脉冲电磁场和功能矫形对大鼠下颌髁突IGF—I表达影响的研究*
作者：周 征 李小兵 郭宏铭 赵美英 罗颂椒
单位：周 征 李小兵 郭宏铭 赵美英 罗颂椒610041 华西医科大学口腔医学院
关键词：脉冲电磁场；功能矫形；胰岛素样生长因子I
临床口腔医学杂志990103 提 要 将20只青春期雄性SD大鼠随机等量分为对照组，脉冲电磁场(PEMF)组，戴功能矫治器(FA)组及二者共同作用(PEMF+FA)组，研究脉冲电磁场和功能矫治器对大鼠下颌髁突胰岛素样生长因子I(IGF—I)表达变化。经过10天的实验，结果发现PEMF和功能矫治器都可显著性增加髁突软骨细胞的IGF—I表达，提示二者具有协同作用，为临床联合使用PEMF和FA进行下颌骨的矫形治疗提供了实验依据。
Studies on the effects of pulsating electromagnetic fields and functional appliances on the changes of rat mandibular condylar insulin-like growth factor I expression Zhou Zheng, Li Xiaobing,et al. College of Stomatology, West China University of Medical Sciences 610041
, http://www.100md.com
Abstract Twenty male 5-week -old growing SD rats were equally and randomly divided into four groups: control group, pulsating electromagnetic field (PEMF) group, functional appliances (FA) group, combining PEMF and FA group. After 10 days experiment, the result showed: both PEMFand FA could significantly increase insulin-like growth factor I(IGF-I) expression in rat mandibular condylar cartilage cells(P<0.05). It suggested that PEMF can enhance the orthopedic effect of functional appliances.
, 百拇医药
Key words Pulsating Electromagnetic Fields Functional Appliances Insulin-like Growth Factor I
已有研究表明：功能矫治器可增加髁突软骨的生长量〔1〕，脉冲电磁场(PEMF)也可以使其生长活跃〔2、3〕，而IGF—I与下颌髁突的生长改建密切相关〔4〕，本实验将研究两种外界因素对髁突IGF—I表达的影响，并探索其机理，为PEMF在临床功能矫形中的应用提供实验依据。
材料和方法
1. 实验设计
将20只体重为100g±，5周龄SD雄性大鼠随机等量分为对照组、FA组、PEMF组、PEMF+FA组，每组各5只大鼠。
, 百拇医药
FA组大鼠每天戴功能矫治器10～12h，功能矫治器为模拟临床斜面导板，可引导大鼠下颌前伸。PEMF组大鼠每天有8h处于PEMF环境中，大鼠头部位于电磁场中心，PEMF高峰磁场强度为4mT，频率为100Hz。PEMF+FA组为将戴有功能矫治器的大鼠置于PEMF中。对照组大鼠每天8h处于固定架中，但无PEMF。实验周期为10天。
2. 组织制备
实验到期后动物断脊髓处死，取双侧髁突软骨，生理盐水冲洗髁突表面后，置于10%福尔马林溶液固定18～24h，然后在4℃、0.5M的EDTA中脱钙两周，石蜡包埋，髁突组织矢状面中分连续切片为5μ厚。
3. 实验方法
3.1 实验程序及主要试剂：
兔抗IGF—I多克隆抗体，由美国National Hormone and Pituitary Progam(NHPP) 提供。生物素化羊抗兔IgG和ABC试剂盒为美国Vector公司产品。免疫组化程序为常规ABC法。
, 百拇医药
3.2 阳性细胞标准及计数方法：
阳性细胞标准为细胞形态完整，结构清晰,细胞胞浆为棕黄色，阳性细胞着色水平明显高于背景水平。由于在髁突软骨各层细胞中，过渡层和成熟层细胞代表髁突的增生和分化，形态最为明显，故选取这两层细胞范围内的阳性细胞。每个样本的每个区域连续记录4个油镜视野的标记细胞数，以其平均值作为样本该区域的标记细胞数。
结 果
实验结果见(表1)。
表1 髁突软骨IGF—1标记细胞数t检验
无PEMF组
有PEMF组
P
例数
, 百拇医药
M
SD
例数
M
SD
无矫治器组
5
2.75
0.69
5
5.52
0.45
<0.05
, 百拇医药 (对照组)
(PEMF组)
有矫治器组
5
6.47
0.78
5
8.74
0.49
<0.05
(FA组)
(PEMF+FA组)
P
, 百拇医药
<0.05
<0.05
结果表明：PEMF组或FA组与对照组相比均有显著性增加，而PEMF+FA组与PEMF组或FA组相比也都有显著性差异。
讨 论
IGF—I对髁突软骨生长改建具有重要的作用〔5〕。近年来的研究证实，许多组织、细胞在不同的生长发育阶段都有IGF—I表达。IGF—I不仅作为内分泌因子存在于血液循环中，而且还能通过自分泌或旁分泌方式，对局部的组织和细胞发挥作用。体内外的研究表明，IGF—I具有刺激骨和软骨细胞增殖和DNA合成，增加细胞外基质合成，促进骨生长，在细胞的增殖和分化中起重要作用。因此，本实验选用髁突软骨中IGF—I的表达可以反映其生长改建状况。
功能矫形治疗可显著性增加下颌骨的生长量，而对于其机制,现在认为：下颌髁突是下颌骨的生长区，其生长改建不仅受全身激素如生长激素—生长介素复合体的直接命令式控制,而且受局部反馈因素的作用〔5〕。研究证明，在各种生长介素中IGF—I对软骨生长的影响最为明显〔6〕。用原位杂交和免疫组织化学方法研究发现，前伸下颌通过咀嚼肌的牵张，激活了髁突软骨细胞中IGF—I基因表达增强，并使细胞中IGF—I免疫阳性增加和阳性细胞数目增加〔4〕。
, 百拇医药
电磁场能影响骨组织的生长改建。PEMF能够加强成软骨细胞的增生与分化，并且改变细胞分化的代谢物〔7、8〕。1985年Gerling用PEMF作用于生长期豚鼠，结果10天后下颌髁突生长活跃〔2〕。在本实验中PEMF组和FA组中髁突软骨的IGF—I阳性细胞均多于对照组，差异具有显著性，证实了PEMF与功能矫治器一样，具有使髁突生长活跃的作用，这一结果与以前的研究结果相符。而当PEMF与功能矫治器联合应用时，髁突软骨的IGF—F阳性细胞明显多于单纯用PEMF组和FA组，证实二者具有协同作用，为临床联合使用PEMF和FA进行下颌骨的矫形治疗提供了实验依据。在下颌生长的X线测量中也得到证明〔9〕。
许多研究认为，PEMF促进骨组织的生长和修复是通过改变细胞的电生理特性〔8〕，从而改变细胞内的第二信使，通过第二信使影响细胞核的DNA合成，与某些激素的作用相类似〔7〕。在本实验中PEMF可以促进髁突软骨细胞内IGF—I的表达，从而促进髁突软骨的生长，这一结果也进一步证实了这一推断。
, http://www.100md.com
功能矫形治疗是通过FA，改变下颌骨的位置，引起咀嚼肌功能变化。这是一种机械刺激，它通过机械—化学信号的转换来影响细胞的增生分化。而PEMF为一种电磁刺激，是通过改变细胞的电生理特性，并转换为化学信号来加强细胞的增生和分化，其无损伤，无感染，使用无危险。二者通过不同的刺激形式和信号转换机制发挥作用，如果将二者结合应用，无疑会为正畸矫治的理论和方法增加新的内容，值得深入研究。
*本课题由国家自然科学基金和卫生部科研基金资助。
参 考 文 献
[1] Meikle MC: The role of condyle in the postnatal growth of the mandible. Am. J. Orthod., 1973;64:50～62
[2] Gerling JA, Sinclair PM and Roa RL: The effect of pulsating electronmagnetic fields on condylar growth in guinea pigs. Am. J. Orthod. Dentofac. Orthop., 1985;97:2112～23
, http://www.100md.com
[3] Hass DW: Stimulation of condylar growth in the cat with pulsating electromagnetic currents. Am. J. Orthod. Dentofac. Orthop. 1995;108(6):599～606
[4] 周征，罗颂椒，刘聪；大鼠下颌功能前伸后激活髁实胰岛素样生长因子I基因表达，中华口腔医学杂志，1998；33(6)：369～371
[5] Petrovic A.C. Mechanisms and regulation of mandibular condylar growth. Acta Morphol Neerl Scand 1972,10:25～34
[6] Daughaday W.H., Rotwein P., Insulin-like growth factors I and II. Peptides, messenger ribonucleic acid and gene structures, serum, and tissue concentrations. Endocr.Rev. 1989,10:68～91.
, 百拇医药
[7] Norton LA, Hanley KJ and Turkewicz J: Bioelectric perturbations of Bone Reseearch Directions and dinical applicatios. Angle Orthod. 1984;54L73～87.
[8] Sakai A: Effects of pulsating electromagnetic fields on cultured catilage cells. Int. Orthopo 1991:15(4): 341～346.
[9] 郭宏铭，周学军,赵美英，脉冲电磁场与功能矫治器作用下大白鼠下颌生长发育X线测量研究。华西口腔医学杂志1998；16(4)，315～317
(收稿：1998—06—30), 百拇医药
单位：周 征 李小兵 郭宏铭 赵美英 罗颂椒610041 华西医科大学口腔医学院
关键词：脉冲电磁场；功能矫形；胰岛素样生长因子I
临床口腔医学杂志990103 提 要 将20只青春期雄性SD大鼠随机等量分为对照组，脉冲电磁场(PEMF)组，戴功能矫治器(FA)组及二者共同作用(PEMF+FA)组，研究脉冲电磁场和功能矫治器对大鼠下颌髁突胰岛素样生长因子I(IGF—I)表达变化。经过10天的实验，结果发现PEMF和功能矫治器都可显著性增加髁突软骨细胞的IGF—I表达，提示二者具有协同作用，为临床联合使用PEMF和FA进行下颌骨的矫形治疗提供了实验依据。
Studies on the effects of pulsating electromagnetic fields and functional appliances on the changes of rat mandibular condylar insulin-like growth factor I expression Zhou Zheng, Li Xiaobing,et al. College of Stomatology, West China University of Medical Sciences 610041
, http://www.100md.com
Abstract Twenty male 5-week -old growing SD rats were equally and randomly divided into four groups: control group, pulsating electromagnetic field (PEMF) group, functional appliances (FA) group, combining PEMF and FA group. After 10 days experiment, the result showed: both PEMFand FA could significantly increase insulin-like growth factor I(IGF-I) expression in rat mandibular condylar cartilage cells(P<0.05). It suggested that PEMF can enhance the orthopedic effect of functional appliances.
, 百拇医药
Key words Pulsating Electromagnetic Fields Functional Appliances Insulin-like Growth Factor I
已有研究表明：功能矫治器可增加髁突软骨的生长量〔1〕，脉冲电磁场(PEMF)也可以使其生长活跃〔2、3〕，而IGF—I与下颌髁突的生长改建密切相关〔4〕，本实验将研究两种外界因素对髁突IGF—I表达的影响，并探索其机理，为PEMF在临床功能矫形中的应用提供实验依据。
材料和方法
1. 实验设计
将20只体重为100g±，5周龄SD雄性大鼠随机等量分为对照组、FA组、PEMF组、PEMF+FA组，每组各5只大鼠。
, 百拇医药
FA组大鼠每天戴功能矫治器10～12h，功能矫治器为模拟临床斜面导板，可引导大鼠下颌前伸。PEMF组大鼠每天有8h处于PEMF环境中，大鼠头部位于电磁场中心，PEMF高峰磁场强度为4mT，频率为100Hz。PEMF+FA组为将戴有功能矫治器的大鼠置于PEMF中。对照组大鼠每天8h处于固定架中，但无PEMF。实验周期为10天。
2. 组织制备
实验到期后动物断脊髓处死，取双侧髁突软骨，生理盐水冲洗髁突表面后，置于10%福尔马林溶液固定18～24h，然后在4℃、0.5M的EDTA中脱钙两周，石蜡包埋，髁突组织矢状面中分连续切片为5μ厚。
3. 实验方法
3.1 实验程序及主要试剂：
兔抗IGF—I多克隆抗体，由美国National Hormone and Pituitary Progam(NHPP) 提供。生物素化羊抗兔IgG和ABC试剂盒为美国Vector公司产品。免疫组化程序为常规ABC法。
, 百拇医药
3.2 阳性细胞标准及计数方法：
阳性细胞标准为细胞形态完整，结构清晰,细胞胞浆为棕黄色，阳性细胞着色水平明显高于背景水平。由于在髁突软骨各层细胞中，过渡层和成熟层细胞代表髁突的增生和分化，形态最为明显，故选取这两层细胞范围内的阳性细胞。每个样本的每个区域连续记录4个油镜视野的标记细胞数，以其平均值作为样本该区域的标记细胞数。
结 果
实验结果见(表1)。
表1 髁突软骨IGF—1标记细胞数t检验
无PEMF组
有PEMF组
P
例数
, 百拇医药
M
SD
例数
M
SD
无矫治器组
5
2.75
0.69
5
5.52
0.45
<0.05
, 百拇医药 (对照组)
(PEMF组)
有矫治器组
5
6.47
0.78
5
8.74
0.49
<0.05
(FA组)
(PEMF+FA组)
P
, 百拇医药
<0.05
<0.05
结果表明：PEMF组或FA组与对照组相比均有显著性增加，而PEMF+FA组与PEMF组或FA组相比也都有显著性差异。
讨 论
IGF—I对髁突软骨生长改建具有重要的作用〔5〕。近年来的研究证实，许多组织、细胞在不同的生长发育阶段都有IGF—I表达。IGF—I不仅作为内分泌因子存在于血液循环中，而且还能通过自分泌或旁分泌方式，对局部的组织和细胞发挥作用。体内外的研究表明，IGF—I具有刺激骨和软骨细胞增殖和DNA合成，增加细胞外基质合成，促进骨生长，在细胞的增殖和分化中起重要作用。因此，本实验选用髁突软骨中IGF—I的表达可以反映其生长改建状况。
功能矫形治疗可显著性增加下颌骨的生长量，而对于其机制,现在认为：下颌髁突是下颌骨的生长区，其生长改建不仅受全身激素如生长激素—生长介素复合体的直接命令式控制,而且受局部反馈因素的作用〔5〕。研究证明，在各种生长介素中IGF—I对软骨生长的影响最为明显〔6〕。用原位杂交和免疫组织化学方法研究发现，前伸下颌通过咀嚼肌的牵张，激活了髁突软骨细胞中IGF—I基因表达增强，并使细胞中IGF—I免疫阳性增加和阳性细胞数目增加〔4〕。
, 百拇医药
电磁场能影响骨组织的生长改建。PEMF能够加强成软骨细胞的增生与分化，并且改变细胞分化的代谢物〔7、8〕。1985年Gerling用PEMF作用于生长期豚鼠，结果10天后下颌髁突生长活跃〔2〕。在本实验中PEMF组和FA组中髁突软骨的IGF—I阳性细胞均多于对照组，差异具有显著性，证实了PEMF与功能矫治器一样，具有使髁突生长活跃的作用，这一结果与以前的研究结果相符。而当PEMF与功能矫治器联合应用时，髁突软骨的IGF—F阳性细胞明显多于单纯用PEMF组和FA组，证实二者具有协同作用，为临床联合使用PEMF和FA进行下颌骨的矫形治疗提供了实验依据。在下颌生长的X线测量中也得到证明〔9〕。
许多研究认为，PEMF促进骨组织的生长和修复是通过改变细胞的电生理特性〔8〕，从而改变细胞内的第二信使，通过第二信使影响细胞核的DNA合成，与某些激素的作用相类似〔7〕。在本实验中PEMF可以促进髁突软骨细胞内IGF—I的表达，从而促进髁突软骨的生长，这一结果也进一步证实了这一推断。
, http://www.100md.com
功能矫形治疗是通过FA，改变下颌骨的位置，引起咀嚼肌功能变化。这是一种机械刺激，它通过机械—化学信号的转换来影响细胞的增生分化。而PEMF为一种电磁刺激，是通过改变细胞的电生理特性，并转换为化学信号来加强细胞的增生和分化，其无损伤，无感染，使用无危险。二者通过不同的刺激形式和信号转换机制发挥作用，如果将二者结合应用，无疑会为正畸矫治的理论和方法增加新的内容，值得深入研究。
*本课题由国家自然科学基金和卫生部科研基金资助。
参 考 文 献
[1] Meikle MC: The role of condyle in the postnatal growth of the mandible. Am. J. Orthod., 1973;64:50～62
[2] Gerling JA, Sinclair PM and Roa RL: The effect of pulsating electronmagnetic fields on condylar growth in guinea pigs. Am. J. Orthod. Dentofac. Orthop., 1985;97:2112～23
, http://www.100md.com
[3] Hass DW: Stimulation of condylar growth in the cat with pulsating electromagnetic currents. Am. J. Orthod. Dentofac. Orthop. 1995;108(6):599～606
[4] 周征，罗颂椒，刘聪；大鼠下颌功能前伸后激活髁实胰岛素样生长因子I基因表达，中华口腔医学杂志，1998；33(6)：369～371
[5] Petrovic A.C. Mechanisms and regulation of mandibular condylar growth. Acta Morphol Neerl Scand 1972,10:25～34
[6] Daughaday W.H., Rotwein P., Insulin-like growth factors I and II. Peptides, messenger ribonucleic acid and gene structures, serum, and tissue concentrations. Endocr.Rev. 1989,10:68～91.
, 百拇医药
[7] Norton LA, Hanley KJ and Turkewicz J: Bioelectric perturbations of Bone Reseearch Directions and dinical applicatios. Angle Orthod. 1984;54L73～87.
[8] Sakai A: Effects of pulsating electromagnetic fields on cultured catilage cells. Int. Orthopo 1991:15(4): 341～346.
[9] 郭宏铭，周学军,赵美英，脉冲电磁场与功能矫治器作用下大白鼠下颌生长发育X线测量研究。华西口腔医学杂志1998；16(4)，315～317
(收稿：1998—06—30), 百拇医药