微波对骨细胞活力和生物力学的影响

微波对骨细胞活力和生物力学的影响 【摘要】 目的 研究微波辐射对大鼠股骨细胞活力和生物力学的影响，以探求杀灭所有骨、软骨细胞时骨组织生物力学的变化。 方法 32只大鼠处死后，将其双侧股骨完整取出，左侧股骨为实验组，右侧股骨为对照组。应用微波对实验组股骨分别加热3、5、10、15min后，用特殊的乳酸脱氢酶活性染色，判断骨、软骨细胞的活力；用Instron万能材料试验机测定股骨的生物力学并同步记录；用原子吸收分光光度仪测定股骨钙的含量。 结果 实验组与对照组的生物力学及钙含量差异无显着性，股骨经微波加热10min后，温度可达62℃，能够杀灭骨、软骨所有的活细胞。 结论 微波产生的高温，在较短的时间内能杀灭骨、软骨活细胞，而对骨的生物力学无显着损害；通过组织化学观察乳酸脱氢酶活性判断骨、软骨细胞活力的方法是特异和敏感的，体外微波加热可应用于骨肿瘤的保肢手术。 【关键词】 微波 细胞活力 生物力学 骨 乳酸脱氢酶 【Abstract】Objective To investigate the effects of microwave induced hyperthermia on cell viability and biomechanics of bone cells in rat‘s femur. The biomechanics varieties of rat‘s femur after complete eradication of all viable cells in rat bone were studied. s 32 rats were euthanized and femurs were removed by disarticulated. The left femurs were heated for 3 minutes, 5 minutes, 10 minutes and 15 minutes with the microwave and the histochemical assay for special lactate dehydrogenase activity was uated. The rat bone‘s biomechanics and the content of calcium tests were carried out. The right femurs were taken as control. Results There was no significant difference in rat bone biomechanics and the content of calcium between both groups and complete cell death occurred after 10 minutes of heating at 62℃. Conclusion It was found that complete eradication of all viable cells in rats bone could be achieved with minimal reduction mechanical function in shorter time by microwave induced hyperthermia. The to determine osteocyte‘s viability by histochemical assay for lactate dehydrogenase activity proves to be sensitive and specific. Microwave may be applied in limb salvage surgery on patients of bone tumor. 【Key words】Microwave Cell viability Biomechanics Bone Lactate dehydrogenase 本研究旨在探讨微波加热对骨、软骨细胞活力及骨组织生物力学的影响，最终为临床提供理想的骨肿瘤区段处理方法。 1 材料和方法 取材及实验分组 32只8周龄健康雄性Wister大鼠，体重180～300g，处死后行关节离断，完整取出股骨，仔细分离去除软组织不损伤骨表面，自中点用电锯横断一分为二，用生理盐水冲洗血液及髓内组织后，放入生理盐水中备用。左侧股骨为实验组，右侧股骨为对照组。 微波加热 将左侧的64块半股骨随机分为Ⅰ～Ⅳ组，每组16块，各组的加热时间分别为3、5、10，15min。加热方法预加热试验将Ⅰ～Ⅳ组骨块，每组随机取出2块，共8块放入10015mm的培养皿中，加入40ml生理盐水将其浸没，用2450MHz微波机加热，输出功率调为160W，将带探头的热电偶测温计置入髓腔内测温并记录，加热时间分别为3、5、10、15min，每次加热循环5次，求出平均温度及标准差；加热试验将每组骨块放入上述培养皿中，加入等量的盐水后加热，所用仪器同预加热试验，Ⅰ～Ⅳ组的加热时间分别为3、5、10、15min，加热后骨块分别放入盛盐水的烧杯中，加热时间与温度关系如图1所示。 骨、软骨细胞的活力测定 将Ⅰ～Ⅳ组加热的骨块，用微型电锯装微薄金刚刀片，冠状面纵行将其切割为二，同时纵行切取2片厚150～200μm的骨片。将骨片用聚硅磨石磨至75～100μm厚。在整个切割及制作骨磨片过程中均用冷生理盐水持续冲洗。制作的骨磨片用生理盐水冲洗后，浸入10％EDTA脱钙，4℃脱钙18h，按照Wong等［１］所述的染色并根据硝基蓝四唑反应判断乳酸脱氢酶活性，进而确定加热后各组骨、软骨细胞的活力，在细胞浆内出现蓝色颗粒证明细胞有活力［１］。染色孵育介质包括磷酸盐缓冲液，L-1、乳酸锂50mmolL-1、氰化钾10mmolL-1、氯化钾5mmolL-1、硝基蓝四唑, L-1Sigma公司；烟酰胺腺嘌呤二核苷酸10mmolL-1Sigma公司；配制30ml孵育液，pH浓度用L-1氢氧化钠调整至，将脱钙后的骨磨片放在新鲜配制的孵育液中37℃孵育4h。封固骨磨片取出后，10甲醛溶液固定，梯度乙醇脱水，载玻片封固后，在光镜下观察。 生物力学试验 将半圆柱形股骨应用三点弯曲试验在Instron万能材料实验机上测试。两横梁间距调为14mm，加载速度min-1，以100N为等级加载，同步绘出载荷-变形曲线。 钙含量 将股骨称重，用6NL-1盐酸消化，用原子吸收分光光度仪测定钙含量。钙液体试剂盒购于北京中生生物工程高技术公司。计算单位重量标本含钙量。 统计学分析 采用SPLM统计分析软件应用Wilcoxon配对检验，以xs表示。以P＜为差异有显着性。 2 结果 骨、软骨细胞的活力 按照Liebergall标准分为三种［２］细胞存活组织磨片中细胞胞浆蓝色颗粒＞50；部分存活