模拟推拿机械力刺激干预大鼠骨骼肌细胞生物力学效应研究

来源 :成都中医药大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:yyw953
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推拿手法作为传统中医外治疗法,其本质为机械力学刺激,能产生如压力、张力、摩擦力和剪应力等多种形式的“推拿力”(机械力),在机械力作用下人体组织细胞对机械刺激的反应可能是推拿细胞生物力学原理之一,如何将力学信号转变为各种生化信号是推拿手法机制研究的关键。目前,对手法生物力学原理的研究已由宏观向微观深入,但体内复杂的力学环境因素使体内研究难以区别单一效应或特定的联合效应,基于细胞分析的体外细胞培养技术给这一难题的解决带来转机;机体内的各种力学敏感细胞是手法机械力作用的主要部位和效应靶点;通过文献检索我们发现,目前,已有研究者构建了一些推拿手法相关的骨骼肌细胞体外培养-力学刺激模型,发现不同参数(频率、时间、力)作用下组织细胞的部分力学响应特征,但他们之间的关系未能得到很好的阐述;我们前期工作发现相同手法的不同生物力学参数及其所引发的力学效应存在差异,但是因为何种因素导致这种不同生物力学参数机械力刺激下力学效应的差异?不同生物力学参数机械力刺激下细胞的生物力学效应有何异同?我们仍然认识较浅。目的:构建骨骼肌细胞体外培养-力学刺激模型,模拟推拿机械力刺激,观察恒定压力作用下不同刺激时间以及固定时间不同应力模式、不同强度刺激下大鼠骨骼肌细胞(RSkMCs)生物学力响应特征,探讨推拿手法效应机制。方法:体外培养RSkMCs,采用四点弯曲细胞力学加载系统(FPBS)施加类推拿机械力刺激,观察恒定压力作用下不同时间;及固定时间,不同应力模式、不同强度机械力作用下RSkMCs生物力学效应的变化,采用倒置生物显微镜观察细胞形态及排列变化,流式细胞仪(FCM)分析细胞周期、凋亡及细胞内Ca2+浓度变化,计算细胞S期细胞比例(SPF)及增殖指数(PI)的变化;免疫组织化学(IHC)检测MyOD、Myf5蛋白表达水平的变化;酶联免疫吸附实验(ELIS A)和硝酸还原酶法(NRM)分别检测培养上清液中白介素6(IL-6)、前列腺素E2(PGE2)和一氧化氮(NO)浓度的变化;分析各指标之间相关性。结果:1.细胞形态及排列改变与机械力刺激时间、强度及应力模式有关,刺激时间越长、强度越大细胞形态及排列改变越明显;压缩性应力细胞形态趋于类圆形改变,牵张性应力细胞形态趋于梭形改变,交互应力细胞形态及排列改变不明显。2.不同时间、应力模式及强度的机械力对细胞凋亡的影响存在差异,持续压力作用下,细胞凋亡成一定的时间依赖性,时间越长细胞凋亡越明显;固定刺激时间30min,不同模式的应力刺激均可以促进细胞凋亡,持续压力促进细胞凋亡作用强于周期性作用力;轻、中强度的刺激可以抑制细胞凋亡,而重强度的刺激对细胞的凋亡作用与力学性质有关,单一性质压力刺激抑制凋亡,组合交互性质(压缩-牵张/牵张-压缩)刺激促进细胞凋亡。3.机械力可以通过影响SPF而影响细胞增殖,持续压力刺激对肌细胞的SPF及PI呈双向调节作用,短时间(<90min)抑制,长时间(120min)促进;刺激时间30min,周期性牵张应力可以显著增加SPF及PI;轻、中、强三种强度刺激均可增加SPF及PI,以轻、重刺激作用明显。4.机械力刺激可以影响肌细胞的分泌,短时间(<30min)、轻、中刺激显著提升肌细胞培养上清液中PGE2和NO浓度及胞内Ca2+浓度,重刺激胞内Ca2+浓度与力学模式有关,组合交互性质(压缩-牵张/牵张-压缩)机械力提升胞内C a2+浓度,单一性质压力无显著影响;力的性质而言,周期性牵张应力可以显著提升肌细胞培养上清液中PGE2和NO浓度及胞内Ca2+浓度;持续压力、重刺激肌细胞培养上清液中IL-6浓度有降低趋势。5.MyoD、Myf5蛋白的表达与机械力刺激时间、强度、性质有关,持续压力作用,短时间(<30min)促进MyoD、Myf5蛋白的表达,但随着时间延长促进作用减弱;刺激时间30min,MyoD、Myf5对周期性作用力敏感;不同强度单一性质压力刺激对MyoD、Myf5蛋白的表达无影响,组合交互性质(压缩-牵张/牵张-压缩)轻、中、强度刺激可以促进MyoD、Myf5蛋白的表达。结论:1.不同时间、应力模式及强度的机械力引发的细胞生物力学效应存在差异,细胞可以通过改变形态、周期、增殖与凋亡、分泌及蛋白的合成等力学组学形式来响应机械力刺激,通过多层次的力学-化学-生物学耦合作用产生生物学效应。2.细胞直接感受机械力刺激并调控生物信号的转导可能是推拿手法发挥局部治疗作用的效应机制之一。3.合理的用力模式及时间、强度是推拿手法发挥治疗效应的关键因素。
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