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中国组织工程研究与临床康复 第12卷 第13期 2008–03–25出版
Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research March 25, 2008 Vol.12, No.13
基础医学
聚焦超声单次治疗慢性软组织损伤兔局部肌组织前列腺素E2、pH值以及
★
血浆β-内啡肽的变化
王 涛，苏 静，陈文直，王智彪
Changes in prostaglandin E2 and pH value in injured muscle tissue and beta-endorphin in plasma after a single treatment of focused ultrasound in rabbits with chronic soft tissue injury
Wang Tao, Su Jing, Chen Wen-zhi, Wang Zhi-biao
Abstract
AIM: To observe the changes in the content of prostaglandin E2 (PGE2), pH value in injured muscle tissue, and β-endorphin (β- EP) in plasma after a single treatment of focused ultrasound in rabbits with chronic soft tissue injury, and to explore the mechanism of focused ultrasound for the treatment of chronic soft tissue injury.
METHODS: The experiment was performed at Institute of Ultrasound Engineering in Medicine, Chongqing Medical University from September 2006 to August 2007. ①Seventy-two healthy rabbits irrespective of gender were selected and randomized into 3 groups (n =24): model group, control group and ultrasound group. Each group was subdivided into 3 subgroups according to different time points of observation after treatment (n =8): 30 minutes, 3 and 7 days. ②Rabbit models of chronic soft tissue injury were successfully established. On the 2nd day after modeling, the ultrasound group underwent a single treatment of focused ultrasound with 1.8 MHz, focus intensity of 2.25 W/cm2, a continuous output wave, and fixed way for 20 seconds, 5 seconds interval, and removal way for 60 seconds. The control group was subjected to sham exposure. No treatment was given to the model group. ③The contents of PGE2 (ELISA) and pH value in injured muscle tissue were detected. The blood samples were drawn from ear veins of rabbits in the ultrasound group and control group treated for 3 days to test the mass concentrations of β-EP in plasma by radioimmunoassay before, 5 minutes and 24 hours after treatment.
RESULTS: All 72 rabbits were included in the final analysis. ①The content of PGE2 was significantly decreased and pH value was significantly increased in ultrasound group compared with control group and model group 30 minutes after treatment (P < 0.01). The contents of PGE2 and pH value had no difference respectively among three groups 3 and 7 days after treatment (P > 0.05). ②In ultrasound group, the mass concentration of β-EP was significantly increased at 5 minutes after treatment compared with that before treatment (P < 0.01). There was no difference between that before treatment and 24 hours after treatment (P >0.05). The mass concentrations of β-EP had no difference within the control group at each time point (P > 0.05).
CONCLUSION: The effects of focused ultrasound on chronic soft tissue injury might be highly correlated with a decrease in PGE2, an increase in pH value in injured muscle tissue, and an increase in plasma β-EP.
Wang T, Su J, Chen WZ, Wang ZB.Changes in prostaglandin E2 and pH value in injured muscle tissue and beta-endorphin in plasma after a single treatment of focused ultrasound in rabbits with chronic soft tissue injury. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(13):2451-2454(China) [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-13/13k-2451(ps).pdf]
摘要
目的：观察兔慢性软组织损伤经聚焦超声单次治疗后局部肌组织的前列腺素E2、pH值以及血浆β-内啡肽的变化，初步探讨聚焦超声治疗慢性软组织损伤的机制。
方法：实验于2006-09/2007-08在重庆医科大学医学超声工程研究所实验室完成。①分组：选72只健康家兔，雌雄不拘，随机分为模型组、对照组和超声组3组，各24只；每组又按治疗后观察时间点随机分为30 min、3，7 d 3个时间点，每时间点8只。②干预：制备兔慢性软组织损伤模型。造模完成后第2日，超声组应用H5018型聚焦超声阿是治疗仪给予聚焦超声单次治疗，超声输出为连续式，频率1.8 MHz，焦点声强2.25 W/cm2，先行固定法治疗20 s,间隔5 s,再行移动法治疗60 s。对照组给予假治疗，模型组不治疗。③评估指标：各组不同时间局部肌组织前列腺素E2含量（ELISA法）与pH值；并选超声组与对照组中的治疗后3 d实验兔，分别于治疗前、治疗后5 min，24 h采耳缘静脉血，放射免疫法检测血浆β-内啡肽水平。
结果：72只实验兔均进入结果分析。①局部肌组织前列腺素E2与pH值变化：治疗后30 min，超声组前列腺素E2含量低于对照组和模型组（P < 0.01），pH值高于对照组和模型组（P < 0.01）；而治疗后3，7 d，3组间前列腺素E2含量及pH值差异均无显著性意义（P > 0.05）。②β-内啡肽质量浓度变化：超声组治疗后5 min显著高于治疗前（P < 0.01），治疗后24 h与治疗前差异无显著性意义（P > 0.05）；对照组中治疗前后各时间点比较差异均无显著性意义（P > 0.05）。
结论：聚焦超声对慢性软组织损伤的治疗作用可能与损伤部肌组织的前列腺素E2含量降低、pH值升高以及血浆β-内啡肽水平升高有关。
关键词：超声波；软组织损伤；前列腺素E2；pH值；β-内啡肽；医学工程学
王涛，苏静，陈文直，王智彪.聚焦超声单次治疗慢性软组织损伤兔局部肌组织前列腺素E2、pH值以及血浆β－内啡肽的变化[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(13):2451-2454 [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-13/13k-2451(ps).pdf]
ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN: ZLKHAH Department of Biomedical Engineering and Institute of Ultrasound Engineering in Medicine, Chongqing Medical University, Chongqing 400016, China
Wang Tao★, Studying for master's degree, Attending physician, Department of Biomedical Engineering and Institute of Ultrasound Engineering in Medicine, Chongqing Medical University, Chongqing 400016, China
mywls2004@yahoo. com.cn
Received:2007-11-15 Accepted:2008-01-14
重庆医科大学生物医学工程系/医学超声工程研究所，重庆市 400016
王 涛★，男，1974抚顺市人，汉族，年生，辽宁省重庆医科大学在读硕士，主治医师，主要从事超声治疗方面的研究。
mywls2004@yahoo. com.cn
中图分类号:R318 文献标识码:B
文章编号:1673-8225 (2008)13-02451-04
收稿日期：2007-11-15 修回日期：2008-01-14 (07-50-11-6296/N〃A) 2451
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王涛，等.聚焦超声单次治疗慢性软组织损伤兔局部肌组织前列腺素E2、pH值以及血浆β－内啡肽的变化
>>本文导读<<
课题背景：慢性软组织损伤临床发创新要点：以往大量有关超声 病广泛、治愈困难，治疗手段虽多，治疗软组织损伤的动物实验报
传统超声理疗因其无创、道，多侧重于超声对组织再生、 但各有利弊。
无不良并发症、操作简便而被应用已愈合方面的影响，而本实验不仅 60余年，但治疗效果近来颇受争议。采用了与传统平面超声投射方式 为提高其疗效，作者尝试采用聚焦超不同的聚焦超声，并且从慢性软 声对本病治疗，以期充分发挥超声效组织损伤局部炎性（致痛）递质
应及超声特性，前期临床试验取得良及体内镇痛物质变化的角度，探
好疗效，本实验是对其治疗机制的初讨其治疗机制，对临床治疗具有
步探讨。 一定指导意义。
0 引言
同行评价：超声治疗是物理治疗学中的常用方法，慢性软组织损伤也是此方法的适应证之一，本文的研究结果为超声波在医学上的治疗作用作了有益的探索。无菌性炎症是慢性软组织损伤病理特点，也是其致痛的主要原因。 前列腺素E2被认为是重要的炎症和疼痛递质， pH值也能够反映组织微环境状况，这些数据均可为临床治疗提供理论依据。
2.25 W/cm2，焦距24 mm。ELX800酶标仪（BIO-TEK公司），5810R低温离心机（Eppendorf公司），1302血气分析仪（美国IL公司），DFM-96型10管放射免疫γ计数器
超声波治疗慢性软组织损伤及其疼痛虽然开展较
早，但对临床疗效尚存争议，未得到一致的肯定[1]，也很少有直接的证据表明超声效应确实促使活体内发生了某些变化[2]。作者尝试采用聚焦超声治疗慢性软组织损伤，前期临床试验取得良好效果。为此，本实验通过动物实验，观察聚焦超声单次治疗慢性软组织损伤后局部肌组织前列腺素E2、pH值以及血浆β-内啡肽的变化，对聚焦超声治疗慢性软组织损伤的机制作一初步探讨。
1 材料和方法
设计：随机对照动物实验。
单位：重庆医科大学生物医学工程系医学超声工程研究所。
材料：实验于2006-09/2007-08在重庆医科大学生物医学工程系医学超声工程研究所省部共建重点实验室完成。
实验动物：选用健康成年家兔72只，雌雄不限，体质量2.0~2.5 kg，由重庆医科大学动物实验中心（许可证号：SCXK（渝）2007-0001）提供。实验过程中动物处置符合动物伦理学标准。将72只实验兔随机分为模型组、对照组和超声组3组，每组24只；每组再按治疗后不同观察取材时间点又随机分为30 min、3，7 d 3个时间点，每时间点8只。
主要试剂和仪器：兔前列腺素E2 ELISA 试剂盒(USCNLIFE进口原装)，β-内啡肽放免试剂盒（解放军第二军医大学神经生物教研室提供），EDTA-Na2、抑肽酶（上海生工生物工程技术公司）。H5018型聚焦超声阿是治疗仪由重庆海扶（HIFU）技术有限公司研制，本实
(合肥众成机电公司)。
设计、实施、评估者：设计、实施、评估均为本文作者，未采用盲法评估。
技术路线：
慢性软组织损伤兔模型的制备：参照周国林等[3]与吴峻等[4]软组织损伤造模方法，自制软组织损伤打击器，弹力打击锤200 g，打击高度12 cm。选取家兔一侧臀部剪刀去毛，每次确定对准臀部软组织同一部位，连续打击3下，隔日1次，连续4周后停止打击，无骨折及皮肤破裂，不做任何处理正常饲养3 d，完成慢性软组织损伤兔模型的制备。
实验治疗：造模完成后第2日，进行实验干预治疗。治疗前1 d，各组兔臀部治疗区以2%硫化钠溶液脱毛。①超声组：给予聚焦超声单次治疗慢性损伤局部，采用固定法联合移动法。超声治疗头输出总功率为5 W，连续式输出，焦点声强2.25 W/cm2。将家兔俯卧固定，局部皮肤涂以超声耦合剂，超声治疗头圆心对准损伤部位中心，压紧皮肤，先行固定法治疗20 s，停顿5 s后，再行移动法治疗60 s，为原位螺旋形移动，移动速度1.0~2.0 cm /s。②对照组：操作过程同超声组，但超声治疗仪不开机，治疗头无能量输出，为假治疗。③模型组：不予任何处理。
局部肌组织前列腺素E2含量的测定：完成治疗后，各组按观察时间点麻醉后处死实验兔，取软组织损伤区中心部位的肌组织标本0.5 g，加入生理盐水1 mL，组织匀浆器内充分匀浆，离心（3 000 r/min，20 min），仔细收集上清液，-70 ℃低温冰箱保存待测。前列腺素E2的检测采用酶联免疫吸附试验（ELISA），方法与步骤严格按ELISA试剂盒说明书进行，所测前列腺素E2含量以
验中针对特定软组织厚度，所选用的治疗头直径为 pg/g表示。
30 mm，总输出功率5 W，频率1.8 MHz，焦点声强 局部肌组织pH值的测定：各组实验兔处死后，同时
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再取损伤中心部位肌组织0.5 g，加pH值为7.0的重蒸馏水至1.7 mL，制成匀浆，用1302血气分析仪测定pH值。
血浆β-内啡肽质量浓度的测定：对超声组与对照组中3 d时间点实验兔采用22号长留置针穿刺耳缘静脉并妥善固定，分别于治疗前、治疗后5 min、治疗后24 h抽取耳缘静脉血2 mL，注入预冷含有10%EDTA-Na2 40μL和抑肽酶40 μL的离心管中，混匀4 min，迅速低温离心 (4 ℃，3 000 r/min，10 min)，分离出血浆，置于-40 ℃低温冰箱保存待测。血浆β-内啡肽质量浓度的检测采用放射免疫法，方法与步骤严格按试剂盒说明书进行，所测得质量浓度值以ng/L表示。
主要观察指标：观察各组实验兔在治疗后不同时间点局部肌组织的前列腺素E2含量及pH值；选超声组与对照组中3 d时间点实验兔，观察其治疗前后各时间点的血浆β-内啡肽质量浓度。
统计学方法：由第二作者应用SPSS13.0统计软件进行数据处理，计量资料以x_
±s表示，采用方差分析，LSD方法两两比较，P < 0.05为差异有显著性意义。
2 结果
2.1 实验动物数量分析 72只实验兔全部进入结果分析，无脱失。
2.2 局部肌组织前列腺素E2含量比较 见表1。 表1 各组聚焦超声单次治疗后不同时间点局部肌组织前列
腺素E2含量比较
Table 1 Contents of prostaglandin E2 in injured muscle tissue of each group at different time points after a single treatment of fo-cused ultrasound （x_
±s，n=8，pg/g）
Group
t （after treatment）
30 min 3 d 7 d
Model 82.55±6.23a
72.38±6.13 63.43±4.87 Control 84.34±6.85
a
72.56±5.49 61.72±5.43 Ultrasound
65.14±5.58 70.99±6.26 60.67±5.60
a
P < 0.01, vs. ultrasound group
由表1可见：①超声治疗后30 min时间点：超声组局部肌组织前列腺素E2含量低于对照组和模型组（P < 0.01），对照组与模型组比较差异无显著性意义（P > 0.05）。②超声治疗后3，7 d时间点：3组局部肌组织前列腺素E2含量比较差异无显著性意义（P > 0.05）。 2.3 局部肌组织pH值的变化 见表2。
由表2可见：①超声治疗后30 min时间点：超声组pH值高于对照组和模型组（P < 0.01），对照组与模型组比较差异无显著性意义（P > 0.05）。②超声治疗后3，7 d时间点：3组局部肌组织pH值比较差异无显著性意义 (P > 0.05)。
2.4 血浆β-内啡肽质量浓度的变化 见表3。
ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN: ZLKHAH
表 2 各组聚焦超声单次治疗后不同时间点局部肌组织pH
值比较 Table 2
pH value in injured muscle tissue of each group at differ- ent time points after a single treatment of focused ultra-sound (x_
±s，n=8）
Group
t （after treatment）
30 min 3 d 7 d Model 6.32±0.10a
6.54±0.13 6.70±0.16 Control Ultrasound
6.30±0.12a 6.52±0.08 6.69±0.14 6.61±0.09
6.55±0.11
6.72±0.13
a
P < 0.01,
vs. ultrasound group
表3 对照组和超声组聚焦超声单次治疗前后不同时间点血
浆β-内啡肽质量浓度比较
Table 3 Mass concentrations in plasma at different time points
before and after a single treatment of focused ultrasound (x_
±s，n=8，ng/L）
Group
Before
5 min after 24 h after treatment
treatment
treatment Control 192.87±17.47 194.85±25.63 197.84±21.82 Ultrasound
196.11±22.91 246.34±14.62ab
198.31±20.41
a
P < 0.01, vs. ultrasound group before treatment; b P < 0.01, vs. control group 5 minutes after treatment
由表3可见，超声组治疗后5 minβ-内啡肽质量浓度显著高于治疗前（P < 0.01）；治疗后5 min，超声组β-内啡肽质量浓度显著高于对照组（P < 0.01）；超声组治疗后24 hβ-内啡肽质量浓度与治疗前比较差异无显著性意义（P > 0.05）；对照组各时间点β-内啡肽质量浓度差异均无显著性意义（P > 0.05）。 3 讨论
慢性软组织损伤一般指损伤时间3周以上者[5]，软组织外科学的观点认为，无菌性炎症是其病理特点，也是其致痛的主要原因[6]。 前列腺素E2被认为是重要的炎症和疼痛递质，与慢性软组织损伤的无菌性炎症及疼痛密切相关，例如临床治疗软组织疼痛的首选药物——非类固醇体抗炎镇痛药，其抗炎作用就是通过抑制炎症过程中的环氧化酶途径从而抑制前列腺素合成来实现的。而pH值也能够反映组织微环境状况，即pH值愈低，炎症反应愈严重。因此，二者能够作为衡量慢性软组织损伤无菌性炎症变化的指标。
本文结果显示，聚焦超声单次治疗后30 min出现受损肌组织的前列腺素E2含量降低、pH值升高,而在治疗后3，7 d二者与对照组、模型组无差异，表明聚焦超声治疗慢性软组织损伤能够较快缓解炎症，但单次的超声治疗尚缺乏持续效应。
本实验中前列腺素E2含量降低、pH值升高可能与以下因素有关：①实验所采用的聚焦超声为低强度，较为
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集中的能量沉积可以更好地发挥超声的温热效应，更为迅速的缓解无菌性炎症组织中微循环障碍，血流量的增加及代谢加速，可能会促使包括前列腺素E2、H+在内的炎症递质与致痛递质得以迅速降解或清除；同时缺血缺氧改善，乳酸等酸性代谢产物减少，致组织pH值升高微环境改善，可避免细胞受到新的炎性刺激而损伤，从而又减少了前列腺素E2的产生和释放。②聚焦超声的机械效应可对组织细胞产生有益的微细按摩作用，称为细胞按摩[7]；此外还可能诱导稳态空化及微声流效应[8]，其产生的机械压力变化可以改变离子通过细胞膜的运动，利于细胞内外物质的转运，使组织内环境的电解质迅速恢复酸碱平衡，有助于受损细胞的恢复[9-11]。
超声对慢性软组织损伤的镇痛作用可能与其影响末梢感受器及神经纤维的传导从而提高痛阈有关[12]，但超声效应能否通过神经体液调节来发挥镇痛作用尚待研究。本实验所观察的指标β-内啡肽是体内一种镇痛作用较强的内源性阿片肽。研究发现，针灸及电针作用于相应穴位或阿是穴（敏感压痛点），可通过经络或神经反射激活内源性阿片肽系统释放β-内啡肽等内源性镇痛物质，从而获得镇痛效应
[13-14]
。本实验操作时超
声治疗头作用于损伤局部的中心，可视为将能量集中的一束超声波作用于阿是穴，起到超声针灸的功效[15]。超声组实验兔血浆β-内啡肽水平治疗后即刻升高，而在治疗后24 h又恢复至治疗前水平，提示聚焦超声治疗可能具有与上述疗法机制相似的短暂镇痛效应。金完成等
[16]
通
过观察皮肤电阻和皮温的改变证明了超声亦具有循经传导的特点，并认为超声的机械效应对经络的传导有直接影响，超声的热效应对穴位组织的温热作用较大，有温经活络类似温灸的作用。
聚焦超声对上述三项指标的影响可能是其治疗慢性软组织损伤机制之一。前列腺素E2含量降低、pH值升高可以抑制局部炎症及疼痛；β-内啡肽升高对中枢及外周的镇痛作用又会缓解局部痛性痉挛及微循环障碍，继而减轻炎症，三者的变化具有协同作用，为阻断炎症-
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疼痛-加重炎症这一慢性软组织损伤的恶性循环途径提供了可能，对临床治疗具有一定指导意义。至于聚焦超声对其他炎症介质及局部神经末梢功能的作用如何，连续多次治疗后的累积效应如何，均有待于进一步研究。
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2022-08-08
