电针刺激对悬吊大鼠比目鱼肌废用性萎缩肌梭传入放电的作用

高翰林 唐光旭 赵 丽.北京体育大学运动生理教研室，北京00084；2.澳门大学教育学院，澳门999078；.河西学院体育学院，甘肃张掖74000

电针刺激对悬吊大鼠比目鱼肌废用性萎缩肌梭传入放电的作用

高翰林1,2唐光旭3赵 丽1
1.北京体育大学运动生理教研室，北京100084；2.澳门大学教育学院，澳门999078；3.河西学院体育学院，甘肃张掖734000

目的探讨电针刺激对悬吊大鼠比目鱼肌废用性萎缩肌梭放电的影响。方法36只雄性SD大鼠分为电针刺干预组（A组，18只）、肌肉萎缩组（AT组，6只）、自然恢复组（R组，6只）和正常同步对照组（C组，6只）。其中A组、AT组和R组采用大鼠尾部悬吊法建立肌萎缩模型，尾部悬吊14 d后，A组、AT组和R组大鼠解除悬吊，R组不给予干预，A组不同参数电针刺激（10 V电压、20 V电压、1.3 mA电流）1周，R组自然恢复1周，C组不做处理。比较4组比目鱼肌湿重体重比，并对各组大鼠比目鱼肌肌梭放电数进行定量分析。结果尾部悬吊14 d后，与C组比较，AT组比目鱼肌发生明显萎缩，比目鱼肌湿重体重比明显降低，差异有统计学意义（P＜0.05）；而A组不同参数电针刺后比目鱼肌湿重体重较AT组和R组增加，差异有统计学意义（P＜0.05）。尾部悬吊14 d，AT组比目鱼肌肌梭自放电较C组明显减少，差异有统计学意义（P＜0.05）；而A组不同参数电针刺激后比目鱼肌肌梭自放电较AT组和R组升高，差异有统计学意义（P＜0.05）。结论交流电针刺激可以增加废用性萎缩肌肉的肌梭自放电，从而有效对抗悬吊引起的大鼠比目鱼肌废用性萎缩。

废用性肌萎缩曰后肢悬挂曰交流电针刺激曰肌梭放电

各种原因引起的运动损伤（拉伤、韧带撕裂、骨折等），特别是运动员在训练和比赛中出现损伤后骨骼肌运动能力减退、制动及在损伤治疗过程中常伴有运动肌肉的去负荷和肌肉运动限制等，这一系列因素都可以使骨骼肌发生废用性肌萎缩［1-3］，从而造成肌肉运动能力下降。因此，如何在运动损伤后减轻肌肉废用性萎缩的程度进而减轻运动能力下降、促进运动损伤治疗效果是运动康复关注的课题［4-5］。肌梭作为骨骼肌内一种特殊感受装置，主要感受骨骼肌长度、张力、运动方向、速度及速度变化率，其结构和功能十分复杂。肌梭的传入冲动在产生和维持肌紧张、协调随意运动中起着重要作用。各种因素造成的肌肉脱负荷都会导致对肌梭的刺激减弱或消失，使肌梭的传入冲动减少。有学者认为，肌梭本体感受器传入冲动的减少可能与失重条件或制动条件下的肌肉萎缩有关［6-7］。而传统的针灸或电针刺激作为目前在骨骼肌制动状态下一种被动刺激，在一定条件下可以增加肌纤维收缩功能，对抗肌萎缩，但其机理仍未阐明。本研究采用后肢悬吊方法模拟失重造成大鼠后肢的废用性萎缩，在恢复期间进行电针刺激，观察不同时期大鼠比目鱼肌肌梭传入放电的变化，探讨电针刺激对肌梭电活动的影响，为电针刺激运用于废用性肌肉萎缩的后期康复提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物

选取健康活泼的2个月月龄SPF级SD雄性大鼠36只，购自于中国医学科学院医学实验动物研究所，动物合格证号：SCXK（京）2014-0004），体重180～200 g。动物适应性饲养3 d后，分为4组：电针刺干预组（A组，18只）、肌肉萎缩组（AT组，6只）、自然恢复组（R组，6只）和正常同步对照组（C组，6只）。

1.2 废用性肌萎缩模型的建立

C组为不做任何干预。A组、AT组和R组采用文献［8］中尾部悬吊模拟失重方法建立大鼠废用性肌萎缩模型，具体为大鼠尾部悬吊，后肢悬空，前肢着地，身体长轴与水平面呈30°，悬吊同时动物在笼内可以自由活动、饮水、进食；所有动物均为单笼饲养；室温维持于20～25℃；室内提供12 h黑暗与照明的交替循环。

1.3 电针刺激

悬吊满14 d后A组、AT组和R组大鼠解除悬吊，R组不给予干预，A组进行电针体表刺激干预。电针刺激使用YC-2型程控电刺激仪（成都仪器厂）连接电极片，对大鼠双下肢后群萎缩肌肉进行体表电刺激。A组分为三组并依据大鼠肌肉收缩参数［9］给予不同刺激：10 V电压、20 V电压组、1.3 mA电流，刺激脉宽0.1～0.3 ms，刺激频率40 Hz。每天分别对每组大鼠刺激2次（9:30 am、6:30 pm各1次），每次刺激共15组，每组间隔10 s，除电压和电流强度不同外，其余条件均保持一致，共刺激7 d。实验中使用尾部取血装置来固定大鼠，确保大鼠在接收刺激过程中处于平稳状态，且能对点刺激表现局部骨骼肌收缩反应。

1.4 比目鱼肌的提取和保存

废用性肌萎缩模型模型建立完成后，AT组大鼠采取断头法处死，解剖提取大鼠萎缩双下肢的比目鱼肌，迅速置于盛有大鼠细胞孵育液的培养皿中，称量其湿重，所得数据以100 g体重标化，作为比目鱼肌湿重体重比，待测量结束后迅速放回培养皿中待用。其余各组在刺激干预结束后采取同样的方法进行取材和样本活性的保存。

1.5 比目鱼肌肌梭传入自放电的记录

应用BL-420生物机能分析系统对各组大鼠离体比目鱼肌的肌梭自放电进行定量分析。将标本置于屏蔽盒内，肌梭的传入放电活动经屏蔽导线输入BL-420型生物机能（成都泰盟）实验系统连到计算机进行观察。①观察肌梭静息时自放电；②选择“数据处理”菜单中的“积分”命令项，在观察积分图时“积分时间”设置得越长越好，积分方式选择为“绝对值积分”，绝对值积分表示生物信号在一段时间内的强弱变化；③选择“数据处理”菜单中的“频率直方图”命令项，从频率直方图上观察肌梭放电频率的快慢，“直方图宽度”相当于指定分析肌梭放电频率的时间范围，设置得越长越好。本实验中观察时间设定为5 s。

1.6 统计学方法

采用统计软件SPSS 19.0对数据进行分析，正态分布计量资料以均数±标准差（x依s）表示，多组间比较采用方差分析，两两比较采用LSD-t检验。计数资料以率表示，采用χ2检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 电针刺激对大鼠比目鱼肌湿重体重比的影响

14 d尾部悬吊后，与C组比较，AT组大鼠的比目鱼肌平均湿重体重比明显下降，差异有统计学意义（P＜0.05）。A组给予不同的双下肢电刺激后，比目鱼肌的湿重体重比明显高于AT组和R组，差异有统计学意义（P＜0.05），与C组比较差异无统计学意义（P＞0.05）。说明电刺激可以促进萎缩肌肉的恢复。见表1。

表1 电刺激对大鼠比目鱼肌湿重体重比的影响（mg/100 g，n=6依s）

表1 电刺激对大鼠比目鱼肌湿重体重比的影响（mg/100 g，n=6依s）

注：与AT组比较，*P＜0.05

组别左侧（n=6）右侧（n=6）比目鱼肌（n=12）A组10 V电压20 V电压1.3 mA电流AT组R组C组51.80±6.01 49.80±5.92 50.30±6.33 31.00±2.36 47.20±6.21 55.20±9.80 51.00±5.80 48.90±6.10 49.20±5.30 29.00±2.50 45.80±4.90 54.40±8.70 51.20±5.90*49.80±6.01*50.80±5.80*29.10±2.52 46.30±5.35*54.93±8.25*

2.2 电针刺激对大鼠比目鱼肌肌梭自放电的影响

悬吊14 d，AT组大鼠的比目鱼肌肌梭放电数目较C组明显减少，差异有统计学意义（P＜0.05）。而悬吊结束给予电针刺激后A组的大鼠比目鱼肌的肌梭自放电数目较AT组和R组明显增加，差异有统计学意义（P＜0.05），其中20 V电压组增加最明显。见表2。

表2 各组大鼠比目鱼肌肌梭自放电基础频率（Hz，n=6，依s）

表2 各组大鼠比目鱼肌肌梭自放电基础频率（Hz，n=6，依s）

注：与AT组比较，*P＜0.05；与R组比较，▲P＜0.05

组别左侧（n=6）右侧（n=6）比目鱼肌肌梭（n=12）A组10 V电压20 V电压1.3 mA电流AT组R组C组432.00±25.19 595.75±5.80 525.00±27.52 285.25±20.29 390.00±19.17 684.50±21.97 434.25±15.99 588.50±17.28 518.75±13.70 285.75±13.12 386.75±15.69 669.25±25.32 433.12±21.12*▲592.12±13.39*▲521.87±21.96*▲284.00±17.13 388.37±17.59*676.87±24.90*

3 讨论

运动损伤之后的制动、长期卧床、患肢固定均不可避免地产生废用性肌萎缩。制动时间越长，废用性肌萎缩越明显，其最宏观的结构变化就是肌肉萎缩，表现为肌肉重量降低和体积减少，且抗重力肌比非抗重力肌萎缩程度大，慢缩肌比快缩肌萎缩严重，且以骨骼肌湿重的改变最为显著，其下降幅度与废用时间及肌肉类型等密切相关［10-11］。运动损伤康复是恢复与改善运动员运动状态的必要手段，有效的康复治疗使运动员尽快恢复训练和比赛能力是运动创伤康复的重要任务和目的，其中寻找有效的对抗肌萎缩的措施是研究者的共同目标。目前功能性神经肌肉电刺激作为一种治疗手段，被临床医师广泛地应用于各类神经系统疾病如周围神经损伤、截瘫、卒中，以及一些复杂疾病如顽固性疼痛、慢性下腰痛等疼痛症状的缓解［12-13］。而电流刺激除了具有治疗作用外，对周围组织也有一定的损伤作用。本研究在前人关于不同参数对大鼠肌肉收缩的影响的基础上，更接近地模拟对运动员进行电刺激治疗，实验中采取体表电极片刺激，在对大鼠腿部进行脱毛处理后，结合其体表电阻，电刺激参数最终确定为10、20 V电压及1.3 mA电流，实验中大鼠在20 V时其在相应脉宽和频率变化下，既可以达到一定的收缩强度且耐受性较好。

本研究结果显示，14 d的尾部悬吊，AT组大鼠比目鱼肌湿重体重比较C组明显减少，制动引起了明显的肌肉萎缩。而恢复期给予电针刺激后，A组与R组比较湿重体重比增加（P＜0.05），但与C组比较差异无统计学意义（P＞0.05），表明电刺激具有促进萎缩肌肉恢复的作用。但是，不同参数的电刺激作用有所不同，在本研究中，采用20 V电压刺激的大鼠比肌肉萎缩组增长最明显，但电压刺激与电流比较差异无统计学意义（P＞0.05）。提示在一定范围内，电刺激对萎缩肌肉的恢复随着强度的增大而增大，与电刺激的类型没有明显关系。李琦等［4］的实验表明，不同的刺激参数可影响肌肉的收缩状态与强度，选择合适的参数可使失神经支配肌肉发生有节律地收缩，防止肌萎缩。

发生于运动减退、制动、失重状态下的废用性肌萎缩，是肌肉维持一段时间去负荷状态引起的病理现象。众多的研究证明对抗去负荷所致的肌肉萎缩的发生可以通过有效地增加肌梭的传入冲动来预防［13-14］。重力环境中，肌紧张是维持正常体位的重要因素之一，而肌紧张正是通过来自外周感受器的信息传入中枢，通过脊髓反射活动来产生的［15］。在去负荷条件下，重力作用的消失或减弱，导致下肢抗重力肌内肌梭的原有刺激消失或减少，使得外周感受器-中枢神经系统-肌肉之间的反馈调节环路中断，而最终导致肌肉运动减少肌萎缩出现［16］。

本研究结果显示，去负荷肌萎缩组（AT组）大鼠比目鱼肌的肌梭放电数量较C组明显降低（P＜0.05），在恢复负荷后（R组）其肌梭自放电数量增加（P＜0.05），即在悬挂引起的肌肉萎缩状态下，比目鱼肌的肌梭神经兴奋性和敏感性有着显著退化。而经过一个疗程的电刺激干预，A组较R组肌梭自放电数量增加显著（P＜0.05）。其中电压与电流刺激电压刺激与电流比较差异无统计学意义（P＞0.05），但是20 V电压刺激的大鼠增长最高。以上结果提示，体表电刺激强度的不同直接影响到肌梭活性的大小，20 V电压最高，1.3 mA电流其次，最后是10 V电压。由此提示肌肉活性的恢复和增强与电刺激的类型无关，无论是电压刺激还是电流刺激均能有效改善肌肉活性的大小，但是刺激强度的不同显著影响刺激的效果。结合比目鱼肌湿重体重比的变化，提示电刺激能够提高静息肌梭自放电的频率，而这也是维持正常肌紧张的条件，进而部分对抗在去负荷时所造成的骨骼肌输出下降，即帮助肌肉更好地缓解和改善因萎缩而造成的肌力下降、耐力减弱等的运动能力的衰退。但电刺激增加肌梭自身放电的分子机制包括众多因素比如去负荷萎缩时肌梭神经营养因子合成减少、与肌梭兴奋性密切相关的肌细胞内钙含量减少、肌细胞超微结构破坏等多方面［17-18］，还有待进一步深入的研究工作。

综上所述，电针刺激能够有效对抗悬吊引起的大鼠比目鱼肌废用性肌萎缩，促进其湿重的恢复、有效对抗其肌梭感受神经功能性的退化，提高其活性和静息自身放电数。

［1］韩忠宇，贾懿劼，田京.失重状态造成肌萎缩的研究与进展［J］.中国组织工程研究，2013，17（28）：5249-5254.

［2］Kelleher AR，Pereira SL，Jefferson LS，et al.REDD2 expression in rat skeletal muscle correlates with nutrient-induced activation of mTORC1：responses to aging，immobilization，and remobilization［J］.Am J Physiol Endocrinol Metab，2015，308（2）：E122-E129.

［3］Kang C，Goodman CA，Hornberger TA，et al.PGC-1α overexpression by in vivo transfection attenuates mitochondrial deterioration of skeletal muscle caused by immobilization［J］. FASEB J，2015，29（10）：4092-4106.

［4］Yu ZB，Gao F，Feng HZ，et al.Differential regulation of myofilament protein isoforms underlying the contractility changes in skeletal muscle unloading［J］.Am J Physiol Cell Physio，2007，292（3）：C1192-C1203.

［5］赵雪红，樊小力.模拟失重条件下肌梭的改变与肌肉萎缩关系的研究进展［J］.生理学报2013，65（1）：96-100.

［6］Proske U，Tsay A，Allen T.Muscle thixotropy as a tool in thestudyofproprioception［J］.ExpBrain Res，2014，232（11）：3397-3412.

［7］赵雪红，张文静，周茜，等.后肢制动对肌梭传入放电活动的影响［J］.南方医科大学学报，2015，35（2）：252-255.

［8］陈杰，马进，丁兆平，等.一种模拟长期失重的大鼠尾部悬吊模型［J］.空间科学学报，1993，13（2）：159.

［9］李琦，曾炳芳，王金武，等.不同刺激参数对SD大鼠肌肉收缩的影响［J］.生物医学工程与临床，2010，14（4）：277-281.

［10］Slimani L，Vazeille E，Deval C，et al.The delayed recovery of the remobilized rat tibialis anterior muscle reflects a defect in proliferative and terminal differentiation that impairs early regenerative processes［J］.J Cachexia Sarcopenia Muscle，2015，6（1）：73-83.

［11］Fuglevand AJ，Lester RA，Johns RK.Distinguishing intrinsic from extrinsic factors underlying firing rate saturation in human motor units［J］.J Neurophysiol，2015，113（5）：1310-1322.

［12］杜长亮.低频电刺激对大鼠比目鱼肌废用性肌萎缩的影响及调控机制研究［J］.天津体育学报，2013，28（3）：198-201.

［13］王中鹏.针刺治疗失神经肌萎缩的机制及研究展望［J］.针灸临床杂志，2012，28（9）：73-75.

［14］Fitts RH，Trappe SW，Costill DL，et al.Prolonged space flight-induced alterations in the structure and function of human skeletal muscle fibres［J］.J Physiol，2010，588（Pt 18）：3567-3592.

［15］Reed WR，Long CR，Kawchuk GN，et al.Neural responses to the mechanical characteristics of high velocity，low amplitude spinal manipulation：effect of specific contact site［J］.Man Ther，2015.pii：S1356-689X（15）00061-2. doi：10.1016/j.math.2015.03.008.［Epub ahead of print］

［16］Salazar JJ，Michele DE，Brooks SV.Inhibition of calpain prevents muscle weakness and disruption of sarcomere structure during hindlimb suspension［J］.J Appl Physiol，2010，108（1）：120-127.

［17］Vitadello M，Germinario E，Ravara B，et al.Curcumin counteracts loss of force and atrophy of hindlimb unload rat soleus by hampering neuronal nitric oxide synthase untethering from sarcolemma［J］.J Physiol，2014，592（Pt 12）：2637-2652.

［18］Lawler JM，Kunst M，Hord JM，et al.EUK-134 ameliorates nNOSu translocation and skeletal muscle fiber atrophy during short-term mechanical unloading［J］.Am J Physiol RegulIntegr Comp Physiol，2014，306（7）：R470-R482.

Effects of electrical stimulation on afferent discharge from disuse atrophy muscle spindle of soleus muscle in rat with hindlimb-suspension

GAO Hanlin1,2TANG Guangxu3ZHAO Li1
1.Department of Exercise Physiology,Beijing Sport University,Beijing100084,China;2.Faculty of Education,University of Macau,Macau999078,China;3.School of Physical Education,Hexi University,Gansu Province,Zhangye 734000,China

ObjectiveTo study the effects of electrical stimulation on afferent discharge from disuse atrophy muscle spindle of soleus muscle in rat with hindlimb-suspension.Methods36 male SD rats were divided into 4 groups:electrical acupuncture group(A group,18 rats),skeletal muscle disuse atrophy group(AT group,6 rats),the natural recovery group(R group,6 rats),and simultaneous control group(C group,6 rats).The disuse atrophy muscle rat model was made in A group,AT group,R group by tail-suspension.After 14 days tail-suspension,rats in A group,AT group,R group left the suspension,the A group were treated with different electrical acupuncture(10 V voltage,20 V voltage, 1.3 mA electric current)for one week,R group was given natural recovery,C group was not given dispose.The soleus weight/body of four groups was compared,and soleus muscle spindles discharge in each group was quantitative analyzed.ResultsAfter 14 days tail-suspension,compared with C group,soleus muscle showed obvious muscle atrophy, soleus weight/body reduced obviously,the difference was statistically significant(P＜0.05).After 14 days tail-suspension,soleus muscle spindles discharge in AT group was lower than that in C group,the difference was statistically significant(P＜0.05).After A group treated with different electrical acupuncture,soleus muscle spindles discharge in A group was higher than those in AT group and Rgroup, the differences were statistically significant(P＜0.05).ConclusionElectrical stimulation is effective in counteracting the rat muscular atrophy of disuse induced by suspension.

Disuse atrophy;Hindlimb-suspension;Electrical acupuncture;Muscle spindles

R873

A

1673-7210（2015）12（a）-0004-04

2015-07-22本文编辑：苏畅）

“十二五”国家级实验教学示范中心建设项目资助（教高函［2012］13号）；中央高校基本科研业务费专项资金资助课题（2015JX002）。

高翰林（1993.10-），男，澳门大学体育教学与运动专业2014级在读硕士研究生；研究方向：运动生理。

赵丽（1970.10-），女，博士，教授，博士研究生导师，主要从事运动与神经可塑性研究。