諧振對強迫體位下兔下腰椎骨組織形態學的影響＊

黃昌林，王前進，薛 剛

低頻振動是在勞動生產過程中導致腰痛的重要危險因素［1］，其危害日益引起人們的重視。目前有關振動致病機制的動物實驗較少，且諧振對腰椎骨組織功能和結構影響的研究未見報道。本實驗通過振臺模擬駛乘人員接觸振動，觀察低頻諧振（4～6 Hz）對兔下腰椎骨組織細胞功能和形態的影響，以期為振動所引起傷病的早期診斷、預防治療提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 實驗動物 健康成年雄性新西蘭大白兔60只，分籠飼養，體重（1.5±0.18） kg，由解放軍 150 醫院動物中心提供。實驗前適應性喂養1周，室溫控制在（22±1）℃，飼養期間給予顆粒飼料，自由飲水。

1.2 儀器 HDZDT－Ⅰ可調頻振動臺 ［振動范圍：0～50 Hz，振幅（0.5±0.2） mm］：天津市慶達試驗儀器制造公司。

1.3 動物分組與造模 動物適應性飼養1周后，隨機均分為正常對照組、造模對照組和4、5、6 Hz振動組，每組12只。振動造模組置于特制籠中，固定于臀坐位，確保臀部接觸振動，給予各自不同頻率振動2 h，1次/d，5 d/周。造模對照組只固定臀坐位于特制籠相同時間。正常對照組置相同空間特制籠中自由活動。

1.4 標本采集與處理 分別于實驗第2、4、6周后分批處死4只做形態學檢查。

1.5 觀察指標

1.5.1 一般指標 動物的體重、精神狀態、毛發光澤、食欲等的變化情況。

1.5.2 組織形態學觀察 各組于實驗 2、4、6周分批處死4只動物，取出腰5椎體，沿矢狀面正中鋸開，10%中性甲醛緩沖液固定48 h，5%硝酸液脫鈣，流水沖洗后石蠟包埋切片，常規HE染色，光鏡觀察。每張切片在10～40倍視野下隨機選取5個視野，計數視野內成骨和破骨細胞數量，取其平均數作為腰椎病理改變評價指標。

2 結 果

2.1 一般指標觀察 振動造模組動物造模1周后，食欲減退，精神差，皮毛失去光澤，體重開始下降，并呈進行性加重。正常對照組和造模對照組無異常反應，正常對照組動物體重隨實驗進展逐漸增加。

2.2 腰5椎體組織形態學變化 5組實驗兔的腰5椎體光鏡下骨組織形態見圖1。各組大體形態正常、無塌陷和增生。正常對照組腰5椎體的成骨細胞圍繞骨小梁規則單層排列，破骨細胞少見。振動組成骨細胞減少，破骨細胞增多，骨小梁減少、結構破壞，空陷窩增加，結構紊亂。實驗第2周時，各振動組腰5椎體的成骨細胞數較正常對照組、造模對照組明顯減少（P＜0.05）；同時，4 Hz振動組腰 5 椎體的破骨細胞數較對照組明顯增加（P＜0.05）。見表1、2。

圖1 實驗兔腰5椎光鏡下觀（HE，10×40）

表1 各組兔不同時間點腰5椎體成骨細胞計數（±s，n＝4）

表1 各組兔不同時間點腰5椎體成骨細胞計數（±s，n＝4）

注：與正常對照組比較，＊P＜0.05；與造模對照組比較，＃P＜0.05

組別 時間點2周 4周 6周正常對照組 108.00±5.00 107.00±7.81 110.00±8.01造模對照組 96.00±6.00 89.00±3.00＊ 77.00±6.00＊4 Hz 造模型 62.47±4.04＊＃ 71.33±4.04＊＃ 95.00±7.03＊＃5 Hz 造模組 77.33±4.73＊＃ 90.00±3.61＊ 95.00±2.00＊＃6 Hz 造模組 80.00±4.00＊＃ 90.00±4.00＊ 102.00±4.00＃

表2 各組兔不同時間腰5椎體破骨細胞計數（±s，n＝4）

表2 各組兔不同時間腰5椎體破骨細胞計數（±s，n＝4）

注：與正常對照組比較，＊P＜0.05；與造模對照組比較，＃P＜0.05

組別 時間點2周 4周 6周正常對照組 17.00±1.00 15.00±2.00 16.00±3.02造模對照組 16.00±2.00 21.33±3.06 24.00±3.00＊4 Hz造模型 26.57±1.53＊＃ 25.00±1.73＊ 18.00±5.00 5 Hz 造模型 20.00±4.00 23.00±3.00＊ 16.33±1.53＃6 Hz 造模型 14.00±1.00 19.00±2.65 16.00±2.01＃

3 討 論

在從事各種職業的人群中，下腰痛均較常見。其中，以接觸振動工作的人群，如汽車駕駛員的腰痛患病率就比其他不接觸振動的人群要高很多［2］。關于振動導致駕駛員產生腰痛的研究認為，腰椎的共振區（2～6 Hz）與汽車行駛時發動機的振動頻率（＜50 Hz）相重疊，使腰椎產生機械振動的共振，從而產生損傷，導致腰痛。低頻振動會導致椎旁軟組織疲勞及衰竭，但是否會引起腰椎骨組織的損傷，目前尚未見報道［3，4］。本研究以固定于臀坐位并確保臀部接觸低頻振動的兔作為研究對象，觀察在6周的時間內，振動對下腰椎骨組織的形態學影響。

本研究表明低頻振動的早期即可引起腰椎椎體組織學的改變，如成骨細胞減少、破骨細胞增多，骨小梁結構紊亂破壞等；其中，以4 Hz諧振對椎體骨質的破壞最為嚴重。在第2周，3組低頻諧振均能導致椎體成骨細胞的明顯減少；而椎體破骨細胞除4 Hz諧振組有顯著的增加外，其余2組的破骨細胞無顯著變化。在第4周和第6周，各諧振組的成骨細胞數目在依次增加。這一結果說明，低頻諧振對椎體骨質損傷的早期組織學表現，主要是成骨細胞的減少；同時，只有4 Hz的諧振能夠在早期引起破骨細胞的增加，這可能是4 Hz諧振較其他頻率諧振對骨質損傷更加嚴重的一個原因。

總之，低頻諧振后椎體骨發生了程度不同的損傷，損傷發生時間早，并以4 Hz的諧振損傷最為嚴重。因此，對駛乘人員的腰椎保護易早期施行，盡量減少振動暴露持續時間，提高座椅的隔振性能，坐位時保持正確的坐姿并適時合理地改變工作體位，加強腰背肌的功能鍛煉［5］。嚴格執行《軍事訓練傷診斷標準及防治原則》，加強傷病防護力度，保護脊柱病預防下腰痛的發生。

［1］ Roeykens J，Rogers R，Meeusen R，et al.Validity and reliability in a flemish population of the WHO MON ICA optional study of physical activity questionnaire［J］.Med Sci Sports Exerc，2006，30（10）：1071－1075.

［2］ International Organization for standardization： Guide for the valuation of human exposure to whole body vibration［S］.ISO 2631［m］.Geneva，1985.

［3］ von Stengel S，Kemmler W，Bebenek M，et al.Effects of wholebody vibration training on different devices on bone mineral density［J］.Med Sci Sports Exerc，2011，43（6）：1071－9.

［4］ Wenger KH，Freeman JD，Fulzele S，et al.Effect of whole－body vibration on bone properties in aging mice［J］.Bone，2010，47（4）：746－55.

［5］黃昌林，張 莉，薛 剛.《軍事訓練傷診斷標準及防治原則》的編制應用研究及意義［J］.解放軍醫學雜志，2004，29（4）：286－288.