姬高亮 薛朝霞 耿寶梁 劉 旺
(1山西醫(yī)科大學(xué)麻醉學(xué)系,太原030001;2山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院疼痛科,太原030001;3遼寧中醫(yī)藥大學(xué)附屬第四醫(yī)院疼痛科,沈陽(yáng)110100)
不同電壓脈沖射頻對(duì)慢性坐骨神經(jīng)壓迫損傷大鼠模型下丘腦β-內(nèi)啡肽的影響
姬高亮1薛朝霞2Δ耿寶梁3劉 旺1
(1山西醫(yī)科大學(xué)麻醉學(xué)系,太原030001;2山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院疼痛科,太原030001;3遼寧中醫(yī)藥大學(xué)附屬第四醫(yī)院疼痛科,沈陽(yáng)110100)
目的:觀察不同電壓脈沖射頻(pulsed radiofrequency, PRF)對(duì)慢性坐骨神經(jīng)壓迫損傷 (chronic constriction injury, CCI) 大鼠模型下丘腦β-內(nèi)啡肽含量的影響,探討脈沖射頻的鎮(zhèn)痛機(jī)制。方法:雄性SD大鼠72只建立CCI疼痛模型后,隨機(jī)分為4組(n=18):假刺激組H0、PRF低電壓組H1 (45 V)、PRF中電壓組H2 (55 V),PRF高電壓組H3 (65 V)。PRF組:制模后7 d對(duì)其坐骨神經(jīng)結(jié)扎近端行PRF,脈寬20 ms,頻率500 kHz,脈沖頻率2 Hz,持續(xù)時(shí)間2 min,治療電壓分別為45 V、55 V、65 V。假刺激組:制模后7 d在相同位置放置射頻電極,但無(wú)脈沖治療,持續(xù)時(shí)間2 min。制模前、制模后7 d、PRF后1、7和14 d測(cè)定大鼠疼痛行為學(xué)變化。PRF后1、7和14 d,每組各處死6只大鼠,測(cè)定不同時(shí)間點(diǎn)大鼠下丘腦中β-內(nèi)啡肽表達(dá)量。結(jié)果:脈沖射頻組在治療后1天、7天和14天,與假刺激組比較,熱痛閾均明顯提高(P< 0.01)。其中術(shù)后第7日,中、高電壓組明顯高于低電壓組,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P< 0.01);在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),與假刺激組大鼠比較,術(shù)后第1天,7天和14天,低、中、高電壓組大鼠下丘腦β-內(nèi)啡肽含量明顯升高(P< 0.01);術(shù)后第7、14天,與低電壓組相比,中、高組大鼠下丘腦β-內(nèi)啡肽含量明顯升高(P< 0.01);術(shù)后第14日,高電壓組與中電壓組相比,存在顯著差異(P< 0.01)。結(jié)論:電壓45 V、55 V、65 V的2 Hz脈沖射頻均可引起CCI大鼠熱痛閾的升高,可能與其增加下丘腦β-內(nèi)啡肽的含量有關(guān);脈沖射頻電壓大于55 V時(shí),治療效果沒(méi)有進(jìn)一步改善。
脈沖射頻;不同電壓;CCI大鼠;神經(jīng)病理性疼痛;β-內(nèi)啡肽
神經(jīng)病理性疼痛 (neuropathic pain, NP)是由外傷、炎癥或其他疾病等引起神經(jīng)損傷或病變所致的慢性疼痛。其病理生理學(xué)特點(diǎn)是痛覺(jué)的反應(yīng)性增高,主要表現(xiàn)為痛覺(jué)過(guò)敏(hyperalgesia)和痛覺(jué)超敏(allodynia),發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,主要包括中樞敏化和中樞去抑制[1]。
慢性坐骨神經(jīng)壓迫損傷模型(chronic const-riction injury, CCI)是研究NPP的經(jīng)典模型,1988年由Bennett[2]等建立。該模型與臨床神經(jīng)病理性痛特征有相似之處,被廣泛用于神經(jīng)病理性疼痛的研究。目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的研究發(fā)現(xiàn)脈沖射頻(pulsed radiofrequency, PRF)有確切的療效。Laboureyras[3]等將42℃、2 Hz、輸出電壓45 V、持續(xù)2 min的PRF作用于CCI模型大鼠的背根神經(jīng)節(jié)后發(fā)現(xiàn)PRF可顯著降低大鼠痛覺(jué)過(guò)敏。Aksu[4]等在兔坐骨神經(jīng)結(jié)扎模型中發(fā)現(xiàn)經(jīng)外周神經(jīng)的PRF也可有效緩解神經(jīng)病理性疼痛。馬蕓[5]等人也發(fā)現(xiàn)PRF作用于CCI大鼠后明顯提高機(jī)械縮足反射閾值(mechanical withdrawal threshold, MWT)。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外研究顯示某些離子通道表達(dá)、小膠質(zhì)細(xì)胞的活化及相關(guān)細(xì)胞因子的上調(diào)等可能與神經(jīng)病理性疼痛有關(guān)[6,7]。其中,內(nèi)源性阿片肽系統(tǒng)作為PRF治療的可能性機(jī)制之一,主要通過(guò)脊髓、脊髓上和外周三種機(jī)制調(diào)控外周痛覺(jué)信息向中樞傳遞。β-內(nèi)啡肽在20 世紀(jì)70 年代被發(fā)現(xiàn),主要來(lái)自于垂體和下丘腦內(nèi)側(cè)基底部的阿黑皮素原(proopiomelanocortin, POMC),是體內(nèi)具有嗎啡樣活性的且主要的內(nèi)阿片肽之一,是對(duì)疼痛通路進(jìn)行調(diào)節(jié)的主要抑制性遞質(zhì)[8]。內(nèi)啡肽可抑制痛覺(jué)傳導(dǎo)遞質(zhì)P物質(zhì)的釋放,可能與其陽(yáng)性神經(jīng)元的投射有關(guān),從弓狀核發(fā)出投射到腦干中與傷害性刺激傳遞及鎮(zhèn)痛有關(guān)的核團(tuán)從而發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用[9]。
脈沖射頻(PRF)作為一種新型的疼痛治療手段,因其創(chuàng)傷小、并發(fā)癥少且作用顯著的特點(diǎn)[10],在國(guó)內(nèi)外被廣泛用于神經(jīng)病理性疼痛的治療。1997年Sluijter提出[11]脈沖射頻的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)為“42℃、2 Hz、2 min”。此參數(shù)雖不會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重術(shù)后并發(fā)癥,但其療效和有效維持時(shí)間并不理想[12,13],在臨床使用中需要間斷多次進(jìn)行重復(fù)治療,往往給患者帶來(lái)了很大的心理壓力及經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
因此,如何在脈沖射頻可逆性損傷的范圍內(nèi),通過(guò)調(diào)整不同的脈沖射頻參數(shù)來(lái)提高疼痛治療的有效率,延長(zhǎng)治療時(shí)限?本實(shí)驗(yàn)采用隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),在大鼠CCI疼痛模型的基礎(chǔ)上,通過(guò)調(diào)整電壓的參數(shù)設(shè)置行PRF處理后,測(cè)量不同時(shí)間點(diǎn)大鼠行為學(xué)改變以及下丘腦中β-內(nèi)啡肽的變化,根據(jù)檢測(cè)指標(biāo)找到最適電壓,探討脈沖射頻治療神經(jīng)病理性疼痛相關(guān)機(jī)制,為臨床治療提供科學(xué)依據(jù)。
72只健康雄性SD大鼠(北京動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供),6周齡,SPF級(jí),體重200~220 g,動(dòng)物飼養(yǎng)室有良好的通風(fēng)和空氣過(guò)濾系統(tǒng),室溫維持在25℃左右,濕度55%左右,晝/夜循環(huán),自由攝食水。大鼠用6% 水合氯醛(每100 g注射35 mg)麻醉后,俯臥位固定于操作臺(tái)上,備皮、消毒后從右側(cè)大腿中部股骨外緣凹陷處切開皮膚,鈍性分離肌肉,暴露坐骨神經(jīng)主干。用4-0絲線在坐骨神經(jīng)干中部結(jié)扎4個(gè)線結(jié),結(jié)扎強(qiáng)度以引起小腿肌肉輕度顫動(dòng)而不影響神經(jīng)外膜的血液流動(dòng)為宜。每個(gè)線結(jié)之間間隔約1 mm,術(shù)后用醫(yī)用非吸收性外科尼龍縫合線縫合皮膚切口并消毒。
將72只大鼠按隨機(jī)數(shù)字表法分為四組(n=18),分別為假刺激組H0、PRF組H1(45 V),H2(55 V),H3(65 V)。PRF組:制模后7天,使用疼痛射頻治療系統(tǒng)(北琪R-2000B D2)對(duì)坐骨神經(jīng)結(jié)扎近端(距線結(jié)5 mm處)行脈沖射頻干預(yù):脈寬20 ms、頻率500 kHz,脈沖頻率2 Hz,持續(xù)時(shí)間2 min,脈沖電壓分別為45 V、55 V、65 V。假刺激組:制模后7 d,僅在相同位置放置射頻電極,無(wú)脈沖射頻治療,持續(xù)時(shí)間2 min。分別于脈沖射頻后1、7、14 d,每組各處死6只大鼠,通過(guò)酶聯(lián)免疫法,觀察各組大鼠下丘腦β-內(nèi)啡肽的表達(dá)情況。
在制模前、制模后7 d,脈沖射頻治療后1、7和14 d (D1、D7、D14)進(jìn)行行為學(xué)測(cè)定。所有測(cè)定均在固定時(shí)間 (9:00~11:00,AM) 和安靜環(huán)境下進(jìn)行。按照Hargreaves報(bào)道[14]的檢測(cè)方法,使用熱刺激儀(PL-200,泰盟科技)測(cè)定大鼠的熱痛閾(paw thermal withdrawal latency, PWTL),調(diào)整測(cè)痛儀的熱刺激強(qiáng)度,使正常熱痛閾在8~10 s之間。大鼠被置于單獨(dú)的透明有機(jī)玻璃容器中,預(yù)適應(yīng)30 min,采用測(cè)痛儀對(duì)大鼠右側(cè)足底中部進(jìn)行照射,記錄熱刺激縮足反射時(shí)間。每只大鼠每次測(cè)量3次,每次間隔5 min。單次照射不超過(guò)30 s,以免損傷照射部位。
取腦:大鼠斷頭后,迅速取出腦組織,放于冰塊上,剝離下丘腦,濾紙擦拭干凈,放電子天平稱重,然后將組織放入封閉好的EP 管中,投入液氮中冷卻。將組織放入勻漿管中,用移液槍按1:9 的比例加入生理鹽水,進(jìn)行勻漿。將勻漿液放入EP管中,放入離心機(jī)中,以3000 r/min 離心15 min,取上清,放入-70℃冰箱中待測(cè)下丘腦中的β-EP含量。
使用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件處理數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤(±SEM)表示;對(duì)PWTL,組間比較采用方差分析,組內(nèi)不同時(shí)間比較采用獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)、LSD、SNK檢驗(yàn);對(duì)β-內(nèi)啡肽含量,采用雙因素方差分析;P< 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
假刺激組(H0)與脈沖射頻組大鼠在造模7天后一般情況良好,均未出現(xiàn)足部發(fā)紅,發(fā)熱,蜷縮,自噬等癥狀,分別進(jìn)行熱痛閾檢測(cè),與造模前比較發(fā)現(xiàn)熱痛閾(PWTL)明顯降低(P< 0.01),造模成功。各組大鼠不同時(shí)間的痛閾值(PWTL)及下丘腦β-內(nèi)啡肽檢測(cè)結(jié)果均符合正態(tài)性及方差齊。在行不同電壓的脈沖射頻治療過(guò)程中,射頻針尖溫度在36~38℃之間波動(dòng)。
脈沖射頻組在治療后1天、7天和14天,與假手術(shù)比較,痛閾均明顯提高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。其中術(shù)后第1日和14日,低、中、高電壓組間無(wú)差別;第7日,中、高電壓組明顯高于低電壓組,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P< 0.01, 見(jiàn)圖1)。
與假刺激組大鼠比較,術(shù)后第1天,7天和14天,低中高電壓組大鼠下丘腦β-內(nèi)啡肽含量明顯升高(P< 0.01);術(shù)后第7、14天,與低電壓組相比,中高組大鼠下丘腦β-內(nèi)啡肽含量明顯升高(P< 0.01);術(shù)后第14日,高電壓組與中電壓組相比,存在顯著差異(P< 0.05,見(jiàn)圖2)。
隨著人口老齡化,慢性疼痛患者數(shù)量逐年增多,對(duì)疼痛治療需求不斷提高。脈沖射頻是一種神經(jīng)調(diào)節(jié)而非神經(jīng)破壞作用[15],不產(chǎn)生任何神經(jīng)組織的長(zhǎng)期損傷,并可能促進(jìn)神經(jīng)修復(fù),是名副其實(shí)的“治病”方式,這一特點(diǎn)符合當(dāng)前神經(jīng)病理性疼痛的治療理念。為了增強(qiáng)療效,國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者在臨床和實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行過(guò)部分脈沖射頻參數(shù)改良的研究,但一直沒(méi)有突破性進(jìn)展。Lin[16]等通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)比較不同波形的PRF對(duì)NPP的療效,發(fā)現(xiàn)兩種波形均有效緩解癥狀,正弦波效果更明顯。盧振和[17]在不同頻率脈沖射頻對(duì)大鼠脊髓背角C-纖維誘發(fā)電位長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)的影響中,發(fā)現(xiàn)2Hz時(shí)抑制最優(yōu),可能是PRF發(fā)揮鎮(zhèn)痛效應(yīng)機(jī)制之一。吳大勝[12]成功將手動(dòng)調(diào)整脈沖參數(shù)用于臨床,近期療效明顯,但未研究高電壓時(shí)感覺(jué)神經(jīng)是否損傷,并且缺少遠(yuǎn)期觀察。Kim等對(duì)PHN患者進(jìn)行選擇性背根神經(jīng)節(jié)脈沖射頻術(shù),減少了藥物的使用劑量,但效果并不理想[13]。Sluijter[11]認(rèn)為脈沖射頻引起臨床疼痛減輕是由于電場(chǎng)作用,但未見(jiàn)不同電壓下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的相關(guān)報(bào)道。生理機(jī)制方面,Hamann[18]等發(fā)現(xiàn)脈沖射頻作用于脊髓背根神經(jīng)節(jié)可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄激活因子(activating transcription factor 3, ATF-3)表達(dá)上調(diào),而在坐骨神經(jīng)中不會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象,這可能與組織或細(xì)胞的種類有關(guān)。武百山[19]發(fā)現(xiàn)脈沖射頻能明顯升高大鼠下丘腦β-內(nèi)啡肽水平。劉益鳴[6]等人從蛋白表達(dá)水平說(shuō)明超極化激活環(huán)核苷酸門控陽(yáng)離子通道(hyperpolarization activated cyclic nucleotide-gated cation channels, HCN)可能參與PRF的神經(jīng)調(diào)制過(guò)程緩解神經(jīng)病理痛。Vallejo[7]等人研究發(fā)現(xiàn),PRF可能是通過(guò)逆轉(zhuǎn)c-fos的表達(dá)下調(diào)發(fā)揮作用,其中c-fos是疼痛通路神經(jīng)元活動(dòng)的一種間接標(biāo)志物。李多依[20]等對(duì)CCI大鼠結(jié)扎側(cè)坐骨神經(jīng)干進(jìn)行PRF治療后發(fā)現(xiàn)可能是通過(guò)修復(fù)受損的神經(jīng)起作用的。
圖1 CCI 模型大鼠熱痛閾值的比較( ±SEM )**P < 0.01, 與H0 組相比; ΔΔP < 0.01, 與H1 組相比Fig.1 The comparison of PWTL in CCI model rats ( ±SEM )**P < 0.01, compared with group H0; ΔΔP < 0.01, compared with group H1
目前研究顯示,PRF治療外周神經(jīng)病理性疼痛動(dòng)物模型及臨床效果明顯,但國(guó)內(nèi)外對(duì)PRF的參數(shù)設(shè)置尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn),溫度、脈寬、電壓、持續(xù)時(shí)間等都可能影響到療效。
本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,假刺激組與脈沖射頻組在脈沖射頻治療前各組動(dòng)物的PWTL比較無(wú)差別,具有可比性。經(jīng)過(guò)治療后,脈沖射頻組PWTL均高于假刺激組;術(shù)后第1、14天,脈沖射頻組間無(wú)明顯差別;在術(shù)后第7天時(shí),中、高電壓組PWTL明顯高于低電壓組,但均低于模型前的PWTL。從分子水平看,脈沖射頻組大鼠下丘腦β-內(nèi)啡肽含量均高于假刺激組,至術(shù)后第7、14日,中、高電壓組大鼠的β-內(nèi)啡肽明顯升高。術(shù)后第14日時(shí),高電壓組與中電壓組相比差異顯著,提示同一時(shí)間點(diǎn)相對(duì)較高的電壓可以維持術(shù)后更高濃度的β-內(nèi)啡肽含量。結(jié)合二者,至術(shù)后第7日,明顯發(fā)現(xiàn)提高脈沖射頻電壓時(shí),β-內(nèi)啡肽濃度及熱痛閾值均有明顯升高,提示升高電壓所引起的體內(nèi)β-內(nèi)啡肽含量的升高可能是脈沖射頻緩解疼痛的機(jī)制之一;術(shù)后第14日,不同的電壓導(dǎo)致各組大鼠出現(xiàn)不同濃度的β-內(nèi)啡肽,而熱痛閾值沒(méi)有明顯差異,可能提示當(dāng)β-內(nèi)啡肽含量升高到一定值時(shí)并不能引起行為學(xué)上的改變,但是相對(duì)高濃度的β-內(nèi)啡肽可能會(huì)延長(zhǎng)脈沖射頻的療效。在整個(gè)脈沖射頻治療過(guò)程中,監(jiān)測(cè)到射頻針尖的溫度在36~38℃之間波動(dòng),排除了溫度的熱效應(yīng)因素及高溫對(duì)神經(jīng)造成不可逆損傷。結(jié)合臨床上“標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)”的脈沖射頻治療時(shí),監(jiān)測(cè)到針尖溫度在達(dá)到預(yù)設(shè)值前,治療電壓出現(xiàn)一過(guò)性迅速升高然后下降的變化。這進(jìn)一步提示,脈沖射頻的鎮(zhèn)痛作用可能是在電壓的場(chǎng)強(qiáng)效應(yīng)作用下引起神經(jīng)細(xì)胞跨膜電位的變化,從而影響疼痛信號(hào)的傳導(dǎo)。
圖2 CCI 模型大鼠下丘腦β- 內(nèi)啡肽含量的比較( ±SEM )**P < 0.01, 與H0 組相比; ΔΔP < 0.01, 與H1 組相比; #P < 0.05,與H2 組相比Fig.2 The comparison of content of Β-EP in hypothalamus of CCI model rats ( ±SEM )**P < 0.01, compared with group H0; ΔΔP < 0.01, compared with group H1; #P < 0.05, compared with group H2
綜上所述,電壓45 V、55 V、65 V的2 Hz脈沖射頻均可引起CCI大鼠熱痛閾值的升高,鎮(zhèn)痛效果顯著,這可能與其增加下丘腦β-內(nèi)啡肽的含量有關(guān);然而,電壓大于55 V時(shí),疼痛緩解沒(méi)有進(jìn)一步改善,但可以維持相對(duì)高的濃度,從而可能增強(qiáng)脈沖射頻的時(shí)效性,這預(yù)示通過(guò)改變傳統(tǒng)脈沖射頻的治療電壓參數(shù),可以改變目前治療不滿意的現(xiàn)狀。但是由于客觀實(shí)驗(yàn)限制,未能進(jìn)行更高電壓及更長(zhǎng)時(shí)間的觀察,無(wú)法確定最合適的電壓參數(shù)。因此脈沖射頻治療的最適電壓,還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究來(lái)證實(shí)。
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THE EFFECT OF DIFFERENT VOLTAGE PULSED RADIOFREQUENCY ON BETA-ENDORPHIN LEVEL IN THE HYPOTHALAMUS AFTER CHRONIC CONSTRICTION INJURY IN RATS
JI Gao-Liang1, XUE Zhao-Xia2Δ, GENG Bao-Liang3, LIU Wang1
(1Department of Anesthesiology, Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, China;2Department of Pain,Shanxi Medical University First Hospital, Taiyuan, 030001, China;3Department of Pain, Liaoning University of Traditional Chinese Medicine Hospital subsidiary Fourth, Shenyang 110100, China)
Objective:To observe the effect of different voltage pulsed radiofrequency (PRF) on the content of beta-endorphin in the hypothalamus of CCI rat model, and to explore the analgesic mechanism of pulsed radiofrequency.Methods:Seventy-two male SD rats were randomly divided into 4 groups (n=18): Sham operation group H0, PRF low voltage group H1 (45 V), PRF medium voltage group H2 (55 V), PRF high voltage group H3 (65 V). All rats underwent chronic constriction injury of sciatic nerve. On the 7th postoperative day in PRF groups, PRF was delivered with a pulse duration of 20 ms (500 kHz) and pulse rate of 2 Hz to the proximal sciatic nerve for 2 min. The treatment voltage was 45 V, 55 V and 65 V respectively;While in H0 group, PRF needles were placed in the proximal sciatic nerve for 2 min without radiofrequency current. Pain behavioral changes were measured before operation, 7 days after operation, and 1, 7, 14 days after PRF treatment. The expression of beta-endorphin was measured in the hypothalamus of CCI rat(n=6) in each group at l, 7, 14 days after PRF treatment.Results:At 1, 7, 14 days after PRF treatment, paw withdrawal thermal latency (PWTL) of PRF groups were all increased signi fi cantly comparing with sham operation group (P< 0.01). On the 7th day after the operation, PWTL of the medium and high voltage group was signi fi cantly higher than the low voltage group (P< 0.01). At the end of the experiment, the expression of beta-endorphin in PRF groups were signi fi cantly higher than sham operation group (P< 0.01). On the 7th day and 14th after the operation, the expression of beta-endorphin of the medium and high voltage group were increased significantly comparing with the low voltage group (P< 0.01). On the 14th day after the operation, there were differences between medium and high voltage group (P< 0.01).Conclusion:PRF(frequency 2 Hz) of the low, medium and high voltage group can all cause the increase of the PWTL of CCI rats, which may be related to the increase of the content of beta-endorphin in the hypothalamus. When the pulsed radiofrequency voltage is greater than 55V, the treatment effect is not improved further.
Pulsed radiofrequency; Different voltage; CCI rat; Neuropathic pain; Beta-endorphin
10.3969/j.issn.1006-9852.2017.06.005
△通訊作者 xzx1284@126.com