谐振对强迫体位下兔下腰椎骨组织形态学的影响＊

黄昌林，王前进，薛 刚

低频振动是在劳动生产过程中导致腰痛的重要危险因素［1］，其危害日益引起人们的重视。目前有关振动致病机制的动物实验较少，且谐振对腰椎骨组织功能和结构影响的研究未见报道。本实验通过振台模拟驶乘人员接触振动，观察低频谐振（4～6 Hz）对兔下腰椎骨组织细胞功能和形态的影响，以期为振动所引起伤病的早期诊断、预防治疗提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 实验动物 健康成年雄性新西兰大白兔60只，分笼饲养，体重（1.5±0.18） kg，由解放军 150 医院动物中心提供。实验前适应性喂养1周，室温控制在（22±1）℃，饲养期间给予颗粒饲料，自由饮水。

1.2 仪器 HDZDT－Ⅰ可调频振动台 ［振动范围：0～50 Hz，振幅（0.5±0.2） mm］：天津市庆达试验仪器制造公司。

1.3 动物分组与造模 动物适应性饲养1周后，随机均分为正常对照组、造模对照组和4、5、6 Hz振动组，每组12只。振动造模组置于特制笼中，固定于臀坐位，确保臀部接触振动，给予各自不同频率振动2 h，1次/d，5 d/周。造模对照组只固定臀坐位于特制笼相同时间。正常对照组置相同空间特制笼中自由活动。

1.4 标本采集与处理 分别于实验第2、4、6周后分批处死4只做形态学检查。

1.5 观察指标

1.5.1 一般指标 动物的体重、精神状态、毛发光泽、食欲等的变化情况。

1.5.2 组织形态学观察 各组于实验 2、4、6周分批处死4只动物，取出腰5椎体，沿矢状面正中锯开，10%中性甲醛缓冲液固定48 h，5%硝酸液脱钙，流水冲洗后石蜡包埋切片，常规HE染色，光镜观察。每张切片在10～40倍视野下随机选取5个视野，计数视野内成骨和破骨细胞数量，取其平均数作为腰椎病理改变评价指标。

2 结 果

2.1 一般指标观察 振动造模组动物造模1周后，食欲减退，精神差，皮毛失去光泽，体重开始下降，并呈进行性加重。正常对照组和造模对照组无异常反应，正常对照组动物体重随实验进展逐渐增加。

2.2 腰5椎体组织形态学变化 5组实验兔的腰5椎体光镜下骨组织形态见图1。各组大体形态正常、无塌陷和增生。正常对照组腰5椎体的成骨细胞围绕骨小梁规则单层排列，破骨细胞少见。振动组成骨细胞减少，破骨细胞增多，骨小梁减少、结构破坏，空陷窝增加，结构紊乱。实验第2周时，各振动组腰5椎体的成骨细胞数较正常对照组、造模对照组明显减少（P＜0.05）；同时，4 Hz振动组腰 5 椎体的破骨细胞数较对照组明显增加（P＜0.05）。见表1、2。

图1 实验兔腰5椎光镜下观（HE，10×40）

表1 各组兔不同时间点腰5椎体成骨细胞计数（±s，n＝4）

表1 各组兔不同时间点腰5椎体成骨细胞计数（±s，n＝4）

注：与正常对照组比较，＊P＜0.05；与造模对照组比较，＃P＜0.05

组别 时间点2周 4周 6周正常对照组 108.00±5.00 107.00±7.81 110.00±8.01造模对照组 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 造模组 77.33±4.73＊＃ 90.00±3.61＊ 95.00±2.00＊＃6 Hz 造模组 80.00±4.00＊＃ 90.00±4.00＊ 102.00±4.00＃

表2 各组兔不同时间腰5椎体破骨细胞计数（±s，n＝4）

表2 各组兔不同时间腰5椎体破骨细胞计数（±s，n＝4）

注：与正常对照组比较，＊P＜0.05；与造模对照组比较，＃P＜0.05

组别 时间点2周 4周 6周正常对照组 17.00±1.00 15.00±2.00 16.00±3.02造模对照组 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 讨 论

在从事各种职业的人群中，下腰痛均较常见。其中，以接触振动工作的人群，如汽车驾驶员的腰痛患病率就比其他不接触振动的人群要高很多［2］。关于振动导致驾驶员产生腰痛的研究认为，腰椎的共振区（2～6 Hz）与汽车行驶时发动机的振动频率（＜50 Hz）相重叠，使腰椎产生机械振动的共振，从而产生损伤，导致腰痛。低频振动会导致椎旁软组织疲劳及衰竭，但是否会引起腰椎骨组织的损伤，目前尚未见报道［3，4］。本研究以固定于臀坐位并确保臀部接触低频振动的兔作为研究对象，观察在6周的时间内，振动对下腰椎骨组织的形态学影响。

本研究表明低频振动的早期即可引起腰椎椎体组织学的改变，如成骨细胞减少、破骨细胞增多，骨小梁结构紊乱破坏等；其中，以4 Hz谐振对椎体骨质的破坏最为严重。在第2周，3组低频谐振均能导致椎体成骨细胞的明显减少；而椎体破骨细胞除4 Hz谐振组有显著的增加外，其余2组的破骨细胞无显著变化。在第4周和第6周，各谐振组的成骨细胞数目在依次增加。这一结果说明，低频谐振对椎体骨质损伤的早期组织学表现，主要是成骨细胞的减少；同时，只有4 Hz的谐振能够在早期引起破骨细胞的增加，这可能是4 Hz谐振较其他频率谐振对骨质损伤更加严重的一个原因。

总之，低频谐振后椎体骨发生了程度不同的损伤，损伤发生时间早，并以4 Hz的谐振损伤最为严重。因此，对驶乘人员的腰椎保护易早期施行，尽量减少振动暴露持续时间，提高座椅的隔振性能，坐位时保持正确的坐姿并适时合理地改变工作体位，加强腰背肌的功能锻炼［5］。严格执行《军事训练伤诊断标准及防治原则》，加强伤病防护力度，保护脊柱病预防下腰痛的发生。

［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］黄昌林，张 莉，薛 刚.《军事训练伤诊断标准及防治原则》的编制应用研究及意义［J］.解放军医学杂志，2004，29（4）：286－288.