足底血流灌注量。

3 讨论

不同的PEMFs会产生不同的生物效应，即电磁场生物效应存在明显的“窗口”效应，并且“窗口”可能不止一个。关于15 Hz的PEMFs的生物效应，国内外学者做了很多研究。Bassett等采用频率为15Hz的PEMFs治疗骨折、骨不连患者的疗效显著[8]，Yang等报道了15Hz的PEMFs有神经保护的作用[9]。这些研究表明15Hz很可能就是电磁场生物效应“频率窗”中的一个。

大量研究表明，PEMFs对实验动物的血流动力学有一定的影响，然而其机理却至今难以阐明。本文推测PEMFs影响糖尿病大鼠的足底血流灌注量的主要机理如下：

（1）PEMFs有助于分泌神经性的因子[10]，特别是影响一些控制微循环的交感神经系统或者中枢神经系统的电传导活动，进而来影响血流微循环系统的参数。

（2）由于血浆内含铁血红蛋白、Ca2+、Mg2+、Na+等的存在，PEMFs的作用使得顺磁性的血浆在电磁场中受到电场力和洛伦兹力的作用，上述粒子可能与血管壁相互作用，使得血管内径增大。根据Poiseulle′s Law[11]，血管外周阻力为：

其中，L为血管长度，η为血液黏滞系数，r为血管半径。可以看出，血管外周阻力与血管半径的四次方成反比。因而，血管半径很小的增幅便能引起外周阻力大幅减小，最终可能引起血流量的大幅增加。

（3）糖尿病大鼠血糖浓度较高导致其血液黏滞系数η较高，因而造成血管外周阻力较大。这也可能是糖尿病能引起大鼠的足底血流灌注量大幅下降的原因。

综上，本文研究了PEMFs对糖尿病大鼠的足底血流灌注量的影响。结果表明，PEMFs照射能够缓解糖尿病大鼠的足底血流灌注量的下降。由此推知，PEMFs对相关疾病导致的微循环障碍可能有积极的治疗作用，但其确切机理还有待更多的实验来加以研究证实。

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