深究甲基丙烯酸甲酯对蟾蜍电位传导的影响论文

深究甲基丙烯酸甲酯对蟾蜍电位传导的影响论文

聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)即骨水泥，在骨科中广泛应用。经皮椎体成形术(percutaneousvertebroplasty，PVP)和经皮椎体后凸成形术(percutaneouskyphoplasty，PKP)是治疗骨质疏松性椎体压缩骨折的经典微创手术，具有良好的临床效果及安全性。目前普遍认为PVP镇痛机制与骨水泥注射进椎体后增强椎体强度、骨水泥凝固过程中产热，损伤骨内神经和骨水泥单体毒性有关，然而确切的止痛机制尚不完全清楚。研究报道当聚甲基丙烯酸甲酯作为一种骨科材料植入骨组织后会有甲基丙烯酸甲酯(methylmethacrylate，MMA)单体的释放，MMA单体的细胞毒性作用使人类成骨细胞的凋亡损伤周围骨组织。但目前尚无MMA对神经电生理影响的研究。本实验通过神经电生理方法研究MMA单体溶液对蟾蜍离体坐骨神经传导的影响，探讨神经毒性理论，并为PVP手术止痛的机制提供依据。

1实验材料与方法

1.1实验材料

1.1.1实验动物选取健康成年蟾蜍20只(首都医科大学动物科学部提供)，体重80～100g，雌雄不限。

1.1.2实验仪器BL-420生物信息采集及处理系统(成都泰盟科技有限公司)，神经屏蔽盒BB-3G(成都仪器厂)和蛙类手术器械。

1.1.3实验试剂标准甲基丙烯酸甲酯试剂，标准任氏液。

1.2实验方法

1.2.1MMA溶液制备将纯浓度的MMA单体溶液与标准任氏液混合，分别制备0.01%、0.1%和1%MMA溶液。

1.2.2坐骨神经的制备、分组及干预方法按照常规方法制备离体坐骨神经标本，置于标准任氏液中稳定10分钟。将40个神经标本随机分为4组:对照组、0.01%MMA组、0.1%MMA组和1%MMA组。使用药液浸润的小块棉花包裹刺激电极和引导电极之间的坐骨神经。在干预前测量各组神经的基础指标，在给药后的第1、2、3、5、10、15、20、40、60分钟测量各组神经的实验数据。

1.2.3神经动作电位的引导在室温20～22℃的条件下，将制备好的神经干置于神经屏蔽盒的电极上，中枢端接刺激电极，外周端接引导电极，并连接BL-420生物信息采集及处理系统，刺激并记录标本的动作电位各项指标。参数设定:刺激电压1V，引导电极间距1cm。

1.2.4神经干电生理指标的测定①动作电位振幅:单次刺激后动作电位正向波峰到基线距离所对应的电压值。②传导速度:由两对引导电极的间距和电位出现的时间差计算得出，可从BL-420记录软件中直接读数。

1.3统计学处理

采用SPSS18.0进行数据分析，不同浓度及时间点间比较采用重复测量方差分析。不同浓度间多重比较采用单因素方差分析，正态数据读取LSD-t结果，非正态数据读取Dunnet结果。计量资料以均数±标准差(珋x±s)为表达方式，P<0.05为差异有显著性。

2实验结果

2.1MMA单体溶液对神经干振幅的影响

蟾蜍坐骨神经干的基础振幅为(5.28±0.16)mV，各浓度组间基础振幅无差异(P=0.246)，各组神经在各个时间点上的振幅。虽然对照组振幅在第15分钟时升高至(5.48±0.29)mV，在第60分钟时降至(5.19±0.10)mV，但对照组各个时间点的振幅均无显著差异(P=0.337)。通过重复测量方差分析后可知MMA溶液浓度和溶液作用时间均对振幅有显著影响(P<0.01)。在给予0.01%mma溶液后在第3分钟时振幅升高至(5.56±0.18)mv与基础值相比有显著差异(p=0.02)，第5分钟振幅达到最高(5.73±0.25)mv(p=0.000)，但在第15分钟时回落至(5.16±0.13)mv的基础值水平，高台期持续约12分钟，随后明显下降至60分钟的(2.53±0.21)mv。而0.1%mma溶液组却在给予处理后的第1分钟便发生了“高台现象”。由(5.25±0.16)mv增长到(5.35±0.18)mv(p=0.000)，峰值同样出现在第5分钟(5.90±0.20)mv，在15分钟时高台期结束(5.58±0.13)mv，持续约15分钟，实验结束时振幅为(1.88±0.14)mv。高浓度的mma对神经振幅影响更为明显。1%组则未观察到“高台现象”，5分钟内的"振幅均无明显改变(p>0.05)，在第10分钟则明显改变为(4.77±0.10)mV，此后持续下降，60分钟时的振幅为(1.37±0.12)mV。各组振幅随时间变化曲线，各实验组在实验结束时振幅变化。

2.2MMA溶液对坐骨神经干传导速度的影响

蟾蜍离体坐骨神经基础传导速度为(15.63±0.47)m/s，各组之间的基础传导速度无统计学差异(P=0.250)。各组在各个时间点上的神经干传导速度见表4。重复测量方差分析显示MMA溶液浓度和溶液作用时间均对传导速度有显著影响(P<0.01)。0.01%MMA组的神经干在第10分钟的传导速度和基础值比明显降低(14.80±0.34)m/s(P=0.000)，在实验结束时传导速度为(8.06±0.77)m/s(P=0.000)，与基础值相比减少了(7.71±0.85)m/s。而0.1%MMA组则在第5分钟出现差异，此时传导速度为(14.44±0.35)m/s，实验末的速度则为(2.81±0.51)m/s，与基础值相比减少了(12.61±0.47)m/s。1%高浓度的MMA使神经的传导速度在第2分钟便发生显著改变，减少到了(14.82±0.26)m/s，此后衰减较低浓度组明显，60分钟时的传导速度为(2.73±0.43)m/s，与基础值相比减少了(12.82±0.41)m/s。各组神经干传导速度随时间变化曲线见图3，各组实验结束时神经干传导速度变化值。

3讨论

伴随着老龄化社会的到来，骨质疏松性椎体压缩骨折已成为危害中老年人健康的常见疾病。近年发展起来的经皮椎体成形术通过将PMMA骨水泥注入压缩椎体，可以迅速缓解患者疼痛症状，临床效果显著。骨水泥是由液相的甲基丙烯酸甲酯单体与固相粉末混合而成。但到目前为止，PVP和PKP手术应用PMMA骨水泥治疗骨质疏松性椎体压缩骨折确切的止痛机制仍不清楚。研究报道使用PMMA的PVP或PKP手术止痛效果可能与下列因素有关:①骨水泥结构性充填加固骨折椎体，控制了病变椎体的进一步压缩，有效地治疗微小骨折引起的疼痛。即通过充填骨水泥，使其沿着骨小梁问隙弥散至整个或部分椎体，固定了椎体的微骨折，增强了椎体的稳定性，有效防止了骨折部位的微动，从而限制了对局部痛觉末梢神经的刺激，防止了与椎体微骨折相关的疼痛。②PMMA骨水泥聚合反应的热效应导致骨内神经组织变性甚至坏死，使神经对疼痛的敏感性降低或者消失。③MMA单体对椎体内神经组织的毒性作用。

Baker等人发现在口腔中植入含MMA的植入物后，第一小时内经唾液分泌的MMA单体为6.2～29.5mg。而本课题组的前期实验证明了在将固液混合的PMMA置于椎体模拟环境中，释放的MMA单体的平均浓度为290μg/ml，在骨水泥-人工体液界面处的MMA的浓度为980μg/ml，即在手术椎体中PMMA周围的MMA单体浓度约为1g/L。根据MMA溶液密度换算后，得出本实验的实验浓度，即0.1%的MMA溶液。

本实验从电生理的角度证明了MMA单体溶液对神经的影响。从实验结果中可以看出，在给予MMA处理后神经干动作电位的振幅和传导速度均受到明显影响。在模拟椎体内MMA的浓度下，即0.1%MMA，神经干的振幅降低了(3.34±0.19)mV，传导速度降低了(12.61±0.47)m/s。这说明经过MMA的作用神经传导发生障碍，无法产生并上传疼痛信号。当椎体内的骨水泥持续释放MMA单体时，椎体内神经末梢持续受到MMA的影响，宏观表现为病人疼痛得到缓解。

本研究结果中，虽然在MMA的作用下神经传导最终都发生障碍，但0.01%和0.1%浓度组的神经动作电位的振幅存在一过性的“高台期”，均在2分钟内开始上升。前者在第(4.22±1.20)分钟达到峰值，持续(12.67±2.91)分钟;后者在第(6.56±3.36)分钟最高，持续(18.33±1.66)分钟，随后才逐渐下降。彭逊等针对蟾蜍动作电位的研究中也出现了相似的结果。他们使用不同浓度的乙醇、乙醛作用于坐骨神经干，30s后测量神经的各项指标。结果提示低浓度的乙醇(86～515mmol/L)和乙醛(8.4～42.8mmol/L)可以使不应期缩短，刺激阈值、最大刺激值减小，复合动作电位峰值升高。中等浓度时神经不应期延长，刺激阈值、最大刺激值提高，复合动作电位降低;高浓度下神经则产生不可逆的损伤。由于动作电位振幅变化的微观表现是细胞膜上离子通道在受到刺激时的开放和关闭。电压门控的Na+通道开放的多少，则决定了电位幅度的大小。因此他们认为这种振幅增加的现象可能与药物增大了膜上电压门控的Na+通道开放的数量或者离子的通透率有关。

由此可知神经振幅的“高台现象”不是MMA对神经的特异表现。但在高浓度MMA作用下，坐骨神经干却没有发生振幅增高的现象。这种振幅的持续下降可能与MMA使神经轴突上的蛋白变性有关，致使离子通道相继失活。然而目前对于MMA溶液对神经细胞影响的文献较少，暂无MMA对神经细胞电生理影响的研究，也尚无文献证实MMA是否作用于轴突离子通道及具体作用机制。这些内容需要进一步深入研究。

4结论

我们的实验证实了MMA溶液对神经具有毒性作用，可以明显影响神经的传导，降低了神经动作电位的振幅及传导速度。虽然中低浓度可以在短时间内提高动作电位振幅，但长时间作用于神经仍会减弱振幅，高浓度溶液则不会出现振幅升高现象。这种MMA对神经传导的直接影响可能是PVP或PKP术后止痛作用的机制之一。