脉冲电磁场对抗失重环境引起的骨流失及其信号转导机制研究

发布时间：2020-09-10 17:09

　　 随着载人航空事业的发展,宇航员因太空中失重引起身体状况异常倍受人们所关注。其中最严重的问题是失重引起的骨丢失现象。失重会使骨质量大幅下降,最终导致骨质疏松症的发生,已成为全世界航空航天事业所要面临的重大问题,所以研究治疗和预防它的方法迫在眉睫。研究发现电磁场治疗骨质疏松症是一种安全可靠的方法,近期以来开始被认为是防治失重导致骨丢失的潜在对策之一。但是对于低频脉冲电磁场(PEMFs)对尾吊大鼠的疗效和作用机制并不明确,仍然需要实验论证。本次实验的主要研究目的:研究PEMFs治疗尾吊大鼠骨量下降的效果以及其作用机制,为失重引起的骨流失的防治提供理论参考和科学依据。实验方法:本实验首先建立模拟微重力大鼠尾吊模型,将三组大鼠分为对照组,HLS组和PEMFs治疗组,在本次实验中,使用实验室基于大规模体外培养的成骨细胞和动物实验方法筛选的PEMFs(50 Hz,0.6 mT,90 min/day)治疗参数,进一步探究电磁场对尾吊模型的治疗作用,4周后处死大鼠。首先检测PEMFs对于大鼠骨密度(BMD),生物力学强度的改善效果;其次进一步通过ELISA试剂盒检测血清中骨钙素(OC)和I型胶原氮端前肽(PINP)浓度(骨形成标记物),抗酒石酸酸性磷酸酶5b(TRACP 5b)和Ⅰ型胶原C端肽(CTX-1)(骨吸收标计物)含量的变化,然后用Micro-CT和VG染色观察骨组织形态并进行计量分析,再次通过HE染色观察骨髓中成骨细胞以及脂肪细胞的变化,之后使用RT-PCR和Western blot观察成骨相关基因蛋白(BMP-2,Runx-2和OSX)的表达情况,评价电磁场对尾吊大鼠骨质量的影响。最后通过ELISA试剂盒检测甲状旁腺激素(PTH)和环磷酸腺苷(cAMP)水平,以及蛋白激酶(PKA)和环磷腺苷效应元件结合蛋白(CREB)磷酸化水平研究电磁场提高尾吊大鼠骨质量的具体信号途径,探究其作用机理。实验结果:本实验使用尾吊模型大鼠在地面模拟微重力,大鼠后肢悬吊4周后,通过比较对大鼠股骨和椎骨BMD及生物力学的影响来评价尾吊模型的效果。相比HLS组,PEMFs治疗可防止约50%的骨密度和最大载荷值的降低。实验发现在PEMFs治疗下其骨形成标记物(OC和PINP)的含量显著增加,但是骨吸收标记物(TRACP 5b和CTX-1)的并没有显著降低,说明了PEMFs治疗对骨吸收的促进更明显。通过Micro-CT和VG染色结果发现,PEMFs治疗可以显著改善大鼠松质骨和皮质骨的骨微结构。通过对HE染色观察大鼠股骨骨髓腔,PEMFs治疗可以显著提高成骨细胞的数量并抑制骨髓中脂肪细胞数量的增加。PEMFs还可以阻止骨水平标计物PTH及其下游信号分子cAMP的减少并维持PKA和CREB的磷酸化水平。可溶性腺苷酸环化酶(sAC)的表达水平也得到保持。结论:50 Hz 0.6 mT的PEMFs治疗可以有效的提高尾吊大鼠的骨密度和生物力学值,促进大鼠血液中骨形成标记物的浓度,提高成骨细胞含量防止骨微结构的恶化,是一种良好的电磁场治疗类型。PEMFs是通过sAC/cAMP/PKA/CREB途径促进骨形成来防止尾吊大鼠的骨质量降低。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R85

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本文编号：2816081