大鼠坐骨神經固有頻率測定

尹露，安云，楊斌堂，楊詣坤，盧新剛，嚴雋陶

1.上海中醫藥大學附屬岳陽中西醫結合醫院推拿科，上海200437；2.上海交通大學機械系統與振動國家重點實驗室，上海200240

前言

固有頻率也稱為自然頻率，指結構系統受到外界激勵產生響應時，在其平衡位置附近作往復運動，其運動的頻率僅取決于系統本身的物理特性（如質量、剛度），與外界激勵無關，此頻率稱為固有頻率［1-2］。不管外界有無激勵，結構的固有頻率始終存在，只是當外界有激勵時，結構能按其固有頻率產生振動響應。如果從生物力學角度將人體視為一個機械振動模型，各部分器官、組織都是一個振動系統，都有其相應的固有頻率。當機體受到的外界激勵頻率與機體組織的固有頻率接近或相等時，能引發共振從而激活組織系統的興奮性，此時組織受迫振動的幅度最大［3-4］。基于共振現象，有研究者提出了多種固有頻率的測算方法［2,5］，且既往研究提示外在頻率源作用于機體時，頻率是影響神經肌肉系統興奮性的主要因素［6-8］。因此，本研究通過檢測相關實驗中關注較多的大鼠坐骨神經的固有頻率，觀察神經正常狀態、損傷狀態以及離體狀態下固有頻率的變化，以期為康復治療儀器頻率的選擇提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及分組

選取成年健康Sprague-Dawley大鼠18只，體質量220～250 g，由上海中醫藥大學附屬岳陽中西醫結合醫院實驗動物中心提供并飼養。飼養條件：溫度24～26℃，濕度55%～65%，12 h光照12 h黑暗交替，自由攝食和飲水。將實驗大鼠按體質量大小編號，采用隨機數字表法分為正常組、坐骨神經損傷（SNI）7 d組、SNI 28 d組，每組各6只。實驗檢測中增加離體組，即正常組的離體神經檢測，詳見1.4檢測方法。實驗過程中對大鼠的處置嚴格遵守動物倫理準則和指南的相關規定。

1.2 主要儀器及試劑

SXP-1C手術顯微鏡（上海醫光儀器有限公司），10%水合氯醛（上海西唐生物科技有限公司），手術剪、止血鉗、組織鑷、持針器（上海金鐘），顯微剪、顯微鑷、顯微持針器（上海金鐘），11-0顯微外科帶針縫合線、3-0帶針縫合線（寧波靈橋），固有頻率檢測平臺（上海交通大學機械系統與振動國家重點實驗室）。

1.3 SNI模型制備

參照課題組前期模型制備方法［9］：a.術前24 h禁食水；b.10%水合氯醛腹腔注射麻醉，劑量0.3 mL/100 g；c.取右下肢備皮，俯臥位固定于操作臺上，常規消毒；d.無菌狀態于右側坐骨切跡下約5 mm處沿坐骨神經走向做臀部橫向切口，切口約1.5 cm，鈍性分離筋膜及肌肉組織，撐開皮膚及肌肉后充分顯露坐骨神經，顯微手術器械將坐骨神經游離；e.在梨狀肌下約10 mm處使用JZ06Cr 14 cm止血鉗3扣的壓力，以止血鉗前1/3處完全閉合鉗夾神經干，鉗夾3次，每次10 s，中間間隔10 s，全程共50 s，造成寬約2 mm的神經損傷。松開血管鉗后見鉗夾段神經完全透明，但神經外膜處未見出血，造成Sunderland III度損傷［10］。鉗夾后于顯微鏡下在損傷點上1 mm處用110縫合線進行外膜標記（圖1）；f.術后使用注射用青霉素鈉消炎并縫合肌肉和皮膚。為保證實驗的均一性，肌肉均縫一針，皮膚均縫兩針，所有的鉗夾及縫合均由同一操作人員完成。正常組不予處理。

圖1 大鼠坐骨神經鉗夾傷模型Fig.1 Rat model with sciatic nerve clamp injuries

1.4 檢測方法

于造模后第7天，將正常組大鼠麻醉后行坐骨神經剝離術（如1.3部分步驟a～d），將大鼠左側臥位放置于振動測試平臺，充分暴露坐骨神經。在大鼠坐骨神經自梨狀肌下10 mm處，沿神經走向放置約1 mm×2 mm、厚約10 μm的反光膜（鋁箔紙），振動臺上放置一激光傳感器，使激光光源向反光膜射出激光信號。應用振動平臺施加掃頻激勵，使用Labview軟件編寫上位機界面，對數據進行分析與處理，可對采集的響應時域信號進行快速傅里葉變化，因頻率源的輸出能夠在測量所需的范圍內連續掃描，因此可以連續測出各頻率點上的頻率特性結果并立即顯示特性曲線。通過OriginPro軟件分析頻率特性曲線的峰值處頻率，即為固有頻率（圖2）。每只大鼠坐骨神經測量6次，取平均值確定為固有頻率。然后逐一將正常組大鼠坐骨神經自梨狀肌下10 mm處切除長約10 mm遠端神經段，以同樣方法進行離體坐骨神經段的固有頻率測定（即1.1的離體組）。隨后取SNI 7 d組大鼠，于SNI標記點下端沿神經走向放置反光膜，如上述操作進行固有頻率檢測。造模后第28天，將SNI 28 d組大鼠以同樣方法進行坐骨神經固有頻率檢測。

圖2 坐骨神經固有頻率檢測Fig.2 Sciatic nerve natural frequency detection

圖3 系統功能框解圖Fig.3 System function block diagram

1.5 統計學方法

采用SPSS25.0軟件進行數據分析處理。符合正態分布的計量資料用均數±標準差表示，數據比較采用單因素方差分析，各組間兩兩比較采用LSD-t檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 各組大鼠坐骨神經頻率特異性曲線

正常組、離體組、SNI 7 d組、SNI 28 d組大鼠坐骨神經頻率特異性曲線均顯示單一峰值，見圖4。

2.2 4種狀態下大鼠坐骨神經固有頻率比較

正常組、離體組、SNI 7 d組、SNI 28 d組固有頻率（Hz）分別為9.666±0.113、9.840±0.390、9.668±0.303、9.366±0.474。4組坐骨神經組間固有頻率比較，經檢驗數據服從正態分布且方差齊，使用單因素方差分析，結果顯示差異無統計學意義（F=1.937,P=0.156）；進一步組間兩兩比較顯示，正常組與離體組、SNI 7 d組、SNI 28 d組比較，SNI 7 d組與SNI 28 d組比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）。固有頻率測量值總體均數為9.635 Hz。

4組坐骨神經組內固有頻率比較，正常神經、離體神經及SNI 7 d組神經3種狀態下組內數據差異均無統計學意義（P＞0.05），SNI 28 d組內固有頻率數據比較差異有統計學意義（P=0.009）。見表1。

3 討論

SNI是常見的下肢周圍神經損傷，坐骨神經鉗夾傷模型因保存有神經干的連續性、操作簡便、術后瘢痕組織較少等優點，被廣泛應用于周圍神經損傷后運動、感覺等功能短期修復的實驗研究［11］。根據大鼠坐骨神經Ⅲ度損傷恢復情況，實驗研究應用物理治療時一般選擇損傷7 d后開始干預，且維持至損傷后28 d左右。因此，本實驗選擇坐骨神經Ⅲ度鉗夾傷模型，以正常神經、SNI 7 d神經、SNI 28 d神經以及離體神經4種狀態進行固有頻率檢測。

實驗結果顯示給予大鼠坐骨神經施加振動頻率源后，不同狀態下的組間固有頻率均值略有差異，但經檢驗差異無統計學意義；組內固有頻率比較中，正常神經、SNI 7 d神經以及離體神經3種狀態下固有頻率值差異不大，而SNI 28 d神經組內比較有差異，考慮可能為神經損傷28 d后損傷表面瘢痕組織的形成造成一定干擾，但組內個體固有頻率仍維持在8.722～10.533 Hz。因此可認為實驗大鼠坐骨神經固有頻率約為9.635 Hz，且神經組織固有頻率是其本身的特有屬性，不會因所處狀態不同而發生很大變化，對今后物理治療儀器頻率的選擇有一定參考意義。

圖4 各組大鼠坐骨神經頻率特異性曲線Fig.4 Sciatic nerve frequency-specificity curves in different groups

表1 各組組內個體固有頻率比較（Hz）Tab.1 Comparison of individual natural frequency among 4 groups(Hz)

由于周圍神經損傷后的神經功能障礙和失神經支配的骨骼肌萎縮是目前神經科學、康復醫學以及相關學科共同關注的難題［12-13］。隨著中西醫結合康復學的發展，多種物理治療技術相繼在臨床中得以應用，其中振動療法作為一種臨床預防和康復治療工具，在周圍神經損傷后神經功能恢復、神經性疼痛的緩解以及肌肉骨骼系統調節等方面均顯示出優勢［14-16］。但最佳干預參數的選擇以及振動干預的相關作用機制仍沒有一致結論。研究發現除顱骨和眼球外，人體各器官固有頻率一般為0～20 Hz［3］,已有研究提示在適宜頻率作用下能最大限度地激活神經肌肉系統的興奮性，使得病理狀態下的神經肌肉恢復正常生理功能；應用物理治療時優選共振頻率，必將增強該組織對能量的吸收，提高臨床治療效果［17-19］。因此，基于神經組織的固有頻率研究振動療法在坐骨神經損傷后神經再生修復的影響，以及探尋共振效應促進神經修復的潛在機制將是今后研究的方向。