李文苑，田永輝，高玉海，朱保應(yīng)，葸慧榮，陳克明

中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九四○醫(yī)院骨科研究所，蘭州 730050

隨著載人航空事業(yè)的發(fā)展，宇航員因太空失重引起的身體狀況異常倍受關(guān)注，其中一個(gè)嚴(yán)重問題是失重引起的骨量丟失現(xiàn)象，失重會(huì)使骨質(zhì)量大幅下降，最終導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥發(fā)生[1- 3]。研究顯示，電磁場治療骨質(zhì)疏松癥安全又可靠，是防治失重導(dǎo)致骨丟失的潛在對策之一[4- 8]。目前電磁場已被開發(fā)出多種類型，低頻脈沖電磁場(pulse electromagnetic fields，PEMFs)和正弦交變電磁場(sinusoidal electromagngetic fields，SEMFs)由于療效明顯被廣泛應(yīng)用于研究。本課題組前期通過研究不同強(qiáng)度PEMFs和SEMFs對成骨細(xì)胞增殖和成熟礦化強(qiáng)度進(jìn)行篩選，分別篩選出0.6 mT 50 Hz的PEMFs和1.8 mT 50 Hz的SEMFs為促進(jìn)成骨細(xì)胞成熟礦化的最佳參數(shù)[9- 13]，且在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到進(jìn)一步驗(yàn)證。但是對于哪種類型電磁場療效更好，并沒有明確描述。方清清等[14]研究發(fā)現(xiàn)，PEMFs可以激活環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)信號通路來促進(jìn)成骨細(xì)胞成熟礦化，甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)作為一種信號分子，可以引起cAMP信號通路級聯(lián)反應(yīng)。至于PEMFs是否可通過促進(jìn)大鼠體內(nèi)PTH含量增加，進(jìn)一步激活cAMP信號通路來防止后肢懸吊(hindlimb-suspended，HLS)大鼠骨量下降，其具體機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。尾吊大鼠模型是一種在實(shí)驗(yàn)室中模擬失重的良好模型[15]，本研究采用該模型系統(tǒng)研究了PEMFs和SEMFs對尾吊大鼠骨代謝影響，以期獲得治療效果最佳的電磁場類型，為臨床治療廢用型骨質(zhì)疏松癥提供依據(jù)，并為探討電磁場治療骨質(zhì)疏松癥分子機(jī)制提供依據(jù)。

材料和方法

材料高分辨率活體顯微CT(Micro-CT SkyScan1176，比利時(shí)Bruker micro CT 公司)，雙能X射線骨密度儀(GE公司，美國)，BX53型正置顯微鏡(奧林巴斯公司，日本)，AG-X系列臺(tái)式電子萬能試驗(yàn)機(jī)(島津公司，日本)，酶標(biāo)儀(BioTeK公司，美國)，SP1600硬組織切片機(jī)(德國Leica公司)；水合氯醛(天津大茂化學(xué)試劑公司)，血清骨鈣素(osteocalcin，OC)試劑盒(上海研吉公司)，抗酒石酸酸性磷酸酶5b試劑盒(tartrate-resistant acid phosphatase 5b，Tracp 5b；IDS Itd公司，英國)，甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)ELISA試劑盒(TSZ，Lexington，MA，美國)，cAMP ELISA試劑盒(Enzolife sciences公司，美國)。

電磁場發(fā)生儀本研究所使用的磁場發(fā)生器由中國現(xiàn)代物理研究所和蘭州理工大學(xué)信息工程學(xué)院聯(lián)合研制，由程序控制計(jì)算機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、功率放大器、電磁鐵、磁場傳感器和溫度傳感器6部分組成。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(型號USB4711A，臺(tái)灣燕化，中國臺(tái)北)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號(圖1)，功率放大器放大信號，將產(chǎn)生電磁場的螺線管連接到功率放大器。螺線管由3個(gè)串聯(lián)連接的線圈組成，芯筒是丙烯酸管(直徑40 cm，高64 cm)。該裝置能夠產(chǎn)生0～5.0 mT的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍和5～100 Hz的頻率范圍，并經(jīng)中國人民解放軍蘭州軍區(qū)醫(yī)學(xué)計(jì)量檢測站校準(zhǔn)過，測量出磁場中的電磁發(fā)生器環(huán)境里的通量密度被認(rèn)為是統(tǒng)一的，報(bào)告編號：醫(yī)用磁性字ccqd.2008- 1。

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及分組6周齡SPF級雌性SD大鼠40只，體質(zhì)量(180±10)g，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧獸醫(yī)研究所[許可證號：SCXK(2015- 0001)]提供，實(shí)驗(yàn)開始前先訓(xùn)養(yǎng)大鼠1周，按照體質(zhì)量隨機(jī)分為對照組、HLS組、HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組4組，每組10只。采用75%的乙醇為大鼠尾巴消毒后，用膠帶在大鼠尾端1/3處固定，使用帶環(huán)的鐵鏈穿過膠帶，將其后肢抬離籠底俯仰角為30°，所有大鼠被固定環(huán)安裝在定制設(shè)計(jì)的有機(jī)玻璃籠(45 cm×45 cm×45 cm)頂部的旋轉(zhuǎn)箍上。HLS+PEMFs組采用50 Hz 0.6 mT的PEMFs，HLS+SEMFs組采用50 Hz 1.8 mT的SEMFs，治療組每天干預(yù)1.5 h，治療期間大鼠仍然保持后肢懸空(圖1)。大鼠飼養(yǎng)溫度(22±2)℃，濕度50%～70%。實(shí)驗(yàn)期間大鼠自由進(jìn)水進(jìn)食，每周監(jiān)測1次大鼠體質(zhì)量。

骨密度檢測電磁場治療4周后處死全部大鼠，剝離主要器官固定于10%甲醛溶液中。剝離股骨、脛骨和椎骨，用0.9% NaCl浸泡過的紗布包裹，于-20 ℃保存。檢測前將凍存于-20 ℃冰箱中的椎骨和股骨在室溫下自發(fā)解凍。通過雙能X射線吸收測定法檢測股骨和椎骨的骨密度(bone mineral density，BMD)。

生物力學(xué)檢測椎骨和右側(cè)股骨用浸透了0.9% NaCl溶液的紗布包裹后置于-80 ℃凍存，臨用前自然解凍。股骨置于AG-IS型萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行三點(diǎn)彎曲測試，跨距14 mm，加載速度10 mm/min，計(jì)算機(jī)記錄載荷變形曲線及最大載荷、彈性模量等。取大鼠第4腰椎骨(L4)用于壓縮試驗(yàn)，將椎體兩面的椎間盤及軟組織切除，用砂紙將椎骨打磨成上下兩個(gè)面平行的圓柱體，將圓柱體垂直放置于不銹鋼平臺(tái)上，逐漸加載壓力，加載速度為2 mm/min，記錄載荷變形曲線，獲得最大載荷、彈性模量等。

HLS：后肢懸吊

HLS：hindlimb-suspended

A.HLS大鼠；B.電磁場發(fā)生裝置；C.數(shù)模轉(zhuǎn)換器；D.電磁場治療尾吊大鼠

A. HLS rats；B. electromagnetic field device；C. the digital to-analog converter；D. the device producing electromagnetic fields for animal exposure

圖1尾吊大鼠造模

Fig1Modeling of HLS rats

血清生化指標(biāo)檢測大鼠麻醉后自腹主動(dòng)脈抽取血樣，靜置10 min，1533×g離心10 min，取上層血清凍存于-80 ℃。檢測骨形成指標(biāo)OC和骨吸收指標(biāo)Tracp 5b。按說明書制作各自標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算出樣品中OC和Tracp 5b的含量，單位分別為ng/ml和U/L。采用ELISA法分別測定PTH和cAMP的含量。

Micro-CT分析將大鼠股骨用顯微CT成像后分析，分析區(qū)域選在骨骺線下方5 mm處。用顯微CT軟件對所選區(qū)域進(jìn)行三維重建，得出三維重建效果圖及股骨最大縱剖面圖。同時(shí)對股骨松質(zhì)骨的骨微結(jié)構(gòu)進(jìn)行骨形態(tài)參數(shù)分析，包括BMD、骨表面積(bone surface area，BS)/骨體積(bone volume，BV)、BV/組織體積(tissue volume，TV)、骨小梁數(shù)量(number of trabecular bone，Tb.N)、骨小梁厚度(trabecular thickness，Tb.Th)和骨小梁離散程度(trabecular bone dispersion，Tb.Sp)，采用MicroView程序自動(dòng)量化。同時(shí)檢測皮質(zhì)骨厚度(cortical bone thickness，Ct.Th)和皮質(zhì)骨面積(cortical bone area，Ct.Ar)。

骨形態(tài)計(jì)量學(xué)分析將脛骨在4%多聚甲醛中固定24 h，然后在10%的EDTA溶液中脫鈣2周，沿中線縱向切成兩半，進(jìn)行石蠟包埋。獲得4 μm厚切片，將其固定在聚賴氨酸處理的抗脫落載玻片上，脫蠟行HE染色，然后在光學(xué)顯微鏡下檢查。成骨細(xì)胞的密度是通過計(jì)數(shù)梭形的單核細(xì)胞，沿皮質(zhì)骨和小梁骨表面6個(gè)連續(xù)的原生海綿體圖像表示為每mm2骨小梁面積的成骨細(xì)胞數(shù)。骨髓面積內(nèi)的脂肪細(xì)胞空洞計(jì)數(shù)，在4個(gè)隨機(jī)圖像內(nèi)的松果體下部區(qū)域，表示為每mm2骨髓面積的脂肪細(xì)胞數(shù)量。

統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件，計(jì)量數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，不同組間差異比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較用LSD法，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

大鼠體質(zhì)量實(shí)驗(yàn)期間保持大鼠一定的空間自由，大鼠飲食正常，無斷肢、拒絕飲水的情況，精神狀況良好。4組大鼠體質(zhì)量均穩(wěn)定增加，HLS組大鼠體質(zhì)量增加速度降低，但4組間差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)(圖2)。

股骨和椎骨離體BMD對照組、HLS組、HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組股骨的BMD分別為(0.1450±0.0037)、(0.1080±0.0020)、(0.1260±0.0044)和(0.1250±0.0038)g/cm3，椎骨的BMD分別為(0.1260±0.0020)、(0.1140±0.0026)、(0.1210±0.0017)和(0.1200±0.0030)g/cm3，HLS組股骨(P=0.000)和椎骨(P=0.001)的BMD顯著低于對照組；HLS+PEMFs組股骨(P=0.001)和椎骨(P=0.039)的BMD顯著高于HLS組；HLS+SEMFs組股骨的BMD明顯高于HLS組(P=0.003)，但椎骨的BMD與HLS組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.130)；HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組股骨(P=0.818)和椎骨(P=0.614)的BMD差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

PEMFs：低頻脈沖電磁場；SEMFs：正弦交變電磁場

PEMFs：pulse electromagnetic fields；SEMFs：sinusoidal electromagngetic fields

圖24組大鼠體質(zhì)量變化趨勢

Fig2Changes in the body weight of four groups

股骨和椎骨生物力學(xué)結(jié)果對照組、HLS組、HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組股骨的最大載荷分別為(135.0±4.0)、(108.0±3.7)、(125.0±5.8)和(117.0±5.9)N，彈性模量分別為(12 184.0±687.0)、(9447.0±973.0)、(10 561.0±565.1)和(10 212.0±716.5)N/mm2；椎骨的最大載荷分別為(264.0±16.5)、(195.0±15.4)、(254.0±20.1)和(228.0±16.9)N，彈性模量分別為(152.0±31.9)、(73.0±5.4)、(98.0±11.5)和(131.0±16.1)N/mm2；HLS組股骨和椎骨的最大載荷(P=0.000，P=0.009)和彈性模量(P=0.015，P=0.009)顯著低于對照組；HLS+PEMFs組股骨(P=0.038)和椎骨(P=0.087)的最大載荷顯著高于HLS組，但彈性模量與HLS組相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.324，P=0.091)；HLS+SEMFs組股骨和椎骨的最大值載荷(P=0.190，P=0.222)和彈性模量(P=0.512，P=0.437)與HLS組相比差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組股骨(P=0.585，P=0.948)和椎骨(P=0.668，P=0.349)的最大載荷和彈性模量差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

血清生化指標(biāo)對照組、HLS組、HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組的血清OC濃度分別為(63.6±2.79)、(39.5±1.84)、(57.3±3.36)和(50.9±2.19)mg/ml，HLS組的血清OC水平顯著低于對照組(P=0.000)，HLS+PEMFs組(P=0.000)和HLS+SEMFs組(P=0.006)的OC水平顯著高于HLS組。

對照組、HLS組、HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組的血清Tracp 5b濃度分別為(1.860±0.114)、(3.380±0.600)、(2.270±0.381)和(2.260±0.500)U/L，HLS組的血清Tracp 5b濃度顯著高于對照組(P=0.011)，HLS+PEMFs組(P=0.459)和HLS+SEMFs組(P=0.469)與對照組相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；HLS+PEMFs組(P=0.056)和HLS+SEMFs組(P=0.054)的血清Tracp 5b濃度與HLS組相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

對照組、HLS組、HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組的血清PTH濃度分別為(23.10±1.34)、(10.40±0.68)、(21.30±1.35)和(18.30±0.93)mg/L，cAMP濃度分別為(0.255±0.004)、(0.179±0.008)、(0.246±0.006)和(0.242±0.004)pmol/ml，HLS組的PTH(P=0.000)和cAMP濃度(P=0.000)顯著低于對照組；HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組的PTH(P=0.000，P=0.000)和cAMP濃度(P=0.000，P=0.000)的濃度顯著高于HLS組。

松質(zhì)骨Micro-CTHLS組股骨松質(zhì)骨與對照組相比非常稀疏，且體積較小。而對照組、HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組的松質(zhì)骨密度和體積很接近。定量分析結(jié)果顯示，與對照組相比，HLS組大鼠的BMD(P=0.000)、BV/TV(P=0.000)、Tb.N(P=0.000)和Tb.Th(P=0.000)最低，Tb.Sp(P=0.000)和BS/BV(P=0.000)最大；與HLS組相比，HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組的Tb.Sp(P=0.000，P=0.000)和BS/BV(P=0.000，P=0.000)顯著降低，BMD(P=0.000，P=0.000)、BV/TV(P=0.001，P=0.004)、Tb.Th(P=0.000，P=0.001)和Tb.N(P=0.000，P=0.001)顯著升高。HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組的骨小梁厚度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.024)(圖3)。

BMD：骨密度；BS：骨表面積；BV：骨體積；TV:組織體積；Tb.N：骨小梁數(shù)量；Tb.Sp：骨小梁離散程度；Tb.Th：骨小梁厚度;與對照組相比，aP<0.01;與HLS組相比，bP<0.01；與HLS+PEMFs組相比，cP<0.05

BMD：bone mineral density；BS：bone surface area；BV：bone volume；TV：tissue volume;Tb.N：trabecular bone number；Tb.Sp：trabecular bone dispersion；Tb.Th：trabecular thickness；aP<0.01 compared with control group;bP<0.01 compared with HLS group;cP<0.05 compared with HLS+PEMFs group

A．骨小梁微結(jié)構(gòu)的3D顯微圖像；B.BMD；C.BS/TV；D.BV/TV；E.Tb.N；F.Tb.Th；G.Tb.Sp

A.3-D Micro-CT images of trabecular bone microarchitecture determined by the VOI；B.BMD；C.BS/TV；D.BV/TV；E.Tb.N；F.Tb.Th；G.Tb.Sp

圖3股骨小梁骨Micro-CT比較和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

Fig3The Micro-CT of trabecular bone microarchitecture in the distal femora and statistical comparisons of indices of trabecular bone microarchitecture

皮質(zhì)骨Micro-CTHLS組皮質(zhì)骨的大小和厚度小于對照組、HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組，HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組與對照組差異不大。定量分析結(jié)果顯示，對照組(P=0.001，P=0.000)、HLS+PEMFs組(P=0.009，P=0.044)和HLS+SEMFs組(P=0.001，P=0.008)的Ct.Th和Ct.Ar均明顯高于HLS組；HLS+PEMFs組的Ct.Ar顯著低于對照組(P=0.021)，但Ct.Th與對照組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.095)；HLS+SEMFs組Ct.Ar(P=0.001)和Ct.Th(P=0.019)顯著低于對照組；HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組的Ct.Th(P=0.102)和Ct.Ar(P=0.329)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖4)。

骨形態(tài)計(jì)量分析HLS組(P=0.000)、HLS+PEMFs組(P=0.000)和HLS+SEMFs組(P=0.000)骨小梁表面成骨細(xì)胞密度明顯低于對照組，HLS+PEMFs組(P=0.000)和HLS+SEMFs組(P=0.000)明顯高于HLS組(圖5)。

Ct.Th：皮質(zhì)骨厚度；Ct.Ar：皮質(zhì)骨面積;與對照組相比，aP<0.05,bP<0.01;與HLS組相比，cP<0.05,dP<0.01

Ct.Th：cortical bone thickness；Ct.Ar：cortical bone area;aP<0.05,bP<0.01 compared with control group;cP<0.05,dP<0.01 compared with HLS group

A.皮質(zhì)骨結(jié)構(gòu)的3D顯微圖像；B.Ct.Th；C.Ct.Ar

A. the effects of cortical bone thickness in the mid-diaphysis；B. Ct.Th；C. Ct.Ar

圖4股骨皮質(zhì)骨3D顯微圖像以及統(tǒng)計(jì)分析

Fig4The Micro-CT of cortical bone microarchitecture in the distal femora and statistical comparisons of indices of cortical bone microarchitecture

與對照組相比，aP<0.01;與HLS組相比，bP<0.01

aP<0.01 compared with control group;bP<0.01 compared with HLS group

A.由箭頭指向的小梁骨表面的成骨細(xì)胞(HE，×40)；B.每mm2骨小梁的成骨細(xì)胞數(shù)

A. the osteoblasts on the surface of trabecular bone(arrows)(HE，×40)；B. the osteoblasts per mm2trabecular bone

圖5骨小梁成骨細(xì)胞密度HE染色及分析

Fig5The osteoblast density in trabecular bone

HLS組骨內(nèi)膜成骨細(xì)胞密度顯著低于對照組(P=0.000)，HLS+PEMFs組(P=0.000)和HLS+SEMFs組(P=0.000)顯著高于HLS組，HLS+PEMFs組又顯著高于HLS+SEMFs組(P=0.041)(圖6)。

HLS組相比對照組骨髓腔中產(chǎn)生大量脂肪空洞，但治療組中脂肪空洞明顯減少，幾乎與對照組沒有差別。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，HLS組每mm2骨髓中的脂肪空洞數(shù)目是對照組的4倍(P=0.000)，HLS+PEMFs組(P=0.000)和HLS+SEMFs組(P=0.000)顯著低于HLS組，HLS+PEMFs組和HLS+SEMFs組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.086)(圖7)。

討 論

電磁場是治療骨質(zhì)疏松疾病最廣泛研究的模式之一，據(jù)報(bào)道，極低強(qiáng)度、低頻率的電磁場可以顯著抑制雙側(cè)去卵巢大鼠的骨小梁骨流失，電磁場還可以部分預(yù)防糖尿病引起的骨骼強(qiáng)度和骨微結(jié)構(gòu)受損情況[16- 17]。由于宇航員受到空間環(huán)境中微重力的影響而導(dǎo)致骨量下降，所以本課題組推測電磁場在太空失重環(huán)境下可能會(huì)具有很高的實(shí)用度。但是，目前電磁場治療仍然存在爭議，因?yàn)檫€沒有建立標(biāo)準(zhǔn)化的治療方案或參數(shù)選擇原理。為了達(dá)到理想的預(yù)防效果，需要研究出一套完整的最佳治療參數(shù)，才能為臨床上治療廢用型骨質(zhì)疏松提供有力幫助。

與對照組相比，aP<0.01;與HLS組相比，bP<0.01;與HLS+PEMFs組相比，cP<0.05

aP<0.01 compared with control group;bP<0.01 compared with HLS group;cP<0.05 compared with HLS+PEMFs group

A.由箭頭指向的皮質(zhì)骨表面的成骨細(xì)胞(HE，×20)；B.每mm2骨內(nèi)膜的成骨細(xì)胞數(shù)

A. the osteoblasts on the surface of endosteum bone(arrows)(HE，×20)；B. the osteoblasts per mm2endosteum bone

圖6皮質(zhì)骨成骨細(xì)胞密度HE染色及分析

Fig6The osteoblast density in endosteum bone

與對照組相比，aP<0.01;與HLS組相比，bP<0.01

aP<0.01 compared with control group;bP<0.01 compared with HLS group

A.箭頭指出的骨髓中的脂肪細(xì)胞空洞(HE，×20)；B.每mm2骨髓的脂肪細(xì)胞空洞數(shù)

A. the adipocytes hole in the bone marrow(arrows)(HE，×20)；B. the adipocytes hole in bone marrow(arrows)

圖7骨髓中脂肪細(xì)胞空洞數(shù)量HE染色及分析

Fig7Number of adipocytes hole in bone marrow

體質(zhì)量趨勢可以反映大鼠在飼養(yǎng)過程中的狀況，本研究結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)期間所有大鼠的體質(zhì)量均呈上升趨勢，各組間無顯著差異，生長狀況穩(wěn)定。BMD反映的是骨量的多少，是衡量骨強(qiáng)度的良好標(biāo)志，骨生物力學(xué)性則能直接反映出骨的抗性，其中最大載荷量反映骨的抗骨折能力，彈性模量反映骨的相對韌性[18- 19]。本研究發(fā)現(xiàn)，4周后HLS組大鼠的BMD較對照組大鼠顯著下降，而電磁場治療可以顯著提高HLS大鼠的BMD，兩種電磁場作用效果相比之下PEMFs對提高大鼠BMD的效果更好，且對股骨BMD的提高更明顯。本研究還顯示，HLS組大鼠股骨和椎骨彈性模量和最大載荷值明顯下降，電磁場治療后可以顯著提高HLS大鼠的最大載荷值，而且對大鼠股骨和椎骨抗骨折能力的提高更為明顯，但是對骨骼韌性并沒有顯著促進(jìn)，其中PEMFs治療對大鼠生物力學(xué)強(qiáng)度的提高更為有效。

骨骼能夠保持其正常結(jié)構(gòu)和功能完整性，是由于成骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨形成和破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨吸收之間的動(dòng)態(tài)平衡。生化指標(biāo)可體現(xiàn)體內(nèi)的骨代謝水平，客觀反映大鼠的骨吸收和骨形成。本研究發(fā)現(xiàn)，HLS組大鼠的骨形成標(biāo)記物(OC)濃度減少和骨吸收標(biāo)記物(Tracp 5b)濃度增加，兩種電磁場治療對大鼠OC含量具有一定提高作用，但是對Tracp 5b濃度的抑制作用不佳。提示電磁場是通過促進(jìn)骨形成來防止骨量下降，且PEMFs治療效果更為明顯。

PTH可以減少鈣作為鈣調(diào)節(jié)激素從骨中的流出，并具有活化成骨細(xì)胞生成和存活的作用，作為自然合成的代謝產(chǎn)物可增加骨形成。失重環(huán)境和長期臥床休息會(huì)導(dǎo)致PTH下降，并伴隨著骨形成減少[20- 21]。在本研究中，治療組血清中的PTH水平與對照組保持相似水平，表明電磁場可通過維持血清中PTH水平來預(yù)防骨質(zhì)流失。PTH是啟動(dòng)下游cAMP信號通路的關(guān)鍵信號分子，尾吊會(huì)導(dǎo)致cAMP含量下降，但是電磁場治療可以維持血清PTH和cAMP水平。本研究提示cAMP信號傳導(dǎo)可能參與了由微重力環(huán)境下引起的骨形成調(diào)節(jié)，而電磁場可以通過影響PTH的含量來激活cAMP信號通路。

Micro-CT常用于骨微結(jié)構(gòu)的研究，可以直觀觀察大鼠松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨骨微結(jié)構(gòu)的變化。本研究在大鼠股骨Micro-CT觀察到HLS組大鼠松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨的面積和體積下降，骨微結(jié)構(gòu)被破壞，計(jì)量分析發(fā)現(xiàn)HLS導(dǎo)致松質(zhì)骨BMD、BV/TV、Tb.N和Tb.Th降低，但是BS/BV和Tb.Sp明顯升高，皮質(zhì)骨Ct.Ar和Ct.Th顯著下降。電磁場治療阻止半數(shù)或更多的骨密度下降，最大程度保留其股骨松質(zhì)骨顯微結(jié)構(gòu)和皮質(zhì)骨厚度。通過進(jìn)一步骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)觀察大鼠骨內(nèi)膜和骨小梁表面成骨細(xì)胞數(shù)量，發(fā)現(xiàn)HLS大鼠成骨細(xì)胞骨密度減少，骨髓中的脂肪細(xì)胞數(shù)目增加了4倍之多。由于骨髓脂肪細(xì)胞與成骨細(xì)胞之間的有一定制約關(guān)系，類似航天或失重環(huán)境中會(huì)導(dǎo)致成骨性突變的狀況，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)會(huì)向脂肪形成方向轉(zhuǎn)移，并導(dǎo)致骨髓中脂肪球的形成[22]。電磁場治療降低了尾吊對BMSCs成脂性分化的作用，并將脂肪細(xì)胞密度限制在與對照相似的水平。本研究結(jié)果表明，電磁場可以促進(jìn)成骨細(xì)胞數(shù)量增多和抑制BMSCs的成脂分化能力，部分治療尾吊大鼠的骨量減少和骨微結(jié)構(gòu)的惡化，其中PEMFs治療促進(jìn)骨形成的效果更好。

總之，50 Hz 0.6 mT PEMFs和50 Hz 1.8 mT SEMFs作為高效的電磁場治療方法，對HLS大鼠每日治療90 min可防止大鼠后肢懸吊所引起的骨量下降，其中PEMFs可以防止大約50%的骨質(zhì)流失。電磁場通過保持正常的骨密度、骨組織微結(jié)構(gòu)、骨幾何形態(tài)學(xué)與骨材料力學(xué)強(qiáng)度，提高PTH的血清含量并引起cAMP信號傳導(dǎo)途徑的激活，在微重力環(huán)境中維持骨形成水平。對兩種電磁場作用效果的研究發(fā)現(xiàn)，PEMFs作用效果更佳，開發(fā)利用價(jià)值更為廣闊，既可以在失重條件下維持骨代謝平衡，保護(hù)宇航員骨骼健康，又可以在地面上對廢用型骨質(zhì)疏松癥進(jìn)行預(yù)防和治療。

本研究結(jié)果顯示，兩種電磁場并不能完全抑制骨量的降低和骨微結(jié)構(gòu)的惡化，主要是由于低頻電磁場只對于骨形成促進(jìn)作用顯著，而對骨吸收抑制效果不強(qiáng)，推測這可能是后肢懸吊引起的骨丟失沒有被完全阻止的重要原因之一。由于電磁場的參數(shù)以及類型不同，可能最終的治療效果也不同，或許可以嘗試尋找一種明顯抑制骨吸收的電磁場，進(jìn)一步通過交替使用不同的電磁場，分別促進(jìn)骨形成和抑制骨吸收，以此來達(dá)到完全消除骨丟失的現(xiàn)象。