雷極英，楊雪冰，王春寧，宋琳哲，郭建中

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低頻脈沖超聲對大鼠骨骼肌疲勞的恢復(fù)效果研究

雷極英，楊雪冰，王春寧，宋琳哲，郭建中

(陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院陜西省超聲重點實驗室，陜西西安 710062)

建立大鼠的運動疲勞模型，研究低頻脈沖超聲對骨骼肌運動疲勞的恢復(fù)效果，通過對肌肉組織的物理(體重)和生化(肌酸激酶(Creatine Kinase, CK)，血尿素氮(Blood Urea Nitrogen, BUN)，肌酐，丙二醛和鈣離子)指標(biāo)分析，研究低頻脈沖超聲與大鼠骨骼肌疲勞恢復(fù)效果的相關(guān)性。結(jié)果表明，在進(jìn)行超聲照射后，大鼠血清中的CK值和BUN值較疲勞組得到一定的緩解，體重存在一定范圍的上升。初步的實驗表明低頻脈沖超聲對緩解肌肉的疲勞有一定的促進(jìn)作用。

超聲治療；肌肉疲勞；運動疲勞模型

0 引言

肌肉組織運動后的疲勞與恢復(fù)是肌肉組織的正常生理現(xiàn)象。促進(jìn)肌肉組織運動疲勞狀態(tài)的恢復(fù)，對人們的正常生活，特別是運動訓(xùn)練有重要的意義。我們知道，按摩有助于緩解肌肉疲勞，除此之外，Tavares F[1]提出的冷水浸泡法，利用在冷環(huán)境下血管的收縮，降低組織由于炎癥而引起的肌肉不適以及腫脹。Lisa E. Heaton[2]提出的食療方法，通過對蛋白質(zhì)、糖原和其他一些營養(yǎng)物質(zhì)的搭配，來加速細(xì)胞修復(fù)。但對于緩解肌肉疲勞來講，持續(xù)時間較長，且冷水浸泡法可能會影響訓(xùn)練中的肌肉尺寸適應(yīng)性。陳思穎[3]經(jīng)過試驗闡述了電刺激的效果在某些方面不如低頻超聲。

研究表明，低頻超聲在細(xì)胞恢復(fù)、骨愈合[4]、消除炎癥[5]等方面都取得了很好的效果。本文針對低頻超聲對細(xì)胞功能的恢復(fù)問題，通過大鼠的運動模型，研究肌肉組織運動疲勞的恢復(fù)效果。

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1.1 實驗?zāi)Ｐ?/h3>

實驗?zāi)Ｐ褪牵翰捎么笫筠D(zhuǎn)輪式跑步機建立疲勞模型，優(yōu)勢在于當(dāng)大鼠出現(xiàn)心理排斥，并減少運動趨勢時，仍可以被動地進(jìn)行跑步訓(xùn)練，使得模型更好地建立。

實驗采用雄性斯?jié)娎鄹瘛ざ嗬?Sprague Dawley, SD)大鼠，鼠齡6 周齡，體重160±20 g。飼料為大鼠專用飼料，自由飲食飲水，自然光照，溫度適宜。將SD大鼠隨機分成對照組(Control Group, CG)*3只和實驗組(Experimental Group, EG)*7只，實驗組又分為干預(yù)組(Intervention Group, IG)*2只和疲勞組(Fatigue Group, FG)*5只。實驗流程如圖1所示。

本文采取的肌肉狀態(tài)表征參量是：

物理量：體重

生化指標(biāo)：肌酸激酶(Creatine Kinase, CK)，血尿素氮(Blood Urea Nitrogen, BUN)，肌酐(Creatinine, CRE)，丙二醛(Malonaldehyde, MDA)和鈣離子。

圖1 大鼠疲勞模型建立及超聲治療的實驗流程圖

1.2 實驗方法

將大鼠按圖1所示的實驗流程，隨機分成對照組(CG)和實驗組(SG)，實驗組又分成超聲干預(yù)組(IG)和疲勞組(FG)。對照組不做任何處理，自由飲食飲水。實驗組的大鼠在正式疲勞之前，進(jìn)行3 d的適應(yīng)性跑步訓(xùn)練[6]，后進(jìn)行為期22 d的轉(zhuǎn)輪式跑步訓(xùn)練，適應(yīng)性階段和疲勞階段的跑步強度和時間如表1所示。跑步的強度和時間參考Bedford 理論設(shè)計[7]。其中速度的單位是m·min-1，時間的單位是min。

表1 大鼠疲勞運動訓(xùn)練方案(m·min-1×min)

圖2 大鼠轉(zhuǎn)輪式跑臺照片

實驗過程分為兩個階段，疲勞模型建立階段(同時進(jìn)行超聲干預(yù))時間為22 d和超聲治療階段(進(jìn)行超聲照射治療)時間為14 d。

在疲勞模型建立期間，對干預(yù)組(IG)的兩只大鼠的大腿前側(cè)股四頭肌進(jìn)行超聲干預(yù)，采用脈沖重復(fù)頻率為100 Hz，占空比20%，中心頻率為1.5 MHz，強度為30 mW·cm-2的低強度脈沖超聲，每天照射時間為20 min，照射周期為22 d。對照組(CG)不做任何處理，疲勞組(FG)只做訓(xùn)練。在第23天，讓干預(yù)組(IG)的所有大鼠跑到力竭，三組隨機各處死一只。取其血液檢測生化指標(biāo)(CRE，CK，BUN和鈣離子)。干預(yù)階段期間，每3 d測量一次體重。

在超聲治療階段，將疲勞組(FG)中4只大鼠隨機分成兩組，分別為超聲組(Ultrasonic Group, USG)和自由恢復(fù)組(Free Recovery Group, FRG)，超聲組(USG)對其照射與干預(yù)組(IG)相同條件的超聲，照射部位相同，自由恢復(fù)組(FRG)不做任何處理。治療階段時間為14 d，在第15 d處死，采血做生化指標(biāo)(CK，BUM和MDA)檢測。治療階段期間，每2 d測一次體重。

2 實驗結(jié)果

實驗結(jié)果分兩個階段，干預(yù)階段和治療階段。每個階段的實驗數(shù)據(jù)為物理指標(biāo)(體重)和生化指標(biāo)(CK, BUM, CRE, MDA和鈣離子)。具體實驗數(shù)據(jù)如下。

2.1 干預(yù)階段實驗數(shù)據(jù)

圖3為干預(yù)階段干預(yù)組(IG)、疲勞組(FG)和對照組(CG)的體重變化。

表2為干預(yù)階段采集大鼠血液，血漿分離后血清中CRE，CK，鈣離子和BUN的含量。

2.2 治療階段實驗數(shù)據(jù)

表3為治療階段采集大鼠血液，血漿分離后血清中CK，BUN和MDA的含量，在殺鼠取血過程中由于自有恢復(fù)組(FRG)采血失敗，故沒有生化指標(biāo)。

圖3 干預(yù)階段干預(yù)組(IG)、疲勞組(FG)和對照組(CG)的體重變化

表2 干預(yù)階段生化指標(biāo)測試

圖4為治療階段超聲組(USG)、自由恢復(fù)組(FRG)和對照組(CG)的體重變化情況。

圖4 治療階段超聲組(USG)、自由恢復(fù)組(FRG)和對照組(CG)的體重變化

3 結(jié)果分析

3.1 干預(yù)階段

對表2干預(yù)階段的生化指標(biāo)測試進(jìn)行分析：干預(yù)組(IG)的肌酐含量明顯低于疲勞組(FG)，但仍然比對照組(CG)的含量高。肌酸激酶(CK)的含量值受時間的影響較大，可能會出現(xiàn)疲勞組(FG)在48 h內(nèi)小于對照組(CG)的情況，超聲干預(yù)組(IG)的CK值會上升。疲勞組(FG)的鈣離子濃度比對照組(CG)有小范圍的下降[8]。干預(yù)組(IG)的血尿素氮含量低于疲勞組(FG)，但仍然比對照組(CG)高。

通過對圖3干預(yù)階段IG、FG、CG體重變化分析可知，在干預(yù)階段，對照組(CG)的大鼠體重呈明顯的上升趨勢，而干預(yù)組(IG)和疲勞組(FG)的體重上升緩慢，干預(yù)組(IG)的體重比疲勞組(FG)的體重上升要平緩。

3.2 治療階段

對表3治療階段生化指標(biāo)測試進(jìn)行分析可知：MDA反映了細(xì)胞的受損情況，MDA含量越高，生物膜受損越嚴(yán)重。就超聲組(USG)來說，其含量低于對照組(CG)。其余兩個指標(biāo)的數(shù)據(jù)與實驗理論數(shù)據(jù)相差較大，可能是因為在采血過程中出現(xiàn)了溶血情況。

對圖4治療階段的USG，SRG，CG體重變化分析可知，對照組的體重一直趨于上升階段，且始終比超聲組(USG)和自由恢復(fù)組(FRG)要高，自由恢復(fù)組(FRG)的體重在自由恢復(fù)階段初期存在一個明顯的驟升階段，而超聲組(USG)始終緩慢增長，且是三組中體重最低的一組。

4 結(jié)論

通過對整個實驗的實驗數(shù)據(jù)分析，可以得出，當(dāng)超聲強度在30 mW·cm-2，脈沖重復(fù)頻率為100 Hz，占空比20%，中心頻率為1.5 MHz時，超聲對疲勞的減緩和治療都起到一定的促進(jìn)作用。就本文而言，干預(yù)階段，超聲對緩解肌肉疲勞的作用更為明顯。通過對物理生化指標(biāo)的分析可以明確得出，超聲可以用來減緩和治療疲勞。但具體的實驗數(shù)據(jù)與所參考的文獻(xiàn)存在差異，推測可能是由于實驗對象數(shù)量較少，存在明顯的個體差異，實驗過程不嚴(yán)謹(jǐn)所致。

[1] TAVARES F, SMITH T B, DRILLER M. Fatigue and recovery in rugby: a review[J]. Sports Medicine, 2017, 47(8): 1515-1530.

[2] HEATON L E, DAVIS J K, RAWSON E S, et al. Selected in-season nutritional strategies to enhance recovery for team sport athletes: a practical overview[J]. Sports Medicine, 2017, 47(11): 1-18.

[3] 陳思穎. 低強度超聲波與電磁場對改善運動后延遲性肌肉酸痛的作用研究[D]. 西安: 陜西師范大學(xué), 2016.

CHEN Siying. Effect of low intensity ultrasound and electromagnetic field on the improvement of delayed muscle soreness after exercise[D]. Xi'an: Shaanxi Normal University, 2016.

[4] MAYR E, FRANKEL V H, RüTER A. Ultrasound: an alternative healing method for nonunions[J]. Archives of Orthopaedic & Trauma Surgery, 2000, 120(1-2): 1-8.

[5] YANG Y H, HE C Q, YANG L, et al. Effects of different intensity pulsed electromagnetic fields on serum estradiol of ovariectomized rats[J]. Journal of Sichuan University, 2008, 39(2):256.

[6] 劉曉莉, 羅勇, 喬德才. 大鼠一次性力竭跑臺運動模型的建立及動態(tài)評價[J]. 中國實驗動物學(xué)報, 2012, 20(3): 25-28.

LIU Xiaoli, LUO Yong, QIAO Decai. Establishment and dynamic evaluation of a rat model of one single bout exhaustive exercise on treadmill[J]. Acta Laboratorium Animalis Scientia Sinica, 2012, 20(3): 25-28.

[7] BEDFORD T G, TIPTON C M, WILSON N C, et al. Maximum oxygen consumption of rats and its changes with various experimental procedures[J]. Journal of Applied Physiology Respiratory Environmental & Exercise Physiology, 1979, 47(6): 1278.

[8] 汶希, 潘華山, 馮毅翀. 大鼠運動性疲勞模型的建立[J]. 中國實驗動物學(xué)報, 2009, 17(5): 368-372.

WEN Xi, PAN Huashan, FENG Yichong. Establishment of a rat model of exercise induced fatigue[J]. Acta Laboratorium Animalis Scientia Sinica, 2009, 17(5): 368-372.

Effect of low-frequency pulsed ultrasound on recovery ofskeletal musclefatigue in rats

LEI Ji-ying, YANG Xue-bing, WANG Chun-ning, SONG Lin-zhe, GUO Jian-zhong

(Shaanxi Province Key Laboratory of Ultrasound, Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, Shaanxi, China)

The effect of low frequency pulsed ultrasound on the recovery of skeletal muscle fatigue is studied by establishing the exercise fatigue model in rats. The correlation between low frequency pulsed ultrasound and recovery of skeletal muscle fatigue in rats is investigated by analyzing physical (weight) and biochemical (CK, BUN, MDA, CRE and calcium) indexes of muscle tissue. The results show that the CK value and BUN value in the serum of the rats are more than those in the fatigue group (FG) after ultrasonic irradiation, and the body weight increases in a certain range. Preliminary experiments show that low-frequency pulsed ultrasound has a certain promoting effect on reliving muscle fatigue.

ultrasound treatment; muscle fatigue; motion fatigue model

TB559

A

1000-3630(2018)-04-0316-04

10.16300/j.cnki.1000-3630.2018.04.004

2017-12-04;

2018-02-18

國家自然科學(xué)基金(11574192、11727813)資助項目

雷極英(1993－), 女, 山西太原人, 碩士研究生, 研究方向為醫(yī)學(xué)超聲。

郭建中,E-mail: guojz@snnu.edu.cn