杜田昊，劉佳，楊旭，楊英昕*

（1.遼寧中醫(yī)藥大學，遼寧沈陽 110000；2.中國人民解放軍北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院，遼寧沈陽 110000）

骨骼肌損傷（skeletal muscle injury,SMI）多以患處腫脹、疼痛為主要表現(xiàn)，多以骨骼肌損傷為主。其病理機制是由骨骼肌受創(chuàng)后出現(xiàn)微循環(huán)障礙、無菌性炎癥，致使局部腫脹疼痛［1］。目前臨床治療急性軟組織損傷主要采用口服或局部使用非甾體類抗炎藥以緩解患者癥狀，但這類藥物對肝腎功能及胃腸道功能有一定的損害［2］，而微波治療則不存在這種情況。微波治療主要依靠其熱效應(yīng)發(fā)揮治療作用，主要作用為緩解或治療軟組織或骨骼肌的損傷。熱療的方式包括水浴熱療與微波熱療，其中微波熱療在臨床上較為常用。

微波熱療（microwave hyperthermia treatment，MHT）是一種物理因子治療，具有操作簡單、無創(chuàng)、痛苦小、費用低等優(yōu)點，可以有效改善局部微循環(huán)、活血化瘀、消腫止痛，促進炎癥消散，快速修復(fù)急性軟組織的損傷［3］。微波是指波長為1 mm～1 m 的電磁波，根據(jù)國際規(guī)定：433 MHz、915 MHz、2 450 MHz 3 個微波頻段可用于醫(yī)療應(yīng)用，而微波熱療對骨骼肌損傷的最佳治療溫度為37℃～41℃［1］?，F(xiàn)代研究表明，微波加熱可以激活更多的特殊分子，包括骨骼肌中蛋白質(zhì)的基因表達的變化、抗炎和抗氧化作用、熱休克蛋白（HSP）表達［4］。

1 微波熱療與骨骼肌熱休克蛋白的關(guān)系

微波熱療治療軟組織損傷疾病可能與骨骼肌熱休克蛋白含量增高有關(guān)。熱休克蛋白（heat shock proteins, HSP） 是一系列高度保守的應(yīng)急蛋白的一種，可響應(yīng)各種生理和環(huán)境壓力，包括熱、冷、缺血、缺氧和能量消耗，作用是保護細胞免受損傷以及分子伴侶功能［5］，具體作用是防止或限制壓力引起的細胞蛋白變性和聚集，并促進壓力后的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)上的再折疊［6］。在哺乳動物體內(nèi)存在的大約10 種小型HSP 中，aB-晶狀體蛋白和Hsp25/27 是特征最明顯的，HSP25/27 參與防止細胞凋亡，Hsp60 是一種線粒體伴侶，參與線粒體的合成過程。具體小分子熱休克蛋白的相對分子質(zhì)量、存在部位以及作用見表1［7，8］。

表1 微波熱療作用的熱休克蛋白Table 1 Heat shock proteins acted under microwave hyperthermia

既往研究表明，HSP 水平的顯著增加是啟動熱休克反應(yīng)的關(guān)鍵步驟［9］。在微波熱療照射下的小鼠實驗當中，小鼠的骨骼肌中過度表達的HSP72 可使小鼠的跑步耐力增加近一倍，線粒體含量增加50%，而在人類骨骼肌中觀察到HSP72 的表達與線粒體酶活性呈正相關(guān)［10］。與此同時，Ogura 等［11］在實驗中發(fā)現(xiàn)，MHT 可以增加人骨骼肌中HSP90、HSP72 和HSP27 的水平，這也是在人體實驗上首次證明了微波熱療可以增加骨骼肌中熱休克蛋白的含量。

眾所周知，肌肉的超負荷運動可以持續(xù)增加肌肉的質(zhì)量。無論是肌肉的超負荷運動還是對肌肉進行熱應(yīng)激處理，都可以增加骨骼肌肉中HSP25 和HSP72 的增加，但熱應(yīng)激處理后的肌肉中HSP 含量要遠高于超負荷運動后的HSP 含量［12］。通過熱療處理的小鼠比目魚肌中HSP70 與HSP25 的含量明顯增高［13］，而HSP 的增加可以使骨骼肌中蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變（主要為氨基酸鏈的折疊），從而增強蛋白質(zhì)的耐熱性和抗壓能力，從宏觀上表現(xiàn)為骨骼肌的耐力增加。HSP25 在骨骼肌細胞中的過度表達，通過增加谷胱甘肽水平和谷胱甘肽過氧化物酶的活性來保護其免受氧化應(yīng)激。這種熱誘導(dǎo)的抗氧化劑活性的增加也可能減弱運動誘導(dǎo)的肌肉損傷，使用微波透熱法進行區(qū)域性熱療的預(yù)處理，可能有助于防止人類運動訓(xùn)練中的骨骼肌損傷。

熱休克蛋白（HSPs）還參與了各種活動，調(diào)節(jié)細胞的生長和死亡，調(diào)節(jié)內(nèi)部細胞環(huán)境，維持細胞的動態(tài)平衡［6］。HSP 還被認為可以通過促進肌肉蛋白的合成和控制肌肉蛋白的降解來保護細胞［14］。HSP70 對人體骨骼肌具有保護作用，負責控制蛋白質(zhì)質(zhì)量和減輕對細胞結(jié)構(gòu)的破壞［15］。微波熱誘導(dǎo)的HSP72 可保護骨骼肌免受興奮-收縮耦合機制所造成的損傷，同時可降低一氧化氮（nitric oxide,NO）的毒性。此外，小HSPs 還負責穩(wěn)定肌動蛋白和肌間纖維以對抗應(yīng)激。HSP27 和HSP70 對血管緊張素II 誘導(dǎo)的血壓升高和心臟中核因子NF-kB 的激活都有明顯的抑制作用［16］。有證據(jù)表明，HSP72 可能通過阻止蛋白質(zhì)聚集，幫助受損蛋白質(zhì)的折疊，來幫助細胞保護免受各種應(yīng)激的傷害［17］。另外，小HSPs 可能通過與細胞骨架和谷胱甘肽系統(tǒng)相互作用來保護肌細胞［18］，而且αB-晶體蛋白和HSP25/27 在骨骼肌和心肌中都有高水平表達［18］。心臟、骨骼肌和細胞中的HSP70 的增加可能會導(dǎo)致缺血后心臟功能的增強，減少收縮引起的肌肉損傷，以及維持關(guān)鍵肌肉泵的性能［6］。中樞神經(jīng)系統(tǒng)的耐熱性與HSP70 誘導(dǎo)之間是有某種聯(lián)系存在的［19］。

2 微波熱療對骨骼肌生長發(fā)育的分子機制影響

臨床上應(yīng)用的434 MHz 和915 MHz 的微波熱療在肌肉骨骼損傷的短期治療中是有效的［20］。骨骼肌損通常會引起膠原蛋白含量的失衡，以及纖連蛋白、氨基葡萄糖、蛋白聚糖等物質(zhì)的增多。這些改變將導(dǎo)致膠原纖維的變性、卷曲，纖維束的直徑減少［21］。骨骼肌損傷后的再生包括幾個相互依存的階段：變性和炎癥、再生和纖維化［22］。當骨骼肌損傷發(fā)生以后，位于肌纖維質(zhì)膜和基底膜之間處于靜止狀態(tài)的肌肉衛(wèi)星細胞開始活化、增殖、分化，并與現(xiàn)有纖維融合以修復(fù)損傷區(qū)域或相互融合以形成新的肌纖維［23］。

眾所周知，骨骼肌的離心運動是在肌肉伸長的同時引起肌肉收縮而進行的運動；這種運動通常用于增強和恢復(fù)骨骼肌的功能，如果進行得過多，可能會損害肌肉，例如：Z 線、肌絲結(jié)構(gòu)和肌膜的變化可以說明這一點［15］。反復(fù)拉伸活躍的骨骼?。x心性收縮）會導(dǎo)致肌肉纖維損傷、疼痛以及運動能力的喪失?？赡艿膿p傷機制包括肌節(jié)和其他細胞骨架成分的破壞、膜損傷、鈣穩(wěn)態(tài)喪失［24］。微波熱療可以促進大鼠和人類神經(jīng)末梢的再生，其機制可能與增加髓鞘神經(jīng)纖維數(shù)量、髓鞘厚度和軸突直徑有關(guān)［25，26］。此外，在肌肉酸痛期間，人體骨骼肌中一氧化氮（NO）的產(chǎn)生顯著增加，這可能導(dǎo)致肌肉力量的產(chǎn)生減少［14］；其次，由于肌肉損傷，鈣穩(wěn)態(tài)被破壞，細胞內(nèi)鈣離子濃度升高，降低了肌肉功能［27］。因此，為了減輕肌肉損傷、肌肉酸痛和肌肉功能下降，必須控制與此機制相關(guān)的過程。

據(jù)報道，肌肉再生所需的大部分肌核都是在肌肉生長發(fā)育的早期階段產(chǎn)生的［28］。通過熱療的方法可以使再生肌細胞的生長和成熟速度加快，而且肌肉再生可能需要通過施加熱應(yīng)力來抑制膠原蛋白的合成。微波熱療引起的熱應(yīng)激，不僅抑制了與損傷相關(guān)的膠原面積增加，還部分促進了肌肉質(zhì)量、蛋白質(zhì)含量以及減少了肌肉纖維化［23］。纖維化的特點是細胞外基質(zhì)蛋白（尤其是膠原蛋白）過度積聚，并在骨骼肌損傷后發(fā)生［29］。纖維化會阻礙肌肉的完全再生，并導(dǎo)致?lián)p傷骨骼肌的功能恢復(fù)不完全。有研究表明，骨骼肌損傷后再生過程中膠原沉積的減少可能會部分促進肌肉再生［30］。轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-β, TGF-β） 是最強大的纖維化細胞因子之一，在包括骨骼肌在內(nèi)的各種組織的纖維化發(fā)展過程中發(fā)揮著核心作用［29］。TGF-β 可以促進纖維修復(fù)和結(jié)締組織的形成，而MHT 可以加快該過程［31］。

在Ichinoseki-Sekine 等［32］的文章中提到了：434 MHz 微波熱療可使局部肌肉溫度升高并使得升高的溫度保持在6.3℃～11.4℃的范圍內(nèi)，且不會對肌肉造成損傷，并能明顯減輕肌肉壓痛和主動收縮時的疼痛。有趣的是，在Singal 等［33］的文章中則顯示：峰值力量（肌肉的收縮強度）呈劑量依賴性持續(xù)下降，基線力量（靜息肌張力）短暫增加。但是，在隨后的3 h 后恢復(fù)期，峰值力量有所改善，基線力量持續(xù)恢復(fù)到低于微波加熱前的水平。

3 微波熱療對骨骼肌炎癥和氧化損傷的影響

微波熱療作用在機體上最直接的效果就是使局部組織和肌肉的溫度升高。從微觀層面來看，是細胞與分子機制的調(diào)節(jié)，局部加熱可使受熱區(qū)域的營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣增加。此外，微波熱療可以增加細胞膜的通透性，使細胞液外滲增加，使巨噬細胞和粒細胞到達受傷區(qū)域［20］。如果存在壞死細胞和過量液體，使它們更容易被清除。熱能還可以提高肌肉的收縮性能，這可能是因為熱能可提高ATP 酶的活性并改變了膠原蛋白的機械性能。

氧化應(yīng)激反應(yīng)是一個需要能量的過程，炎癥起始階段包括炎癥細胞活化和外滲到損傷肌肉，釋放趨化因子和自由基，而自由基是造成細胞氧化損傷的主要原因［18］。自由基可通過脂質(zhì)過氧化對肌肉-肌腱結(jié)構(gòu)造成損傷，也可改變DNA 和蛋白質(zhì)，局部加熱可限制自由基對肌肉的損傷［20］。一些研究顯示急性加熱對增加抗氧化酶的活性有影響，包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、過氧化氫酶（catalase,CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase,GSH-Px）［34］，抗氧化酶的活性增加意味著體內(nèi)的代謝加快，運動產(chǎn)生的機體內(nèi)有毒物質(zhì)和代謝廢料可以盡快地被排除。

眾所周知，力竭運動會增加血清和骨骼肌中IL-6 的濃度。在Joel 等［33］的實驗中發(fā)現(xiàn)，力竭運動根據(jù)肌肉中分析的組織不同而表現(xiàn)出不同的效果，它誘導(dǎo)了抗炎作用，尤其是在2 型纖維中。骨骼肌過度進行離心運動會導(dǎo)致肌肉內(nèi)肌酸激酶（CK）的增加，會發(fā)生延遲性肌肉酸痛，以及肌肉力量的降低［15］。在Nosaka 等［34］的實驗中顯示：與對照組相比，治療組的最大等長收縮力量（maximal voluntary isometric contraction strength,MVC）恢復(fù)速度明顯更快，運動范圍（range of motion,ROM）變化更小，肌肉酸痛程度更輕，但效果不如反復(fù)熱療那么強。同樣的，Saga等［14］的結(jié)果顯示，MVC 和ROM 的降低可能與熱預(yù)處理后HSP 表達的增加有關(guān)，并且微波熱療可以保護人體骨骼肌免受單次離心運動后肌肉損傷的影響，但似乎不能緩解或治療第二輪骨骼肌離心運動后的所造成的肌肉損傷。

NF-κB（nuclear factor-kappa B）炎癥因子信號通路參與了機體應(yīng)激與免疫反應(yīng)、炎癥性疾病、細胞增殖和細胞凋亡［36］。骨骼肌的離心性運動可引起肌肉中同時具有促炎和抗炎特性的肌內(nèi)因子和中性粒細胞的增加。過量骨骼肌的離心運動會使TNF-α 或IL-1 被激活，導(dǎo)致NF-κB 信號通路被誘導(dǎo)，NF-κB轉(zhuǎn)錄因子引起許多降解酶的分泌，其中包含蛋白質(zhì)水解酶，并對蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)進行水解，從而影響蛋白質(zhì)的正常功能。骨骼肌中的炎癥因子，如IL-6、IL-8 和IL-15，已被證明與炎癥和骨骼肌的愈合有關(guān)；IL-10 是一種重要的抗炎細胞因子，可以減少促炎癥細胞因子的釋放，增強免疫耐受，增加骨骼肌的熱耐力［37］。在Vardiman 等［15］的實驗中，短波透熱（short-wave diathermy,SWD） 預(yù)熱處理對通過高強度離心運動誘發(fā)的肌肉內(nèi)炎性肌動蛋白有一定的治療效果，但對與劇烈運動和炎癥相關(guān)的其他因素沒有影響。在Evans 等［38］的實驗中，發(fā)現(xiàn)了在肌肉的離心運動前進行被動熱身可能比主動熱身或不熱身更有利于減輕腫脹。

4 微波熱療與血液流速的關(guān)系

運動醫(yī)學中的微波治療儀的治療范圍一般為37℃～41℃，影響受損組織愈合的機制可能高度依賴于血液滋養(yǎng)物質(zhì)的運輸和有毒廢物的清除［32］。血液與組織發(fā)生熱量交換通常位于毛細血管，而這類血管內(nèi)血流速度較低。之前的研究表明［39］，微波照射可顯著加快該類血管的血流速度，可導(dǎo)致骨骼肌組織局部血管開放數(shù)量提高20%～25%，局部血流變化表現(xiàn)在微波暴露30 min 內(nèi)，而后隨著時間的延長血流改變效應(yīng)逐漸下降。有趣的是，有文獻報道稱微波連續(xù)輻射20 min，軟組織的溫度可以從36℃升至45℃，血流灌注提高約15 倍，因此微波在其照射區(qū)域可以加快局部血液微循環(huán)，可以促進抗炎或者免疫反應(yīng)，進而達到局部或者全身抗菌或殺菌的效果［40］。因此，在臨床情況下，肌肉溫度和血流變化的機制，以及它們之間的相關(guān)性，應(yīng)在進一步研究中予以考慮。

5 小結(jié)與展望

對骨骼肌細胞的研究表明，微波熱療可以減軟組織損傷后的細胞損傷和蛋白質(zhì)降解。微波熱療還會增加熱休克蛋白（HSP）的表達，并上調(diào)與肌肉生長和分化有關(guān)的基因的表達。在相關(guān)大鼠實驗中，在肌肉損傷后通過微波加熱通常會減少細胞損傷和肌肉萎縮，并促進肌肉生長或再生。在臨床實驗中，一些研究已經(jīng)證明了運動前微波熱療或較小程度的水浴熱療，在緩解肌肉酸痛和運動后恢復(fù)肌肉功能方面的好處。動物研究表明，微波熱療可以減輕肌肉的萎縮和局部組織的氧化應(yīng)激反應(yīng)。熱療后的肌肉有利于增強力量訓(xùn)練并能改善人體肌肉質(zhì)量。在臨床實踐中，微波熱療促使局部肌肉溫度升高，并提高血液流速，可能是未來對相關(guān)機制研究方向的一個切入點。