蘇燕平，張 宏，雷 濤，季 林，劉 娟，申廣浩

0 引言

糖尿病是一種內(nèi)分泌代謝性疾病，通常會(huì)引起末端微循環(huán)障礙，進(jìn)而導(dǎo)致器官缺血，對(duì)機(jī)體產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷。目前，主要通過(guò)藥物控制血糖以改善微循環(huán)障礙，但是這些藥物治療方法對(duì)糖尿病微循環(huán)障礙的作用效果有限，并存在明顯的毒副作用，且價(jià)格不菲，因而探索更加安全有效的方法顯得非常必要。

脈沖電磁場(chǎng)（pulsedelectro magnetic fields，PEMFs）作為一種重要的物理因子，在臨床上的應(yīng)用日益廣泛[1-2]，而其對(duì)機(jī)體微循環(huán)的效應(yīng)作為電磁生物學(xué)非常重要的分支，受到各國(guó)科學(xué)家的普遍重視。由于PEMFs對(duì)微循環(huán)影響的研究才剛剛起步，并且外加磁場(chǎng)的強(qiáng)度、頻率、作用時(shí)間等因素的復(fù)雜性導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性差，甚至出現(xiàn)互相矛盾的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，故PEMFs對(duì)微循環(huán)的生物效應(yīng)還有待更多的實(shí)驗(yàn)加以研究。

國(guó)內(nèi)外大量研究報(bào)道了15 Hz的PEMFs能夠促進(jìn)骨折愈合，加速傷口愈合，防治骨質(zhì)疏松，對(duì)心血管系統(tǒng)及微血管系統(tǒng)也有顯著效果[3-5]。本文研究了15 Hz的PEMFs對(duì)糖尿病大鼠足底血流灌注量的作用效果，結(jié)果表明PEMFs能夠顯著改善糖尿病大鼠血流灌注量下降這一病理現(xiàn)象，但其確切機(jī)理還有待更多的實(shí)驗(yàn)來(lái)加以研究證實(shí)。

1 材料和方法

1.1 動(dòng)物模型的制備

30只SD成年雄性大鼠由第四軍醫(yī)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供，平均體質(zhì)量為（350±20）g。將它們飼養(yǎng)于動(dòng)物中心的一間房子中，溫度為（23±1）℃，濕度為50%～60%RH，光照為白晝交替12 h/12 h。糖尿病模型由腹腔注射鏈脲佐菌素來(lái)實(shí)現(xiàn)，注射劑量為45 mg/kg，緩沖液為0.1mol/L的檸檬酸鹽溶液。鏈脲佐菌素注射3 d后檢查糖尿病模型的合格性，選擇血糖濃度高于16.7mmol/L的糖尿病大鼠作為標(biāo)準(zhǔn)的糖尿病模型[6]，6只大鼠因血糖過(guò)低不能作為標(biāo)準(zhǔn)的糖尿病模型。最終，將所剩的24只大鼠分為3組（8只/組）：正常組（正常成年非糖尿病大鼠）、模型組（糖尿病大鼠，不施加PEMFs照射）以及實(shí)驗(yàn)組（糖尿病大鼠，施加PEMFs輻照8 h/d，6周）。在確認(rèn)糖尿病造模成功后的第2天施加電磁場(chǎng)干預(yù)。

1.2 磁場(chǎng)發(fā)生裝置

磁場(chǎng)發(fā)生裝置由3個(gè)半徑均為R、間距為a的線圈串聯(lián)而成，模型如圖1所示。

圖1 三線圈模型

線圈1和線圈3的匝數(shù)均為N，線圈2的匝數(shù)為kN，k為比例系數(shù)。線圈串聯(lián)在一起組成一個(gè)PEMFs發(fā)生裝置（GHY-III，F(xiàn)MMU，Xi'an，China；China Patentno.ZL02224739.4），其產(chǎn)生峰值強(qiáng)度為16Gs（1Gs=10-4T），頻率為 15Hz的準(zhǔn)脈沖群。

1.3 足底血流灌注量的測(cè)量

在PEMFs照射前及照射6周后分別對(duì)各分組大鼠的足底血流灌注量進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)儀器為激光多普勒血流儀，測(cè)量部位為每只大鼠的左后足中央。

激光多普勒血流儀是一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)組織內(nèi)微循環(huán)血流灌注量的儀器[7]。從激光多普勒血流儀主機(jī)發(fā)出的激光束通過(guò)輸出光纖探頭，廣泛散射到被測(cè)組織中并部分被吸收，其中一部分激光撞擊到運(yùn)動(dòng)的血細(xì)胞后反射回來(lái)，波長(zhǎng)發(fā)生改變（多普勒頻移效應(yīng)），而散射到靜止組織的激光反射波長(zhǎng)不變。波長(zhǎng)變化的程度及頻率分布與血細(xì)胞的數(shù)量和運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)，與運(yùn)動(dòng)的方向無(wú)關(guān)。這些信息被接收光纖接收，然后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波、放大后再由模-數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相對(duì)流量的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。激光多普勒血流儀測(cè)量的主要參數(shù)為血流灌注量，其單位為相對(duì)值（AU）。實(shí)驗(yàn)中，血流灌注量信號(hào)的采樣頻率為40Hz，激光波長(zhǎng)為780 nm。皮膚探頭（MP1-V2，半徑為4mm）放置于由雙面膠固定的大鼠左側(cè)足底中央的皮膚表面。由于激光多普勒血流儀在實(shí)驗(yàn)中對(duì)溫度的要求較高，因此，本研究室內(nèi)溫度保持在 23～25 °C。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析使用 SPSS（version 14.0，SPSS，IL，USA）軟件來(lái)完成，所有數(shù)據(jù)均用均值±標(biāo)準(zhǔn)差（means±SD）來(lái)表示，P＜0.05認(rèn)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。數(shù)據(jù)分析采用單因素方差分析，組間比較采用Bonferroni校正的成對(duì)比較。

2 結(jié)果

2.1 形態(tài)觀察

正常組大鼠生活狀態(tài)良好，體質(zhì)量明顯增加。模型組及實(shí)驗(yàn)組大鼠在鏈脲佐菌素注射3 d后開(kāi)始出現(xiàn)飲水量、尿量、食量明顯增加的“三多”癥狀。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，大鼠消瘦明顯，精神怠倦，出現(xiàn)腹瀉癥狀，皮毛發(fā)黃，無(wú)光澤。

2.2 PEMFs照射前各分組大鼠的足底血流灌注量

PEMFs照射前各分組大鼠的足底血流灌注量的均值及標(biāo)準(zhǔn)差見(jiàn)表1。

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

依據(jù)以上數(shù)據(jù)作出如圖2所示的統(tǒng)計(jì)圖。

圖2 PEMFs照射前各分組大鼠的足底血流灌注量

分析以上統(tǒng)計(jì)表和統(tǒng)計(jì)圖可知，3個(gè)分組之間的初始足底血流灌注量無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。

2.3 PEMFs照射6周后各分組大鼠的足底血流灌注量

PEMFs照射6周后各分組大鼠的足底血流灌注量的均值及標(biāo)準(zhǔn)差見(jiàn)表2。

依據(jù)以上數(shù)據(jù)作出如圖3所示的統(tǒng)計(jì)圖。

分析以上統(tǒng)計(jì)表和統(tǒng)計(jì)圖，我們得出以下結(jié)論：

表2 PEMFs照射6周后各分組大鼠的足底血流灌注量

圖3 PEMFs照射6周后各分組大鼠的足底血流灌注量

（1）模型組、實(shí)驗(yàn)組的足底血流灌注量顯著低于正常組（P＜0.05），說(shuō)明糖尿病使大鼠的足底血流灌注量顯著降低。

（2）實(shí)驗(yàn)組的足底血流灌注量顯著高于模型組（P＜0.05），說(shuō)明PEMFs能提高糖尿病大鼠的足底血流灌注量。

3 討論

不同的PEMFs會(huì)產(chǎn)生不同的生物效應(yīng)，即電磁場(chǎng)生物效應(yīng)存在明顯的“窗口”效應(yīng)，并且“窗口”可能不止一個(gè)。關(guān)于15 Hz的PEMFs的生物效應(yīng)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了很多研究。Bassett等采用頻率為15Hz的PEMFs治療骨折、骨不連患者的療效顯著[8]，Yang等報(bào)道了15Hz的PEMFs有神經(jīng)保護(hù)的作用[9]。這些研究表明15Hz很可能就是電磁場(chǎng)生物效應(yīng)“頻率窗”中的一個(gè)。

大量研究表明，PEMFs對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的血流動(dòng)力學(xué)有一定的影響，然而其機(jī)理卻至今難以闡明。本文推測(cè)PEMFs影響糖尿病大鼠的足底血流灌注量的主要機(jī)理如下：

（1）PEMFs有助于分泌神經(jīng)性的因子[10]，特別是影響一些控制微循環(huán)的交感神經(jīng)系統(tǒng)或者中樞神經(jīng)系統(tǒng)的電傳導(dǎo)活動(dòng)，進(jìn)而來(lái)影響血流微循環(huán)系統(tǒng)的參數(shù)。

（2）由于血漿內(nèi)含鐵血紅蛋白、Ca2+、Mg2+、Na+等的存在，PEMFs的作用使得順磁性的血漿在電磁場(chǎng)中受到電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用，上述粒子可能與血管壁相互作用，使得血管內(nèi)徑增大。根據(jù)Poiseulle′s Law[11]，血管外周阻力為：

其中，L為血管長(zhǎng)度，η為血液黏滯系數(shù)，r為血管半徑?？梢钥闯觯芡庵茏枇εc血管半徑的四次方成反比。因而，血管半徑很小的增幅便能引起外周阻力大幅減小，最終可能引起血流量的大幅增加。

（3）糖尿病大鼠血糖濃度較高導(dǎo)致其血液黏滯系數(shù)η較高，因而造成血管外周阻力較大。這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。

綜上，本文研究了PEMFs對(duì)糖尿病大鼠的足底血流灌注量的影響。結(jié)果表明，PEMFs照射能夠緩解糖尿病大鼠的足底血流灌注量的下降。由此推知，PEMFs對(duì)相關(guān)疾病導(dǎo)致的微循環(huán)障礙可能有積極的治療作用，但其確切機(jī)理還有待更多的實(shí)驗(yàn)來(lái)加以研究證實(shí)。

[1] Bassett CA.Fundamental and practical aspects of therapeutic uses of pulsed electromagnetic fields（PEMFs）[J].Critical Reviews in Biomedical Engineering，1989，17（5）：451-529.

[2] Detlavs I，Dombrovska L，Klavinsh I，etal.Experimental study of the effect of electromagnetic fields' in the early stage of wound healing[J].Bioelectroche mistry and Bioenergetics，1994，35（1-2）：13-17.

[3] Jing D，Shen G，Huang J，etal.Circadian rhythm affects the preventive role of pulsed electromagnetic fields on ovariecto my-induced osteoporosis in rats[J].Bone，2010，46（2）：487-495.

[4] Jing D，Cai J，Shen G，et al.The preventive effects of pulsed electromagnetic fieldson diabetic bone loss in streptozotocin-treated rats[J].Osteoporosis International，2011，22（6）：1 885-1 895.

[5] Luo E，Shen G，Xie K，et al.Alimentary hyperlipemia of rabbits is affected by exposure to low-intensity pulsed magnetic fields[J].Bioelectro magnetics，2007，28（8）：608-614.

[6] Mert T，Gunay I，Ocal I.Neurobiological effects of pulsed magnetic field on diabetes-induced neuropathy[J].Bioelectro magnetics，2010，31（1）：39-47.

[7] 雷濤，申廣浩，姜茂剛，等.小波變換在人體血流灌注信號(hào)分析中的應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2012，29（6）：3 784-3 787.

[8] BassettCA，Pilla A A，Pawluk R J.A non-operative salvage of surgically-resistant pseudar throses and non-unionsby pulsing electromagnetic fields：A preliminary report[J].Clinical Orthopaedics and Related Research，1977，124：128-143.

[9] Yang Y，Li L，Wang Y G，et al.Acute neuroprotective effects of extremely low-frequency electromagnetic fields after traumatic brain injury in rats[J].Neuroscience Letters，2012，516（1）：15-20.

[10] Miura M，Okada J.Non-thermal vasodilatation by radio frequency burst-type electromagnetic field radiation in the frog[J].The Journal of Physiology，1991，435：257-273.

[11] Roos A.Poiseuille's law and its limitations in vascular systems[J].Medicina Thoracalis，1962，19：224-238.